DE1413305B1

DE1413305B1 - Transistorized DC voltage converter

Info

Publication number: DE1413305B1
Application number: DE19591413305D
Authority: DE
Inventors: Svensson Curt Gunnar
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1958-05-16
Filing date: 1959-05-09
Publication date: 1970-09-24

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler mit Transistoren.The invention relates to a DC / DC converter with transistors.

Die Umwandlung von Gleichspannungen durch Transistoren wird mit Hilfe von Leistungsschwingkreisen durchgeführt. Es ist bekannt, Schwingungen dadurch zu erhalten, daß über eine Transformatorwicklung ein Transistor rückgekoppelt wird. Um einen solchen Oszillator zum Schwingen zu bringen, muß an den Transistor eine starre Vorspannung angelegt werden. Leistungswandler werden jedoch häufig im Augenblick des Schwingungseinsatzes ziemlich hoch dadurch belastet, daß der zu dem Wandler gehörende Glättungskondensator noch nicht geladen ist. Dadurch entsteht eine Dämpfung der Rückkopplung. Es müssen deshalb besondere Vorkehrungen für den Schwingungseinsatz getroffen werden, die Leistung verbrauchen und somit den Wirkungsgrad herabsetzen.The conversion of DC voltages through transistors is made using carried out by power oscillating circuits. It is known to cause vibrations to occur obtained that a transistor is fed back via a transformer winding. In order to make such an oscillator oscillate, a rigid bias can be applied. However, power converters are becoming commonplace right now of the vibration insert quite heavily loaded by the fact that the to the transducer corresponding smoothing capacitor is not yet charged. This creates a damping the feedback. Special precautions must therefore be taken for the use of vibrations be taken, consume the power and thus reduce the efficiency.

Es sind bereits Gleichspannungswandler mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren bekannt, bei denen die Basis jedes Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors über ein RC-Glied rückgekoppelt ist. Bei einer dieser bekannten Schaltungsanordnungen besteht das RC-Glied aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators. Durch diese RC-Glieder wird die Schwingungsfrequenz des Gleichspannungswandlers bestimmt. Der Kondensator des RC-Gliedes ist so groß bemessen, daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes groß ist im Vergleich zur Oszillatorfrequenz. Ferner ist noch ein Transformator vorgesehen mit je einer im Kollektor-Emitter-Kreis jedes Transistors liegenden Primärwicklungshälfte und einer über einen Brückengleichrichter und einen Glättungskondensator die Ausgangsgleichspannung liefernden Sekundärwicklung (»Funk-Technik«, Nr. 6, 1958, S.197, Bild 1).There are already DC / DC converters with two push-pull switches Transistors are known in which the base of each transistor is connected to the collector of the another transistor is fed back via an RC element. With one of these well-known Circuit arrangements, the RC element consists of a parallel connection of a resistor and a capacitor. Through these RC elements, the oscillation frequency of the DC-DC converter determined. The capacitor of the RC element is dimensioned so large that that the time constant of the RC element is large compared to the oscillator frequency. Furthermore, a transformer is also provided, each with one in the collector-emitter circuit primary winding half of each transistor and one via a bridge rectifier and a smoothing capacitor the secondary winding which supplies the DC output voltage (»Funk-Technik«, No. 6, 1958, p.197, Fig. 1).

Es ist weiter ein Gleichspannungswandler mit in Gegentakt geschalteten Transistoren bekannt, bei dem die Basis jedes Transistors über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators mit dem Kollektor des anderen Transistors rückgekoppelt ist. Hierbei dient der Widerstand aber nur dazu, den Ladestrom zu reduzieren. Die Schwingungsfrequenz wird hier auch durch den Kondensator in Verbindung mit einem weiteren Widerstand bestimmt (»Valvo Berichte«, 1957, Bd. III, Heft 3, S.135).It is also a DC / DC converter with push-pull Transistors known in which the base of each transistor is connected in series of a resistor and a capacitor to the collector of the other transistor is fed back. Here, however, the resistor only serves to increase the charging current to reduce. The oscillation frequency is also linked here by the capacitor determined with another resistance ("Valvo Reports", 1957, Vol. III, Issue 3, P.135).

Es ist weiter eine selbsterregte Transistorgegentaktschaltung bekannt, bei der zwischen der Basis des einen Transistors und dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle ein Widerstand als Starthilfe geschaltet ist (britische Patentschrift 766 868).A self-excited transistor push-pull circuit is also known, between the base of a transistor and the negative pole of the DC voltage source a resistor is connected as a starting aid (British patent specification 766 868).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit Transistoren arbeitenden Gleichspannungswandler der bekannten Art zu schaffen, der einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Dies wird durch die nachstehend beschriebene Schaltungsanordnung erreicht.The invention is based on the object of a working with transistors DC-DC converter of the known type to provide a high degree of efficiency having. This is achieved by the circuit arrangement described below.

Die Erfindung geht aus von einem Gleichspannungswandler, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle, einem Oszillator mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren, die durch Verbindung der Basis jeweils eines Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors über je ein RC-Glied gegenseitig rückgekoppelt sind, dessen Kondensator so groß bemessen ist, daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes groß ist im Vergleich zur Oszillatorfrequenz, einem Transformator mit je einer in dem Kollektor-Emitter-Kreis jedes Transistors liegenden Primärwicklungshälfte und einer über einen Brückengleichrichter und einen Glättungskondensator die Ausgangsgleichspannung liefernden Sekundärwicklung und ist dadurch gekennzeichnet, däß der Kondensator und der Widerstand jedes RC-Gliedes in Reihe geschaltet sind und daß Emitter und Basis eines jeden Transistors durch je eine Diode so überbrückt sind, daß die Sperrichtung der Dioden der Sperrichtung der Emitter-Basis-Strecke entgegengesetzt ist, wobei als Starthilfe ein weiterer Widerstand zwischen die Basis des einen Transistors und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist.The invention is based on a DC voltage converter, consisting from a DC voltage source, an oscillator with two push-pull switches Transistors made by connecting the base of each transistor to the collector of the other transistor are mutually fed back via an RC element, its Capacitor is dimensioned so large that the time constant of the RC element is large compared to the oscillator frequency, a transformer with one each in the collector-emitter circuit primary winding half of each transistor and one via a bridge rectifier and a smoothing capacitor the secondary winding which supplies the DC output voltage and is characterized in that the capacitor and the resistance of each RC element are connected in series and that emitter and base of each transistor through a diode are bridged so that the reverse direction of the diodes of the reverse direction the emitter-base route is opposite, with another to help you get started Resistance between the base of a transistor and the negative pole of the DC voltage source is switched.

Im folgenden soll der Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung an Hand der Figur näher beschrieben werden.In the following the DC-DC converter according to the invention is to Hand of the figure to be described in more detail.

Der Wandler besteht aus zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren Tr und einem Transformator T. Die Kollektoren dieser Transistoren sind an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen. Zwischen den zusammengeschalteten Emittern und dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators liegt die Batterie E. Die Transistoren sind gegenseitig rückgekoppelt durch den Kondensator C in Reihe mit dem Widerstand R. Die Rückkopplung wird dadurch erreicht, daß die Kondensatoren einen Weg zwischen dem Kollektor des einen und der Basis des anderen Transistors bilden. Die Kondensatoren weisen eine große Kapazität auf, damit eine große Zeitkonstante im Vergleich zu der Frequenz erzielt wird. Dadurch wird, während der Transistor geöffnet ist, ein ziemlich konstanter Basisstrom erzielt. Wenn der Transformator gesättigt ist, fällt die Batteriespannung am Transistor ab, und dieser Vorgang wird sehr schnell zu dem zweiten Transistor übertragen. Während dieser Halbwelle entlädt sich der Rückkopplungskondensator des ersten Transistors. Die Bedingung, daß der Kondensator den gleichen Ladezustand wie zu Beginn annehmen soll, bedeutet, daß der gleiche Lade- und Entladewiderstand für den betreffenden Kondensator notwendig ist. Erfüllt wird diese Bedingung durch die Diode D, die zwischen Basis und Emitter jedes Transistors eingeschaltet wird. Die Diode ist so gepolt, daß sie umgekehrt wie die Emitter-Basis-Diode des Transistors wirkt. Damit die Schwingungen des Oszillators einsetzen können, muß eine kleine Unsymmetrie zwischen den Transistoren vorhanden sein, die dadurch erzielt wird, daß ein sehr kleiner Strom durch den Widerstand Rb an einen Transistor geführt wird. Die Schwingungen des Oszillators setzen trotz des großen Glättungskondensators Cgl ein, da im Augenblick des Einsatzes der Rückkopplungsweg durch diesen Kondensator in bekannter Weise nicht kurzgeschlossen wird.The converter consists of two transistors connected in push-pull Tr and a transformer T. The collectors of these transistors are connected to the primary winding connected to the transformer. Between the interconnected emitters and the center tap of the primary winding of the transformer is the battery E. The Transistors are fed back through the capacitor C in series with each other the resistor R. The feedback is achieved in that the capacitors a path between the collector of one transistor and the base of the other transistor form. The capacitors have a large capacitance and thus a large time constant compared to the frequency achieved. This will while the transistor is open, a fairly constant base current is achieved. When the transformer is saturated, the battery voltage drops across the transistor, and this process will transferred to the second transistor very quickly. Discharges during this half-wave the feedback capacitor of the first transistor. The condition that the Capacitor should assume the same state of charge as at the beginning, means that the same charging and discharging resistance is necessary for the capacitor in question is. This condition is fulfilled by the diode D, which is between the base and the emitter each transistor is turned on. The polarity of the diode is such that it is reversed how the emitter-base diode of the transistor works. So that the oscillations of the oscillator can use, there must be a small imbalance between the transistors which is achieved by passing a very small current through the resistor Rb is fed to a transistor. The oscillations of the oscillator set in spite of of the large smoothing capacitor Cgl, since it is the feedback path at the moment of use is not short-circuited by this capacitor in a known manner.

Der Basisstrom kann durch den Widerstand R auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß der Transistor bei maximaler Last ein Minimum an Spannungsabfall aufweist.The base current can be increased to such a value through the resistor R. be set so that the transistor has a minimum of voltage drop at maximum load having.

Wenn der Brückengleichrichter L kurzgeschlossen wird, setzen die Oszillatorschwingungen aus und die Transistoren sperren selbst, und zwar dadurch, daß die Rückkopplungskondensatoren auf das Potential der Gleichspannungsquelle aufgeladen werden. Die Schwingungen des Oszillators setzen wieder ein, wenn der Kurzschluß beendet ist. Dadurch werden der Brückengleichrichter und die Last auf der Sekundärseite gegen Beschädigungen geschützt.When the bridge rectifier L is short-circuited, the oscillator oscillations start off and the transistors block themselves, namely by the fact that the feedback capacitors be charged to the potential of the DC voltage source. The vibrations of the oscillator start again when the short circuit is over. This will be the bridge rectifier and the load on the secondary side against damage protected.

Durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird ein wesentlich höherer Gesamtwirkungsarad erzielt, nämlich 80 bis 85 %, D gegenüber 70% bei der bekannten Schaltungsanordnung.The circuit arrangement according to the invention makes an essential higher overall efficiency achieved, namely 80 to 85%, D versus 70% with the known circuit arrangement.

Patentschutz wird nur für die Gesamtheit der Merkmale im Patentanspruch begehrt; Elementenschutz ist ausgeschlossen.Patent protection is only granted for the entirety of the features in the claim desired; Element protection is excluded.

Claims

Claim: DC voltage converter, consisting of a DC voltage source, an oscillator with two push-pull transistors connected by connection the base of one transistor to the collector of the other transistor an RC element each is fed back to each other, the capacitor of which is dimensioned as large is that the time constant of the RC element is large compared to the oscillator frequency, a transformer with one each in the collector-emitter circuit of the transistor lying primary winding half and one over a bridge rectifier and one Smoothing capacitor, the secondary winding supplying the DC output voltage, thereby characterized in that the capacitor and the resistor of each RC element are in series are connected and that the emitter and base of each transistor by one each Diode are bridged in such a way that the reverse direction of the diodes corresponds to the reverse direction of the emitter-base path is opposite, with a further resistance between the base as a jump start of a transistor and the negative pole of the DC voltage source switched is.