DE2841569C2

DE2841569C2 -

Info

Publication number: DE2841569C2
Application number: DE2841569A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7015 Korntal-Muenchingen De Kubach; Hartmann Ing.(Grad.) 7014 Kornwestheim De Rupp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-23
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1990-06-07
Also published as: US4293812A; GB2032148A; DE2841569A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schaltregler zum Betrieb an einer Gleichstromquelle nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein Schaltregler mit einer Drosselspule, mit einer in Stromflußrich tung vor der Drosselspule angeordneten Freilaufdiode und einem hinter der Drosselspule angeordneten, zu einem Verbraucher parallelen Konden sator ist bereits aus der US-PS 39 31 566 bekannt. Dabei ist der Dros selspule zusätzlich ein magnetfeldabhängiger Widerstand zugeordnet, dessen Ausgangssignal über einen Strombegrenzungsverstärker auf einen Pulslängenmodulator zur Ansteuerung des Schalttransistors, der in Reihe zur Drosselspule liegt, einwirkt. Ein solcher magnetfeldabhän giger Widerstand ist jedoch ein relativ teures Bauelement.

Ein ähnlicher Schaltregler mit einem magnetfeldabhängigen Bauelement ist beispielsweise auch aus der DE-OS 20 10 384 bekannt. Dabei weist eine Konstantstromquelle eine im Ausgangsstromkreis befindliche Dros selspule auf, die eine Magnetdiode beeinflußt, über die ein Transistor angesteuert wird, wodurch eine Ansteuerung des Transistors in Abhän gigkeit vom Widerstand der Magnetdiode erreicht wird.

Weiterhin sind auch noch Lösungen bekannt, die einen in Reihe zur Drosselspule liegenden Meß-Shunt enthalten, über den der Stromfluß durch die Drosselspule erfaßt wird.

Ein Schaltregler mit zwei parallel liegenden Drosselspulen ist in der US-PS 39 78 393 offenbart. Die Drosselspulen dieses zweipulsigen Schaltreglers sind jedoch magnetisch voneinander entkoppelt. Dabei wird der Strom durch ein in Reihe zu den Drosselspulen geschaltetes Stromerfassungselement gemessen. Die vorbekannte Anordnung weist jedoch eine Vielzahl von Bauelementen auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Schaltregler, zu deren Steuerung oder Regelung der die zugehörige Drossel(n) durchfließende Strom herangezogen wird, zu schaffen, die problemlos in ihrem Aufbau und zuverlässig hinsichtlich ihres Betriebs sind.

Die Erfindung ist nachstehend an mehreren Ausführungs beispielen näher beschrieben, welche in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 das elektrische Schaltbild eines Schaltreglers des Typs Flußwandler,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Flußwandlers nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild für den zeitlichen Verlauf des Spannungsabfalles an der Drossel des Fluß wandlers nach Fig. 1 und Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaubild des Verlaufes des durch die Drossel fließenden Stromes,

Fig. 5 das elektrische Schaltbild eines zweipulsigen Tiefsetz-Schaltreglers und

Fig. 6 das elektrische Schaltbild eines anderen zweipulsigen Tiefsetz-Schaltreglers.

Der als Flußwandler vorgesehene Schaltregler nach Fig. 1 ist zum Betrieb an einer Gleichstromquelle, einer Sammlerbatterie 10 bestimmt und enthält einen Leistungstransistor 11 vom npn-Typ, an dessen Emitter eine Freilaufdiode 12 und eine Drossel 13 mit ferro magnetischem Kern angeschlossen ist. Am Ausgang der Drossel 13, deren Induktivität L und deren Kupfer widerstand R _cu in der Zeichnung schematisch angedeutet ist, liegt ein Kondensator 14, an welchem die Aus gangsspannung U _A abgenommen und einem in der Zeichnung nicht dargestellten Verbraucher zugeführt werden kann.

Durch periodisches Ein- und Ausschalten des Transistors 11 wird ein die Drossel 13 durchfließender, dem Ver braucher zuführbarer Strom I eingestellt, derart, daß die Ausgangsspannung U _A möglichst wenig von einem einstellbarem Sollwert U _soll abweicht, der Strom jedoch einen vorgegebenen Maximalwert I _max nicht über schreitet.

Um die jeweilige Größe des Stromes I erfassen zu können, ohne hierfür einen Shunt verwenden zu müssen, wird der Ohmsche Spannungsabfall U _R an der Drosselspule 13 ge messen und zum Zwecke der Regelung bzw. Begrenzung des Stromes I verwendet. Da bei Schaltreglern der durch die Drosselspule 13 fließende Strom I wie in Fig. 4 ange deutet stets in der gleichen Richtung fließt und das Integral der Spannung an einer idealen Induktivität Null ist, wie in Fig. 3 angedeutet, kann mittels eines Filters 15, welches an den Eingang und an den Ausgang der Drossel über eine Summierschaltung 16 angeschlossen ist, der Wechselspannungsanteil eliminiert und der dann verbleibende Ohmsche Spannungsabfall gemessen und einem Stromregler 17 zugeführt werden.

Ein Impulslängenmodulator 21 verändert das Tastverhältnis periodisch aufeinanderfolgender Steuerimpulse, welche über eine Treiberstufe 22 an die Steuerelektrode 23 des Transistors 11 gelangen und diesen abwechselnd in seinen stromleitenden und in seinen nichtleitenden Zustand bringen.

In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U _Dr wiedergegeben, welche infolge der Induktivität L der Drosselspule entsteht. Solange der Transistor 11 stromleitend ist, steigt der Strom I an, die zuge hörige Spannungszeitfläche ist bei A₁ wiedergegeben, während die bei gesperrtem Transistor 11, jedoch bei stromleitender Freilaufdiode 12 entstehende Span nungszeitfläche bei A₂ wiedergegeben ist.

Das in Fig. 5 wiedergegebene zweite Ausführungsbeispiel stellt einen zweipulsigen Tiefsetz-Schaltregler dar, welcher zwei Drosselspulen enthält, von welchen die mit 13 bezeichnete derjenigen nach Fig. 1 entspricht, jedoch zusammen mit einer zweiten Drosselspule 33 auf einem gemeinsamen Eisenkern 34 sitzt. Die zweite Drosselspule 33 gehört zu einem zweiten Stromzweig, welcher in gleicher Weise wie der erste, den Transi stor 11, die Freilaufdiode 12 und die erste Drossel spule 13 umfassende Stromzweig aufgebaut ist und einen zweiten Transistor 31 sowie die zweite Frei laufdiode 32 umfaßt. Die erste Drosselspule 13 wird vom Strom I _a, die zweite Drosselspule 33 vom Zweig strom I _b durchflossen. Die an den Eingängen der beiden Drosselspulen entstehenden Potentiale sind über Leitungen 35 und 36 einer Summierschaltung 37 zugeführt, welche die Differenz zwischen diesen beiden Potentialen polaritätsrichtig einem Tiefpaßfilter 15 der auch in Fig. 1 verwendeten Art zuführt. Die Differenz aus den Ohmschen Spannungsabfällen an den beiden Drossel wicklungen ist einem Differenzspannungsregler 38 zu geführt, welcher zusammen mit einem Spannungsregler 18 an einer Summier schaltung 39 liegt, welche einen zweiten Pulslängen modulator 41 beeinflußt. Dieser arbeitet über eine Treiberstufe 42 auf den zweiten Transistor 31, welcher den Zweigstrom I _b liefert. Infolge des Differenz spannungsreglers 38 wird beim dargestellten Schalt regler auf jeweils gleiche Spannungs-Zeit-Flächen an den beiden Drosselspulen geregelt, das heißt der zweite Zweigstrom I _b wird so eingestellt, daß er gleich groß ist wie der Strom I _a im ersten Strom zweig.

Als drittes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 das Schaltbild eines zweiten zweipulsigen Tiefsetz-Schalt reglers dargestellt, bei welchem die an den beiden Drosselspulen 13 und 33 entstehenden Ohmschen Span nungsabfälle ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zur Regelung auf gleiche Spannungs-Zeit-Fläche sowie außerdem zur Regelung des Gesamtstromes I auf einen unterhalb eines Maximalwertes I _max liegenden Wert benutzt werden.

Im einzelnen enthält der in Fig. 6 dargestellte Schaltregler wie beim vorher beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel die beiden von dem Transistor 11, der Freilaufdiode 12 und der Drosselspule 13 bzw. von dem Transistor 31, der Freilaufdiode 32 und der Drossel spule 33 gebildeten beiden Stromzweige. Für die genannte Stromregelung ist einer Summierschaltung 46 sowohl das Potential an den Eingängen der Drossel spulen 11 und 33 wie auch das Potential am Ausgang dieser beiden Drosselspulen zugeführt. Mit einem Tiefpaßfilter 45 wird der Wechselspannungsanteil eliminiert und der verbleibende Gleichstromanteil einer Summierschaltung 37 zugeführt, in welcher er mit einem Maximalstromwert I _max verglichen und von dort aus dem auch im ersten Ausführungsbeispiel ver wendeten Stromregler 17/1 zugeführt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird in der Summierschaltung 37/1 die Differenz Δ I _ab = I _a-I_b und in der Summierschaltung 46 zusätzlich die Summe ΣI _ab = I _a+I _b der beiden Zweigströme I _a und I _b ge bildet.

Da die Stromdifferenz Δ I _ab der Differenz aus den Spannungs (U)-Zeit (t)-Flächen der einzelnen Drossel zweige proportional ist, kann dieses Signal zur Rege lung auf gleiche Spannungs-Zeit-Flächen herangezogen werden. Dies geschieht dadurch, daß man die aus Δ I _ab resultierende Spannung über den Differenzspannungs regler 38 die Pulslänge bzw. das Tastverhältnis der an den Steuerelektroden der Transistoren 11 und 31 wirk samen Steuerimpulse verändern läßt und somit zu Null regelt.

Die Stromsumme ΣI _ab dient zur Regelung bzw. Begrenzung des Ausgangsstromes I I _max.

Infolge der Regelung auf gleiche Spannungs-Zeit- Flächen ist es nicht notwendig, in zweipulsigen Reglern die Halbleiter auf gleiche Flußspannungen zu prüfen und auszusuchen. Außerdem ist es nicht notwendig, einen Abgleich der beiden Zweige auf gleiche Schaltverzögerungen vorzusehen.

Claims

1. Schaltregler zum Betrieb an einer Gleichstromquelle mit wenig stens einem steuerbaren Halbleiter, mit einer Drosselspule, mit ei ner in Stromflußrichtung vor der Drosselspule angeordneten Freilauf diode und einem hinter der Drosselspule angeordneten, zu einem Ver braucher parallelen Kondensator, mit einem an die Steuerelektrode des Halbleiters angeschlossenen Pulslängenmodulator, dadurch gekenn zeichnet, daß ein den Pulslängenmodulator steuernder Stromregler (17) vorgesehen ist, an dessen Istwert-Eingang über ein Tiefpaßfil ter (15) der an der Drosselspule (13) entstehende Spannungsabfall geführt ist.

2. Zweipulsiger Schaltregler mit zwei Stromzweigen zum Betrieb an einer Gleichstromquelle mit einem steuerbaren Halbleiter, mit einer Drosselspule, mit einer in Stromflußrichtung vor der Drosselspule angeordneten Freilaufdiode in jedem Stromzweig und einem hinter den Drosselspulen angeordneten, zu einem Verbraucher parallelen Konden sator, wobei die Steuerelektroden der Halbleiter mit in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung stehenden, pulslängenmodulierten Steuer signalen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Halbleiter (11, 31) ein eigener Pulslängenmodulator (21, 41) zuge ordnet ist, daß die Drosselspulen (13, 33) beider Stromzweige auf einem gemeinsamen Eisenkern sitzen, daß die Differenz der eingangs der beiden Drosselspulen (13, 33) anstehenden Potentiale über ein Tiefpaßfilter (15) einem Regler (38) zuführbar ist und daß mit dem Ausgangssignal des letztgenannten Reglers (38) einer der beiden Pulslängenmodulatoren (21 oder 41) zusätzlich beaufschlagt wird.

3. Schaltregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Tiefpaßfilter (45) vorgesehen ist, dem die Summe der an den beiden Drosselspulen (13, 33) abfallenden Spannungen zugeführt ist, daß ein Stromregler (17/1) vorgesehen ist, an dessen Istwert-Eingang das zwei te Filter (45) angeschlossen ist und dessen Sollwert-Eingang ein dem zulässigen Maximalstrom (I _max) entsprechendes Signal zugeführt wird und daß mit dem Ausgangssignal des letztgenannten Reglers (17/1) einer der beiden Pulslängenmodulatoren (21 oder 41) zusätzlich im Sinne einer Strombegrenzung beaufschlagt wird.