DE19530064A1

DE19530064A1 - Geregelter Flußwandler

Info

Publication number: DE19530064A1
Application number: DE1995130064
Authority: DE
Inventors: Eckhardt Gruensch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1997-02-20

Description

Die Erfindung betrifft einen geregelten Flußwandler mit mindestens zwei Sekundärkreisen.

Stand der Technik

Aus der EP 0 191 482 B1, insbesondere Fig. 11, ist ein Flußwandler mit mehreren Sekundärkreisen bekannt. Die Regelung der Ausgangsspannung des einen Sekundärkreises erfolgt dort beispielsweise über eine Pulsbreitenmodulation eines primärseitigen Stellgliedes. Der zweite Sekundärkreis enthält einen Transduktorregler zur Konstantregelung der Ausgangsspannung.

Die DE 40 28 471 C2 zeigt eine getaktete Stromversorgungseinrichtung mit einem Sperrwandler- und einem Flußwandler-Ausgsgangskreis. Zur Regelung werden die Ausgangssignale beider Sekundärkreise herangezogen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Flußwandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 besitzt einen guten Wirkungsgrad und stellt ohne aufwendige Steuermittel mindestens einen zweiten geregelten Ausgang zur Verfügung. Es ist nur ein Flußwandler-Leistungsteil mit einer Leistungsregelung erforderlich. Durch die zeitweise niederohmige Überbrückung der Freilaufdiode/n während der Energieabgabephase des Flußwandlers, wird auch der Flußspannungsabfall an der/den Freilaufdiode/n unterdrückt, der normalerweise zu ohmschen Verlusten führt. Während der Energieaufnahmephase sind die den Freilaufdioden parallel geschalteten Schalter geöffnet.

Es muß lediglich die Ausgangsspannung bzw. ein anderes Ausgangssignal am ungeregelt mit laufenden Ausgang während der Energieabgabe ausgewertet werden, um die niederohmige Überbrückung der Freilaufdiode/n zu steuern. Dazu genügt ein einfacher Pulsbreitenmodulator bzw. Pulsfrequenzmodulator und ein elektronischer Schalter, bzw. beim niederohmigen Überbrücken mehrerer Freilaufdioden eine entsprechende Anzahl von Schaltern und ggf. eine Inverterstufe sowie eine Einrichtung, welche die Schalter während der Energieaufnahmezeit geöffnet hält.

Die Realisierung gemäß der Erfindung führt auch zu guten Mitlaufeigenschaften. Die während der Energieabgabephase des Flußwandlers abgebbare Energie kann je nach Belastung der Sekundärkreise optimal verteilt werden.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.

Beschreibung der Erfindung

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel für den Flußwandler nach Erfindung besitzt ein Stellglied - Transistor TS - im Primärkreis, dessen Schaltstrecke in Serie zur Primärwicklung w1 des Leistungsüberträgers LS liegt. Die Eingangsgleichspannung ist mit UE bezeichnet. Der Flußwandler nach der Erfindung besitzt mindestens zwei Sekundärkreise - in Fig. 1 sind nur zwei dargestellt - von denen einer geregelt ist. Zur Regelung wird die Ausgangsspannung UA1 oder eine andere Größe, die von der Belastung dieses Sekundärkreises abhängig ist, überwacht und in Abhängigkeit davon die Leitezeit des Stellgliedtransistors TS im Sinne einer Konstantregelung der Ausgangsspannung UA1 oder der Belastung beeinflußt. Zu einer solchen Regelung eignet sich bekanntermaßen eine Pulsbreiten- und/oder Pulsfrequenzregelung. In Fig. 1 ist ein entsprechender Regelbaustein RB nur schematisch dargestellt. Er arbeitete vorteilhafterweise als Schaltregelerbaustein für das Stellglied TS.

Der Ausgangskreis mit der Sekundärwicklung w2, dem Gleichrichter G1, der Freilaufdiode D1 und der Glättungsinduktivität L1 übernimmt somit die Hauptregelung bzw. Leistungsregelung. Die weiteren Sekundärkreise, hier nur ein weiterer Sekundärkreis dargestellt, laufen mit. Der gezeigte weitere Sekundärkreis mit der Sekundärwicklung w3, dem Gleichrichter G2, der Freilaufdiode D2 und der Glättungsinduktivität L2 besitzt eine Auswerteeinrichtung AE für die Ausgangsspannung UA2 oder eine sonstige belastungsabhängige Größe, die im einfachsten Falle aus einem einfachen Spannungsteiler - Widerstände R1, R2 - bestehen kann. Die ausgewertete Ausgangsspanung UA2 wird einer weiteren Regeleinrichtung, z. B. dem in Fig. 1 dargestellten Pulsbreitenmodulator PBM1, der auch als Pulsfrequenzmodulator ausgebildet sein kann, am invertierenden Eingang zugeführt. Sein Ausgangssignal dient als Steuersignal für einen Schalter T2 in Form eines Feldeffekttransistors, der parallel zur Freilaufdiode D2 angeordnet ist und geeignet ist, diese Freilaufdiode D2 zeitweise niederohmig zu überbrücken. Diese zeitweise niederohmige Überbrückung der Freilaufdiode D2 wird während der Energieabgabephase des Flußwandlers vorgenommen. Hierzu wird dem Pulsbreitenmodulator PBM1 als Referenzsignal REF beispielsweise ein von der Welligkeit eines Signals im mitlaufenden Ausgangskreis abgeleitetes Signal zugeführt. Aus der Welligkeit, d. h. den nicht geglätteten Wechselanteilen, die durch die Schaltbetrieb des Stellgliedes TS bedingt sind, läßt sich detektieren, ob sich der Flußwandler in einer Energieaufnahme- oder einer Energieabgabephase befindet. Es ist natürlich auch möglich, das Referenzsignal REF separat zu erzeugen, beispielsweise mittels eines Dreieckspannungsoszillators, oder vom Schaltsignal für das Stellglied TS direkt abzuleiten. Die Auswertung der Welligkeit im mit laufenden Sekundärkreis erfordert nur geringen Schaltungsaufwand, beispielsweise in Form einer zusätzlichen Wicklung auf der Glättungsinduktivität L2.

Besonders vorteilhaft ist es, auch die Freilaufdiode D1 im geregelten Ausgangskreis zeitweise niederohmig zu überbrücken. Hierzu ist dieser Freilaufdiode D1 ebenfalls ein elektronischer Schalter in Form des Feldeffekttransistors T1 parallelgeschaltet, der vorteilhafterweise ebenfalls vom Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators PBM1 niederohmig steuerbar ist. Zur optimalen Energieverteilung auf die beiden Ausgänge wird der Transistor T1 im Gegentakt zum Transistor T2 leitend gesteuert. Dazu wird das Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators PBM1 zur Ansteuerung des Transistors T2 über einen Inverter IN geführt. Vorteilhaft ist es auch, wie in Fig. 1 dargestellt, die Glättungsinduktivitäten L1 und L2 der beiden Sekundärkreise bzw. weiteren Sekundärkreise, magnetisch miteinander zu koppeln.

Mit den zuvor geschilderten Ausgestaltungen der Erfindung ergibt sich folgender Betrieb:

Während der Energieaufnahmephase des Flußwandler sind die Transistoren T1 und T2 nicht angesteuert; das heißt die Freilaufdioden D1 und D2 sind nicht niederohmig überbrückt.

Während der Energieabgabephase des Flußwandlers sind die Freilaufdioden D1 und D2 über die Transistoren T1 und T2 abwechselnd, d. h. im Gegentakt zeitweise niederohmig überbrückt. Der Regelhub beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel ± 1 Diodenschwelle. Wenn die Spannung UA2 am mitlaufenden Ausgang absinkt, d. h. der mitlaufende Ausgang stärker belastet wird, ist der Transistor T2 durchgeschaltet (niederohmig) und der Transistor T1 hochohmig. An der Glättungsinduktivität L1 bildet sich der Spannungsabfall UA1+U_D1. An der Glättungsinduktivität L2 bildet sich unter Annahme eines Spannungsübersetzungsverhältnisses zwischen L1 und L2 von 1 eine um eine Diodenschwelle höhere Spannung, die dem Absinken der Ausgangsspanung UA2 am mit laufenden Ausgang entgegenwirkt, d. h. es fließt mehr Energie auf den mitlaufenden Ausgang. Benötigt der geregelte Ausgang (Ausgangsspannung UA1) ebenfalls mehr Energie, so geschieht hier die Nachregelung über eine Verlängerung der Leitzeit des Stellgliedes TS oder/und über eine Erhöhung der Pulsfrequenz. Wenn die Spannung UA2 am mitlaufenden Ausgang hingegen ansteigt (Entlastung), wird der Transistor T2 gesperrt und der Transistor T1 leitet, d. h. jetzt ist die Freilaufdiode D1 niederohmig überbrückt. An der Glättungsinduktivität L1 fällt nur noch die Ausgangsspannung UA1 ab. Durch die magnetische Kopplung der Glättungsinduktivität L1 mit der Glättungsinduktivität L2 bildet sich an L2 auch nur ein Spannungsabfall von UA1. Zur Energieabgabe auf den mit laufenden Ausgang wäre aber ein Spannungsabfall von UA1+U_D2 notwendig, d. h. im Falle der Entlastung des mit laufenden Ausgangs wird auf diesen nun kaum noch Energie abgegeben. So ist beispielsweise während der Energieabgabephase der Transistor T2 nur während 5% der Energieabgabezeit eingeschaltet und der Transistor T1 während 95% dieser Zeit.

Über eine Änderung des Spannungsübersetzungsverhältnisses kann der Regelhub verändert werden.

Um die elektronischen Schalter T1 und T2 während der Energieaufnahmephase des Gleichspannungswandlers sicher im geöffneten Zustand zu halten, sind die beiden UND-Glieder U1 und U2 jeweils zwischen dem Ausgang des Pulsbreitenmodulators PBM1 bzw. dem Inverter IN und den Steuereingängen der Schalter T1 und T2 vorgesehen. Diese UND-Glieder weisen invertierende Eingänge auf, die mit der über den Regelbaustein RB ausgewerteten Ausgangsspannung UA1 beaufschlagt sind. Während der Energieaufnahmephase - der Transistor TS ist dann leitend - sperren diese UND-Glieder U1 und U2, da das Einschaltsignal für den Transistor TS (H-Potential) über die invertierenden Eingänge der UND-Glieder zu einem blockierenden L-Signal wird.

Während der Energieabgabephase - der Transistor TS sperrt dann - werden die Schalter T1 und T2, wie zuvor beschrieben, abwechselnd leitend gesteuert.

Claims

1. Geregelter Flußwandler mit mindestens zwei Sekundärkreisen, wobei Mittel (T1, T2, PBM1) vorgesehen sind zur zeitweisen niederohmigen Überbrückung der Freilaufdiode/n (T1, T2) in mindestens einem der Sekundärkreise in Abhängigkeit der Ausgangsspannung oder der Belastung mindestens eines Sekundärkreises.

2. Flußwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (T1, T2, PBM1) zur Auswertung der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstromes an einem mitlaufenden Sekundärkreis vorgesehen sind sowie zur Aufbereitung von Steuersignalen für die Überbrückung der Freilaufdiode/n (D1, D2) in Abhängigkeit der ausgewerteten Ausgangsspannung/des ausgewerteten Ausgangsstromes.

3. Flußwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der/den Freilaufdiode/n (D1, D2) in dem/den Sekundärkreis/en ein elektronischer/elektronische Schalter (T1, T2) parallelgeschaltet ist/sind, der/die während der Energieabgabephase des Flußwandler in Abhängigkeit der ausgewerteten Ausgangs spannung/dem Ausgangsstrom aktivierbar ist/sind und während der Energieaufnahmephase gesperrt ist/sind.

4. Flußwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Sekundärkreisen die Schalter (T1, T2) im Gegentakt aktivierbar sind.

5. Flußwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem mitlaufenden Sekundärkreis ein Pulsbreitenmodulator oder Pulsfrequenzmodulator (PBM1) zur Auswertung der Ausgangsspannung (UA2) zugeordnet ist.

6. Flußwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Pulsbreitenmodulators/Pulsfrequenzmodulators (PBM1) mit dem elektronischen Schalter (T2) zur Überbrückung der Freilaufdiode (D2) im mitlaufenden Sekundärkreis verbunden ist und mit dem elektronischen Schalter (T1) zur Überbrückung der Freilaufdiode (T1) im geregelten Sekundärkreis über einen Inverter (IN).

7. Flußwandler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulsbreitenmodulator/Pulsfrequenzmodulator (PBM1) als Referenzsignal (REF) ein von der Welligkeit eines Signals im ungeregelt mit laufenden Sekundärkreis abgeleitetes Signal zuführbar ist.

8. Flußwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsinduktivitäten (L1, L2) in mindestens zwei Sekundärkreisen magnetisch miteinander gekoppelt sind.

9. Flußwandler nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Pulsbreitenmodulator/Pulsfrequenzmodulator (PBM1) als Referenzsignal (REF) zugeführte Signal über die Glättungsinduktivität (L2) in einem der Sekundärkreise abgeleitet ist.