DE1638260C3 - Schaltungsanordnung zur Verminderung der Umschaltverluste eines Schalttransistors im Leistungskreis eines Schaltreglers - Google Patents

Description

- einem guten Wirkungsgrad ®hm besondere Maßnah- Schalttransistor und wegen des Idemferen Ausgangs-

men verhindern. Alle bisher bekanntgewordenen Störpegels angestrebt wird, Ws Sperrspannung am

V Sehfltiungen zur VerarinAminf der Utaschaltveisluste SeWtonsistof Ti kantt beim Anschalten e»t ar>

] sind noch nicht befriedigend, 65 fallen, wenn der Kollektorstrom i_f den Drosselström

Schaltregler haben den Vorteil, daß sie im Gegen- ΐμ erreicht hau Der SetialtMnsistor wild dadurch

' sate mt stetfg arbeitendM Reglern einen höheren über den^arifctaiaßomater VetJastbisiiaflg fssehaitet»

j Wirkungsgrad besinn. Naenhillig ist, daß ^ie was wegen des BiiÄbroeaveilattöB« WtisehΛ$%

Es ist auch bereits dae Schaltungsanordnung zur d Eihltlt i ShUtraosistor

agewg der Eins Utraosistor

Scbaltreglers mit Speicherdrossel und Freilaufe₁ soweit diese Verluste durch den noch fließen- &tassdsänm hervorgerufen werden, i «kanal. In mit der Fteüaufdiode im Querzweig oder in mit dem Sehalttransistor und der Speicher- and zwar zwischen Schalttransistor und VerfeJBdiaigsfiOJikt von Spcicherdrossel und Freilauf- ^de. ist dne Zusatzdrossel in Verbindung reit einem gl geschalteten Gleichrichter vorgesehen. Auch hr, über den sich die Energie der ZucatnadHktivität entladt, entstehen Verluste, die sich besonders bei einer hohen Arbeitsfrequenz ungünstig answirken (schweizerische Patentschrift 217 055). Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine Verbesder Schaltungsanordnungen der vorgenannten mit der Umschaltung des Schalttransistors

hängenden ^v«^{rlustc noch weite}" ™^ά **" zu verringern, daß die Schaltfrequenz ohne

d d lih

awreit zu verringern, q

Verschlechterung des Wirkungsgrades wesentlich erfcfihfwerden kann; hierbei sollen auch keine wesent- «Am Verluste in den zur Verringerung der Um- «haltverluste des Schalttransistors vorgesehenen Zu-„ttbauelementen auftreten.

Gemäß der Erfindung ist die ausgangsseiüge HeMrode des Schalttransistors über eine als Reihenschwingkreis wirksame Serienschaltung aus einer Sen Drossel und dem Kondensator an den an-Pol der Spannungsquelle derart angeschlossen, er Kondensator der Freilaufdiode unmittelbar SnHei geschaltet ist, und daß die Drossel mit einer KdärwickluBg mit einer gegenüber der Drossel größeren Windungszahl versehen ist, die in Reihenschaltung mit einer in Sperrichtung gepoltcn Diode dem Ausgang des Schaltreglers parallel geschaltet ist. D«rwahrend der Durchlaßphase des Schalttransi-Si ien Drossel gespeicherte magnetische

Fig. 4 und S zeigen ded Verlauf von Strom und Spannung beim Ein- und Ausschalteik des Schall-

transistors.
Zwischen der zu regelnden Eingaapspannung I/1

s und der Ausgangsspannung 1/2 am Verbraucherwiderstand Äa sind im Längszweig in bekannter Weise der Schalttransistor Fs und die Spekheidros- seiL2, im Querzweig der SpeidierkondeiisatorCl· die Freilaufdiode Gr 2 und paiallel zum Ausgang der

w Kondensator C 2 eingeschaltet ESe Steuerschaltung

für den Schalttransistor fet nicht dargestellt. Ke m

den Fig. 2 und 3 fibereinstimmenden Schaltnngs-

teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Beim ersten Ausführungsbeispid der erfindungs-

gemäßen Schaltungsanordnung (F i g. 2) ist πη Langszwe*g des Schaltreglers die weitere DrOSSeIZ-I zwisehen dem Schalttransistor Ts und der bpeacnerdrossel L 2 angeordnet In Parallelschatong

^*"*⁰** ^{Grlvsa Qaer}^¹ l^{g d}f ^^ ao sich ein Zwischenspeicherkondensator C3,

der Induktivität L1 einen Serienschwingkreis Die Sekundärwicklung der InduktivitätLl ist uDer die Diode GrI dem Ausgang ^te S™¹*?*^ abgeschaltet. Diese Diode ist fur die fcragangsa₅ bzw. Ausgangsspannung in Spernchtung^K^ Beim ELn^halten des Schalttransistors Ts bewirk

die Primärwicklung der Drossel Ll «nen von Null langsam ansteigenden Strom un T™"™"^.^, AnstiegszeU wird durch die Große «bw^SiwM bestimmt. Der Zwischenspeichericondensatoi C3 wird also über L1 elastisch aufgeladen. Otart««·^ Kondensatorspannung U_ri die E'ng^P^""! ^ so wird bei einem geringen Spannungsuberschuß von

35 AU_r* =

der GleichrichterGr 1 auf der Drossel L1 leitend und *

Es ist zwar bereits ein Schaltregler mit einem U 2 bezeichnet «krhalttransistor bekann, der zwischen seinem Aus- Im quasistationaren Betrieb!BwBt vor_oem

£„g und dem Schahtransistor eine mit einer Sekun- «5 sehen Wiedereinschalten^Trans^torsT Wicklung ver^hene Drossel als Teil eines G.ät- St«»^ de' Sperijdm«!L2 ^J

Snme⁸n deiRegelschaltung angeordnet ist (britische ₅o ladung des Patentschrift 1040 759). Diese Reihenschaltung hat ^überschuße"^er8«_o?_eIJf im Gegensatz zur Schaltungsanordnung gemäß gang, wie oben angegeben

Γaus_{flicßt die}

η,-

r die Eingangsspannung ansteigender Span- Kollektorspannung ü

υ Schaltungen der in den

¥' Fig. 2 und 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiele es

^lt teetreffen Schaltregler, die dem Prinzip nach wie

die bekannte Schaltung nach Fig. 1 ausgebildet sind; die

neue

Γ63&26Ο

bauelementen, die 'am Schaltvorgäng beteiligt sind. Den Ein- und Äussch'aVtvorgang des Schaltiransistors Jat< steigt,Ej-lg. 4 bzA. 5.^Man erkennt aus dem Verlofspähnung U^ und des Kollektor- _ Ue^Ver^^'inrlerhli^äes Transistors

,bei (beiden.PmscHalt^OTgängeh sfchr geringe Werte nac&jäewfßintchalt_r und Ausschalttorstromes /„ bzw. der'Koliektörspannung Ü'_r ist durch die geringe Streuinduktiviiät zwischen Primär- und Sekundärwicklung der Induktivität L1 bedingt und von vernachlässigbarer 'Wirkung, da diese Energieanteile sehr klein sind. Dadurch wird eine erheblich höhere Arbeitsfrequenz möglich, wodurch eine wesentliche Verkleinerung und Verbilligung der Stromvcrso'rgungSgeräte bei gutem Wirkungsgrad erreichtVird.

Fi'g. TzeigUein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei die Drossel Lt statt im Längszweig der Schaltung im Qüerzweig liegt. Die Wirkungsweise-dieser, Scfiallung ist im/wesentlichen die gleiche wie die'def'oberi beschriebenemSchaUting. Die beim elastischen, verlustarmen Ein- und Ausschalten des Schalttransistors in der Drossel Ll gespeicherten magnetischen Energien werden auch hier jeweils als Mutzenergie in den Verbraucher überführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. SpetcfaefltosseJ «ad ein SpacherkoBdeasator notwea-

   Patentansprnche: dig sind und daß üb allgemeinen zusätzliche Sieb-

   I SdwhunßsaoordnunÄ zur Veraiiadetaeg glieder (z.a iJC-Tutfässe) rt&f±**g ⁸^

   die:

   und des Ausgangs ve-bun- der Schaftzea abhängig smd.

   „ ι parallel zum Ausgang eia Es ist bekannt, die Einst* .

   Speicfaerkondensaior vorgesehen ist, rait einem «s transistor«! durch Verkürzung der Scbauzert beim

   einen Zwischenspeicherkondensator enthaltenden, Einschalten z» verringern, indem die Scnalttransisto-

   parallel zur FreäauMode Hegenden Stromzweig, ren im Umschat&ereich übersteuert werden. Eine

   dadurch gekenozeichnet, daß die aus- starke Obersteuerung h& dagegen zur FoIg^ daß

   gangsseitige Elektrode des Sehaltlransistors (Ts) sich die Spdcherwiikiaig der Transistoren nachteilig

   _% Sber eine als Reftenscbwiiigkreis wirksame » auswirkt und die Seestadt beän Aess^alteaverlan-

   Il Serienschaltung aus einer weiteren Drossel (L 1) gert. wodurch die Ausschairverlusre ment unerheblich

   s| und dem Kondensator (C 3) an den anderen Pol ansteigen können.

   ff der Spannungsquelle (U.) derart angeschlossen Zur Verringerung der Leistungsverluste im Schalt-

   I ist, daß der Kondensator (C 3) der Freilaufdiode transistor ist auch nach weiteren Lösungen gesucht

   t (Gr2) unmittelbar parallel geschaltet ist, und daß «5 worden. Ia Fig. 1 ist eine bekannte »«haltung im

   Ί die Drossel (L 1) mit einer Sekundärwicklung mit Prinzip dargestellt, mit der die Ausschaltverluste im

   ϊ einer gegenüber der Drossel größeren Windungs- Schalttransistor Ts eines Schaltreglers verringert wer-

   a zahl versehen ist, die in Reihenschaltung mit einer den (The BeL System Technicäü Journal, Juli 1963,

   1 in Sperrichtung gepohui Diode (GrI) dem Aus- Seiten 956/957). Der Schaltregler liefert eine Aus-

   I gang des Schaltregler«, parallel gschaltet ist. 3« gangsspannuag U 2 an einen Verbraucherwiderstand

   I 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, da- Ra. Zwischen dem Schalttransistor Ts und dem Aus-

   ί durch gekennzeichnet, daß das Windungszahl^- gang ist eine Speicherdrossel L 2 in Reihe angeordnet.

   I hältnis der beiden Wicklungen der Drossel (Ll) Parallel zum Ausgang liegt em Speicherkondensator

   p so gewählt ist, daß bei geringfügig über die Ein- C 2. Zwischen dem Schalttraiisistor Ts und der Spei-

   I gangsspannung ansteigender Spannung des Zwi- 35 cherdrossd L 2 liegt in einem Querzweig eine Frei-

   1 schenspeicherkondensatorsiCS) die Diode(GrI) laufdiodeG»! Parallel zur FreilaufdiodeGr2 ist

   1 im Sekundärkreis leitend wird. eine Serienschaltung eines Zwischenspeicherkonden-

   I satorsC3 und einer Diode GrI vorgesehen, wobei

   Ϊ ' die Diode durch einen Widerstand R überbrückt ist.

   I Die Erfindung bezieht sich auf eine Schakungs- 4« Die Diode GrI ist für die Eingangsspannung I/1 in

   I anordnung zur Verminderung der Umschaltverluste Sperrichtung gepolt. Diese Schaltung verhindert, daß

   i eines Schalttransistors im Leistungskreis eines Schalt- beim Abschalten des Transistors Ts dieser bei gleich-

   1 regiere, bei dem in Reihe mit der eingangsseitig ein- bleibendem KoHektorstrora k (= Drosselstrom ius)

   I polig mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen erst die volle Eingangsspannung übernehmen muß,

   i Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors und *S bevor die Freilaufdiode Gr 2 leitend werden kann.

   \~ dem einen Pol des Ausgangs des Schahreglers eine Der Kondensator C 3 wird während der Durchlaßzeit

   \ Speicherdrossel vorgesehen ist, deren transistorseiti- des Transistors Tj über den Widerstand R aufgeladen.

   ; ges Ende über einen Querzweig mit einer in Sperr- Kondensator C3 und Diode GrI können den Strom

   richtung gepolten Freilaufdiode mit dem anderen Pol bei Beginn der Abschaltung des Transistors Ts über-

   '■ der Spannungsquelle und des Ausgangs verbunden 5° nehmen. Nachteilig ist, daß bei jeder Wiederauf-

   i' ist, und bei dem parallel zum Ausgang ein Speicher· ladung des Kondensators C 3 die Hälfte der Energie

   ] kondensator vorgesehen ist, mit einem einen Zwi- im Vorwiderstand R verlorengeht, was sich besonders

   schenspeicherkondensator enthaltenden, parallel zur bei einer hohen Arbeitsfrequenz ungünstig auswirkt

   Freilaufdiode liegenden Stromzweig. Eine solche Die beschriebene Schaltung verringert zwar die Be-

   Schaltungsanordnung ist bekannt (The Bell System SS anspruchung des Transistors Ts beim Abschalten, hat

   Technical Journal, Juli 1963, Seiten 956/957). jedoch für diesen ein kritisches Einschaltverhalten,

   Bei elektronisch geregelten Gleichstroinversor- wenn der Drosselstrom /U? der Speicherdrossel L 2 in

   gungsgeräten, die nach dem Schaltreglerprinzip arbei- der Sperrphase des Transistors Ts noch nicht auf

   ten, treten in den Schalttransistoren Umschaltverluste Null abgefallen ist, was im allgemeinen wegen der

   ν auf, die eine hohe Arbeitstrequenz zwecks Verkleme» «o geringeren Wechselverluste in der Speicherdrossel L 2,