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DE3112239A1 - "schaltungsanordnung zur symmetrieregelung eines nach dem gegentaktprinzip arbeitenden gleichstromversorgungsgeraetes" - Google Patents

"schaltungsanordnung zur symmetrieregelung eines nach dem gegentaktprinzip arbeitenden gleichstromversorgungsgeraetes"

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DE3112239A1
DE3112239A1 DE19813112239 DE3112239A DE3112239A1 DE 3112239 A1 DE3112239 A1 DE 3112239A1 DE 19813112239 DE19813112239 DE 19813112239 DE 3112239 A DE3112239 A DE 3112239A DE 3112239 A1 DE3112239 A1 DE 3112239A1
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DE
Germany
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circuit
circuit arrangement
square wave
circuits
signal
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DE19813112239
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Inventor
Andrea Leti
Enrico Valacca
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Italtel SpA
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Italtel SpA
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Description

PATENTANWALT« " DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER
MARIA-THERESIA-STRASSE 32 POSTFACH 86 06 08
D-8OOO MUENCHEN 66
TELEFON 089/47 69 47 68
AB SEPT. 1980: -»70 60 TELEX 522 TELEGRAMM SOMBEZ
10995 H/hl
ITÄLTEL Societa Italiana Telecomunicazioni s.p.a. Mailand (Italien)
Schaltungsanordnung zur Symmetrieregelung .eines nach dem Gegentaktprinzip arbeitenden Gleichstromversorgungsgerätes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gleichstromversorgungsgeräte der hier betrachteten Art (Gleichstromumrichter nach dem Gegentaktprinzip) sind bekannt. Die Leistungstransistoren werden an ihrer Basis gesteuert, und sind mit der einen Ausgangselektrode-(gewöhnlich dem Emitter) an den einen Pol der Gleichstromquelle ange-* schlossen, während die andere Ausgangselektrode mit einem Ende der Primärwicklung des Transformators verbunden ist. Der Mittelpunkt der Primärwicklung ist an den anderen Pol der Gleichstromquelle geschaltet. Die in der Sekundärwicklung erzeugte Spannung wird zur Erzielung einer gewünschten Ausgangsgleichspannüng. gleichgerichtet und gefiltert. Die
ZUCEI.ASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT ■ PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 6 9148-800 · I)ANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 200 40) KTO. 60 6O 25 73 78 SWIFT HYPO DE MM
Leistungstransistoren werden wechselweise durch Impulse konstanter Folgefrequenz aufgesteuert. Zur Stabilisierung der Ausgangsspannung ist eine Regelung durch Impulsdauersteuerung üblich/ worunter eine Änderung der Dauer der Steuerimpulse der.Transistoren in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der. Ausgangsspannung (bzw. eine zu ihr proportionalen Spannung) und einer Bezugspannung zu verstehen ist. Durch diese Impulsdauerregelung soll die in die Sekundärwicklung übertragene Energie konstant gehaltai werden> d.h. das Produkt aus der an die Enden einer Primärwicklungshälfte gelegten Spannung und der Dauer dieser Spannung.
Zweckmäßig sollte das Hystereseverhalten des Transformators, also die Hystereseschleife des Flusses im Transformatorkern symmetrisch sein, da der Kern so dimensioniert wird, daß er nicht die Sättigung erreicht und den .besten Wirkungsgrad hat. Dies ist nur dann·möglich, wenn die mit. den Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators verbundenen Schaltungen genau'gegeneinander abgeglichen sind, was aber in Wirklichkeit gewöhnlich nicht der Fall ist. Es ergibt sich vielmehr eine unsymmetrische Hystereseschleife. Damit erhöhen sich die Verluste, was besonders dann von Nachteil ist, wenn in einer der beiden Halbperioden der Transformatorkern die Sättigung erreicht. Eine der HaupturSachen für die Unsymmetrie sind (neben Entmagnetisierungsvorgängen) die auch als "Speicherdauer" bezeichneten Schaltzeiten der Transistoren, die zwischen dem Zeitpunkt des Anlegens eines Sperrsignals an den Transistor und dem Zeitpunkt liegen, bei dem der Transistor tatsächlich sperrt. Jeder Transistor hat eine typische Speicherdauer oder Schaltzeit, die aber von Transistor zu Transistor unterschiedlich sein kann und auch von den Arbeitsbedingungen der Transistoren abhängt. Folglich können trotz Steuerimpulsen gleicher Dauer an den Basiselektroden der beiden Transistoren diese unterschiedlich lang leiten,
wodurch, sich eine unsymmetrische Hystereseschleife ergeben würd.e. .
Zur Lösung dieses Problems und zur Vermeidung einer sonst . bei Unsymmetrien nötigen Überbemessung des Transformators sind bereits Steuerschaltungen für Gegentakt-Gleichstromversorgungsgeräte bekannt, die Steuerimpulse unterschiedlicher Dauer erzeugen, um unterschiedliche Schaltzeiten der Transistoren zu berücksichtigen und die tatsächliche Leitdauer beider Transistoren gleich zu machen. Durch die Erfindung soll dasselbe mit einfacheren Mitteln erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die in der Lage ist, alle in den Primärund-Sekundärkreisen des Transformators (insbesondere durch Schaltzeitdifferenzen der Transistoren) hervorgerufene Unsymmetrien. durch einfache Regelung auszugleichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur T eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung;
Figur 2 und 3 . Schwingungsformen, die sich auf die Schaltungsanordnung nach Figur 1 beziehen;
Figur 4 eine zweite Ausführungsform der Meßschaltung M1 der Schaltungsanordnung;
Figur 5 eine andere Ausführungsform der Steuerschaltung M„ der Schaltungsanordnung;
Fig. 6 und 7 Schwingungsformen, die sich auf eine Schaltungsanordnung mit der Steuerschaltung M2 gemäß Figur 5 beziehen; und
Figur 8 eine weitere mögliche Ausfuhrungsform der Steuerschaltung M2.
In Figur 1 sind nur die für die Erfindung wesentlichen Bestandteile des Gegentakt-Gleichstromversorgungsgerätes dargestellt. Die Einzelheiten der Schaltungsanordnung sind der Zeichnung zu entnehmen. Demnach ist die mit ihrer Mittelanzapfüng mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbundene Primärwicklung P eines Kopplungstransformators zwischen die Kollektorelektroden der beiden Leistungstransistoren T1 und T2 geschaltet. In Reihe mit den beiden Hälften der Primärwicklung liegen zwei gleiche Widerstände R1, R2. Die Sekundärwicklung des Kopplungstr.ansformators und deren angeschlossene Schaltungen sind ebenso wenig dargestellt wie die an sich bekannten Schaltungen, durch welche von der Ausgangsspannung des Gleichstromversorgungsgerätes eine Bezugsspannung V abgegriffen wird, die für die Regelung benötigt wird.
Die Kollektorspannungen a, b der beiden Transistoren T^, T2 lassen abwechselnd in den beiden Hälften der Primärwicklung P Ströme fließen, welche an den beiden mit den Wicklungshälften in Reihe geschalteten gleichen Widerständen R1, R2 zwei Spannungsabfälle verursachen. Diese Spannungen an den Enden der Widerstände R1 bzw. R2 werden durch die beiden dargestellten RC-Kreise der Meßschaltung M1 zeitlich integriert. Die Ausgangssignale der RC-Kreise sind zu der von je einem Transistor in die jeweilige Primärwicklungshälfte übertragenen Energie proportional. Der Differenzverstärker A, der die Ausgangssignale der beiden RC-Kreise empfängt, erzeugt somit ein Differenzsignal c, das zu einer Differenz zwischen den genannten Energieanteilen proportional wäre, wenn sich eine solche Differenz (bei Fehlen der hier beschriebenen Regel-Schaltungs-
anordnung) ergeben würde.
Im Rahmen der Erfindung kann die Meßschaltung M1 so abgewandelt werden, wie im einzelnen Figur 4 zu entnehmen ist. Auch hier kann die von'jedem Transistor übertragene Energie durch zeitliches Integrieren der Spannung (statt des Stromes)' gemessen oder bewertet werden, wobei jedoch das RC-Glied· zu der betreffenden Wicklungshälfte parallelgeschaltet ist, zweckmäßig in Reihe mit einer Diode. Stromintegrierung wäre auch möglich.
Das am Ausgang des Differenzverstärkers A erzeugte Differenzsignal c steuert einen Rechteckgenerator T, indem es dessen Tastverhältnis ("duty-cycle", d.h. Impulsdauer!Impulsperiode) der am Ausgang erzeugten Rechteckschwingung d ändert. Die Rechteckschwingung d steuert ihrerseits einen in der Steuerschaltung M2 enthaltenen Rampen- oder Sägezahngenerator GR, der dabei bei jedem (positiven oder negativen) Signalübergang rückgesetzt wird. Das Ausgangssignal e d.es Sägezahngenerators GR wird von einer'Schwellenschaltung S1 mit der.Bezugsspannung V verglichen. Die Schwellenschaltung S1 erzeugt eine Impulsfolge f, deren· Impulse abwechselnd von einer Verteilerschaltung D als Steuersignale g bzw. h an die beiden Leistungstransistoren T1, T2 angelegt werden. Die dargestellte Verteilerschaltung mit den beiden Torgliedern G1, G2/ die am einen Eingang von der Schwellenschaltung S1 gesteuert und am anderen Eingang - im Falle von G1 über den Inverter I von der Rechteckschwingung d abwechselnd aufgetastet werden, ist an sich bekannt. Im Rahmen der Erfindung kann eine beliebige andere bekannte Verteilerschaltung mit der hier beschriebenen Funktion verwendet werden.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Schwingungsformen der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftretenden Signale. Figur 2 bezieht sich auf Transistoren, deren "Speicherdauer" oder Schaltzeiten, die in den Kollektorspannungen a, b durch fettge-
druckte Striche angegeben sind, gleich groß sind. Figur 3 bezieht sich dagegen auf den Fall unterschiedlicher Schaltzeiten der beiden Transistoren, wobei die die Steuersignale g, h bildenden Impulse eine derart unterschiedliche Dauer haben, daß die Zeiten, in denen die beiden Transistoren tatsächlich leiten (also, die Zeiten des gesteuerten Leitzustandes zuzüglich der "Speicherdauer") bei konstanter Bezugsspannung V gleichbleiben.
In Figur 5 ist eine andere mögliche Ausführungsform der Steuerschaltung M- dargestellt. Durch induktive Kopplung über den dargestellten Übertrager aktiviert die Rechteckschwingung d des Rechteckgenerators T (Figur 1) abwechselnd die beiden Rampen- .oder Sägezahngeneratoren GR1 und GR2. Die von den beiden Sägezahngeneratoren auf diese Weise.erzeugten Signale i bzw. 1 werden in zwei Schwellenschaltungen S2, S3 jeweils mit der Bezugsspannung V verglichen, und die Schwellenschaltungen S2, S3 erzeugen in Abhängigkeit von dem Vergleich die als Steuersignale g, h für die Transistoren T1, T2 dienenden Impulse.
Figuren 6 und 7 zeigen die Schwingungsformen der Signale einer Schaltungsanordnung mit der Steuerschaltung nach Fig. 5 für die Fälle gleicher bzw. unterschiedlicher Schaltzeiten der Transistoren.
In Figur 8 ist eine andere mögliche Ausführungsform der Steuerschaltung M2 dargestellt. Ähnlich wie in Figur 1 steuert hier die Rechteckschwingung d einen Sägezahngenerator GR und eine Verteilerschaltung D (die wie nach Figur 1 ausgeführt sein kann). Die Verteilschaltung D wird jedoch unmittelbar von den sägezahnförmigen Signalen e des Sägezahngenerators GR gespeist und legt diese Sägezahnsignale abwechselnd an zwei Schwellenschaltungen S2, S3 an, welche ähnlich wie-in Fig. 5 die Signale g, h für die Transistoren erzeugen. Die Form der
- ίο -
in einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 8 erzeugten Signale sind in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt, da sie denen nach Figuren 2 und 6 bzw. Figuren 3 und 7 entsprechen.
Dadurch, daß die hier beschriebene Schaltungsanordnung die Differenz zwischen den in jeder Periode den beiden Primärwicklungshälften und damit dem Transformatorkern gelieferten Energieaiiteile mißt und hieraus das Regelsignal zum Ändern der Impulsdauer der Steuersignale der Transistoren abgeleitet wird, läßt sich die gewünschte Hysterese-Symmetrie einfach und zuverlässig erreichen. Mit der Schaltungsanordnung werden die Auswirkungen aller Unsymmetrien in den mit den Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators verbundenen Schaltungen einschließlich der maßgeblichen Schaltzeitdifferenzen ausgeglichen.
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Claims (6)

10995 H/hl
ITALTEL Societä Italiana Telecomunicazioni s.p.a.
Mailand ( Italien)
Schaltungsanordnung zur Symmetrieregelung eines nach dem Gegentaktprinzip arbeitenden Gleichstrom^
Versorgungsgerätes
Patentansprüche
/ 1. ^Schaltungsanordnung zur Symmetrieregelung des Hysterese- ^-—■'Verhaltens eines nach dem Gegentaktprinzip arbeitenden Gleichstromversorgungsgerätes insbesondere einer Fernmeldeanlage, welches einen Transformator enthält, dessen Primärwicklung mit Mittelanzapfung in Reihe mit den Ausgangselektroden von zwei wechselweise gesteuerten Leistungstransistoren geschaltet ist, dadurch g e k e η η zeichnet , daß mit der Primärwicklung (P) eine Meßschaltung (M.) verbunden ist, welche die in jede Hälfte der Primärwicklung (P) durch den jeweils zugehörigen Transistor (T1, T2) übertragene Energie mißt und ein der Energiedifferenz entsprechendes Differenzsignal (c) erzeugt,
daß das Differenzsignal (c) einen Rechteckgenerator (T) steuert, der eine Rechteckschwingung (d) konstanter Frequenz erzeugt, deren Tastverhältnis' durch das Differenz-.signal (c) anderbar ist,
und daß die Steuersignale (g, h) der Leistungstransistoren (T., T2) von einer Steuerschaltung (M„) mit mindestens einem durch die Rechteckschwingung (d) des Rechteckgenerators (T) gesteuerten Sägezahngenerator (GR) sowie mindestens einer das Ausgangssignal (e) des Sägezahngenerators (GR) mit einer Bezugsspannung (V) vergleichenden Schwellenschaltung (S.) erzeugt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Meßschaltung (M1) zwei gleiche RC-Kreise enthält, die parallel zu je einem mit je einer Hälfte der Primärwicklung (P) in Reihe liegenden Widerstand (R... bzw. R2) geschaltet sind und jeweils den Spannungsabfall an einem der untereinander gleichen Widerstände (R1, R2) zeitlich integrieren; und daß mit den Ausgängen der beiden RC-Kreise ein Differenzverstärker (A) zur Bildung des Differenzsignals (c) verbunden ist.
.■ Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (M1) zwei gleiche RC-Kreise enthält, die jeweils zu einer Hälfte der Primärwicklung (P) parallelgeschaltet sind und die zwischen den Enden der jeweiligen Primärwicklungshälfte liegende Spannung-integrieren; und daß mit den Ausgängen der beiden RC-Kreise ein Differenzverstärker (A) zur Bildung des Differenzsignals (c) verbunden ist (Figur 4).
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet , daß der Sägezahngenerator (GR) der Steuerschaltung (M2) durch die positiven und die negativen Signalübergänge der Rechteckschwingung (d) rückgesetzt wird, und daß
die Schwellenschaltung (S1) eine Impulsfolge (f) erzeugt, deren Impulse von einer durch die Recheckschwingung (d) gesteuerten Verteilerschaltung (D) abwechselnd als Steuersignale (g, h) den Leistungstransistoren (T1, T2) zugeführt werden.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (M~) zwei Sägezahngeneratoren (GR1, GR2) enthält, deren Ausgangssignale (i, 1) in zwei Schwellenschaltungen (S2, SJ mit einer Bezugsspannung (V) zur Erzeugung der Steuersignale (g, h) der Transistoren (T1, T2) verglichen werden; und daß die beiden Sägezahngeneratoren (GR1, GR2) abwechselnd betrieben und hierbei jeweils durch einen Signalübergang der Rechteckschwingung (d) aktiviert und durch den darauffolgenden Signalübergang stillgesetzt werden.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung (M2) einen Sägezahngenerator (GR) enthält, der durch jeden Signalübergang der Rechteckschwingung (d) rückgesetzt wird, und daß eine durch die Rechteckschwingung (d) gesteuerte Verteilerschaltung (D) abwechselnd die von dem Sägezahngenerator (GR) erzeugten sägezahnförmigen Signale (e) zwei Schwellenschaltungen (S2/ · S3) zuführt, von denen sie zur Erzeugung der Steuersignale (g, h) der Leistungstransistoren (T1, T2) mit einer Bezugsspannung (V) verglichen werden.
DE19813112239 1980-03-28 1981-03-27 "schaltungsanordnung zur symmetrieregelung eines nach dem gegentaktprinzip arbeitenden gleichstromversorgungsgeraetes" Withdrawn DE3112239A1 (de)

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