DE3241668A1

DE3241668A1 - Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE3241668A1
Application number: DE19823241668
Authority: DE
Inventors: Roland Spitzner; Werner Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Wölfel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3241668C2

Description

Gleichspannungswandler
Die Erfindung bezieht sich auf einen getakteten Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1,.
Aus der technischen Mitteilung über "Integrierte Schaltnetzteil-Steuerschaltungen TDA 4700/TDA 4718 Funktion und Anwendung" von Siemens, Bestell-Nr. B/23}2, ist ein Halbbrücken-Schaltnetzteil (Bild 19) bekannt, das einen Pulsbreitenmodulator und einen Stromwandler aufweist.
Der Ausgang des Stromwandlers ist mit einem Komparator (Bild 1) verbunden, an den eine GLeichspannung als Referenzspannung angelegt ist und der auf ein Impulsabschalt-Flipflop wirkt, damit bei einem auftretenden überstrom eine Abschaltung des SchaLtnetzteiles erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten getakteten Gleichspannungsw-andler so auszugestalten, daß eine schnelle dynamische Strombegrenzung zugleich mit einer Stromregelung vorhanden ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen worden.
Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausführung eines getakteten Gleichspannungswandlers und Fig. 2 eine zweite Ausführung des getaktetenG lei chspannungswandlers.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten getakteten GLeichspannungswandler handelt es sich um einen Eintakt-Durchflußwandler.
Es sei darauf hingewiesen, daß andere Wandlertypen und Gegentaktwandler gleichermaßen verwendet werden können. Es gelangt eine Eingangsgleichspannungs Ue, die aus einer Batterie oder einem an einer Netzwechselspannung betriebenen Gleichrichter stammen kann (nicht dargestellt), über einen elektronischen Schalter, beispielsweise einen Transo tor 1, auf eine Primärwicklung eines Transformators 2.
Der Transistor 1 wird an seiner Basis von einem Pulsbreitenmodulator 3 gesteuert. An eine Sekundärwicklung des Transformators 2 ist eine Gleichrichter- und Filterschaltung 4 angeschlossen, die eine Ausgangsgleichspannung Ua bereitstellt. Von der Ausgangsgleichspannung Ua ist beispielsweise der negative Pol mit dem Nullpotential verbunden. Der positive Pol ist mit dem Pulsbreitenmodulator 3 durch eine Leitung a verbunden, um den Istwert der Ausgangsgleichspannung Ua dem Putsbreitenmodulator 3 zur Regelung zuzuführen.
Zwischen dem Transistor 1 und der Primarwicklung des Transformators 2 ist ein Stromwandler 11 mit einem Bürdenwiderstand Rl, einer Gleichrichterschaltung 5 und einer ohmschen Belastung durch einen Widerstand R2 geschaltet. Ein Anschluß des Widerstandes R2 ist mit dem Nullpotential verbunden. An dem anderen Anschluß kann eine dem Strom durch den Primärkreis aus dem Transistor 1 und der Primä rwi c lung des Transformators 2 entsprechende Spannung abgenommen werden. Diese Spannung ist bei richtiger Wahl der Beschaltung des Stromwandlers 11 proportional dem Strom im Primärkreis.
An den Pulsbreitenmodulator 3 ist eine Schaltung zum weichen Anlauf 6 angeschlossen, die beim Einschalten wirkt. Die Anlaufschaltung 6 besteht aus einem Komparator 7 und einer nachgeschalteten UND-Schaltung 8. An den nicht invertierenden Eingang des Komparators 7 ist ein Kondensator Cl angeschaltet, der über einen Widerstand R3 von einer positiven Spannung + nach dem Einschalten des Gleichspannungswandlers geladen wird. An den invertierenden Eingang des Komparators ist eine sägezahnförmige Spannung angelegt, die aus einer rechteckförmigen Oszillatorspannung abgeleitet ist.
Der Ausgang des Komparators ist mit einem Eingang der UND-Schaltung 8 verbunden, an dessen anderem Eingang die rechteckförmige Oszillatorspannung angelegt ist.
Nach dem Einschalten des Gleichspannungswandlers wird der Kondensator C1 geladen und erreicht seine Spannung die sägezahnförmige Spannung, so geht der Ausgang des Komparators 7 kurzzeitig auf einen hohen Pegel. Mit steigender Spannung am Kondensator C1 erhöht sich dann die Impulsbreite des hohen Pegels. Ist die Spannung des Kondensators C1 dann gleich oder größer als die sägezahnförmige Spannung, so bleibt der Ausgang des Komparators 7 auf -hohem Pegel.
Entsprechend e-r sc-heinen am Ausgang der UND-Schaltung 8 erst keine, dann schmale Impulse, die breiter werden, bis die Breite der rechteckförmigen Oszill2torspannung erreicht ist. Auf diese Weise wird der Transistor 1 über den Pulsbreitenmodulator 3 weich eingeschaltet.
Auf den Kondensator C1 wirkt eine SchaLtung ein, die in Abhängigkeit vom Strom im Primärkreis die Ladung des Kondensators C1 vermindert und zwar er-st dann, wenn ein zu großer Strom durch einen Fehler, eine zu geringe Last oder einenKurzschluß fließt. Durch die Entladung des Kondensators C1 in diesen Fällen wird der weiche Anlauf mit seinem verringerten Strom im Primärkreis hervorgerufen, was einer Regelung zur Strombegrenzung entspricht oder eine Abschaltung im Falle eines Kurzschlusses bedeutet.
Die Schaltung besteht aus einem Komparator 9, dessen Ausgang über einen Widerstand R4 mit dem Kondensator C1 verbunden ist, einem zum Widerstand R4 parallel liegenden Kondensator C2 und einem Transistor 10. Der Emitter des Transistors 10 ist mit dem Nullpotential verbunden und seine Basis-Kollektorstrecke liegt parallel zum Widerstand R4. Der invertierende Eingang des Komparators 9 ist mit dem Widerstand R2 verbunden und an den nicht invertierenden Eingang ist eine Wechselspannung angelegt. Diese Wechselspannung hat einen dreiecksförmigen, vorzugsweise einen sägezahnförmigen Verlauf. Diese Sägezahnspannung ist aus der rechteckförmigen Oszillatorspannung abgeleitet und weist deshalb deren Frequenz auf.
Steigt die Spannung am Widerstand R2 an, weil sich der Strom im Primärkreis erhöht, dann erreicht sie die Sägezahnspannung und der Ausgang des Komparators 9 geht kurzzeitig auf einen niedrigen Pegel. Dadurch wird über den Widerstand R4 dem Kondensator Cl kurzzeitig Strom entnommen. Bei weiter ansteigender Spannung am Widerstand R2 erhöht sich die Impulsbreite des niedrigen Pegels am Ausgang des Komparators 9, wodurch dem Kondensator C1 mehr Strom entnommen wird. Da der Widerstand R3 sehr groß ist, sinkt die Spannung am Kondensator C1 und dadurch wird die Pulsbreite zur Aussteuerung des Transistors 1 reduziert. Dies hat zur Folge, daß der Strom im Primärkreis wieder sinkt.
Dieser zum beschriebenen weichen Anlauf umgekehrte Vorgang ergibt sich daraus, daß die jeweils steuernde Spannung dem Komparator 9 am invertierenden und dem Komparator 7 am nicht invertierenden Eingang zugeführt wird.
Im Falle eines Kurzschlusses steigt die Spannung am Widerstand R2 so weit an, daß sie die Sägezahnspannung übersteigt. Dann ist der Ausgang des Komparators dauernd auf niedrigem Pegel und bleibt auch dort, weil über den Widerstand R4 nicht so viel Ladung dem Kondensator C1 entnommen werden kann, daß der Transistor 1 abgeschaltet wird. Jetzt lädt sich der Kondensator C2 so weit auf, bis an ihm die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 10 ansteht. Dann wi rd der Transistor 10 leitend und entLädt dadurch den Kondensator C1 sehr schnell. Das bewirkt, daß von der Anlaufschaltung 6 keine Impulse mehr abgegeben werden und dadurch der Transistor 1 abgeschaltet wird.
Die Schaltung weist durch diese Möglichkeit des schnellen Entladens des Kondensators C1 eine geringe Reaktionszeit auf. Durch die Größe der Sägezahnspannung am nicht invertierenden Eingang des Kondensators 9 kann der Proportionalanteil der Regelung eingestellt werden. Da der Strom durch den Widerstand R3 und der durch den Widerstand R4 die Spannung am Kondensator Cl bestimmen, ergibt sich ein integrales Verhalten, wobei der Strom durch den Widerstand R3 im Falle der Strombegrenzung als konstant angenommen wird.
Der Komparator 9 arbeitet im Schalterbetrieb, wodurch Störfelder und Störimpulse nur sehr geringe Auswirkungen haben.
Eine noch weiter vereinfachte Schaltung des getakteten Gleichspannungswandlers ist in Fig. 2 dargestellt, in der für gleiche Teile wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Ausgang des Komparators 9 ist mit dem Ausgang des Komparators tors 7 verbunden. Die Arbeitsweise die- ser Schaltung ist die gleiche wie die schon beschriebene.
Das integrale Verhalten ist bei dieser Schaltung nicht gegeben, auf dieses kann aber in vielen Anwendungsfällen verzichtet werden, da sehr oft größere Toleranzen für die Strom begrenzung zugelassen sind.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Getakteter Gleichspannungswandler mit einem Pulsbreitenmodulator, einer Anlaufschaltung mit einem Kondensator für den weichen Anlauf und mit einem Stromwandler zum Erfassen des durch den Primarstromkreis fließenden Stromes, bei dem die dem Strom proportionale Spannung in einem Komparator mit einer Referenzspannung verglichen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der-Ausgang des Komparators (9) mit dem Kondensator (Cl) für den weichen Anlauf verbunden ist.
2. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung des Komparators (9) eine Wechselspannung ist.
3. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung die gleiche Frequenz wie die dem Pulsbreitenmodulator zugeführte Oszillatorspannung aufweist.
4. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung eine dreieckige Form hat.
5. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung einen sägezahnförmigen Verlauf hat.
6. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Komparators (9) und dem Kondensator (C1) ein Widerstand (R4) vorhanden ist.
7. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Widerstand (R4) parallel ein Kondensator (C2) und die Basis-Emitter Strecke eines Transistors (10) liegt, dessen Kollektor mit dem Nullpotential verbunden ist.
8. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (9) mit einem Eingang einer einem Komparator (7) nachgeschalteten UND-Schaltung- (8) in der Anlaufschaltung (6) verbunden ist.