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DE2633923A1 - Verfahren zum betrieb eines selbstgetakteten schaltreglers und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines selbstgetakteten schaltreglers und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Publication number
DE2633923A1
DE2633923A1 DE19762633923 DE2633923A DE2633923A1 DE 2633923 A1 DE2633923 A1 DE 2633923A1 DE 19762633923 DE19762633923 DE 19762633923 DE 2633923 A DE2633923 A DE 2633923A DE 2633923 A1 DE2633923 A1 DE 2633923A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switch
setpoint
input
resistor
switching regulator
Prior art date
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Granted
Application number
DE19762633923
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English (en)
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DE2633923B2 (de
DE2633923C3 (de
Inventor
Herbert Poppinger
M A Gautam Tendulkar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
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Priority to AT375377A priority patent/AT360120B/de
Priority to SE7707183A priority patent/SE7707183L/xx
Priority to US05/813,285 priority patent/US4145650A/en
Priority to IN1069/CAL/77A priority patent/IN148274B/en
Priority to IT25938/77A priority patent/IT1084347B/it
Priority to NO772633A priority patent/NO772633L/no
Priority to BE179631A priority patent/BE857149A/xx
Priority to BR7704915A priority patent/BR7704915A/pt
Priority to CA283,605A priority patent/CA1097404A/en
Priority to JP9025277A priority patent/JPS5315516A/ja
Priority to FR7723146A priority patent/FR2360126A1/fr
Priority to ES461103A priority patent/ES461103A1/es
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Publication of DE2633923B2 publication Critical patent/DE2633923B2/de
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München Ä__
76P 3 158 BRD
Verfahren zum Betrieb eines selbstgetakteten Schaltreglers und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstgetakteten Schaltreglers, bei dem ein steuerbarer Schalter eingeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen vorgegebenen ersten Sollwert unterschreitet und bei dem der steuerbare Schalter ausgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen zweiten Sollwert überschreitet und einen selbstgetakteten Schaltregler zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem steuerbaren Schalter, über den ein LC-Glied mit den Eingangsklemmen verbunden ist, wobei die beiden Anschlüsse des Kondensators des LC-Gliedes die Ausgangsklemmen für den Anschluß einer Last bilden und das LC-Glied von einer Freilaufdiode überbrückt ist und mit einem Grenzwertgeber, dessen Ausgang mit einem Steuereingang des Schalters verbunden ist, an dessen Istwerteingang die an den Ausgangsklemmen anstehende Spannung geführt ist und dessen Sollwerteingang einerseits mit einer Klemme verbunden ist und andererseits mit dem Verbindungspunkt einer Reihenschaltung eines Widerstands und einer Z-Diode verknüpft ist, die der Freilaufdiode parallel geschaltet sind.
Dieses Verfahren und der selbstgetaktete Schaltregler sind aus der "Siemens-Zeitschrift11 48 (1974) Beiheft "Integrierte Bausteinsysteme SIMATIC" Seiten 76 bis 79 bekannt. Sie werden insbesondere zur Stromversorgung, z.B. bei integrierten Schaltkreisen eingesetzt. Bei diesen selbstgetakteten Schaltreglern ist
Soe 21 Met / 19.7.1976 709885/Q237
TBP 3 158 BRD
der Schalter, der im allgemeinen ein Regeltransistor ist, entweder voll durchgesteuert oder vollkommen gesperrt. Hit dem dem Schalter nabhgeschalteten LC-Glied wird die aa Ausgang des Schalters pulsierende Gleichspannung wieder geglättet. Durch Wahl des ersten und zweiten Sollwertes erhält man eine periodische Aussteuerung des Schalters, wobei das Impuls-Pausenverhältnis für die Größe der konstanten Gleichspannung maßgebend ist, die an den Ausgangsklemmen ansteht. Die beiden Sollwerte werden im allgemeinen mit zwei einstellbaren Grenzwerten eines Grenzwertgebers vorgegeben, dessen Hysterese damit die Schaltfrequenz des selbstgetakteten Schaltreglers bestimmt. Bei dem bekannten Verfahren bleibt jedoch die Schaltfrequenz abhängig von verschiedenen weiteren Größen, beispielsweise der Eingangsspannung, der Umgebungstemperatur und der Last. Die Schaltfrequenz eines nach dem bekannten Verfahren arbeitenden selbstgetakteten Schaltreglers läßt sich daher kaum konstant halten, was z.B. wichtig ist, wenn die Schaltfrequenz außerhalb des Hörbereichs, d.h. größer als 20 kHz bleiben soll, um akustische Störungen auszuschalten.
Es besteht die Aufgabe, das Verfahren der eingangs genannten Art und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß die Schaltfrequenz wenigstens annähernd konstant bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit einem exponentiell veränderlichen, zweiten Sollwert eine wenigstens angenähert konstante Ein- oder Ausschaltzeit des Schalters erzielt wird. Vorzugsweise wird mit einem exponentiell abklingenden zweiten Sollwert eine konstante Einschaltzeit oder mit einem exponentiell ansteigenden zweiten Sollwert eine konstante Ausschaltzeit erhalten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer konstanten Einschaltzeit zumindest eine von der Umgebungstemperatur unabhängige Schaltfrequenz oder mit einer konstanten Ausschaltzeit ein sowohl von der Umgebungstemperatur als auch weitgehend von der Eingangsspannung und der Last unabhängige Schaltfrequenz erreicht. Damit läßt sich entsprechend den gestellten Anforderungen eine Frequenzkonstanz realisieren, mit der insbesondere auch
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akustische Störungen auszuschließen sind. Es ist zu betonen, daß diese konstante Schaltfrequenz nur mit wenigen zusätzlichen passiven Bauelementen erreicht wird, womit nur ein geringer wirtschaftlicher Aufwand verbunden ist. Außerdem Sl ßt sich bei Anwendung des erfindungsfemäßen Verfahrens eine Synchronisierung der Schaltfrequenz parallel geschalteter Schaltregler durchführen, ohne daß die bei bekannten Schaltreglern auftretenden Schwebungen entstehen. Damit werden beim erfindungsgemäßen Verfahren neben den Vorteilen des selbatgetakteten Schaltreglers die des fremdgetakteten erhalten.
Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der zweite Ausgang des Grenzwertgebers mit dem Abgriff eines RC-Gliedes verbunden, das der Z-Diode parallel geschaltet ist. Mit dieser Ausführungsform läßt sich eine konstante Einschaltzeit und damit die Unabhängigkeit der Schaltfrequenz von der Umgebungstemperatur realisieren.
Bei einer zweiten, vorteilhaften Ausführungsform ist eine zweite Reihenschaltung von Widerstand und Z-Diode der Freilaufdiode parallel geschaltet, wobei der Widerstand der zweiten Reihenschaltung von einem BC-Glied überbrückt ist, mit dessen Abgriff der Sollwerteingang des Grenzwertgebers verbunden ist. Dabei kann dem Widerstand des RC-Gliedes eine Diode parallel geschaltet sein. Bei dieser Ausführungsform wird die Ausschaltzeit konstant gehalten und damit erhält man eine Unabhängigkeit der Schaltfrequenz von der Umgebungstemperatur sowie im wesentlichen auch von der Eingangsspannung und der Last. Bei einem großen Verhältnis der Eingangs- zur Ausgangsspannung ist die Schaltfrequenz völlig konstant. Zur Stabilisierung der Hysterese des Grenzwertgebers kann bei dieser Ausführungsform in der zweiten Reihenschaltung von Widerstand und Z-Diode der Widerstand einen Abgriff besitzen, mit dem einerseits das RC-GIied und andererseits eine weitere Z-Diode verbunden ist, die einem Teilwiderstand und der Z-Diode der zweiten Reihenschaltung parallel geschaltet ist.
Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen beispielhaft anhand der Figuren 1 bis
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Ψ
-*-- WP 3 f58 BRD
7 näher erläutert. In den Figuren sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei sind identische Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Zur Darstellung der Problematik, die der Erfindung zugrundeliegt, zeigt Figur 1 schematisch das Schaltbild eines selbstgetakteten Schaltreglers, der beispielsweise aus der obengenannten Literaturstelle für die Stromversorgung integrierter Schaltkreise bekannt ist. Eingangsklemmen 1, an denen die Eingangsgleichspannung U1 liegt, sind mit einem steuerbaren Schalter 2 verbunden, der beispielsweise ein Transistor sein kann. Dem Schalter 2 ist als Glättungsfilter bzw. Tiefpaß ein LC-Glied 3, bestehend aus einer Reihenschaltung einer Drossel 4 und eines Kondensators 5, nachgeschaltet· An die Beläge des Kondensators 5 sind die Ausgangsklemmen 6 angeschlossen, mit denen die Last 7 verbunden ist. Als Ersatzschaltbild liegt in Serie mit dem Kondensator 5 sein Serienverlustwiderstand 8. Im allgemeinen wird bei Schaltreglern als Kondensator 5 des LC-Gliedes 3 ein Elektrolytkondensator eingesetzt. Der Serienverlustwiderstand 8 ist dann der sogenannte äquivalente Ersatzwiderstand des Elektrolytkondensators, auch ESR (Equivalent Series Resistance) genannt. Das LC-Glied 3 ist von einer Freilaufdiode 9 überbrückt.
Zur Ansteuerung des Schalters 2 ist dessen Steuereingang 2a, beispielsweise die Basis eines Transistors, mit dem Ausgang eines Grenzwertgebers bzw. Regelverstärkers 10 mit Zweipunktverhalten verbunden. An den Istwerteingang 10a des Grenzwertgebers 10 ist über die Leitung 11 die an den Klemmen 6 anstehende Ausgangsspannung Ug geführt. Der Sollwerteingang 10b ist über einen Widerstand 12 mit einer Klemme 13 verbunden, an die eine Referenzspannung U1 als erster Sollwert gelegt ist. Außerdem ist der Sollwerteingang 10b des Grenzwertgebers 10 über einen veränderbaren Widerstand 14 an den Verbindungspunkt 15 einer Reihenschaltung 16, bestehend aus einem Widerstand 17.und einer Z-Diode 18 angeschlossen, die parallel zur Freilaufdiode 9 liegen. Hit dem Widerstand 14, der Reihenschaltung 16 ist ein zweiter Sollwert Ur2 vorgegeben, der größer als Ur1 ist. Am Ausgang des Grenzwertgebers 10 steht ein Signal an, mit dem der Schalter 2
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76P 3158 BRD
geschlossen wird, wenn der Istwert den an der Klemme 13 liegenden Sollwert U1 unterschreitet. Dieses Signal verschwindet und der Schalter 2 öffnet, wenn der zweite, mit der Reihenschaltung 16 gegebene Sollwert Ur2 überschritten wird.
Die Wirkungsweise des Schaltreglers nach Figur 1 wird anhand der Figuren 2a und 2b erläutert, in denen die am Eingang des LC-Gliedes 3 anstehende Spannung U, und der in der Drossel 4 fließende Strom I4 über der Zeit t aufgetragen sind. Der Grenzwertgeber 10 der Schaltung nach Figur 1 vergleicht die Ausgangsspannung Ug mit der Referenzspannung Ur1. Wird Ug kleiner als U 1» so wird mit dem Ausgangssignal des Grenzwertgebers 10 der Schalter 2 im Zeitpunkt t^ geschlossen. Während der Einschaltzeit Δ t.j fließt nun ein Strom I2 über den Schalter 2 in die Speicherdrossel 4 bis im Zeitpunkt t2 die Ausgangsspannung Ug auf die obere, durch den Widerstand 14 gegebene Sollspannung bzw, den oberen Kippunkt U angestiegen ist und über das Ausgangs-
r2
signal des GrenzwertgeBers 10 der Schalter 2 im Zeitpunkt t2 geöffnet wird. Während der anschließenden Ausschaltzeit At2 treibt die in der Drossel 4 gespeicherte Energie den Strom Ig über die Last 7, den Kondensator 5 und die Freilaufdiode 9 weiter, bis die Ausgangsspannung Ug den unteren, mit der Referenzspannung Ur1 gegebenen Rückkippunkt wieder erreicht und das Schaltspiel von vorne beginnt.
Für die durch den Kipp- und den Rückkippunkt bestimmte Hysterese A U gilt:
und der Strom I^ in der Drossel 4 ist gegeben mit:
I4-I2+ I9 (2)
worin U18 die an der Z-Diode 18 abfallende Spannung und R12 und R14 die Widerstandswerte der Widerstände 12 und 14 sind.
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--*- 76P 3)58 BRD
Über den Kondensator 5 fließt ein dreieckförmiger Wechselstrom: AI ■ I4 - !5t worin Ig der über die Ausgangsklemmen 6 fließende, geglättete Strom ist, der dem Mittelwert von I2 und Ig entspricht. Wegen des Serienverlustwiderstandes 8 erhält man mit dem über den Kondensator 5 fließenden Strom A Ι einen entsprechenden dreieckförmigen Spannungsabfall, der zumindest bei genügend großer Kapazität des Kondensators 5 gleich der Hysterese A U ist:
^U - ΔΙ . Rq
- ^4-V -R8 (3)
und U6 - Ug + U (4)
worin RQ der Widerstandswert des Widerstandes 8 und Ug der Mittelwert der Ausgangsspannung ist. Die Hysterese Δ U tritt damit als Welligkeit der Ausgangsspannung Ug auf.
Während der Einschaltzeit A t>j erhält man für den Stromanstieg in der Drossel die Beziehung:
dl
3t
l ΔI U1 - U6
woraus für die Einschaltzeit Δ t^ und die Welligkeit bzw. die Hysterese Δ U resultiert:
H AU
U1 - Ug
und AU β — .At1 . Rq /r,\
>>4 is ty;
worin L- die Induktivität der Drossel 4 ist. Die Stromabnahme in der Drossel 4 während der Ausschaltzeit t2 ist gegeben mit:
dl ΔΙ Ug - dt * - Δto ** - τ— (8)
* L4
woraus sich mit Gleichung (3) für Δ t2 und Δ U folgende Bezie-
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hungen ergeben:
L4 4JJ
^U « ttS . At0 . Ro (10)
JL/. c. ο *
Daraus läßt sich die Schaltfrequenz F aus
F-T mit T - At1 +-At2 (ti)
berechnen und man erhält:
ρ U^: (U„ - UA
TT4" · -^ . <12>
Dieser Beziehung ist zu entnehmen, daß bei selbstgetakteten Schaltreglern nach Figur 1 mit vorgegebener, konstanter Hysterese AU die Schaltfrequenz F von dem Serienverlustwiderstand 8 und der Eingangsspannung U1 abhängt, wobei die Schaltfrequenz F dem Widerstandßwert Rg des Widerstands 8 proportional ist. Bei höheren Eingangsspannungen ist die Einschaltzeit ^t1 kürzer, während die Ausschaltzeit At2 konstant bleibt. Die hieraus resultierende Frequenzänderung ist Jedoch klein, da die Einschaltzeit im allgemeinen wesenüLch kleiner als die Ausschaltzeit ist. So beträgt beispielsweise bei einer Eingangsspannung U1 von 24 V und einer Ausgangsspannung Ug von ungefähr 5 V das Verhältnis von Δ t^ : Δ t2 *** 1:4. Auch mit der Induktivität der Drossel 4 kann sich die Schaltfrequenz ändern. Die Induktivität der Speicherdrosskl 4 kann sich bei einem Strom der ungefähr 0,1 des Nennstroms beträgt, um 10 % vergrößern. Nach den obigen Beziehungen wird sich damit die Schaltfrequenz auch dementsprechend proportional verkleinern.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Schaltregler ist damit die Schaltfrequenz, mit der der Schalter 2 angesteuert wird, sowohl von der Eingangsspannung U1 als auch vom Widerstandswert Rg des Serienverlustwiderstandes 8 und damit von der Umgebungstemperatur abhängig. Dies kann insbesondere zu akustischen Störungen führen, wie bereits erläutert wurde.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltreglers, bei dem der Einfluß des Serienverlustwiderstandes 8 kompensiert ist, ist in Figur 3 dargestellt. Der Schaltregler in Figur 3 unterscheidet sich vom Schaltregler nach Figur 1 durch die Kompensationseinrichtung 19. In der Kompensationseinrichtung 19 ist der Z-Diode 18 der Reihenschaltung 16 ein RC-Glied 20, bestehend aus einem Kondensator 21 und einem im Ausführungsbeispiel veränderbaren Wideretand 22, parallel geschaltet, dessen Abgriff 23 über die Entkopplungsdiode 24 mit dem Sollwerteingang 10b des Grenzwettgebers 10 verbunden ist.
Die Wirkungsweise eines Schaltreglers nach Figur 3 wird im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert, in der die am Sollwerteingang 10b des Grenzwertgebers 10 auftretende Spannung U10 über der Zeit t aufgetragen ist. Mit dem RC-Glied 20 erhält man eine exponentiell abklingende Hysterese. Unter der Annahme, daß der Eingangswiderstand des Grenzwertgebers 10 gegen unendglich geht, erhält man für die Spannung U1Q am Sollwerteingang 10b des Grenzwertmelder 10 die Beziehung
_ t
U10 " Ü18 * e ^3)
mit 3" m Roο · Go-« ι
worin R22 der*= Widerstandswert des Widerstandes 22 und C21 die Kapazität des Kondensators 21 ist. In erster Näherung verläuft U10 während der Einschaltzeit 4^ linear und ihre Neigung N1 beträgt:
Ü18 - Ur1 _ U18
Die Steigung N2 der Ausgangsspannung Ug während der Einschaltzeit Δ t1 ist wegen Gleichung (7) gegeben mit
Δ U U1 - Ufi
N2 - ^t1 ο . R8 , (15)
wobei N1 groß gegenüber N2 ist. Beispielsweise beträgt bei einer Eingangsspannung U1 von 24 V, einer Ausgangsspannung Ug von 5 V,
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73P 3 f 56 BRD
einer Referenzspannung Ur1 von 5 V, einer Induktivität der Drossel 4 von 1OCytH, einem Widerstandswert des Serienwider Standes 8 von 50 mil und einer Schaltfrequenz F von 20 kHz, N«, - -Λ11/^ s und N2 - 0,0095 V//*s. Damit läßt sich die Sollwertspannung U10 und die Istwertspannung U11 in erster Näherung darstellen mit:
U10 - H1 . t + U18 - Ur1 (16)
U11 - N2t (17)
Im oberen Kippunkt des Grenzwertgebers 10 gilts U10 » U11 woraus resultiert:
»1B - Ur1
ΛΧΛ " M2 - M1 (18)
Ä. U18 - Ur1 , da N1 » N2 (19)
Die Einschaltzeit Δ t1 ist damit in erster Näherung konstant und unabhängig von der Steigung sowohl der Ausgangs- als auch der Istwertspannung. Mit den Gleichungen (7) und (9) erhält man für Tt
+ üt
(20)
und daraus resultiert für die Schaltfrequenz
* * ^t . U1 (21)
Damit ist die Schaltfrequenz F nur noch der Eingangsspannung U1 indirektpxtpcrticcal, da ,At1 und Ug konstant sind. Eine Abhängigkeit vom Widerstandswert Rg des Serienverlustwiderstands 8 und damit eine Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur existieren nicht mehr. Bei zunehmender Last kann jedoch zusätzlich ein Spannungsabfall im Schalter 2 auftreten, der eine zusätzliche Änderung der Schaltfrequenz F verursacht.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltreglers, bei dem auch die Abhängigkeit der Schaltfrequenz F von der Eingangsspannung U^ und von der Last 7 kompensiert wird, ist in Figur gezeigt. Von den Schaltreglern nach Figur 1 und 3 unterscheidet sich das AusfUhrungsbeispiel nach Figur 5 durch die Kompensationsschaltung 25. Die Kompensationsschaltung 25 enthält eine zweite Reihenschaltung 26 bestehend aus einem Widerstand 27 und einer Z-Diode 28, wobei diese zweite Reihenschaltung ebenfalls wieder der Freilaufdiode 9 parallel geschaltet ist. Dem Widerstand 27 ist ein RC-Glied 29 bestehend aus einem im AusfUhrungsbeispiel veränderbaren Widerstand 30 und einem Kondensator 31 parallel geschaltet, wobei der Abgriff 32 des RC-Gliedes 29 Über eine Entkopplungsdiode 33 mit dem Sollwerteingang 10b des Grenzwertgebers 10 verbunden ist. Zur schnellen Entladung des Kondensators 31 beim Einschalten ist eine Diode 34 dem Widerstand 30 parallel geschaltet.
Mit dem RC-Glied 29 wird beim Ausschalten im Zeitpunkt t2 eine exponentiell ansteigende Sollwertspannung bzw. Hysterese erzeugt, die Über die Diode 33 in den Sollwerteingang 10b des Grenzwertmelders 10 gingespeist wird. Diese exponentielle ansteigende Hysterese wirkt zusammen mit der vom Widerstand 14 erzeugten Hysterese, womit man eine konstante Ausschaltzeit /\ t2 und damit eine Schaltfrequenz F erhält, die unabhängig vom Widerstandswert des Serienverlustwiderstandes 8 und im wesentlichen unabhängig von der Eingangsspannung U^ und der Last ist. Bei einem größeren Verhältnis U^ zu U^ ist die Schaltfrequenz F völlig konstant.
Die Wirkungsweise des Schaltreglers nach Figur 5 wird im Zusammenhang mit Figur 6 erläutert, in der die Sollwertspannung IL0 die am Eingang 10b des Grenzwertgebers 10 liegt, über der Zeit t aufgetragen. Die Berechnung der konstanten Ausschaltzeit At2 und die Schaltfrequenz F erfolgt ähnlich wie im Zusammenhang mit Figur 3. Aus der exponentiell ansteigenden Hysterese während der Ausschaltzeit At2 folgt, daß U10 linear ansteigt mit der Steigung
UX - U28 - U6 N3 " At2 (22)
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76P3f58flRD
worin ΙΙχ - ^(Ug) die Hysteresespannung ist. Die Steigung der Ausgangsspannung Ug und damit der Istwertspannung U11 beträgt wegen Gleichung (10):
dabei gilt (N3/ »IN4I . Beispielsweise erhält man für eine Eingangsspannung von 24 V1 eine Ausgangespannung von 5 V, einer Referenzspannung Ur1 von 5 V1 einer Spannung t^g an der Z-Diode 28 von 10 V, einen Widerstandswert R3 von 50 m/2 und einer Schaltfrequenz von 20 kHz die Steigung N, ■ 0,325 V^*s und die Steigung N3 - - 0,0025 V^s. Für U10 und U11 erhält man damit:
U10 » N3 . t - Ux (24)
U11 = N4 . t (25)
und im Schnittpunkt von U10 und U11, der den Rückkippunkt bzw. den unteren Sollwert repräsentiert, folgt aus U10 « U11:
x x
Δ±2 " ~ N3 wegen/N3| » /N4/
Damit ist Δ t2 konstant, wenn N3 konstant ist. Daraus berechnet sich die Schaltfrequenz F unter Benützung von Gleichung (6) und (10) und man erhält
(27)
Damit ist auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 die Schaltfrequenz F unabhängig vom Serienverlustwiderstand 8. Sie bleibt jedoch abhängig von der Eingangsspannung U1, wobei diese Abhängigkeit geringfügig und i. a. vernachlässigbar ist, da für
U„ > Uc der Ausdruck 1 " 6 annähernd konstant ist. Für 1 6 U^j-
U1^ Ug verschwindet die Abhängigkeit praktisch ganz, da der oben angegebene Bruch näherungsweise 1 wird.
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7BP3tS8 BRD
Eine Abwandlung des Ausführungebeispiels nach Figur 5 zeigt Figur
7. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kompensationsschaltung 25 durch eine Z-Diode 35 ergänzt, die der Z-Diode 28 und einem Teilwiderstand 27b der Reihenschaltung 26 parallel geschaltet ist. In diesem Ausführungebeispiel dienen der Widerstand 27a und die Z-Diode 35 zur Stabilisierung der Hysteresespannung U . Mit dieser Schaltungsmaßnahme wird die Hysteresespannung proportional zur Eingangs spannung U1, womit die Ausschaltzeit At2 bei höheren EingangsSpannungen U1 vergrößert und die im Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 5 noch vorhandene Frequenzabhängigkeit weiter verkleinert wird.
Anzuführen ist noch, daß die erfindungsgemäßen Schaltregler nach den Figuren 3, 5 und 7 über die Klemmen 36 parallel geschaltet werden können und sich gegenseitig synchronisieren. Damit vereint der erfindungsgemäße Sehaltregler die Vorteile eines fremdgetakteten mit denen eines selbstgetakteten Schaltreglers.
7 Figuren
11 Patentansprüche
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Le e rs e r te

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb eines selbstgetakteten Schaltreglers, bei dem ein steuerbarer Schalter eingeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen vorgegebenen ersten Sollwert unterschreitet und bei dem der steuerbare Schalter ausgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen zweiten Sollwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem exponentiell veränderlichen zweiten Sollwert (U10) eine wenigstens angenähert konstante Ein- oder Ausschaltzeit (At1 bzw. 4t2) des Schalters (2) erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem exponentiell abklingenden zweiten Sollwert (U10) eine konstante Einschaltzeit (At1) erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem exponentiell ansteigenden zweiten Sollwert (U10) eine konstante Ausschaltzeit (At2) erhalten wird.
4. Selbstgetakteter Schaltregler zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem steuerbaren Schalter, über den ein LC-Glied mit den Eingangsklemmen verbunden ist, wobei die beiden Anschlüsse des Kondensators des LC-Gliedes die Ausgangsklemmen für den Anschluß einer Last bilden und das LC-Glied von einer Frälaufdiode überbrückt ist und mit einem Grenzwertgeber, dessen Ausgang mit einem Steuereingang des Schalters verbunden ist, an dessen Istwerteingang die an den Ausgangsklemmen anstehende Spannung geführt ist und dessen Sollwerteingang einerseits mit einer Klemme verbunden und andererseits mit dem Verbindungspunkt einer Reihenschaltung eines Widerstands und einer Z-Diode verknüpft ist, die der Freilaufdiode parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwerteingang (10b) des Grenzwertgebers (10) mit dem Abgtiff (23) eines RC-Gliedes (20) verbunden ist, das der Z-Diode (18) parallel geschaltet ist.
5. Schaltregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwerteingang (10b) des Grenzwertgebers (10) über eine Entkopplungsdiode (24) mit dem Abgriff (23) verbunden ist.
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Ii^SPECTED
3(58 BRD
6. Schaltregler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (22) des RC-Gliedes (20) veränderbar ist.
7. Selbstgetakteter Schaltregler zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3 mit einem steuerbaren Schalter, über den ein RC-Glied mit den Eingangsklemmen verbunden ist, wobei die beiden Anschlüsse des Kondensators des LC-Gliedes die Ausgangsklemmen für den Anschluß einer Last bilden und das LC-Glied von einer Freilaufdiode überbrückt ist und mit einem Grenzwertgeber, dessen Ausgang mit einem Steuereingang des Schalters verbunden ist, an dessen Istwerteingang die an den Ausgangsklemmen anstehende Spannung geführt ist und dessen Sollwerteingang einerseits mit einer Klemme verbunden und andererseits mit dem Verbindungspunkt einer Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Z-Diode verknüpft ist, die der Freilaufdiode parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Reihenschaltung (26) eines Widerstandes (27) und einer Z-Diode (28) der Freilaufdiode (9) parallel geschaltet ist, wobei der Widerstand der zweiten Reihenschaltung von einem RC-Glied (29) überbrückt ist, mit dessen Abgriff (32) der Sollwerteingang (10b) des Grenzwertgebers (10) verbunden ist.
8. Schaltregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwerteingang (10b) mit dem Abgriff (33) des RC-Gliedes (29) über eine Entkopplungsdiode (33) verbunden ist.
9. Schaltregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (30) des RC-Gliedes (29) eine Diode (34) parallel geschaltet ist.
10. Schaltregler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (30) des RC-Gliedes (29) veränderbar ist.
11. Schaltregler nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Reihenschaltung (26) vom Widerstand (27) und Z-Diode (28) der Widerstand (27) einen Abgriff besitzt, mit dem einerseits das RC-Glied (29) und
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- /BP 3 /58 BRB andererseits eine weitere Z-Diode (35) verbunden ist, die einem Teilwiderstand (27b) und der Z-Diode der zweiten Reihenschaltung parallel geschaltet ist.
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