-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine potentialfreie Stromversorgung, insbesondere zur Stromversorgung sicherheitskritischer Systeme.
-
Zur potentialfreien Versorgung von sicherheitskritischen Systemen werden in der Regel isolierte Schaltwandler eingesetzt. Hierzu zählt die in 1 gezeigte Push-Pull Topologie. Diese wird aufgrund der potentiell hohen Leistungsübertragung und der geringen Anzahl an Halbleitern auch in Weltraumapplikationen eingesetzt.
-
Dabei befindet sich der Regler-Baustein (im in 1 dargestellten Beispiel der LM5030 - Texas Instruments) bei kommerziell erhältlichen Lösungen ausschließlich auf der Seite der Eingangsspannung (VIN). Dies wird nachfolgend als Primärseite definiert. Durch das abwechselnde Schalten von der Transistoren Q1 und Q2 wird über den Transformator (TR1) Energie auf die Seite der Ausgangsspannung (VOUT) übertragen, die nachfolgend als Sekundärseite definiert wird. Die Dioden richten die aus dem Transformator gespeiste Wechselspannung gleich. Der Ausgangsfilter Lout und Cout dienen zur Glättung der Ausgangsspannung. In Abhängigkeit des Tastverhältnisses beim Schalten der Transistoren Q1 und Q2 ergibt sich eine mittlere Ausgangsspannung. Zur Regelung der Ausgangsspannung wird die Regelgröße auf der Sekundärseite erzeugt und über einen analogen isolierten Übertrager (isolated feedback) an den Regler-Baustein übermittelt. Dieser passt entsprechend der Regelgröße den Scheitelstrom durch die Primärseiten von TR1 an und somit auch das Tastverhältnis von Q1 und Q2. Der Scheitelstrom wird über den Widerstand Rsense detektiert. Nach dem Abschalten der Transistoren fließt kein Strom durch Rsense bis zum nächsten Schaltzyklus.
-
Durch das Gleichrichten mittels der Dioden auf der Sekundärseite fallen bei hohen Ausgangsströmen hohe thermische Verluste an, welchen den Wirkungsgrad des gesamten Schaltwandlers verringern. Durch das Austauschen der Dioden durch Schalter (Synchrongleichrichter) werden diese Verluste minimiert, aber diese Schalter müssen aktiv über die Isolationsbarriere angesteuert werden. Dies resultiert in einer höheren Bauteilanzahl, wie auch in einem vergrößerten Bauraum. Diese Kriterien führen zu höheren Kosten und geringerer Ausfallsicherheit, welche in der Raumfahrt entscheidend sind. Ein solcher Synchrongleichrichter ist beispielsweise aus
DE 10 2016 122 865 A1 bekannt.
-
Des Weiteren ist eine analoge Signalübertragung der Regelgröße über eine induktiv gekoppelte Übertragungsstrecke aufwendig realisierbar und besitzt eine geringe Bandbreite. Die induktiv gekoppelte Übertragungsstrecke ist in Weltraumapplikationen wegen der fehlenden Strahlungshärte der optischen Übertragungstrecke einzusetzen.
-
Aus diesen Gründen ist eine sekundärseitige Regelung in Raumfahrt einer primärseitigen Regelung vorzuziehen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine potentialfreie Stromversorgung zu schaffen mit einem vereinfachten Aufbau und einem verbesserten Wirkungsgrad.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch eine potentialfreie Stromversorgung gemäß Anspruch 1.
-
Die erfindungsgemäße potentialfreie Stromversorgung insbesondere zur Stromversorgung sicherheitskritischer Systeme weist eine erste Trennspule und eine zweite Trennspule auf zur Potentialtrennung einer Primärseite von einer Sekundärseite. Dabei weisen die erste Trennspule und die zweite Trennspule primärseitig einen Anschluss auf zur Verbindung mit einer Stromversorgung, wobei es sich insbesondere um eine Konstant-stromversorgung handelt. Weiterhin weisen die erste Trennspule und die zweite Trennspule sekundärseitig einen gemeinsamen Anschluss auf, wobei der Anschluss mit einem Terminal verbunden ist, der mit einer Last verbindbar ist. Bei dem Terminal handelt es sich somit um den Ausgang der erfindungsgemäßen potentialfreien Stromversorgung, an welchem ein Verbraucher angeschlossen werden kann.
-
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein erstes Schaltelement im primärseitigen Stromkreis der ersten Trennspule vorgesehen. Ebenso ist ein zweites Schaltelement im primärseitigen Stromkreis der zweiten Trennspule vorgesehen. Im sekundärseitigen Stromkreis der ersten Trennspule ist ein drittes Schaltelement vorgesehen, und im sekundärseitigen Stromkreis der zweiten Trennspule ist ein viertes Schaltelement vorgesehen. Bei insbesondere mindestens einem und vorzugsweise bei allen Schaltelementen handelt es sich um Transistoren und besonders bevorzugt um MOSFET-Transistoren. Hierbei kann es sich beispielsweise um normal-sperrende n-Kanal MOSFETs handeln. Die Schaltelemente weisen einen Steuereingang auf, um zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung geschaltet zu werden. Sind die Schaltelemente als Transistoren ausgebildet, handelt es sich bei dem Steuereingang um die Basis bzw. den Gate-Anschluss.
-
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Steuerelement vorgesehen, welches mit den Steuereingängen der jeweiligen Schaltelemente verbunden ist zur Steuerung der Schaltelemente zwischen der Offenstellung und der Geschlossenstellung. Dabei ist das Steuerelement ausgebildet, abwechselnd das erste Schaltelement zusammen mit dem dritten Schaltelement zu schließen, so dass Strom über die erste Trennspule an den Terminal übertragen wird. Abwechselnd hierzu wird das zweite Schaltelement zusammen mit dem vierten Schaltelement geschlossen, so dass Strom über die zweite Trennspule an den Terminal übertragen wird. Das Steuerelement ist somit ausgebildet, zyklusweise zunächst das erste Schaltelement zusammen mit dem dritte Schaltelement und sodann das zweite Schaltelement zusammen mit dem vierten Schaltelement anzusteuern. Nachfolgend beginnt der Zyklus erneut vor vorn mit gleichzeitigem Schalten des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements usw.
-
Erfindungsgemäß ist sekundärseitig eine Strommessung vorgesehen zur Erfassung des über die erste Trennspule oder über die zweite Trennspule übertragenen Stroms. Dabei ist die Strommessung mit dem Steuerelement verbunden, wobei das Steuerelement ausgebildet ist, das Tastverhältnis, mit dem die Schaltelemente angesteuert werden, in Abhängigkeit des erfassten Stroms durch die Strommessung anzupassen. In Abhängigkeit des Tastverhältnisses beim Schalten der Schaltelemente ergibt sich eine mittlere Ausgangsspannung, die von einer Last am Terminal abgegriffen werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird das dritte Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement über ein Verzögerungsmodul angesteuert. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Anschaltverzögerung. Durch die Anschaltverzögerung wird sichergestellt, dass die Schaltelemente der Sekundärseite nicht gleichzeitig leiten. Falls dies geschehen würde, verliert der Transformator seine induktiven Eigenschaften und bildet einen Kurzschluss. Somit würden die primärseitigen Schaltelemente einen Kurzschluss zwischen VIN und dem primärseitigen Nullpotential bewirken. Hierdurch könnte es zur Beschädigung der Schaltelemente kommen. Somit wird durch Vorsehen der Anschaltverzögerung eine Beschädigung der Schaltelemente sowie eventuell auftretende Spannungsspitzen verhindert.
-
Erfindungsgemäß ist ein fünftes Schaltelement vorgesehen, über das sekundärseitig ein induktiv und/oder kapazitiv gespeicherter Strom abgeführt werden kann. Beim Schalten des dritten bzw. des vierten Schaltelements in einer Offenstellung kann insbesondere bei der Verwendung von Transistoren oder MOSFETs aufgrund der Body-Diode weiterhin ein Strom fließen, welcher sodann unter Umständen fälschlicherweise von der Strommessung erfasst wird und zu einer Verfälschung der Strommessung führt. Um dies zu verhindern, wird durch das fünfte Schaltelement in den vorhandenen Spulen (Trennspulen und/oder Glättungsspulen) induktiv gespeicherter Strom abgeführt und somit eine zuverlässige und korrekte Strommessung gewährleistet. Dabei kann insbesondere das fünfte Schaltelement zwischen dem gemeinsamen sekundärseitigen Anschluss und dem Terminal angeordnet sein.
-
Somit weist die erfindungsgemäße potentialfreie Stromversorgung keine Dioden auf, welche zur Gleichrichtung verwendet werden, wodurch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen potentialfreien Stromversorgung erhöht wird. Es wird somit ein vollständig schaltender Betrieb gewährleistet. Gleichzeitig erfolgt eine sekundärseitige Regelung der Schaltung, wodurch der Aufbau vereinfacht wird. Somit ist eine einfache und effiziente Schaltung zur potentialfreien Stromversorgung geschaffen, die kompakt ausgebildet ist und daher auch für Weltraumapplikationen geeignet ist.
-
Vorzugweise ist zwischen dem ersten Schaltelement und dem Steuerelement und ebenso zwischen dem zweiten Schaltelement und dem Steuerelement eine Isolationsschaltung vorgesehen zur Potentialtrennung der Steuerleitungen zwischen der Primärseite und der Sekundärseite der Schaltung. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine digitale Isolationsschaltung, so dass der Aufbau der Isolationsschaltung vereinfacht werden kann und insbesondere keine größeren Beschränkungen in der Bandbreite vorliegen. Somit kann die potentialfreie Stromversorgung einfacher und über einen größeren Bereich an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
-
Vorzugsweise bilden die erste Trennspule und die zweite Trennspule eine gemeinsame Transformatorschaltung, wobei diese primärseitig einen symmetrischen Anschluss für die Stromversorgung aufweist und sekundärseitig der gemeinsame Anschluss ebenfalls als symmetrischer Abgriff ausgebildet ist. Hierdurch wird die Anzahl der erforderlichen Bauelemente weiter reduziert, so dass eine besonders einfache Schaltung ausgebildet wird.
-
Vorzugsweise sind kapazitive und/oder induktive Glättungselemente zwischen dem sekundärseitigen gemeinsamen Anschluss und dem Terminal vorgesehen. Hierdurch werden die durch das Schalten der Schaltelemente erzeugten Schwankungen in der Ausgangsspannung am Terminal geglättet, so dass die Ausgangsspannung im Wesentlichen der mittleren übertragenen Spannung entspricht. Insbesondere sind dabei die Glättungselemente ausgebildet, eine ausreichende Glättung der Ausgangsspannung auch bei kleinen Tastverhältnissen zu gewährleisten.
-
Vorzugsweise wird das fünfte Schaltelement geschlossen, sofern weder das dritte Schaltelement noch das vierte Schaltelement geschlossen sind. Nach dem Öffnen des dritten Schaltelements oder des vierten Schaltelements muss induktiv gespeicherter Strom abgeführt werden, so dass zu diesem Zeitpunkt im Zyklus das fünfte Schaltelement geschlossen wird, um den Strom abzuführen. Sobald entweder das dritte Schaltelement oder das vierte Schaltelement wieder geschlossen wird, wird das fünfte Schaltelement geöffnet, damit eine Spannung am Terminal anliegt.
-
Vorzugsweise wird das fünfte Schaltelement über ein Verzögerungsmodul angesteuert.
-
Vorzugsweise ist eine primärseitige Strommessung vorgesehen, wobei das Signal der Strommessung an das Steuerelement weitergegeben wird.
-
Das Steuerelement ist ausgebildet, bei Überschreiten eines primärseitigen Grenzstroms das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement zu öffnen, um eine Beschädigung der Schaltung zu verhindern. Somit wird auf einfache Weise ein primärseitiger Überlastschutz/Überstromschutz realisiert. Insbesondere handelt es sich bei der Strommessung um einen Widerstand, wobei die über den Widerstand abfallende Spannung mit einem Referenzpotential verglichen werden kann, um so das Überschreiten eines Grenzstroms primärseitig zu erfassen. Insbesondere handelt es sich bei dem Signal der Strommessung um ein digitales Signal, welches zu dem Signal der sekundärseitigen Strommessung hinzu addiert und sodann an das Steuerelement weitergegeben wird.
-
Vorzugsweise ist zwischen der primärseitigen Strommessung und dem Steuerelement eine Isolationsschaltung vorgesehen. Insbesondere, falls es sich bei dem Signal der Strommessung um ein digitales Signal handelt, kann wiederum eine digitale Isolationsschaltung verwendet werden, so dass Beschränkungen in der Bandbreite gering sind und ein einfacher Aufbau realisiert werden kann.
-
Vorzugsweise ist eine Slope-Kompensationsschaltung vorgesehen, welche insbesondere sekundärseitig das Signal der sekundärseitigen Strommessung beeinflusst. Hierbei wird das Signal der Slope-Kompensation zu dem Signal der sekundärseitigen Strommessung hinzu addiert, um eine Störung durch sub-harmonische Oszillation zu verhindern. Hierdurch wird sichergestellt, dass insbesondere bei Tastverhältnissen > 0,5 eine ausreichende Stabilisation des Regelkreises der Strommessung erfolgt und insbesondere sichergestellt wird, dass zu Beginn jedes Schaltzyklus sich die Schaltung in einem definierten und gleichbleibenden Anfangszustand befindet.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine Push-Pull Schaltung nach dem Stand der Technik (Texas Instruments Inc.: Datenblatt LM5030 - http://www.ti.com/lit/ds/snvs215d/snvs215d.pdf),
- 2: eine erfindungsgemäße potentialfreie Stromversorgung,
- 3: ein Detailaufbau des Verzögerungsmoduls der erfindungsgemäßen potentialfreien Stromversorgung aus 2,
- 4: ein Detailaufbau der Schaltlogik der erfindungsgemäßen potentialfreien Stromversorgung aus 2,
- 5 eine weitere Ausführungsform der potentialfreien Stromversorgung mit primärseitigem Überspannschutz, und
- 6 eine Detailansicht der Slope-Kompensation.
-
1 wurde bereits im Einleitungsteil als Stand der Technik beschrieben.
-
Die erfindungsgemäße potentialfreie Stromversorgung, gezeigt in 2, weist eine als gemeinsame Transformatorschaltung TR ausgebildete erste Trennspule 10 sowie eine zweite Trennspule 12 auf. Durch die Transformatorschaltung TR wird eine Primärseite 14 und eine Sekundärseite 16 gebildet, angedeutet durch die gestrichelte Linie in 2. Primärseitig weist die Transformatorschaltung TR einen symmetrischen Spannungseingang VIN auf und sekundärseitig einen gemeinsamen Anschluss 18. Mit dem sekundärseitigen gemeinsamen Anschluss 18 ist ein Terminal VOUT verbunden, an den eine Last anschließbar ist. Ein erstes Schaltelement Q1 ist im primärseitigen Stromkreis 20 der ersten Trennspule 10 vorgesehen. Weiterhin ist ein zweites Schaltelement Q2 in einem primärseitigen Stromkreis 22 der zweiten Trennspule 12 vorgesehen. Ein drittes Schaltelement Q3 ist in einem sekundärseitigen Stromkreis 24 der ersten Trennspule 10 vorgesehen, und weiter ist ein viertes Schaltelement Q4 in einem sekundärseitigen Stromkreis 26 der zweiten Trennspule 12 vorgesehen. Alle Schaltelemente sind im dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet als normal-sperrende n-Kanal MOSFETs. Dabei wird das erste Schaltelement Q1 zusammen mit dem dritten Schaltelement Q3 über einen Steuerkanal B angesteuert. Hierzu ist der Steuerkanal B mit dem Gate-Anschluss des ersten Schaltelements Q1 und des dritten Schaltelements Q3 verbunden. Ebenso werden das zweite Schaltelement Q2 und das vierte Schaltelement Q4 gemeinsam über einen Steuerkanal A angesteuert, wobei der Steuerkanal A ebenso mit dem Gate-Anschluss des zweiten Schaltelements Q2 und des vierten Schaltelements Q4 verbunden ist. Weiterhin ist ein Steuerelement 28 vorgesehen, mit dem Steuerkanal A und der Steuerkanal B zur Steuerung der Schaltelemente verbunden ist. Das Steuerelement 28 wird über eine externe Rechteck-Taktquelle OSC versorgt.
-
Weiterhin ist zwischen dem sekundärseitigen gemeinsamen Anschluss 18 und dem Terminal VOUT ein induktives Glättungselement Lout sowie ein kapazitives Glättungselement Cout zur Glättung der Ausgangsspannung vorgesehen. Ebenso ist sekundärseitig eine Strommessung 30 vorgesehen, die den sekundärseitigen Strom erfasst. Das Signal der Strommessung wird an das Steuerelement 28 weitergegeben, und hierüber wird das Tastverhältnis, mit dem die Schaltelemente Q1, Q2, Q3 und Q4 angesteuert werden, verändert. In Abhängigkeit des Tastverhältnisses beim Schalten der Transistoren Q1 zusammen mit Q3 und Q2 zusammen mit Q4 ergibt sich eine mittlere Ausgangsspannung am Terminal VOUT.
-
Weiterhin ist zwischen dem Steuerelement 28 und dem ersten Schaltelement Q1 und dem zweiten Schaltelement Q2 eine Isolationsschaltung 32 vorgesehen zur Potentialtrennung zwischen der Primärseite 14 und der Sekundärseite 16. Dabei ist die Isolationsschaltung 32 als digitale Isolationsschaltung ausgebildet, wodurch der Aufbau besonders einfach gehalten werden kann.
-
Abweichend vom Stand der Technik wird bei der vorgestellten sekundärseitigen Regelung auf den Scheitelstrom der Sekundärseite über eine dort befindliche Strommessung 30 geregelt. Dieser entspricht dem Primärstrom aus dem Produkt des Stromes durch die Sekundärseite von TR und dem Übertragungsverhältnis von TR.
-
Von dem Steuerelement 28 werden zwei Schaltsignale A und B ausgegeben, wobei das Tastverhältnis der Schaltsignale A und B durch das Steuerelement 28 angepasst werden kann. Durch eine Änderung des Tastverhältnisses lässt sich die mittlere Ausgangsspannung am Terminal VOUT einstellen. Dies erfolgt in Abhängigkeit der Strommessung 30, welche ebenfalls sekundärseitig erfolgt.
-
Zu Beginn von einem Schaltzyklus wird zunächst Schaltelement Q2 über die digitale Isolationsschaltung 32 über den Kanal A geschlossen. Dieses Signal liegt zeitgleich an einem Verzögerungsmodul 34 des Schaltelements Q4 an. Dieses Verzögerungsmodul 34 bewirkt eine Anschaltverzögerung um eine definierte Zeitkonstante des Signals am Eingang 36 zu dessen Ausgang 38. Eine Ausschaltverzögerung ist hingegen nicht gewollt.
-
Durch das Schließen des zweiten Schaltelements Q2 fließt ein Strom durch die Primärspule der zweiten Trennspule 12. Dieser Strom wird auf die Sekundärseite der Transformatorschaltung TR transformiert. Durch das Schließen des vierten Schaltelements Q4 fließt ein Strom durch die Glättungselemente Lout, Cout, die Strommessung 30, das vierte Schaltelement Q4 und eine optionale Last, die sich zwischen dem Terminal VOUT und dem sekundärseitigen Nullpotential befindet. Ist ein vom Steuerelement 28 bestimmter Spitzenstrom erreicht, so wird das zweite Schaltelement Q2 und das vierte Schaltelement Q4 wieder geöffnet. Während dieser Phase muss die Strommessung 30 stromfrei bleiben, um dem Schaltbetrieb auf der Primärseite zu entsprechen. Dies wird durch das Schließen eines fünften Schaltelements Q5 mittels eines Logikmoduls 40 erreicht, wodurch der gemeinsame Anschluss 18 mit dem sekundärseitigen Nullpotential verbunden wird, da in dieser Phase die gespeicherte Energie in den Glättungselementen Lout, Cout den Ausgang VOUT versorgt und somit ein Stromfluss auch durch das fünfte Schaltelement Q5 sowie die Glättungselemente Lout und Cout besteht. Würde das fünfte Schaltelement Q5 nicht geschaltet werden, würde sich der Strom am Ausgang VOUT durch das Leiten der Body-Dioden in den sekundärseitigen Schaltelementen Q3, Q4, Q5 aufteilen und auch zu einem Stromfluss durch die Strommessung 30 führen.
-
Bei einer logischen Eins des extern zugeführten Rechtecksignals OSC wird das fünfte Schaltelement Q5 mittels des Logikmoduls 40 wieder geöffnet, und der Schaltzyklus beginnt gleichermaßen erneut für das nun schaltende erste Schaltelement Q1 zusammen mit dem dritten Schaltelement Q3 und wiederum dem fünften Schaltelement Q5.
-
3 zeigt einen möglichen diskreten Aufbau des Verzögerungsmoduls 34 zur Verzögerung des Schaltsignals A bzw. B am Ausgang 38 relativ zum Eingang 36 des Verzögerungsmoduls 34. Durch den diskreten Aufbau und die geringe Anzahl an Komponenten ist diese Schaltung kostengünstig und kompakt ausgebildet, wodurch sich diese auch in Raumfahrtanwendungen verwenden lässt. Durch das Anlegen einer Spannung am Eingang 36 des Verzögerungsmoduls 34, die größer ist als die Spannung am Ausgang 38, sperrt die Diode Ddt, und die Einschaltverzögerung kann mit dem Widerstand Rdt und dem Kondensator Cdt entsprechend der gewünschten Zeitkonstante eingestellt werden. Die Diode Ddt dient zum schnellen Entleeren des Kondensators Cdt, falls die Spannung am Eingang kleiner ist als die Spannung am Ausgang, wodurch eine Ausschaltverzögerung verhindert wird.
-
In 4 ist der Aufbau des Logikmoduls 40 zu sehen. Dieses wird verwendet, um mittels der vorhandenen Schaltsignale A, B und dem externen Taktsignal OSC das fünfte Schaltelement Q5 anzusteuern. Zu Beginn von einem Schaltzyklus liegt eine logische Eins für die Dauer der Totzeit des Steuerelements 28 auf dem OSC-Signal an. Hiermit wird der Ausgang Q des D-Flip-Flop-Gatters 42 zu einer logischen Null gesetzt. Dies bewirkt die Öffnung des fünften Schaltelements Q5. Sobald die Schaltsignale A und B nach einer Signaländerung gleichzeitig einer logischen Null entsprechen, befindet sich am Ausgang des NOR-Gatters 44 eine positive Schaltflanke, die von einem Verzögerungsmodul 34 verzögert wird. Liegt dies Schaltflanke am Takteingang des D-Flip-Flop-Gatters 42, so wird die logische Eins am D-Eingang des D-Flip-Flop-Gatters 42 an dessen Q-Ausgang übernommen. Dies bewirkt eine Schließung des fünften Schaltelements Q5. Aufgrund der verwendeten einfachen Logikbausteine ist eine kostengünstige und kompakte Realisierung möglich.
-
5 zeigt eine potentialfreie Stromversorgung mit einem primärseitigen Überstrom. Dabei werden zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich die vorliegenden Unterschiede zu der Schaltung, gezeigt in 2, erläutert. Darüber hinaus weisen gleiche oder ähnliche Bauteile identische Bezugszeichen auf.
-
Zur zusätzlichen Detektion von Überstrom in der Primärseite ist ein Messwiderstand Rsense in Serie mit den parallel geschalteten Source-Anschlüssen des ersten Schaltelements Q1 und des zweiten Schaltelements Q2 sowie dem primären Nullpotential vorgesehen. Sollte eine Stromschwelle überschritten werden, die durch das Vergleichen der Spannung über Rsense und einem Referenzpotential erzeugt wird, wird ein Signal CSP zu einer logischen Eins gesetzt und über die digitale Isolationsschaltung 32 auf die Sekundärseite 16 übertragen und zu dem Signal der Strommessung addiert. Durch das Addieren wird das Signal der Strommessung CS so manipuliert, dass das Steuerelement 28 einen Scheitelstrom erkennt, der über einem gesetzten Grenzwert liegt und somit die Schaltelemente Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 abschaltet. Mit diesem Aufbau wird die Sekundärseite von Zerstörungen der Bauteile durch Überstrom geschützt, welcher beispielsweise durch eine Fehlfunktion der ersten und zweiten Schaltelemente Q1, Q2 oder durch eine Kernsättigung der Transformatorschaltung TR erzeugt wird.
-
Aufgrund der Instabilität der Scheitelstromregelung bei einem sekundärseitigen Tastverhältnis von über 50% muss zur Stabilisierung eine Slope-Kompensationsschaltung vorgesehen werden. Diese ist in 6 gezeigt. Dabei werden lediglich die Unterschiede zu der Schaltung, gezeigt in 2, erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Signalform dieser Kompensation entspricht einem sägezahnförmigen Signal mit einer Steigung ms. Entsprechend der gewünschten Ausgangsspannung muss diese Steigung eingestellt werden. Das Slope-Kompensationssignal wird zu dem Signal der Strommessung CS addiert. Zu Beginn von einem Schaltzyklus liegt eine logische Eins für die Dauer der Totzeit des Steuerelements 28 auf dem externen Taktsignal OSC an. Dieses leert durch das Schließen des Schalters Qslp den Kondensator Cslp, und das Signal SLOPE entspricht idealerweise dem Nullpotential der Sekundärseite. Wird nun das externe Taktsignal OSC zu einer logischen Null gesetzt, lädt sich der Kondensator Cslp durch den Widerstand Rslp über die Spannungsversorgung V+ aufgrund des Öffnens von Qslp auf. Durch die Dimensionierung des Widerstands Rslp und des Kondensators Cslp kann die Steigung ms des Slope-Kompensationssignals eingestellt werden. Durch die Slope-Kompensationsschaltung wird eine Störung in der Regelschleife der Strommessung insbesondere durch sub-harmonische Oszillation verhindert.
-
Selbstverständlich kann der primärseitige Überstromschutz frei mit der Slope-Kompensation kombiniert werden.
-
Durch den Einsatz des Steuerelements 28 auf der Sekundärseite 16 der Schaltung kann auf einfache Weise eine Push-Pull Topologie einer potentialfreien Stromversorgung ohne analogen Übertrager realisiert werden. Durch den vollständig schaltenden Betrieb der Push-Pull Stufe ist ein effizienter Betrieb selbst bei hohen Strömen möglich.
