DE3535020A1

DE3535020A1 - Wechselstrom-gleichstromwandler

Info

Publication number: DE3535020A1
Application number: DE19853535020
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Wien Brandstätter
Original assignee: Schrack Elektronik AG
Current assignee: Schrack Elektronik AG
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1985-10-01
Publication date: 1986-04-10
Also published as: ATA317284A; FR2571561A1; US4665475A; GB8524292D0; AT383708B; FR2571561B1; GB2165406B; GB2165406A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstrom-Gleichstromwandler, im weiteren kurz AC/DC-Wandler genannt, mit einer Gleichrichterschaltung und einem Wandlertransformator an dessen Primärseite ein Bedämpfungsnetzwerk angeordnet ist.

Bei bekannten derartigen Wandlern ist es bekannt Bedämpf ungsnetzwerke vorzusehen, um die bei den Wandlertransformatoren auftretenden Schaltspitzen zu dämpfen und die Schaltverluste zu vernichten. Solche Bedämpfungsnetzwerke waren in der Regel durch eine Serienschaltung einer Diode und eines Kondensators gebildet, wobei der Kondensator mit einem Widerstand überbrückt ist, der zur Vernichtung der Verlustenergie des Wandlertransformators dient.

Bei dieser bekannten Lösung ergibt sich der Nachteil, daß zwar Überspannungen vermieden werden, aber die anfallende Verlustenergie nicht zurückgewonnen wird. Außerdem ist bei den bekannten Lösungen für die Versorgung von Hilfsschaltungen, wie z. B. die Steuerschaltung des Wandlertransformators, eine eigene Stromversorgung nötig.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Wandler der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen der eine Verwertung der Schaltverluste ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Bedämpfungsnetzwerk eine Sperrwandlerschaltung umfaßt.

Durch die Anordnung einer Sperrwandlerschaltung im Bedämpfungsnetzwerk ist es möglich die Verlustenergie zurückzuführen und bzw. oder für die Versorgung von Hilfsschaltungen zu verwenden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Sekundärwicklung eines Übertragers der Sperrwandlerschaltung über einen Gleichrichter an die Primärseite des Wandlertransformators rückgeführt ist. Auf diese Weise wird die Verlustleistung weitgehend zurückgewonnen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, daß der Übertrager der Sperrwandlerschaltung wenigstens eine weitere Sekundärwicklung mit einem nachgeschalteten Gleichrichter aufweist, und daß der Ausgang des Gleichrichters an den Eingang eines Komparators zur EingangsSpannungsüberwachung und/oder an einen Eingang eines Reglers für die Ausgangsspannung des AC/DC Wandlers geführt ist. Durch diese Maßnahmen läßt sich auf sehr einfache Weise erreichen, daß z. B. beim Absinken der Eingangsspannung auf Werte, bei denen ein sicherer Betrieb des Wandlers nicht mehr gewährleistet ist, der Wandler abgeschaltet wird.

Dies ist aufgrund des Umstandes, daß die Ausgangsspannung der weiteren Sekundärwicklung des Sperrwandlers in einem festen Verhältnis zu der an der an den Eingang des AC/DC Wandlers rückgeführten Sekundärwicklung des Sperrwandlers anliegenden Spannung steht.

Weiters ist durch die Verbindung der Sekundärwicklung des Sperrwandlers des Bedämpfungsnetzwerkes mit dem Regler für die Ausgangsspannung des Wandlertransformators eine Störgrößenaufschaltung gegeben, durch die die dynamischen Eigenschaften des Regelkreises verbessert werden. So wird dadurch z. B. eine verbesserte Ausregelung von am Eingang anstehenden Brummspannungen erzielt.

Um eine exakte Abschaltung des Wandlertransformators bei einer zu geringen Eingangsspannung mit einem geringen Schaltungsaufwand und einer weitgehenden Unterdrückung von Einschwingvorgängen zu erreichen, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß der Ausgang des

!Comparators mit einem Steuereingang eines im einen Ansteuerkreis des Wandlertransformators angeordneten Pulsbreiten-Modulators verbunden ist.

Weiters kann vorgesehen sein, daß zwecks Spannungsversorgung die Versorgungsspannungsklemmen von Hilfsschaltungen, wie z. B. des Reglers gegebenenfalls des Ansteuerverstärkers, des Pulsbreiten-Modulators, sowie des !Comparators, an den Ausgang des an die zweite Sekundärwicklung des Übertragers der Sperrwandlerschaltung angeordneten Gleichrichters angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen AC/DC Wandlers und Fig. 2 das Schaltbild für einen Ansteuerverstärker.

Gemäß Fig. 1 liegt die Eingangswechselspannung U Ύ an einer Gleichrichterschaltung G1 an, die z. B. .eine Gleichrichterbrückenschaltung sein kann. Der Ausgang dieser Gleichrichterschaltung ist an einen Wandlertransformator angeschlossen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Primärwicklung T11 des Wandlertransformators mit einer Mittelanzapfung versehen, wobei der Anschluß der Primärwicklung T11 an die Ausgangsgleichspannung der Gleichrichterschaltung G1 über die Mittelanzapfung und über die beiden Transistoren V1, V2 erfolgt, deren Basen mit der Sekundärwicklung

8 eines Ansteuerübertragers T2 verbunden sind, dessen Primärwicklung

9 mit einem Ansteuerverstärker 1 verbunden ist. Zur Kompensation bzw/. Dämpfung der durch Schaltvorgähge auftretenden Spannungsspitzen ist ein Kondensator C1 parallel zu den Eingangsklernmen geschaltet. Die Primärwicklung T11 des Wandlertransformators ist induktiv mit der Sekundärwicklung T12 gekoppelt, die über die Dioden V8, V9 und ein Glättungsglied L, C4 die Ausgangsspannung liefert.

Die beiden Enden der Primärwicklung T11 des Wandlertransformators sind über zwei gleichgepolte Dioden V4, V5 mit einer Elektrode eines Speicherkondensators C2 verbunden, an welcher Elektrode auch der Anfang der Primärwicklung 2 des. Übertragers T3 der Sperrwandlerschaltung 3 angeschlossen ist. Die zweite Elektrode des Speicherkondensators C2 ist direkt mit einer Eingangsklemme verbunden, wogegen die Primärwicklung 2 des Übertragers T3 über einen Transistor V3, dessen Basis mit einer Steuerwicklung 4 des Übertragers T3 verbunden ist, mit einer Eingangsklemme verbunden ist, an der auch die Steuerwicklung 4 und eine erste Sekundärwicklung 5 des Übertragers T3 angeschlossen sind, welche letztere einen zum Wickelsinn der Primärwicklung2 umgekehrten Wickelsinn aufweist und über eine Diode V6 mit der zweiten Eingangsklemme verbunden ist.

Die Sperrwandlerschaltung 3 weist noch eine weitere Sekundärwicklung 6 des Übertragers T3 auf, die über die Diode V7 und den Glättungskondensator C3 eine Spannung zur Versorgung von Hilfsschaltungen zur Steuerung des Wandlertransformators liefert, wobei die beiden Sekundärwicklungen 5 und 6 den gleichen Wickelsinn aufweisen.

Die zweite Sekundärwicklung 6 bzw. die Diode V7 ist mit den Versorgungsspannungskleminen V+, V- eines Reglers N1 , eines !Comparators N2, eines Pulsbreiten-Modulators 7 und des Ansteuerverstärkers 1 verbunden. Regler N1 samt einer Referenzspannungsquelle U ref 2 sowie Pulsbreiten-Modulator 7 können gemeinsam durch den Baustein TL 494 der Fa. Motorola realisiert sein. Bei dem Komparator N2 kann es sich um den Baustein LM 3 93 der Fa. Motorola handeln. Weiters ist die Diode V7 noch mit einem Eingang des Komparators N2 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer an V- angeschlossenen Bezugsspannungsquelle U ref 1 verbunden ist und dessen Ausgang mit einem Eingang des Pulsbreitenmodulators 7 verbunr den ist. Dieser ist ausg§ngsseitig mit den Steuereingängen

- 7 des Ansteuerverstärkers 1 verbunden.

Der Ausgang V des Sperrwandlers 3 ist über einen Widerstand R1 mit dem Steuereingang des Reglers N1 verbunden, welcher Steuereingang über den Widerstand R3 mit einer Ausgangsklemme und der aus dem Widerstand R2 und dem Kondensator C5 bestehenden Rückkopplungsschleife verbunden ist, die an dem Ausgang des Reglers N1 angeschlossen ist. An den zweiten Eingang des Reglers N1·ist eine Bezugsspannungsquelle Uref2 angeschlossen, die den Sollwert der Ausgangsspannung festlegt, und die ihrerseits mit dem Ausgang V_ des Sperrwandlers 3 und einer Ausgangsklemme des AC/DC-Wandlers verbunden ist.

Bei angelegter Eingangsspannung werden die Transistoren V1, V2 wechselweise durchgeschaltet, wodurch die Wicklungshälften der Primärwicklung T11 des Wandlertransformators wechselweise an die Eingangsspannung gelegt werden. Durch die induktive Kopplung der Primärwicklung T11 mit der Sekundärwicklung T12 wird in dieser eine Spannung erzeugt deren Höhe durch das Übersetzungsverhältnis der beiden Wicklungen und die Eingangsspannung bestimmt ist.

Infolge der induktiven Verluste des Wandlertransformators würden ohne besondere Vorkehrungen bei den Schaltvorgängen Schaltüberspannungen auftreten. Durch die beiden Dioden V4, V5, werden diese Energien dem Speicherkondensator C2 zugeführt. Beim Anschwingen, also beim ersten Takt bei Inbetriebnahme, wird die am Kondensator C2 anliegende Ladung über die Primärwicklung 2 des Sperrwandlers 3 und der Widerstand R4 auch an der Basis des Transistors V3 anliegen. Erreicht dieses Potential einen für das Durchschalten des Transistors V3 ausreichenden Wert, so wird der Transistor V3 leitend und sich der Kondensator C2 rasch über die Primärwicklung 2 und die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors V3 entladen. Hiebei verhindert der Kondensator C6 das Abfließen der Ladung an der Basis des Transistors V3, die für dessen Leitendschalten erforderlich ist. Zufolge des durch

die Wicklung 2 fließenden Ladestromes wird in der Wicklung eine Spannung induziert, die ein Durchschalten des Transistors V3 bewirkt, wodurch der Kondensator C2 rasch Ladung in die Primärwicklung 2 abgibt. Sobald die Primärwicklung 2 gesättigt ist, tritt an der Steuerwicklung 4 keine Spannung mehr auf. Der Transistor V3 beginnt zu sperren, dadurch kehrt sich die Polarität der am Sperrwandler 3 anliegenden Spannung um, der Transistor V3 sperrt vollkommen und die im Sperrwandler 3 gespeicherte magnetische Energie wird über die Sekundärwicklungen 5 und 6 abgegeben. Die Energie der Sekundärwicklung 5 wird über die Diode V6 an den Eingang zurückgeführt und die Energie der Sekundärwicklung 6 über die aus der Diode V7 und den Kondensator C3 gebildeten Gleichrichterschaltung den Bauteilen N1, N2, 7 und 1 als Versorgungsspannung zugeführt.

Durch diese Abfuhr der Verlustenergie können die auftretenden Schaltspannungspitzen herabgesetzt werden. Da die Rückschlagspannung der Sperrwandlerschaltung 3 durch die Eingangsspannung des Wandlertransformators geklammert ist entsteht an dem Glättungskondensator C3 eine Spannung die proportional zur Eingangsspannung ist, bzw. dem Übersetzungsverhältnis des Übertragers T3 entspricht. Die dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators N2 zugeführte Spannung entspricht daher der Eingangsspannung.

Der Komparator N2 vergleicht die am Kondesator C3 anstehende Spannung mit einer Bezugsspannung Uref1, die z.B. entsprechend der kleinsten für einen sicheren Betrieb des AC/DC-Wandlers erforderlichen Eingangsspannung festgelegt ist. Diese Bezugsspannung Urefi wird durch eine Bezugsspannungsquelle wie z.B. eine Zenerdiodenschaltung geliefert. Wird dieser Wert unterschritten, so gibt der Komparator N2 ein Sperrsignal an den Pulsbreiten-Modulator 7 ab, so daß dieser die weitere Abgabe von Impulsen verhindert, wodurch der AC/DC-Wandler abgeschaltet wird und seinen Betrieb einstellt. Die Impuls-

breite der vom Pulsbreiten-Modulator abgegebenen Impulse hängt von dem vom Regler N1 gelieferten Signal ab. Dieser Regler N1 liegt in seinem einen Eingang über den Widerstand R3 an einer Ausgangsklemme und vergleicht die Ausgangsspannung mit der an seinem zweiten Eingang angelegten Bezugsspannung Uref2, die von einer mit der zweiten Ausgangsklemme verbundenen Bezugsspannungsquelle Uref2, geliefert wird. Je nach der Größe der Ausgangsspannung im Vergleich zu der Bezugsspannung liefert der Regler ein bestimmtes Signal, das die Impulsbreite bestimmt. Dabei ergibt sich bei konstanten Impulspausen bei kürzeren Impulsen eine- höhere Ausgangsspannung. Die vom Pulsbreiten-Modulator 7 gelieferten Impulse werden im Ansteuerverstärker 1 verstärkt und bewirken in der Primärwicklung 9 des Übertragers T2 einen Stromfluß in wechselnden Richtungen, wodurch auch an den Ausgängen der Sekundärwicklung 8 die Polarität wechselt und die Transistoren V1, V2 abwechselnd durchgesteuert werden. Der Ansteuerverstärker 1 kann auch entfallen soferne die Ausgangs impulse des Pu-lsbreiten-Modulators 7 für die Ansteuerung des Übertragers T2 ausreichen.

Der Ansteuerverstärker 1 kann, wie aus Fig.2 ersichtlich, durch eine Brückenschaltung von vier Transistoren 10 bis 13 gebildet sein von denen die diagonal gegenüberliegenden den gleichen, die nebeneinander liegenden aber unterschiedlichen Aufbau haben. Dabei sind die Basen je zweier in einem Brückenzwei liegender Transistoren 10, 13 bzw. 12, 11 miteinander verbunden. Je nach dem welche der beiden Steuergänge 14, 15 mit einem positiven Impuls beaufschlagt ist, fließt der Strom über den Transistor 10 und 11 in der einen Richtung oder über die Transistoren 12 und 13 an der anderen Richtung durch die Sekundärwicklung 9 des Übertragers T2, wobei die Sekundärwicklung 9 an die Mittenklemme der beiden Brückenzweige angeschlossen ist.

Claims

Patentansprüche

1. AC/DC Wandler mit einer Gleichrichterschaltung und einem Wandlertransformator an dessen Primärseite ein .Bedampf ungsnetzwerk angeordnet ist, dadurch'..gekennzeichnet, daß das Bedämpfungsnetzwerk eine Sperrwandlerschaltunq umfaßt.

2. AC/DC Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung eines Übertragers der Sperrwandlerschaltung über einen Gleichrichter an die Primärseite des Wandlertransformators rückgeführt ist.

3. AC/DC Wandler nach Anspruch 2, 'dadurch gekennzeichnet, daß der übertrager der Sperrwandlerschaltung wenigstens

eine weitere Sekundärwicklung mit einem nachgeschalteten Gleichrichter aufweist, und daß der Ausgang des Gleichrichters an den Eingang eines !Comparators zur Eingangsspannungsüberwachung und/oder an einen Eingang eines Reglers für die Ausgangsspannung des AC/DC Wandlers geführt ist.

4. AC/DC Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des !Comparators mit einem Steuereingang eines in einem Ansteuerkreis des Wandlertransformators angeordneten Pulsbrextenmodulators verbunden ist.

5. AC/DC Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Spannungsversorgung die Versorgungsspannungsklemmen von Hilfsschaltungen, wie z. B. des Reglers gegebenenfalls des Ansteuerverstärkers, des Pulsbreiten-Modulators, sowie des Komparators, an den Ausgang des an die zweite Sekundärwicklung des Übertragers der Sperrwandlerschaltung angeordneten Gleichrichters angeschlossen sind.