DE3330465A1

DE3330465A1 - Voltage converter

Info

Publication number: DE3330465A1
Application number: DE19833330465
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich 7532 Niefern Rosenthal
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1985-03-07

Abstract

A voltage converter with mains isolation contains a circuit on the secondary side for generating a control variable, a circuit on the primary side for the pulsed driving of the switching transistor, and, in between, a DC-isolating coupler for transmitting the control variable from the secondary side to the primary side. According to the invention, the circuit on the secondary side, an optocoupler for feeding back the control variable to the primary side, and the circuit on the primary side are in each case designed as an integrated circuit and are installed in a common housing, preferably a dual-in-line housing. <IMAGE>

Description

Spannungswandler Voltage converter

Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler mit einem Transformator zur Netztrennung, mit einem primärseitigen Schalter, mit einer primärseitigen Ansteuerschaltung für den primärseitigen Schalter, mit einer sekundärseitigen Auswerteschaltung zur Erzeugung einer Regelgröße für die primärseitige Ansteuerschaltung und mit einem integrierbaren, galvanisch trennenden Koppler, insbesondere einem Optokoppler, zur Rückführung der Regelgröße von der sekundärseitigen Auswerteschaltung zur primärseitigen Ansteuerschaltung.The invention relates to a voltage converter with a transformer for disconnection from the mains, with a switch on the primary side, with a control circuit on the primary side for the primary-side switch, with a secondary-side evaluation circuit for Generation of a controlled variable for the primary-side control circuit and with a integrable, galvanically separating coupler, in particular an optocoupler, for Feedback of the controlled variable from the secondary-side evaluation circuit to the primary-side Control circuit.

Ein derartiger Spannungswandler ist beispielsweise in der DE-PS 29 19 905 anhand der dortigen Figur 1 als Stand der Technik beschrieben. In dem dort beschriebenen einfachen Beispiel besteht die sekundärseitige Auswerteschaltung aus einem hochohmigen Widerstand (11), der als Spannungs-Strom-Wandler wirkt und als Regelgröße einen der zu regelnden Spannung proportionalen Strom erzeugt. Durch einen Optokoppler wird diese analoge Regelgröße zu einer primärseitigen Ansteuerschaltung übertragen und dort in einen Rechteckpuls gewandelt, dessen Impuls-Pause-Verhältnis der Regelgröße entspricht. Es sind auch Beispiele bekannt, bei denen die Erzeugung eines Pulses bereits in der sekundärseitigen Auswerteschaltung erfolgt. Außerdem übernehmen die primärseitige Ansteuerschaltung und die sekundärseitige Auswerteschaltung häufig auch noch andere Funktionen, beispielsweise eine überstromsicherung, die Synchronisierung mit einer vorgegebenen Frequenz oder die Steuerung des Einschaltvorganges.Such a voltage converter is for example in DE-PS 29 19 905 is described as prior art on the basis of FIG. 1 there. In that there The simple example described consists of the evaluation circuit on the secondary side a high-resistance resistor (11), which acts as a voltage-current converter and as Controlled variable generates a current proportional to the voltage to be controlled. Through a Optocoupler, this analog controlled variable becomes a control circuit on the primary side and converted there into a rectangular pulse, its pulse-pause ratio corresponds to the controlled variable. There are also examples known in which the generation one Pulse already takes place in the evaluation circuit on the secondary side. In addition, the primary-side control circuit and the secondary-side take over Evaluation circuit often also has other functions, for example an overcurrent protection, synchronization with a specified frequency or control of the switch-on process.

Ein fehlerhaft arbeitender Spannungswandler führt in der Regel zu unverhältnismäßig hohen Folgefehlern, insbesondere, wenn er auch noch Sicherungsaufgaben zu übernehmen hat.A malfunctioning voltage converter usually leads to disproportionately high consequential errors, especially if he also has security tasks has to take over.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler anzugeben, dessen richtige Funktion nach der Montage und nach Reparaturen auf einfache Weise sichergestellt werden kann.The invention is based on the object of specifying a voltage converter, its correct function after assembly and repairs in a simple manner can be ensured.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die primärseitige Ansteuerschaltung, die sekundärseitige Auswerteschaltung und der Koppler, vorzugsweise ein Optokoppler, jeweils als integrierte Schaltung ausgeführt sind und daß die drei integrierten Schaltungen in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut sind. Damit ist es möglich, den Spannungswandler vor der Montage auf richtiges Funktionieren hin zu überprüfen. Fehler bei der Montage bzw. bei der Reparatur sind nahezu ausgeschlossen.The object is achieved according to the invention in that the primary-side Control circuit, the evaluation circuit on the secondary side and the coupler, preferably an optocoupler, each designed as an integrated circuit and that the three integrated circuits are built into a common housing. So that's it possible to ensure that the voltage converter is working properly before installation check. Errors during assembly or repairs are almost impossible.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims refer to.

Der erfindungsgemäße Spannungswandler hat noch weitere Vorteile: Durch die integrierte Bauweise ist leicht eine aufwendigere Schaltung möglich, so daß bei der Schaltungsauslegung weniger Kompromisse eingegangen werden müssen.The voltage converter according to the invention has other advantages: By the integrated design is easily one more complex circuit possible, so that fewer compromises are made in the circuit design have to.

Die Betriebssicherheit einer integrierten Schaltung ist höher als die einer Schaltung aus diskreten Bauteilen.The operational reliability of an integrated circuit is higher than that of a circuit made up of discrete components.

Die Lagerhaltung wird vereinfacht.Warehousing is simplified.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnung weiter erläutert. Die Zeichnung deutet die Umsetzung eines Spannungswandlers nach dem Stand der Technik in einen erfindungsgemäßen Spannungswandler an.In the following the invention is based on an exemplary embodiment further explained with the aid of the accompanying drawing. The drawing indicates the implementation of a voltage converter according to the prior art in one according to the invention Voltage converter on.

Zwischen zwei Eingangsklemmen A und B liegt die Reihenschaltung einer Primärwicklung eines Wandlertransformators 1 und eines Schalttransistors 2. Die Eingangsklemmen A und B sind, direkt oder über Siebglieder, an einer hier nicht gezeigten Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der primärseitige SchaLter muß nicht, wie hier dargestellt, ein in Reihe zum Wandlertransformator liegender Schalttransistor sein. Der Schalter könnte auch ein Thyristor sein; er könnte auch parallel zum Wandlertransformator 1 angeordnet sein. Eine Ansteuerschaltung 3, die ebenfalls von der an den Eingangsklemmen A und B anliegenden Gleichspannung versorgt wird, steuert die Basis des Schalttransistors 2 an. Die Ansteuerschaltung 3 ist mit Kollektor und Emitter eines in einem Optokoppler 5 enthaltenen Phototransistors verbunden. Sie erhält von hier eine Regelgröße und bildet daraus einen pulsbreitenmodulierten Puls zur Ansteuerung des Schalttransistors 2. Die Ansteuerschaltung 3 kann noch weitere Eingänge für weitere Funktionen (beispielsweise zur Umschaltung in einen Stand-By-Betrieb oder für eine Strommessung zur überstromsicherung aufweisen. An einer Sekundärwicklung des Wandlertransformators 1 ist eine aus einer Diode und einem Kondensator bestehende Gleichrichterschaltung angeschlossen. An zwei Ausgangsklemmen C und D kann die entstehende Gleichspannung abgegriffen werden. über zwei weitere Leitungen wird diese Gleichspannung außerdem einer AuswerteschaLtung 4 zugeführt. Die Auswerteschaltung 4 bildet eine Regelgröße, die den Wert der zu überwachenden Gleichspannung charakterisiert. Diese Regelgröße wird über eine im Optokoppler 5 enthaltene Photodiode und den bereits erwähnten Phototransistor an die Ansteuerschaltung 3 übertragen. Die Auswerteschaltung 4 bildet im einfachsten Fall einen durch die Photodiode fließenden Strom, der der zu überwachenden Gleichspannung proportional ist. Die Auswerteschaltung 4 kann aber auch beispielsweise einen Rechteckpuls an den Optokoppler 5 abgeben, dessen Impuls-Pause-Verhältnis den zu überwachenden Gleichspannungswert charakterisieren kann und dessen Takt zur Synchronisation des Wandlers verwendbar ist. Hierzu wird der Auswerteschaltung 4 an einem weiteren Eingang ein Synchronsignal S zugeführt. Da in diesem Fall der Optokoppler 5 Impulse überträgt, kann als Ausgangspunkt für die Schaltung eines erfindungsgemäßen Spannungswandlers auch jede bekannte Schaltung verwendet werden, die anstelle des Optokopplers 5 einen Impulsübertrager aufweist. Auch kann in einem erfindungsgemäßen Spannungswandler anstelle des Optokopplers jeder andere, in eine integrierte Schaltung einsetzbare galvanisch trennende Koppler, beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler, eingesetzt werden. Durch eine weitere Sekundärwicklung des Wandlertransformators 1 mit einer Ausgangsklemme B ist angedeutet, daß der gesamte Spannungswandler auch für die Erzeugung weiterer Ausgangsspannungen verwendbar ist.There is a series connection between two input terminals A and B. Primary winding of a converter transformer 1 and a switching transistor 2. The Input terminals A and B are not, either directly or via filter elements, on one of these DC voltage source shown connected. The primary-side switch does not have to as shown here, a switching transistor in series with the converter transformer be. The switch could also be a thyristor; it could also be parallel to the converter transformer 1 be arranged. A control circuit 3, which is also connected to the input terminals A and B applied DC voltage is supplied, controls the base of the switching transistor 2 on. The control circuit 3 has a collector and emitter in an optocoupler 5 included phototransistor connected. From here it receives a controlled variable and forms a pulse-width-modulated pulse from this to control the switching transistor 2. The control circuit 3 can have further inputs for further functions (for example for switching to stand-by mode or for current measurement for overcurrent protection exhibit. On a secondary winding of the converter transformer 1 is a rectifier circuit consisting of a diode and a capacitor is connected. The resulting DC voltage can be tapped at two output terminals C and D. will. This DC voltage is also sent to an evaluation circuit via two additional lines 4 supplied. The evaluation circuit 4 forms a control variable that determines the value of the monitored direct voltage. This controlled variable is via an im Optocoupler 5 included photodiode and the aforementioned phototransistor the control circuit 3 transmitted. The evaluation circuit 4 forms the simplest In the case of a current flowing through the photodiode, that of the DC voltage to be monitored is proportional. The evaluation circuit 4 can also, for example, use a rectangular pulse to the optocoupler 5, the pulse-pause ratio of which is that to be monitored Can characterize the DC voltage value and its clock to synchronize the Converter is usable. For this purpose, the evaluation circuit 4 is connected to a further input a synchronizing signal S is supplied. Since in this case the optocoupler transmits 5 pulses, can be used as a starting point for the circuit of a voltage converter according to the invention also any known circuit can be used, which instead of the optocoupler 5 a Has pulse transmitter. Also in a voltage converter according to the invention instead of the optocoupler any other that can be used in an integrated circuit galvanically separating couplers, for example a piezoelectric transducer, are used will. By another secondary winding of the converter transformer 1 with a Output terminal B indicates that the entire voltage converter is also used for the generation other output voltages can be used.

Erfindungsgemäß wird nun die primärseitige Ansteuerschaltung 3, die sekundärseitige Auswerteschaltung 4 und der Optokoppler 5 jeweils in an sich bekannter Weise als integrierte Schaltung ausgeführt. bie drei integrierten Schal- tungen werden dann in ein gemeinsames Gehäuse 6 eingebaut.According to the invention, the primary-side control circuit 3, the secondary-side evaluation circuit 4 and the optocoupler 5 each in a known manner Way designed as an integrated circuit. with three integrated services are then installed in a common housing 6.

Auch der Schalttransistor 2 oder ein anderer primärseitiger Schalter kann in das gemeinsame Gehäuse 6 mit eingebaut sein. Da die Anschlüsse für die primärseitige Ansteuerschaltung 3 und die sekundärseitige Auswerteschaltung 4 einerseits dem netzverbundenen und andererseits dem netzgetrennten Teil angehören, sollten sie am gemeinsamen Gehäuse 6 möglichst weit auseinanderliegen.Also the switching transistor 2 or another primary-side switch can be built into the common housing 6. Since the connections for the primary-side Control circuit 3 and the secondary-side evaluation circuit 4 on the one hand the network-connected and on the other hand belong to the mains-separated part, they should be on the common housing 6 are as far apart as possible.

Das gemeinsame Gehäuse 6 kann vorzugsweise die Abmessungen eines standardisierten DIL-Gehäuses aufweisen und die Anschlüsse können auf die für solche Gehäuse übliche Art und in dem dafür üblichen Raster angebracht sein. Zur Netztrennung sind die mittleren Stellen des Rasters ohne Anschlüsse. Beispielsweise können die Anschlüsse 1, 15 und 16 eines 16-poligen Gehäuses für die Ansteuerschaltung 3 und die Anschlüsse 8, 9 und 10 für die Auswerteschaltung 4 verwendet werden. Wenn die Anschlüsse am Gehäuse 6 unsymmetrisch angebracht sind, wird dadurch ein versehentlicher falscher Einbau nahezu unmöglich gemacht.The common housing 6 can preferably have the dimensions of a standardized DIL housing and the connections can be on the usual for such housings Type and in the usual grid. To disconnect from the network are the middle parts of the grid without connections. For example, the connections 1, 15 and 16 of a 16-pin housing for the control circuit 3 and the connections 8, 9 and 10 can be used for the evaluation circuit 4. If the connections on the Housing 6 are attached asymmetrically, this is an accidental wrong Installation made almost impossible.

Bei standardisierten DIL-Gehäusen mit 24 und mehr Anschlüssen haben die beiden einander gegenüberliegenden Anschlußreihen einen so großen Abstand voneinander, daß sich auch dann eine ausreichende Trennung von netzverbundenem und netzgetrenntem Teil ergibt, wenn die Anschlüsse für die primärseitige Ansteuerschaltung 3 an Anschlußstifte der einen Anschlußreihe, beispieLsweise im Bereich der AnschLüsse 1 bis 12 geführt sind und die Anschlüsse für die sekundärseitige Auswerteschaltung 4 an Anschlußstifte der anderen Anschlußreihe, beispielsweise im Bereich der Anschlüsse 13 bis 24. Die Verwendung solcher Gehäuse hätte den Vorteil, daß keine Anschlußstifte weggelassen werden müssen, so daß vorhandene Geräte für die Herstellung verwendet werden können.With standardized DIL housings with 24 or more connections the two opposite rows of connections are so far apart, that even then there is a sufficient separation of network-connected and network-separated Part results when the connections for the primary-side control circuit 3 to connecting pins one row of connections, for example in the area of connections 1 to 12 are and the connections for the secondary-side evaluation circuit 4 to connecting pins the other row of connections, for example in the area of connections 13 to 24. The Use of such housings would have the advantage that no connecting pins are omitted must be so that existing equipment can be used for manufacture.

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Claims

Claims voltage converter with a transformer for mains isolation, with a primary-side switch, with a primary-side control circuit for the primary-side switch, with a secondary-side evaluation circuit for generation a control variable for the primary-side control circuit and with an integrable, galvanically separating coupler, in particular an optocoupler, for the return of the Controlled variable from the evaluation circuit on the secondary side to the control circuit on the primary side, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the primary-side control circuit (3), the secondary-side evaluation circuit (4) and the coupler (5) each as integrated Circuit are executed and that the three integrated circuits in a common Housing (6) are installed.

2. Voltage converter according to claim 1, characterized in that the switch (2) on the primary side is also built into the common housing (6) is.

3. Voltage converter according to claim 1 or 2, characterized in that that the connections for the primary-side control circuit (3) and the secondary-side The evaluation circuit (4) on the common housing (6) are as far apart as possible.

4. Voltage converter according to claim 3, characterized in that the common housing (6) has the dimensions of a standardized DIL housing, that the connections are attached in the usual grid and that the (in Longitudinal direction) in the middle of the grid no connections are made.

5. Voltage converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the connections on the common housing (6) are attached asymmetrically.

6. Voltage converter according to claim 3, characterized in that the common housing (6) a standardized DIL housing with at least 24 connections in two opposite rows of connections is that the connections for the Primary-side control circuit (3) led to connecting pins of one row of connections are and that the connections for the secondary-side evaluation circuit (4) to connecting pins the other row of connections are performed.