DE1438211C - Geregelter Gleichspannungsumsetzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geregelten Gleichspannungsumsetzer, bei dem ein im Strompfad liegender Schalttransistor durch einen durch eine Regelgröße beeinflußbarer Taktgeber periodisch geöffnet und gesperrt wird.

Es ist bereits eine derartige Anordnung bekannt, bei der als Taktgeber ein astabiler Multivibrator dient. Dem aus zwei Transistoren, einem Kondensator und mehreren Widerständen bestehenden Multivibrator wird als Regelgröße eine von der Ausgangsspannung des Umsetzers abgeleitete, der Differenz aus Ist- und Sollspannung proportionale Spannung an den Basen seiner beiden Transistoren zugeführt, wodurch die Dauer der einen Halbwelle der Multivibratorausgangsspannung veränderbar ist. Über einen an den Kollektoren der beiden Transistoren angeschlossenen Übertrager wird ein Hilfstransistor gesteuert, der mit dem im Strompfad liegenden Schalttransistor zu einer bistabilen Kippanordnung zusammengeschaltet ist.

Bei einem weiteren bekannten Gleichspannungsumsetzer wird die Regelspannung im Querzweig einer an den Ausgang des Umsetzers angeschlossenen Brückenschaltung gewonnen und einem npn-Transistor zugeführt, der das Tastverhältnis eines astabilen Multivibrators beeinflußt. Der Multivibrator weist zwei pnp-Transistoren in Emitterschaltung auf und steuert über eine Zenerdiode im Emitterzweig seines einen Transistors eine Transistorverstärkerstufe, die ihrerseits einen im positiven Strompfad liegenden pnp-Schalttransistor periodisch ein- und ausschaltet. In Abhängigkeit von der Regelspannung wird dabei nur die Sperrzeit des Schalttransistors geändert.

Die Multivibratoren der bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß sie nur einen verhältnismäßig kleinen Regelbereich zulassen, wenn zu den Eingangsspannungsschwankungen gleichzeitig Lastschwankungen dazukommen. Die in den Multivibratoren verwendeten 2?C-Glieder können nämlich nicht beliebig groß gemacht werden. Der Größe der Kapazität setzen oft die räumlichen Ausmaße und die von der Alterung abhängigen Kapazitätsschwankungen eine Grenze. Andererseits muß der Widerstand des Zeitgliedes hinreichend klein sein, um über ihn noch den Transistor durchsteuern zu können. Technisch möglich ist daher mit den bekannten multivibratorgesteuerten Anordnungen nur ein Verhältnis der Durchschaltzeit zur Periodenzeit von etwa 1:10. Ein kleineres Verhältnis ist auch für die Begrenzung der Kurzschlußleistung sehr wichtig.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen geregelten Gleichspannungsumsetzer mit großem Regelbereich zu schaffen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß als Taktgeber ein induktiv rückgekoppelter Impulsgenerator angeordnet ist und daß mindestens eine, aus der Reihenschaltung einer gesonderten Wicklung des Impulsgeneratorübertragers, eines Gleichrichters und der Emitter-Kollektor-Strecke eines durch die Regelgröße steuerbaren Transistors bestehende Anordnung vorgesehen ist. Mit einem solchen Umsetzer ist ein Durchschaltzeit-Periodenzeit-Verhältnis von 1:40 erzielt worden; ein Verhältnis von etwa 1:100 ist technisch möglich und ist nur mit sehr geringem Aufwand verbunden. Der Umsetzer gemäß der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß durch die galvanische Trennung von Eingang und Ausgang des Reglers eine beliebige Ankopplung der Meßeinrichtung im Ausgangskreis des Umsetzers ermöglicht wird. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung können daher auch von der genannten Anordnung mehrere, z. B. zwei, vorgesehen sein, von denen die eine in Abhängigkeit vom Aussgangsstrom und die andere in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Umsetzers gesteuert wird.

An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung gemäß

ίο F i g. 1 ist die Anordnung für einen Gleichspannungsumsetzer wiedergegeben, der die beispielsweise aus dem Wechselstromnetz bezogene und gleichgerichtete oder von einer Batterie stammende Spannung Ue auf die erforderliche Betriebsspannung Ua herabsetzt. Im Strompfad des Umsetzers liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors TS, der durch einen im wesentlichen aus einem Transistor TG und einem Übertrager Ü bestehenden, induktiv rückgekoppelten Impulsgenerator periodisch geöffnet und gesperrt wird. Zu diesem Zweck ist die Steuerstrecke des Schalttransistors TS mit einer Wicklung 1 des Übertragers Ü verbunden. Eine andere Wicklung 4 ist über einen Gleichrichter D1 an die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors TJ, eine weitere Wicklung 5 über einen Gleichrichter D 2 an die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors TU angeschlossen. Zwischen Basis und Kollektor dieser Transistoren liegt jeweils ein Widerstand R 2 bzw. i?3. Beide Transistoren TJ, TU werden über je ein einstellbares Brückenglied gesteuert. Dabei wird die Steuerspannung für den Transistor TJ durch den vom Laststrom abhängigen Spannungsabfall an einem im Laststromkreis angeordneten Widerstand R1 bestimmt, während die Steuerspannung für den Transistor TU von der Ausgangsspannung Ua des Umsetzers abgeleitet wird. Zur Glättung der Betriebsspannung ist außerdem dem im Strompfad liegenden Schalttransistor TS eine aus dem Gleichrichter G, der DrosseKDr und dem Kondensator C bestehende bekannte Siebkette nachgeschaltet. ■ :

Aus der Fig. 2 geht die Kurvenform der dem Schalttransistor TS zugeführten Steuerspannung Us hervor. Während der konstanten Durchschaltzeit te ist die Steuerspannung Us rechteckförmig und springt an deren Ende auf einen hohen Wert entgegengesetzter Polarität, wobei der Schalttransistor TS gesperrt wird. Die Steuerspannung Us sinkt annähernd nach einer e-Funktion ab, worauf der Impulsgenerator den nächsten Durchschaltimpuls erzeugt. Die Form der Steuerspannung Us rührt von der unterschiedlichen Belastung des Übertragers Ü her. Während der Durchschaltzeit te ist die Belastung durch den niederohmigen Basis-Emitter-Widerstand des Transistors TS gegeben; die Gleichrichter D1, D 2 sind in dieser Zeit gesperrt. Während der Sperrzeit T-te sind diese Gleichrichter jedoch durchlässig und liegen mit dem Transistor TJ bzw. TU in Reihe an der Spannung der Wicklung 4 bzw. 5. Die Kollektor-Emitter-Widerstände der Transistoren TJ, TU bilden damit während der Sperrzeit die Belastung für den Übertrager Ü. Zur Begrenzung der an den Wicklungen 4,5 auftretenden Spannungsspitzen dienen die Widerstände R2, R3, denen zur wirksameren Begrenzung auch noch jeweils ein nicht dargestellter Kondensator parallel geschaltet sein kann. Die Sperrzeit T-te kann durch die den Steuerstrecken der Transistoren TJ, TU über die Brückenglieder zugeführten Steuerspannungen verändert werden. Wenn sich die Spannung Ue

am Umsetzereingang oder der Laststrom ändern, wird die Sperrzeit T-te verlängert oder verkürzt, so daß die Betriebsspannung Ua bis auf die statische Regelabweichung konstant bleibt. Bei Überschreiten des Nennstromes vergrößert sich die Sperrzeit. Demzufolge sinkt die Betriebsspannung Ua ab, im Falle eines Kurzschlusses sogar bis auf Null. Der Kurzschlußstrom übersteigt den Nennstrom nur um ein geringes zulässiges Maß.

Es ist möglich, die Anordnung auch dann zu verwenden, wenn die Betriebsspannung Ua höher als die Spannung Ue sein soll oder eine galvanische Trennung dieser Spannungen erforderlich ist. Zwischen den Punkten Al, Bl und Al, Bl ist zu diesem Zweck ein Übertrager ÜT (F i g. 3) einzufügen, wobei mit dessen Sekundärwicklung noch ein Gleichrichter G' in Reihe zu schalten ist. Gleichrichtung und Siebung könneni dabei auch in anderer Weise erfolgen, wie auch grundsätzlich an Stelle des Schalttransistors TS andere elektronische Schaltelemente, z. B. steuerbare Gleichrichter, einsetzbar sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Geregelter Gleichspannungsumsetzer, bei dem ein im Strompfad liegender Schalttransistor durch einen durch eine Regelgröße beeinflußbaren Taktgeber periodisch geöffnet und gesperrt und dabei in Abhängigkeit von der Regelgröße nur die Sperrzeit des Schalttransistors geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Taktgeber ein induktiv rückgekoppelter Impulsgenerator (TG; Ul, 1, 3) angeordnet ist und daß mindestens eine aus der Reihenschaltung einer gesonderten Wicklung (z. B. 5) des Impulsgeneratorübertragers (Ü), eines Gleichrichters (D 2) und der Emitter-Kollektor-Strecke eines durch die Regelgröße steuerbaren Transistors (TU) bestehende Anordnung vorgesehen ist.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der genannten Anordnung mehrere, z. B. zwei, vorgesehen sind, von denen die eine (4, Dl, TJ) in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom und die andere (5, Dl, TU) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Umsetzers gesteuert wird.

3. Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eingang (Ue) und Ausgang (17a) des Umsetzers durch einen Übertrager (ÜT) galvanisch getrennt sind und der Schalttransistor (TS) im Eingangsstromkreis liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen