DE1232193B - Schaltung zur Erzeugung einer rechteckfoermigen Steuerspannung mit steuerbarem Tastverhaeltnis - Google Patents

Schaltung zur Erzeugung einer rechteckfoermigen Steuerspannung mit steuerbarem Tastverhaeltnis

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DE1232193B
DE1232193B DE1965S0099770 DES0099770A DE1232193B DE 1232193 B DE1232193 B DE 1232193B DE 1965S0099770 DE1965S0099770 DE 1965S0099770 DE S0099770 A DES0099770 A DE S0099770A DE 1232193 B DE1232193 B DE 1232193B
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Dipl-Ing Rene Hengelhaupt
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/30Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using a transformer for feedback, e.g. blocking oscillator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Schaltung zur Erzeugung einer rechteckförmigen Steuerspannung mit steuerbarem Tastverhältnis Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung einer rechteckförmigen Steuerspannung mit steuerbarem Tastverhältnis, insbesondere für Schaltungen zur Spannungskonstanthaltung in Stromversorgungsgeräten.
  • Es wurde bereits eine Regelschaltung zur Erzeugung einer rechteckförmigen Steuerspannung für Schaltungen zur Spannungskonstanthaltung vorgeschlagen, bei der die Schaltperiode der rechteckförmigen Steuerspannung konstant gehalten wird.
  • Die Wirkungsweise einer derartigen Regelschaltung wird im Prinzip an Hand der F i g. 1 erläutert. Von der geregelten Ausgangsspannung Ua eines mit einem Schalter (z. B. Transistor, Stromtor) als Stellglied arbeitenden Stromversorgungsgerätes wird durch Vergleich mit einer in einem Sollwertgeber S gebildeten Sollspannung Uk die Regelabweichung Uk-Ua = U", gewonnen. Diese Regelabweichung ist die verstärkte Differenz der Ausgangsspannung U" und der Sollspannung Uk. In der Regeleinrichtung wird außerdem im Generator G eine Wechselspannung UT mit der Periode T erzeugt. Ihre Kurvenform muß gegebenenfalls, wenn sie z. B. rechteckförmig ist, in eine für Stromf(ußwinkelsteuerung geeignete Form, z. B. Dreieck- oder Sägezahnform, umgewandelt werden. Die in einer zusätzlichen Schaltung W gewonnene, beispielsweise dreieckförmige Spannung ist mit Up' bezeichnet. Die Summen- oder Differenzspannung Uz, die aus der Regelabweichung Uw und der dreieckförmigen Spannung UT' in der Schaltung Y gebildet wird, durchläuft innerhalb der Periode zu den Zeitpunkten t,. und t2 vorgegebene Schwellwerte, z. B. U1 und U2. Die Zeiten t,. und t2, ihre Differenz t2-t, und damit auch der Stromflußwinkel sind Funktionen der Regelabweichung Uw. Die Zeitpunkte t, und t2 bestimmen das Tastverhältnis der gewünschten Wechselspannung mit der konstanten Schaltperiode T. Das Tastverhältnis ist durch die Schaltdauer T, zu Schaltpause T2 gekennzeichnet. In einer Kippschaltung K, die von der Spannung U1 ein- und von der Spannung U2 ausgeschaltet wird, kann die Spannung Uz in eine rechteckförmige Stellspannung US umgesetzt werden. Die Stellspannung US hat eine konstante Periode und ein von der Regelabweichung Uw abhängiges Tastverhältnis.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand zur Erzeugung einer rechteckförmigen Wechselspannung konstanter Periodendauer mit steuerbarem Tastverhältnis gegenüber dem der bereits vorgeschlagenen Regeleinrichtung zu verringern. Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, das Tastverhältnis des Generators zur Erzeugung einer rechteckförmigen Wechselspannung unmittelbar zu steuern, und besteht darin, daß im Gleichstromkreis eines an sich bekannten Gegentaktwechselrichters in Reihe mit der Betriebsspannungsquelle eine große Induktivität eingeschaltet ist und daß an der eine rechteckförmige Wechselspannung liefernden Sekundärwicklung des Wechselrichters voneinander unabhängige Belastungskreise mit für beide Halbperioden im allgemeinen verschiedenen Belastungswiderständen, von denen wenigstens einer steuerbar ist, angeschlossen sind.
  • Durch die Steuerung des Belastungswiderstandes eines der beiden Belastungskreise wird das Tastverhältnis der rechteckförmigen Wechselspannung direkt verändert. Dazu kann die Belastung während einer Halbperiode durch Änderung einer für die Diode des zugehörigen Belastungskreises als Schwellwert wirkenden Spannung gesteuert werden. Die Schwellwertspannung kann durch Vergleich einer Meßspannung mit einer Referenzspannung in einer Transistorschaltung gewonnen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Belastungswiderstand des zu steuernden Belastungskreises im Kollektor-Emitter-Kreis eines Transistors angeordnet, und die Aussteuerung des Transistors erfolgt durch eine im Basis-Emitter-Kreis wirksame Spannungsdifferenz aus einer Referenzspannung und einer durch Spannungsteiler von einer Meßspannung abgeleiteten Teilspannung.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der F i g. 2 und 3 näher erläutert.
  • F i g. 2 zeigt im Prinzip die Schaltung eines Rechteckgenerators mit steuerbarem Tastverhältnis.
  • F i g. 3 stellt die Schaltung eines elektronisch gesteuerten Widerstandes, wie er in einem Belastungskreis des Wechselrichters verwendet werden kann, dar Der Rechteckgenerator nach F i g. 2 arbeitet im Prinzip wie ein Gegentaktwechselrichter mit zwei rückgekoppelten Transistoren Ts, und Ts, Die Primärwicklungen P, und P2 des Wechselrichterübertragers U sind jeweils im zugehörigen Kollektor-Emitter-Kreis und die Rückkopplungswicklungen Rlc, und RIc2 im Steuerkreis der Transistoren Ts, und Ts, angeordnet.
  • Gegenüber üblichen Wechselrichterschaltungen unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltung durch eine beiden Primärstromkreisen gemeinsame Drosselspule L großer Induktivität, die mit der Betriebsstromquelle Ein Reihe geschaltet ist. Ein weiteres neues Merkmal bilden zwei voneinander unabhängige, an die Sekundärwicklung S des Übertragers angeschaltete Belastungskreise, deren Belastungswiderstände R, und R2 über je eine einander entgegengesetzt gepolte Diode Dl und D2 angeschlossen sind und wobei einer der Belastungswiderstände, R2, steuerbar ist. Die Änderung des Widerstandsverhältnisses R,:R2 bewirkt eine Änderung des Tastverhältnisses Schaltdauer T, zu Schaltpause T2 der erzeugten Rechteckspannung. Wird der Widerstand R2 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung einer Schaltung zur Spannungskonstanthaltung, z. B. eines Schaltreglers, elektronisch gesteuert, dann liefert die Schaltung nach F i g. 2 an den Widerständen die angestrebte Stellspannung konstanter Schaltperiode mit veränderbarem Tastverhältnis für den Schalter, z. B. Stehtransistor, eines Schaltreglers.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung beruht darauf, daß die Drosselspule L mit großer Induktivität im eingeschwungenen Zustand im wesentlichen von einem Gleichstrom durchflossen wird, der von den Transistoren Ts, und Ts, umgeschaltet wird und abwechselnd die Widerstände R, und R2 durchfließt. Da die Spannungs-Zeit-Flächen am Übertrager U und an der Drossel L in einer Schaltperiode T zu Null werden müssen, ergeben sich bei einem Übersetzungsverhältnis des Übertragers von 1:1:1 angenähert folgende Verhältnisse: Aus ergibt sich wobei 4 0s den Sättigungsfluß im Übertrager darstellt. Mit den Spannungen U, und U2, die der Wechselrichter liefert (F i g. 2), und dem Tastverhältnis T,: T2 = R2: R, ergibt sich und U2 - E- T . 2-T2 Ist in einer Schaltung zur Spannungskonstanthaltung die Batteriespannung UB zu stabilisieren, so ergibt sich für ihren Mittelwert Da der Spannungsmittelwert Ug konstant sein soll, lassen sich Änderungen der Batteriespannung UB durch entsprechende Änderungen der Schaltzeit T, ausgleichen. Die Änderung der Schaltzeit T, ermöglicht einen so großen Regelbereich, daß außer starken Batteriespannungsänderungen auch noch zusätzliche Spannungsänderungen, die durch Veränderung der Belastung entstehen, ausgeregelt werden können.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Wechselrichterübertragern mit einem 'Übersetzungsverhältnis von 1:1:1 beschränkt. Die Sekundärwicklung kann z. B. für beide Belastungskreise unterteilt und mit verschiedenen Windungszahlen ausgeführt werden. Ebenso kann die bisher symmetrisch angenommene Primärwicklung unsymmetrisch angezapft und in Abhängigkeit vom Verhältnis Batteriespannung zu Ausgangsspannung bei vorgegebenen Widerständen R, und R2 das erforderliche Schaltverhältnis T,: T erzielt werden.
  • In F i g. 2 ist z. B. der Widerstand R2 der von einer Regelabweichung U", gesteuerte Widerstand. Wächst die Ausgangsspannung Ga an der Schaltung zur Spannungskonstanthaltung über den Sollwert hinaus an, so muß der Belastungswiderstand kleiner und bei Absinken der Ausgangsspannung größer werden. Ein wachsender Belastungswiderstand verkleinert die Dauer T, der Spannung U,, die den Schalter, z. B. Stelltransistor, in der Stabilisierungsschaltung schließt. Der Spannungsmittelwert U9 sinkt und damit auch die Ausgangsspannung Ua und die Abweichung vom Sollwert.
  • Eine in F i g. 3 dargestellte, geeignete Schaltung, mit der die Regelabweichung U. gebildet wird, liefert an ihren Ausgangsklemmen einen Widerstand mit der gewünschten Abhängigkeit. Ein mit dem Spannungsteiler W2 und W3 erzeugter Teil der Ausgangsspannung U" wird mit einer Bezugsspannung Uv, die z. B. mit einer Zenerdiode erzeugt wird, an einem Transistor Tss verglichen. Eine wachsende Ausgangsspannung U" verringert die Steuerspannung zwischen Emitter und Basis und damit den Kollektorstrom J, des Transistors, der über den Widerstand R2 im Belastungskreis des Wechselrichters geführt wird.
  • Der entsprechende Teil der Wechselrichterschaltung, bestehend aus der Sekundärwicklung des Übertragers U, der Diode DZ und dem Widerstand R2, ist zum besseren Verständnis der Schaltung in F i g. 3 angedeutet. Die Klemme a ist an ein Stromversorgungsgerät, z. B. an einen Schaltregler, geführt. Die Verringerung des Kollektorstromes wirkt sich im Belastungskreis wie eine Verkleinerung des in Wirklichkeit konstanten Belastungswiderstandes R2 aus. Die positive Halbwelle der Spannung U2 aus der Sekundärwicklung des Wechselrichters treibt über die Diode D2 einen Strom J2 durch den Widerstand R2. Die Spannung U, liegt somit an einem Widerstand Der Belastungswiderstand R2 ist somit abhängig von der Regelabweichung. Der Widerstandsbereich beträgt Ri < R2 <__ oo .

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Schaltung zur Erzeugung einer rechteckförmigen Steuerspannung mit steuerbarem Tastverhältnis, insbesondere für Schaltungen zur Spannungskonstanthaltung in Stromversorgungsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleichstromkreis eines an sich bekannten Gegentaktwechselrichters in Reihe mit der Betriebsspannungsquelle (E) eine große Induktivität (L) eingeschaltet ist und daß an der eine rechteckförmige Wechselspannung liefernden Sekundärwicklung des Wechselrichters voneinander unabhängige Belastungskreise mit für beide Halbperioden im allgemeinen verschiedenen Belastungswiderständen (R1, R2), von denen wenigstens einer steuerbar ist, angeschlossen sind.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungskreise über je eine einander entgegengesetzt gepolte Dioden an die Sekundärwicklung des Wechselrichters angekoppelt sind.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungswiderstände über getrennte Sekundärwicklungen des Wechselrichterübertragers angekoppelt sind.
  4. 4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundärseitigen Teilwicklungen unterschiedliche Windungszahlen besitzen.
  5. 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Wechselrichterübertragers unsymmetrisch angezapft ist.
  6. 6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung während einer Halbperiode durch Änderung einer für die Diode des zugehörigen Belastungskreises als Schwellwert wirkenden Spannung gesteuert wird.
  7. 7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertspannung durch Vergleich einer Meßspannung mit einer Referenzspannung in einer Transistorschaltung gewonnen wird. B. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungswiderstand des zu steuernden Belastungskreises im Kollektor-Emitter-Kreis eines Transistors angeordnet ist und daß die Aussteuerung des Transistors durch eine im Basis-Emitter-Kreis wirksame Spannungsdifferenz aus einer Referenzspannung und einer durch Spannungsteiler von einer Meßspannung abgeleiteten Teilspannung erfolgt.
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