DE1438211C - Geregelter Gleichspannungsumsetzer - Google Patents
Geregelter GleichspannungsumsetzerInfo
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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)
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
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