DD228943A1

DD228943A1 - ELECTRONIC SCREENING

Info

Publication number: DD228943A1
Application number: DD26853484A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Peckelsen
Original assignee: Komb Veb Elektro Apparate Werk
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1985-10-23

Abstract

Anwendbar zur Glaettung der Ausgangsspannung von statischen Umformern, vorzugsweise von Sperrwandlern, sowohl mit konstanter als auch mit variabler Arbeitsfrequenz, soll die Erfindung ermoeglichen, elektronische Siebschaltungen, die einen im Laengszweig angeordneten und von einem Differenzverstaerker gesteuerten Stellgliedtransistor enthalten, ausgangsseitig parallel zu schalten, ohne die Siebwirkung der Einzelschaltungen und die Stabilitaet der Gesamtanordnung zu beeintraechtigen. Ausgehend von einer Siebschaltung, bei der der invertierende Eingang des Differenzverstaerkers vom Teilerpunkt eines Eingangsspannungsteilers und der nichtinvertierende Eingang vom Teilerpunkt eines Ausgangsspannungsteilers gesteuert wird, wird erfindungsgemaess dem letztgenannten Teilerpunkt wechselspannungsmaessig Massepotential aufgepraegt, und die Wechselanteile der Eingangsspannung werden ueber einen Wechselspannungsteiler dem nichtinvertierenden Eingang zugefuehrt. Der Verstaerkungsgrad des Differenzverstaerkers wird ueber eine Rueckfuehrung zum invertierenden Eingang festgelegt. FigurApplicable for glazing the output voltage of static converters, preferably of flyback converters, both with constant and variable operating frequency, the invention is to make it possible to switch electronic output circuits, which have a arranged in Laengszweig and controlled by a differential amplifier actuator transistor, the output side in parallel, without the Sieve effect of the individual circuits and the stability of the overall arrangement to impair. Starting from a filter circuit, in which the inverting input of the difference amplifier is controlled by the divider point of an input voltage divider and the noninverting input by the divider point of an output voltage divider, the latter divider point is grounded in accordance with the invention, and the alternating components of the input voltage are fed to the non-inverting input via an AC voltage divider. The degree of amplification of the difference amplifier is determined via a return to the inverting input. figure

Description

Kombinat VEB ^P ^Combination VEB ^P ^

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H 02 J - 1/02H 02 J - 1/02

Elektronische SiebschaltungElectronic filter circuit

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Anwendung der elektronischen Siebschaltung erstreckt sich auf die Glättung der Ausgangsspannung von statischen Umformern, vorzugsweise auf Sperrwandler, sowohl mit konstanter als auch mit veränderlicher Arbeitsfrequenz.The use of the electronic filter circuit extends to the smoothing of the output voltage of static converters, preferably on flyback converters, both with constant and with variable operating frequency.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Glättung einer Spannung wird vielfach ein Dämpfungsglied, bestehend aus einer Drosselspule und einem Kondensator, verwendet. Ist die Frequenz der überlagerten Wechselspannung stark veränderlich, und nimmt sie zudem niedrige Werte an, so erfordert zur Erreichung eines angestrebten Siebfaktors die Drosselspule beachtliche äußere Abmessungen, die sehr nachteilige Auswirkungen auf die konstruktive Gestaltung eines Gerätes haben.To smooth a voltage is often an attenuator consisting of a choke coil and a capacitor used. If the frequency of the superimposed alternating voltage is highly variable, and it also assumes low values, so to achieve a desired screen factor, the inductor requires considerable external dimensions, which have very adverse effects on the structural design of a device.

Als Ersatz für die voluminöse Drossel haben sich weitestgehend Transistoren im Längszweig der zu glättenden Spannung durchgesetzt. In der DE-AS 18 03 ^77 ist eine solche Lösung beschrieben, wonach vor dem Emitter des Längstransistors ein zusätzlicher Widerstand angeordnet ist. Der Spannungsabfall hierüber steuert einen Vortransistor, der den Basisstrom des Längstransistors so steuert, daß der Strom durch letzteren konstant und unabhängig von den Oberwellen am Eingang wird. Von entscheidendem Nachteil ist die hohe Verlustleistung und der Umstand, daßAs a substitute for the bulky choke, transistors have largely prevailed in the longitudinal branch of the voltage to be smoothed. In DE-AS 18 03 ^ 77 such a solution is described, after which an additional resistor is arranged in front of the emitter of the series transistor. The voltage drop across this controls a pre-transistor which controls the base current of the series transistor so that the current through the latter becomes constant and independent of the harmonics at the input. Of crucial disadvantage is the high power loss and the fact that

T- Τ" ," i. "TT- Τ "," i. "T

ein Verbraucher mit konstantem und definiertem Stromverbrauch, vorausgesetzt ist.a consumer with constant and defined power consumption, provided.

Sine andere Lösung wird in der DE-AS 11 99 338 angegeben. Zwei Transistoren in Darlingtonschaltung arbeiten als Längsstellglied und werden von einem dritten Transistor angesteuert. Bei diesem liegen sowohl Emitter als auch Basis am Abgriff je eines über der Ausgangsspannung liegenden Spannungsteilers. Zudem ist, der Emitter mit dem einen, und die Basis mit dem anderen Pol der Ausgangsspannung über je einen Kondensator verbunden. Somit erhält der dritte Transistor seinen Gleichstromarbeitspunkt über die Spannungsteiler, während die Wechselanteile der Ausgangsspannung den Transistor über die Kondensatoren so steuern, daß dieser das Längsstellglied gegensinnig öffnet und schließt und somit die .Ausgangswelligkeit weitestgehend kompensiert. Nachteilig wirkt sich wiederum die hohe Verlustleistung aus, die durch, die relativ hohe Spannung über dem Stellglied entsteht.Another solution is given in DE-AS 11 99 338. Two transistors in Darlington circuit operate as a longitudinal actuator and are driven by a third transistor. In this case, both emitter and base are located at the tap of a respective voltage divider lying above the output voltage. In addition, the emitter is connected to one, and the base to the other pole of the output voltage via a respective capacitor. Thus, the third transistor receives its DC operating point via the voltage dividers, while the alternating components of the output voltage control the transistor via the capacitors so that it opens the longitudinal actuator in opposite directions and closes and thus largely compensates the .Ausgangswelligkeit. The disadvantage, in turn, is the high power loss, which results from the relatively high voltage across the actuator.

Eine Lösung, die die bisher genannten Nachteile vermeidet, ist in der DE-AS 26 08 091 angegeben. Hierbei wird der Längstransistor vom Ausgang eines Operationsverstärkers angesteuert, dessen invertierender Eingang am Teilerpunkt eines Spannungsteilers über der Bingangsspannung und dessen nicht invertierender Eingang am Teilerpunkt eines weiteren, über der Ausgangsspannung liegenden Spannungsteilers liegt. Somit läßt sich die Differenzspannung über dem Längstransistor und damit die Verlustleistung durch geeignete Dimensionierung der Spannungsteiler sehr klein halten. Die Kompensation der überlagerten Wechselanteile wird erzielt durch Einfügen eines Kondensators zwischen dem invertierenden Eingang und dem Bezugspotential. Dadurch werden alle Wechselanteile vom invertierenden Eingang abgeleitet, und die Gleichtaktansteuerung ist aufgehoben. Die Wechselanteile, die nach wie vor am nicht invertierenden Eingang liegen, werden nun verstärkt und steuern kompensierend den Längstransistor. Diese Schaltungsanordnung stellt somit einen Kegelkreis dar mit einer Rückführung vom Ausgang auf den Eegelverstärker. Sie erfüllt hohe Anforderungen bezüglich Glättung der Ausgangsspannung bei geringen Verlusten.A solution which avoids the disadvantages mentioned above, is given in DE-AS 26 08 091. Here, the series transistor is driven by the output of an operational amplifier whose inverting input is at the divider point of a voltage divider on the Bingangsspannung and its non-inverting input at the divider point of another, lying above the output voltage divider. Thus, the differential voltage across the series transistor and thus the power loss can be kept very small by suitable dimensioning of the voltage divider. The compensation of the superimposed alternating components is achieved by inserting a capacitor between the inverting input and the reference potential. As a result, all alternating components are derived from the inverting input, and the common mode control is canceled. The alternating components, which are still at the non-inverting input, are now amplified and compensatingly control the series transistor. This circuit thus represents a bevel circuit with a return from the output to the Eegelverstärker. It fulfills high requirements with regard to smoothing the output voltage with low losses.

Es tun sich jedoch Probleme auf, wenn man zwei oder mehrere Siebschaltungen der vorgehend beschriebenen Art ausgangsseitig parallelschalten will. Diese Notwendigkeit ergibt sich, wenn bei erhöhtem Leistungsbedarf des Verbrauchers zwei Standardstromversorgungen parallel betrieben werden müssen. Es erhalten dann alle Kegelkreise die gleiche Hückführgröße, obgleich sie unterschiedlichen Störgrößen ausgesetzt sind, woraus sich dynamische Instabilitäten der Siebschaltungen ergeben. Die Stabilität für jeden einzelnen Regelkreis mit bekannten Mitteln wiederherzustellen erfordert einen beträchtlichen Aufwand.However, problems do arise when two or more filter circuits of the type described above are to be connected in parallel on the output side. This requirement arises when two standard power supplies have to be operated in parallel with increased power demand of the consumer. It will then receive all the conical circles the same Hückführgröße, although they are exposed to different disturbances, resulting in dynamic instabilities of the Siebschaltungen. Restoring the stability for each individual loop with known means requires considerable effort.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, Instabilitäten zu beseitigen, die beim ausgangsseitigen Parallelschalten bekannter elektronischer Siebschaltungen auftreten.The invention aims to eliminate instabilities that occur in the output side parallel switching of known electronic Siebschaltungen.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Siebschaltung, die einen im Längszweig angeordneten und von einem Differenzverstärker gesteuerten Stellgliedtransistor enthält, wobei die inverse Ansteuerung des Differenzverstärkers vom Teilerpunkt eines Eingangsspannungsteilers aus und die direkte Ansteuerung vom Teilerpunkt eines Ausgangsspannungsteilers aus erfolgt, in der Weise zu verbessern, daß ein ausgangsseitiges Parallelschalten mehrerer derartiger Siebschaltungen unter Aufrechterhaltung der Siebwirkung der Einzelschaltungen und der Stabilität der Gesamtanordnung möglich ist.The invention has for its object to provide an electronic filter circuit which includes a arranged in the longitudinal branch and controlled by a differential amplifier actuator transistor, wherein the inverse control of the differential amplifier from the divider of an input voltage divider and the direct control of the divider point of an output voltage divider takes place in the manner improve that an output side parallel switching several such screening circuits while maintaining the screening effect of the individual circuits and the stability of the overall arrangement is possible.

Die Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, besitzt die folgenden Merkmale: Ausgehend vom invertierenden Eingang des Differenzverstärkers sind zum Teilerpunkt des Eingangsspannungsteilers hin ein Yorwiderstand und zum Ausgang des Differenzverstärkers hin eine Reihenschaltung angeordnet, die aus einem Eückführwiderstand und einem Rückführkondensator besteht. Zwischen dem Teilerpunkt des Ausgangsspannungsteilers und dem Masseanschluß ist ein Kondensator angeordnet, der diesemThe invention, with which this object is achieved, has the following features: Starting from the inverting input of the differential amplifier to the divider point of the input voltage divider out a Yorwiderstand and the output of the differential amplifier out a series circuit arranged, which consists of a Eückführwiderstand and a return capacitor. Between the divider point of the output voltage divider and the ground terminal, a capacitor is arranged, this

Teilerpunkt wechselspannungsmäßig Massepotential aufprägt. Zwischen diesem Teilerpunkt und dem Eingangsanschluß der Siebschaltung ist ein aus zwei Widerständen bestehender Wechselspannungsteiler angeordnet, dessen Abgriff mit dem niehtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist und dessen masseabgewandtem Widerstand ein Trennkondensator in Eeihe geschaltet ist.Dividing point imprinted ground potential ac voltage. Between this divider point and the input terminal of the filter circuit, an AC voltage divider consisting of two resistors is arranged, the tap of which is connected to the non-inverting input of the differential amplifier and whose ground-remote resistor is connected in series with a separating capacitor.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors mit einer Schutzdiode so überbrückt, daß die Polung der Schutzdiode mit der der Emitter-Kollektor -Strecke übereinstimmt.In one embodiment of the invention, the emitter-collector path of the actuator transistor is bridged with a protective diode so that the polarity of the protective diode coincides with that of the emitter-collector path.

Über der Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors bildet sich eine Spannung aus, deren Größe durch die Teilerverhältnisse des Eingangs- und des Ausgangsspannungsteilers festgelegt ist. Die der Eingangsgleichspannung überlagerten Wechselanteile werden kapazitiv abgetrennt und über einen ohmseheη Spannungsteiler dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers zugeführt, der mit seinem Ausgangssignal den Stellgliedtransistor gegensinnig zu den überlagerten Wechselanteilen aussteuert. An dem Differenzverstärker wird mittels 5ückführung vom Ausgang zum invertierenden Eingang eine definierte Verstärkung eingestellt.About the emitter-collector path of the actuator transistor is formed from a voltage whose size is determined by the divider ratios of the input and the output voltage divider. The alternating components superimposed on the input DC voltage are capacitively separated and fed via an ohmseheη voltage divider to the non-inverting input of the differential amplifier, which controls the actuator transistor in opposite directions to the superimposed alternating components with its output signal. At the differential amplifier, a defined gain is set by means of feedback from the output to the inverting input.

Im zulässigen Betriebsbereich ist die über der Emitter-Kollektor-Strecke des Stellgliedtransistors sich einstellende Spannung kleiner als die IPlußspannung der Schutzdiode, so .daß die Schutzdiode nur dann wirksam wird, wenn infolge einer Überlastung des Stellgliedtransistors die Spannung über dessen Emitter-Kollektor-Strecke unzulässig ansteigt.In the permissible operating range over the emitter-collector path of the actuator transistor adjusting voltage is smaller than the IPlußspannung the protection diode, so .Daß that the protective diode is effective only when due to overload of the actuator transistor, the voltage across the emitter-collector path inadmissible increases.

Ausführungsbeispiel·Embodiment ·

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die augehörige Zeichnung zeigt eine elektronische Siebschaltung, in der die erfindungsgemäße Lösung zur Anwendung kommt.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows an electronic filter circuit in which the solution according to the invention is used.

Die in den Eingangsanschluß E eingespeiste, mit einem Wechselanteil überlagerte Eingangsgleichspannung Ue liegt mit dem hohen Potential am Emitter eines Stellgliedtransistors Ts. Dessen Kollektor, an dem das hohe Potential der gesiebten Ausgangs spannung Ua entnommen wird, ist mit dem Ausgangsanschluß A verbunden, an dem eine nicht dargestellte Last angeschlossen · ist. Beide Spannungen, Ue und Ua, fußen auf einem gemeinsamen Hullpotential des Masseanschlusses M. Der Stellgliedtransistor Ts erhält seinen Basisstrom über den Basiswiderstand E6 vom Ausgang des Differenzverstärkers V, der aus der Eingangsgleichspannung Ue gespeist wird. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers V ist über einen Vorwiderstand R4· mit dem Teilerpunkt Te eines Eingangsspannungsteilers verbunden, der aus den Widerständen S2 und E3 besteht und zwischen Eingangsanschluß E und Masseanschluß M angeordnet ist.The fed into the input terminal E, with an alternating component superimposed input DC voltage Ue is the high potential at the emitter of an actuator transistor Ts. Its collector, where the high potential of the screened output voltage Ua is removed, is connected to the output terminal A, at which a Unloaded load is connected. Both voltages, Ue and Ua, are based on a common hull potential of the ground terminal M. The actuator transistor Ts receives its base current via the base resistor E6 from the output of the differential amplifier V, which is fed from the DC input voltage Ue. The inverting input of the differential amplifier V is connected via a series resistor R4 · to the divider point Te of an input voltage divider, which consists of the resistors S2 and E3 and is arranged between the input terminal E and ground terminal M.

Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers V ist über einen Widerstand R7 mit dem Teilerpunkt Ta eines an der Ausgangsspannung Ua liegenden Ausgangsspannungsteilers verbunden, welcher aus den Widerständen E8 und H9 besteht. Die Teilerverhältnisse von Eingangsspannungsteiler und Ausgangsspannungsteiler sind so bemessen, daß die Eingangsspannungsdifferenz am Differenzverstärker Y zu Hull wird, wenn über der Kollektor-Emitterstrecke des Stellgliedtransistors Ts eine vorgegebene Spannung Ud stehenbleibt. Bei Erhöhung des Laststromes am Ausgangsanschluß A wird dieses Gleichgewicht gestört, und die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers V sinkt ab. Hierdurch erhöht sich der Basisstrom des Stellgliedtransistors Ts so weit, daß sich der vorgegebene Wert von Ud wieder einstellt. Bei Verringerung des Laststromes läuft der Vorgang entsprechend umgekehrt.ab.The non-inverting input of the differential amplifier V is connected via a resistor R7 to the divider point Ta of a lying at the output voltage Ua output voltage divider, which consists of the resistors E8 and H9. The divider ratios of the input voltage divider and the output voltage divider are such that the input voltage difference at the differential amplifier Y becomes Hull when a predetermined voltage Ud remains above the collector-emitter path of the actuator transistor Ts. When increasing the load current at the output terminal A, this balance is disturbed, and the voltage at the output of the differential amplifier V decreases. As a result, the base current of the actuator transistor Ts increases so far that sets the predetermined value of Ud again. When reducing the load current, the process is reversed accordingly.

Hinsichtlich der Wechselanteile liegt der Teilerpunkt Ta infolge eines Kondensators G3 auf Uullpotential. Der Wechselanteil der Eingangsgleichspannung Ue wird von einem Wechselspannungsteiler, bestehend aus den Widerständen S1 und E7, heruntergeteilt, dessen Abgriff an den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers V angeschlossen ist. Der GleichanteilWith regard to the alternating components, the divider point Ta is at zero potential as a result of a capacitor G3. The alternating component of the input DC voltage Ue is divided down by an AC voltage divider, consisting of the resistors S1 and E7, whose tap is connected to the non-inverting input of the differential amplifier V. The DC component

wird dabei durch einen Trennkondensator 01 abgetrennt.is separated by a separating capacitor 01.

Der Aasgang des Differenzverstärkers Y ist über einen Eückführkondensator 02 und einen Bückführwiderstand R5 mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Damit ist die" für die Verstärkung der Wechselanteile ausschlaggebende Proportionalverstärkung des Differenzverstärkers V durch das Verhältnis B5 zu B4 gegeben, wenn B2 und B3 viel kleiner als .14 sind und deshalb vernachlässigt werden können. Der Bückführkondensator 02 bestimmt den integrierenden Anteil und trennt den Gleichanteil der Verstärkerausgangsspannung vom invertierenden Eingang,The Aasgang of the differential amplifier Y is connected via a Eückführkondensator 02 and a Bückführwiderstand R5 with its inverting input. Thus, the proportional gain of the differential amplifier V which is decisive for the amplification of the alternating components is given by the ratio B5 to B4, if B2 and B3 are much smaller than 14 and can therefore be neglected Amplifier output voltage from the inverting input,

Bei geeigneter Dimensionierung der Widerstände 11, B7, B5 und S4 wird der in den Stellgliedtransistor Ts fließende Basisstrom so gesteuert, daß sich die Spannung Ud analog zu den der Eingangsgleichspannung Ue überlagerten Wechselanteilen ändert. Infolgedessen, bleibt das Kollektorpotential des Stellgliedtransistors Ts weitestgehend konstant.With suitable dimensioning of the resistors 11, B7, B5 and S4, the base current flowing in the actuator transistor Ts is controlled such that the voltage Ud changes analogously to the alternating components superimposed on the input direct voltage Ue. As a result, the collector potential of the actuator transistor Ts remains largely constant.

Diese Siebschaltung kann mit anderen gleichartigen Siebschaltungen ohne Stabilitätsverlust ausgangsseitig=. parallel geschaltet werden, weil die Ausgangsspannung Ua dynamisch ohne Einfluß auf den Steuerungsvorgang des Stellgliedtransistors Ts bleibt.This filter circuit can with other similar filter circuits without loss of stability output =. be connected in parallel, because the output voltage Ua dynamically remains without influence on the control operation of the actuator transistor Ts.

In Erweiterung der Schaltung kann der Stellgliedtransistor Ts mit einer Schutzdiode D überbrückt werden, um bei Kurzschluß am Ausgang die Kollektor-Emitter spannung des StellgÜedtransistors Ts zu begrenzen und:, diesen vor Überlastung zu schützen, Diese einfache Schutzmaßnahme kann-deshalb angewendet werden, weil der Stellgliedtransistor Ts.im zulässigen Betriebsbereich mit einer Spannung Ud zwischen Emitter und Kollektor betrieben wird, deren Wert einen Bruchteil der Schwellspannung der Schutzdiode D beträgt.In extension of the circuit, the actuator transistor Ts can be bridged with a protective diode D to limit the collector-emitter voltage of StellgÜedtransistors Ts at short circuit at the output and :, to protect it from overloading, This simple protective measure can be applied because of Actuator transistor Ts.in the allowable operating range is operated with a voltage Ud between the emitter and collector whose value is a fraction of the threshold voltage of the protective diode D.

Claims

'-' · - 7 - Invention claim

1. Electronic filter circuit with a arranged between Eingangsand Aasgangsanschloß emitter-collector path of a differential amplifier angesteaerten actuator transistor, wherein the inverting input of the differential amplifier from the divider of a arranged between Eingangsand ground terminal input voltage divider and the non-inverting input from the divider of a arranged between output and Masseeanschlaß output voltage divider is controlled, characterized in that between the inverting input of the differential amplifier (T) and the divider point (Te) of the input voltage divider a series resistor (E4-) and between the inverting input and the output of the differential amplifier (Y) a series connection of a Hückführwiderstand ( E5) and a Hückführkondensator (02) is arranged, that between the dividing point (Ta) of the output voltage divider and the ground terminal (M) a short-circuiting the alternating components Ko ndensator (03) is arranged and in that in the connection between the non-inverting input of the differential amplifier (V) and the divider point (Ta) of the output voltage divider, a resistor (57) inserted between the non-inverting input and the input terminal (E) one of a separating capacitor ( C1) and a resistor (E1) existing series circuit, which forms an AC voltage divider together with the leading to the divider point (Ta) of the output voltage divider resistor (E7).

2 · Electronic filter circuit according to item 1, characterized in that the emitter-collector path of the actuator transistor (Ts) a protective diode (D) is connected in parallel with the same polarity ·

For this 1 sheet drawing.