DE19624274C1 - Strom- und Spannungsversorgungsvorrichtung für Gleichspannungsnetz - Google Patents

Description

Strom- und Spannungsversorgungsvorrichtungen dienen zur Be­ reitstellung eines bezüglich Strom und Spannung stabilisier­ ten Gleichspannungsnetzes. Ein derartiges stabilisiertes Gleichspannungsnetz kann desweiteren beispielsweise durch ei­ ne Batterie gepuffert sein und somit auch als Notstromversor­ gung dienen. Solche, insbesondere batteriegepufferten, Netze werden wiederum von einem Eingangsspannungsnetz gespeist. Dieses ist bevorzugt ebenfalls ein Gleichspannungsnetz, wel­ ches allerdings in der Regel nur schwach stabilisiert ist und häufig Störungen aufweist, wie beispielsweise Störimpulse oder einen Netzausfall- oder Abschaltung. Die Spannungsver­ sorgung des durch die Versorgungsvorrichtung versorgten Gleichspannungsnetzes soll dennoch ihre Funktionssicherheit möglichst beibehalten. Insbesondere in der Bahntechnik unter­ liegen die Eingangsspannungsnetze von Versorgungsvorrichtun­ gen, wie beispielsweise die Oberleitungen, erheblichen Span­ nungsschwankungen. In Reisezugwagen muß die Spannungsversor­ gung für bestimmte Verbraucher, wie beispielsweise elektri­ sche Steuerungen, Kleinstromversorgungen oder Sicherheits­ funktionen, aber auch dann gewährleistet sein, wenn bei­ spielsweise eine Abtrennung des Zuges von der Oberleitung er­ folgt.

Derartige Versorgungsvorrichtungen weisen dabei eine Gleich­ spannungs-Gleichspannungswandlung auf. Gleichspannung aus ei­ nem nur geringfügig stabilisierten Eingangsgleichspannungs­ netz wird in eine Wechselspannung umgewandelt, transformiert und wieder gleichgerichtet. Bekannt sind Versorgungsvorrich­ tungen, die aus dem Eingangsgleichspannungsnetz mittels einer sogenannten Gegentaktbrückenschaltung eine durch einen Über­ trager transformierte Wechselspannung erzeugen, welche an­ schließend gleichgerichtet, geglättet und als Gleichspannung dem stabilisierten Ausgangsgleichspannungsnetz zugeführt wird.

Bei diesen, auf einer Gegentaktbrückenschaltung basierenden Versorgungsvorrichtungen besteht das Problem eines asymmetri­ schen Stromverlaufs zwischen Gegentaktbrückenschaltung und Übertrager, wodurch Sättigungserscheinungen im Übertrager und somit Leistungseinbrüche auftreten. Dies wurde bisher mit ei­ nem in Serie geschalteten Symmetrierkondensator im Strom­ kreislauf zwischen Gegentaktbrückenschaltung und Übertrager, insbesondere zwischen den in Fig. 1 dargestellten Kontakt­ punkten K1 und K2, gelöst. Nachteilig ist dabei insbesondere, daß ein derartiger Symmetrierkondensator ein die Gesamtle­ bensdauer der Versorgungsvorrichtung erheblich begrenzendes Element darstellt. So fällt der Symmetrierkondensator in der Regel als erstes Bauelement aus. Desweiteren weist der Symme­ trierkondensator für größere Ausgangsleistungen einer Versor­ gungsvorrichtung eine erhebliche Baugröße und einen zu klei­ nen Temperaturarbeitsbereich auf. Desweiteren trägt der Sym­ metrierkondensator einen hohen Kostenanteil an den Gesamtko­ sten der Versorgungsvorrichtung.

Bekannt sind desweiteren Versorgungsvorrichtungen mit einer sogenannten Gegentaktbrückenschaltung, welche ohne den oben beschriebenen Symmetrierkondensator betreibbar sind. Probleme stellen hierbei dynamische Übergangsvorgänge am Ausgang der Versorgungsvorrichtung dar, insbesondere hohe Lastwechsel und Ein- und Ausschaltvorgänge, welche eine Asymmetrierung des Magnetisierungsstroms im Stromkreislauf zwischen Gegentakt­ brückenschaltung und nachgeschaltetem Übertrager zur Folge haben. Dadurch entstehen im Übertrager magnetische Sätti­ gungserscheinungen, welche wiederum zu Leistungseinbrüchen oder sogar zur Zerstörung der Versorgungsvorrichtung führen können. Um zu verhindern, daß der Übertrager in die Sättigung geht, wurde deshalb bisher ein bezüglich der Betriebsgrößen stark überdimensionierter Übertrager mit einem sogenannten "gescherten Kern" eingesetzt. Dieser weist einen wesentlich größeren Luftspalt zwischen Eisenkern und Wicklungen und so­ mit eine größere Baugröße und ein erheblich höheres Gewicht auf.

Aus dem Dokument EP 0 146 876 A2 ist eine auf einer Gegen­ taktbrückenschaltung basierende Versorgungsvorrichtung be­ kannt, wobei zur Stabilisierung des magnetischen Flusses im Übertrager ein Regler mit integrierendem Übertragungsverhal­ ten (Fig. 4, Bezugszeichen 76, 77) verwendet wird.

Aus dem Dokument US 4,404,623 ist eine weitere, auf einer Ge­ gentaktbrückenschaltung basierende Versorgungsvorrichtung be­ kannt, bei welcher zur Ansteuerung des Übertragers ebenfalls ein Regler mit integrierendem Übertragungsverhalten (Fig. 7, Bezugszeichen 56, 58) verwendet wird.

In Anwendungsbereichen mit hohen Lastschwankungen in den Ein­ gangsgleichspannungsnetzen, wie beispielsweise in der Bahn­ technik, werden bisher deshalb nur Versorgungsvorrichtungen mit Eintaktbrückenschaltung und Symmetrierkondensator verwen­ det.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ausgehend vom Stand der Technik nach EP 146 876 A2 eine Versorgungsvorrich­ tung für ein Gleichspannungsnetz anzugeben, welche ein gerin­ ges Gewicht und eine geringe Baugröße aufweist und mit hoher Störfestigkeit ohne die oben aufgeführten Probleme betreibbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 angegebenen Versorgungsvorrichtung für ein Gleichspannungsnetz.

Vorteil der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung ist de­ ren auf einer Gegentaktbrückenschaltung basierender Aufbau. Dadurch entfällt zunächst die Notwendigkeit eines die Gesamt­ lebensdauer der Versorgungsvorrichtung begrenzenden und große Ausmaße aufweisenden Symmetrierkondensators.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin die erfindungsgemäße elektrische Ansteuerung der Gegentaktbrückenschaltung der Versorgungsvorrichtung. Durch die elektrische Ansteuerung der Gegentaktbrückenschaltung werden nicht nur die Ausgangs­ gleichspannung und der Ausgangsgleichstrom der Versorgungs­ vorrichtung geregelt, sondern auch dynamische Übergangsvor­ gänge am Ausgang der Versorgungsvorrichtung, insbesondere ho­ he Lastwechsel, nahezu vollständig kompensiert. Die elektri­ sche Ansteuerung gleicht diese erfindungsgemäß durch Symme­ trierimpulse so aus, daß im Übertrager, welcher der Gegen­ taktbrückenschaltung nachgeschaltet ist, keine Sättigungser­ scheinungen mehr auftreten. Dadurch ist es vorteilhaft mög­ lich, den Übertrager bezüglich der Betriebsgrößen minimal zu dimensionieren und somit insbesondere Gewicht und Baugröße des Übertragers erheblich zu reduzieren.

Durch die elektrische Ansteuerung der Gegentaktbrückenschal­ tung der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung werden des­ weiteren Überstromspitzen im Stromkreis zwischen Gegentakt­ brückenschaltung und Übertrager vermieden. Dies ermöglicht somit eine minimale Dimensionierung der in der Gegentaktbrüc­ kenschaltung enthaltenen Leistungsbauelemente, wie beispiels­ weise der Leistungstransistoren.

Durch die geringe Baugröße und das reduzierte Gewicht ist die erfindungsgemäße Versorgungsvorrichtung insbesondere auch dort einsetzbar, wo nur ein begrenztes Raumvolumen zur Verfü­ gung steht. Insbesondere bei Verwendung der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung in Reisezugwagen stellen Baugröße und Gewicht wichtige Merkmale dar. Durch die Versorgungsstabili­ tät der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung, welche auch bei dynamischen Übergangsvorgängen aufrechterhalten bleibt, ist diese insbesondere auch für batteriegepufferte Ausgangs­ gleichspannungsnetze mit hoher Leistung einsetzbar. Die durch Wegfall eines Symmetrierkondensators erhöhte Lebensdauer der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung garantiert dabei ei­ ne hohe Wartungsfreiheit und einen vorteilhaft wirtschaftli­ chen Betrieb.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird desweiteren anhand des in den nachfolgend kurz angeführten Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 beispielhaft eine Darstellung eines elektrischen Schaltungsaufbaus einer Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Versorgungsvorrichtung für ein batterie­ gepuffert es Ausgangsgleichspannungsnetz,

Fig. 2 beispielhaft den prinzipiellen Aufbau einer Ausfüh­ rungsform der Regelungsschaltung der erfindungsgemä­ ßen Versorgungsvorrichtung, wobei Zeitverläufe für maßgebliche Signale in Form von kleinen Diagrammen dargestellt sind,

Fig. 3 beispielhaft ein Diagramm eines möglichen Verlaufs eines Stromvergleichssignals und eines Regelabwei­ chungssignals in der Regelungsschaltung,

Fig. 4 beispielhaft den Signalverlauf eines durch die Signa­ le aus der Fig. 3 in der Gegentaktbrückenschaltung erzeugten Primärlaststroms des Übertragers der erfin­ dungsgemäßen Versorgungsvorrichtung,

Fig. 5 beispielhaft den Signalverlauf des Meßwert eines Ver­ sorgungsstroms der Gegentaktbrückenschaltung der er­ findungsgemäßen Versorgungsvorrichtung, welcher durch die Signale aus der Fig. 3 erzeugt wird,

Fig. 6 beispielhaft ein Diagramm eines möglichen Verlaufs des Stromvergleichssignals und des Regelabweichungs­ signals, ohne eine erfindungsgemäße Regelungsschal­ tung mit einem Regler mit differenzierendem Übertra­ gungsverhalten, und

Fig. 7 beispielhaft den Verlauf des durch die Signale aus der Fig. 6 erzeugten Versorgungsstroms der Gegen­ taktbrückenschaltung.

In Fig. 1 ist beispielhaft der elektrische Schaltungsaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungsvor­ richtung für ein Ausgangsgleichspannungsnetz DCA dargestellt. Diese weist ein Leistungsteil L auf, welches auf der Ein­ gangsseite UE1, UE2 an ein Eingangsgleichspannungsnetz DCE angeschlossen ist und auf der Ausgangsseite UA1, UA2 das sta­ bilisierte Ausgangsgleichspannungsnetz DCA versorgt. Bei­ spielhaft ist ein Widerstand RL anstelle von an die Versor­ gungsvorrichtung angeschlossenen elektrischen Verbrauchern des Ausgangsgleichspannungsnetzes DCA dargestellt.

Der Leistungsteil L enthält mindestens eine Gegentaktbrücken­ schaltung VB, welche von einer Regelungsschaltung R durch das Ansteuerungssignal P geregelt wird. Die Gegentaktbrücken­ schaltung VB erzeugt aus der Eingangsgleichspannung UE Wech­ selstrom I, der aus Stromimpulsen zusammengesetzt ist. Die Gegentaktbrückenschaltung VB weist in der Regel Lei­ stungstransistoren auf, welche von der Regelungsschaltung R zur Erzeugung des Wechselstroms I angesteuert werden. Bevor­ zugt kann die Gegentaktbrückenschaltung VB in Form eines an­ steuerbaren Voll- oder Halbbrückengegentaktwandlers ausge­ führt sein. Gegebenenfalls kann der Gegentaktbrückenschaltung VB eine Schaltung GE zur Glättung und Stabilisierung der Ein­ gangsgleichspannung UE vorgeschaltet sein. Dies ist im ein­ fachsten Fall ein Kondensator C in Parallelschaltung.

Der Gegentaktbrückenschaltung VB ist ein Übertrager T mit ei­ ner Primärwicklung TW1 nachgeschaltet, welcher den Wechsel­ strom I transformiert. Da das Ausgangsgleichspannungsnetz DCA in der Regel eine niedrigere Spannung als das Eingangsgleich­ spannungsnetz DCE aufweist, weist der Übertrager T somit ein spannungsverminderndes Übersetzungsverhältnis auf. Dem Über­ trager T ist desweiteren eine Gleichrichterschaltung GL, so­ wie bevorzugt eine Glättungsschaltung GA zur Erzeugung einer geglätteten Versorgungsgleichspannung UL für das Ausgangs­ gleichspannungsnetz DCA nachgeschaltet. Insbesondere kann zum Schutz der Versorgungsvorrichtung und des zu versorgenden Ausgangsgleichspannungsnetzes DCA eine Schutzschaltung S nachgeschaltet sein.

In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Versor­ gungsvorrichtung ist an deren Ausgang UA1 und UA2 zur Puffe­ rung des zu versorgenden Ausgangsgleichspannungsnetzes DCA eine durch die Versorgungsvorrichtung aufladbare Batterie B angeschlossen. Das Ausgangsgleichspannungsnetz DCA kann somit bevorzugt batteriegepuffert sein. Folglich wird dessen Strom- und Spannungsversorgung auch bei Zusammenbruch oder Abschal­ tung des Eingangsgleichspannungsnetzes DCE aufrechterhalten.

Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, werden zur Ansteue­ rung der Gegentaktbrückenschaltung VB der Regelungsschaltung R Ist-Werte von elektrischen Größen der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung als Regeleingangsgrößen zugeführt. Als Meßwerte stehen bevorzugt die Eingangsgleichspannung UE des Eingangsgleichspannungsnetzes DCE, der Meßwert IT eines Ver­ sorgungsstroms der Gegentaktbrückenschaltung VB, sowie der Meßwert des Ausgangsstroms IL und die Versorgungsgleichspan­ nung UL am Ausgang der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrich­ tung zur Verfügung. Insbesondere bei Pufferung des Ausgangs­ gleichspannungsnetzes DCA mittels einer durch die erfindungs­ gemäße Versorgungsvorrichtung aufladbaren Batterie B, können der Regelungsschaltung R zusätzlich eine Batterieladespannung UB und der Meßwert IB des Batterieladestroms zugeführt wer­ den.

In der Fig. 2 ist beispielhaft ein Schaltungsaufbau einer Ausführungsform einer bevorzugten Regelungsschaltung R darge­ stellt, welche Ein- und Ausschaltzeitpunkte für die Gegen­ taktbrückenschaltung VB vorgibt. Wie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, gibt die Regelungsschaltung R mittels eines periodischen Signals Z der Frequenz f Einschaltzeitpunkte T11, T12, T13 und T14 von Stromimpulsen I1 bis I5 des Wech­ selstroms I vor, welcher dem Übertrager T zugeführt ist. Die Regelungsschaltung R gibt desweiteren mittels eines Kompara­ tors PWM die Ausschaltzeitpunkte T21, T22, T23 und T24 der Stromimpulse I1 bis I5 vor. Diese sind ebenfalls in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Diese sogenannte Modulation der Pulsweiten erfolgt mittels des Komparators PWM durch einen Vergleich zwischen einer Regelabweichung AW und einem Strom­ vergleichssignal ZK. Zur Bildung der Regelabweichung AW die­ nen eine Zielgröße UK und wenigstens eine elektrische Größe am Ausgang des Leistungsteils L, wie beispielsweise die Ver­ sorgungsgleichspannung UL oder der Ausgangsstrom IL.

Das Stromvergleichssignal ZK wird erfindungsgemäß mittels ei­ nes Reglers PD mit differenzierendem Übertragungsverhalten aus dem periodischen Signal Z und dem Meßwert IT des Versor­ gungsstroms der Gegentaktbrückenschaltung VB gebildet.

Allgemein ist es üblich, die Spannungszeitfläche eines Über­ tragers T unter Berücksichtigung der maximalen Eingangs­ gleichspannung UE vorzunehmen. Demgegenüber wird es bei der Erfindung entgegen der allgemein üblichen Vorgehensweise er­ möglicht, daß zur Dimensionierung der Primärwicklung TW1 des Übertragers T der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung eine reduzierte Spannungszeitfläche verwendbar ist. Dadurch weist der Übertrager T vorteilhaft ein reduziertes Gewicht auf. Allgemein entspricht die Spannungszeitfläche eines Stro­ mimpulses dem Produkt aus dessen Impulsdauer und der dabei erreichten mittleren Spannung. Zur Dimensionierung des Über­ tragers T sind der Spannungszeitfläche erfindungsgemäß und vorteilhaft als Berechnungsgrößen der minimale Wert der Ein­ gangsgleichspannung UE und die maximal mögliche Dauer W1 bis W4 in Fig. 5 von durch die Gegentaktbrückenschaltung VB er­ zeugten Stromimpulsen I1 bis I5 in Fig. 4 zugrunde gelegt. Der Übertrager T wird somit erfindungsgemäß nur nach der ma­ ximalen Spannungszeitfläche dimensioniert, die im stationä­ ren, also im nichtdynamischen Betriebsfall der erfindungsge­ mäßen Versorgungsvorrichtung auftreten kann. Dies hat zur Folge, daß der Übertrager zwar nur noch in der Lage ist, Sät­ tigungserscheinungen im stationären Betriebsfall zu vermei­ den. Bei dynamischen Übergangsvorgängen werden aber erfin­ dungsgemäß durch die Regelungsschaltung R mögliche Sätti­ gungserscheinungen im Übertrager T vermieden. Die Regelungs­ schaltung R regelt bei dynamischen Übergangsvorgängen die in Fig. 5 dargestellten Impulsweiten W1 bis W4 der in Fig. 4 dargestellten Stromimpulse I1 bis I5 dergestalt, daß die durch die erfindungsgemäße Unterdimensionierung des Übertra­ gers T vorgesehene maximale Spannungszeitfläche nicht über­ schritten wird.

In einer weiteren, in Fig. 2 bereits dargestellten vorteil­ haften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungsvor­ richtung wird in der Regelungsschaltung R der Meßwert des Versorgungsstroms IT der Gegentaktbrückenschaltung VB einem Verzögerungsglied erster Ordnung PT zugeführt. Dies dient insbesondere der Entstörung des Meßwerts des Versor­ gungsstroms IT. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, weist dieser Impulse IT1 bis IT5 auf, wobei diesen insbesondere sogenannte "Kommutierungsspitzen" überlagert sein können. Solche Spitzen verfälschen den Meßwert des Versorgungsstroms IT und werden durch das Verzögerungsglied erster Ordnung PT gefiltert. Durch anschließende Addition mit dem periodischen Signal Z der Frequenz f wird ein Ausgangssignal ZIT gebildet. Bevor­ zugt ist dabei das periodische Signal Z ein Sägezahnsignal eines Sägezahnoszillators OZ. Das Ausgangssignal ZIT wird er­ findungsgemäß über den nachgeschalteten Regler PD mit diffe­ renzierendem Übertragungsverhalten als Stromvergleichssignal ZK dem Komparator PWM zugeführt.

Wie ebenfalls in Fig. 2 bereits dargestellt ist, wird in der Regelungsschaltung R die Differenz D einer elektrischen Größe am Ausgang des Leistungsteils L und der Zielgröße UK berech­ net. Die Differenz D wird einem Regler PID mit integrierendem und differenzierendem Übertragungsverhalten, und dessen Aus­ gangssignal als Regelabweichung AW dem Komparator PWM zuge­ führt.

Die elektrische Größe am Ausgang des Leistungsteils L kann insbesondere mittels eines Ablösereglers V bereitgestellt werden. Eine solche elektrische Größe ist beispielsweise die Versorgungsgleichspannung UL oder der Ausgangsstrom IL. Dient eine durch die erfindungsgemäße Versorgungsvorrichtung auf­ ladbare Batterie B zur Pufferung des Ausgangsgleichspannungs­ netzes DCA, so können vorteilhaft als weitere elektrische Größen die Batterieladespannung UB und der Batterieladestrom IB mittels des Ablösereglers V zur Bildung der Differenz D ausgewählt werden. Im Ablöseregler V werden die elektrischen Größen UL, IL, UB und IB bevorzugt normiert, so daß diese vergleichbar sind. Im Ablöseregler V wird bevorzugt mittels eines Diodennetzwerkes V1 bis V4 eine elektrische Größe durch Maximalauswahl selektiert, welche der Regelungsschaltung R dann als Regelgröße dient. Befindet sich beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte Batterie B im entladenen Zustand, wird die elektrische Größe des Batterieladestroms IB durch den Ablöseregler V ausgewählt. Diese Regelgröße bewirkt vor­ rangig eine Aufladung der Batterie B. Als ein weiteres Bei­ spiel kann die Batterie B durch einen Störfall ausfallen und dadurch die Batterieladespannung UB zusammenbrechen. Durch den Ablöseregler V wird in diesem Fall als Regelgröße die Versorgungsgleichspannung UL freigegeben, so daß vorrangig der Wert der Versorgungsgleichspannung UL aufrechterhalten wird.

Anhand der Fig. 3 bis 5 wird die Funktionsweise der erfin­ dungsgemäßen Versorgungsvorrichtung weiter erläutert. In Fig. 3 ist beispielhaft ein Diagramm eines möglichen Verlaufs des Stromvergleichssignals ZK und der Regelabweichung AW dar­ gestellt. In Fig. 4 ist der in der Gegentaktbrückenschaltung VB erzeugte Primärlaststrom I des Übertragers T dargestellt, welcher durch die Signalverläufe der Fig. 3 verursacht wird. Dabei wird die Gegentaktbrückenschaltung VB durch den An­ steuerimpuls P des Komparators PWM der Regelungsschaltung R betrieben. In Fig. 5 ist der entsprechende Signalverlauf des Meßwerts des Versorgungsstroms IT der Gegentaktbrückenschal­ tung VB dargestellt, welcher dem Betrag des Primärlaststroms I entspricht.

Das periodische Signal Z, welches vorzugsweise als Sägezahn­ signal ausgebildet ist und in Fig. 2 als Diagramm mit darge­ stellt ist, bestimmt die Einschaltzeitpunkte T11 bis T14 der Stromimpulse I1 bis I5 in Fig. 4, bzw. IT1 bis IT5 in Fig. 5. Die Festlegung der Einschaltzeitpunkte T11 bis T14 erfolgt durch Zwangseinschaltung der Gegentaktbrückenschaltung VB durch den Komparator PWM mit der Frequenz f des periodischen Signals Z. Voraussetzung ist dabei, daß die am Komparator PWM anliegende Regelabweichung AW jeweils während der Einschalt­ zeitpunkte T11 bis T14 größer ist, als das Stromvergleichs­ signals ZK. Die Ausschaltzeitpunkte T21 bis T24 werden eben­ falls mittels des Komparators PWM bewirkt. Der Stromimpuls I1 in Fig. 4 bzw. IT1 in Fig. 5 weist somit beispielsweise ei­ nen Einschaltzeitpunkt T11, einen Ausschaltzeitpunkt T21 und eine Impulsweite W1 auf. Die durch die erfindungsgemäße Ver­ sorgungsvorrichtung an das Ausgangsgleichspannungsnetz DCA abzugebende elektrische Leistung wird maßgeblich durch Rege­ lung der Impulsweiten W1 bis W5 der Stromimpulse I1 bis I5 in der Regelungsschaltung R bewirkt.

Der in Fig. 2 dargestellte Komparator PWM bewirkt die Ab­ schaltung eines Stromimpulses I1 bis I5, bzw. IT1 bis IT5, wenn das Stromvergleichssignal ZK zumindest gleich groß ist wie oder größer ist als die Regelabweichung AW. Dies wird insbesondere durch den durch das periodische Signal Z hervor­ gerufenen Anteil im Stromvergleichssignal ZK bewirkt. Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Versorgungsvor­ richtung, daß durch den Regler PD mit differenzierendem Über­ tragungsverhalten die durch das Sägezahnsignal Z verursachten fallenden Flanken ZK1 bis ZK5 des Stromvergleichssignals ZK besonders stark und kurzimpulsartig ausgeprägt werden. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, hat dies zur Folge, daß insbesondere bei dynamischen Übergangsvorgängen im Ausgangsgleichspan­ nungsnetz DCA, wie beispielsweise bei Lastwechseln, ein Schnitt zwischen Regelabweichung AW und Stromvergleichssignal ZK erzwungen wird. Dadurch wird zusätzlich ein Stromimpuls I2 in Fig. 4, bzw. IT2 in Fig. 5 hervorgerufen und Stromspit­ zen im Primärstrom I des Übertragers T verhindert.

Ein solcher Lastabwurf erfolgt in den Fig. 3 bis 5 bei­ spielsweise im Zeitraum zwischen dem Ausschaltzeitpunkt T21 und dem Einschaltzeitpunkt T12. Durch den Lastabwurf durch­ fährt die Regelabweichung AW eine starke Senke AW1. Erfin­ dungsgemäß wird aber durch die kurzimpulsartige Ausprägung der Flanke ZK2 ein Schnitt mit der Regelabweichung AW erzwun­ gen und ein kurzer Stromimpuls I2 bzw. IT2 bewirkt. Ohne die erfindungsgemäße Regelungsschaltung R würde in diesem Fall kein Schnittpunkt mehr auftreten und somit ein an sich benö­ tigter Stromimpuls zur Entsättigung des Übertragers T aus­ bleiben.

Der Impuls I2 bzw. IT2 wird dabei zwar nur kurz zugeschaltet, so daß dieser nicht zur Leistungsabgabe an das Ausgangs­ gleichspannungsnetz DCA beiträgt. Der Impuls I2 bzw. IT2 be­ wirkt aber besonders vorteilhaft, als eine Art "Symmetrier­ impuls" die magnetische Entsättigung des Übertragers T. Ent­ scheidend ist dabei die erfindungsgemäß starke Ausprägung der fallenden Flanken ZK1 bis ZK5 des Stromvergleichssignals ZK in Form von Kurzimpulsen. Dadurch sinkt die Senke AW1 der in Fig. 3 dargestellten Regelabweichung AW nicht mehr unter das Stromvergleichssignal ZK, sondern schneidet dessen Verlauf zumindest im Bereich der Flanken ZK1 bis ZK5 in jedem Fall, so daß durch den Komparator PWM selbst bei Auftreten von un­ gewöhnlichen Betriebszuständen eine kurze Zuschaltung der Ge­ gentaktbrückenschaltung VB zur Entmagnetisierung des Übertra­ gers T erfolgt. Hierdurch wird desweiteren auch ein symmetri­ scher Verlauf des Primärlaststroms I bewirkt, d. h. die bei­ spielhaft in Fig. 4 dargestellten positiven und negativen Stromimpulse I3 bis I5 weisen im zeitlichen Mittel keinen Mittelwert auf.

Demgegenüber sind in den Fig. 6 und 7 die entsprechenden Signalverläufe einer herkömmlichen Regelungsschaltung zur Pulsweitenmodulation dargestellt, welche keinen Regler PD mit differenzierendem Übertragungsverhalten aufweist. Dadurch sind in dem Signal ZIT in Fig. 6, welches dem Komparator PWM direkt zugeführt ist, fallende Flanken nicht ausgeprägt, wie beispielsweise die Flanke ZK6. Kommt es beispielsweise zu ei­ nem Lastabwurf im Ausgangsgleichspannungsnetz DCA und damit zu einem Unterschwinger AW2 der Regelabweichung AW, so kann diese unter das Stromvergleichssignal ZK sinken. Es erfolgt dann kein Schnitt mehr zwischen dem Signal ZIT und der Re­ gelabweichung AW. In Fig. 7 erfolgt ein derartiger beispiel­ hafter Lastabwurf ebenfalls nach dem Stromimpuls I6 im Pri­ märlaststrom I des Übertragers T mit Einschaltzeitpunkt T15 und Ausschaltzeitpunkt T25. Als Folge davon fällt der An­ steuerimpuls P des in der Fig. 2 dargestellten Komparators PWM aus, wodurch eine Zwangseinschaltung eines nachfolgenden Primärstromimpulses im Übertrager T nach einer halben Periode zum Zeitpunkt T16 unterbleibt. Der nächste Stromimpuls I7 er­ folgt erst zum Zeitpunkt T17 und weist das gleiche Vorzeichen auf wie der letzte Stromimpuls I6. Da somit der Übertrager T nochmals in der gleichen "Richtung" magnetisiert wird, tritt dessen magnetische Sättigung ein. Dies hat wiederum hohe Stromspitzen im Primärlaststrom I des Übertragers T mit Lei­ stungseinbrüche zur Folge.

Vorteil der erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung ist ins­ besondere die Vermeidung derartiger Stromspitzen im Primär­ laststrom I des Übertragers T. Dadurch können insbesondere der Übertrager T und die Gegentaktbrückenschaltung VB minimal dimensioniert werden, wodurch Gewicht und Baugröße der erfin­ dungsgemäßen Versorgungsvorrichtung entsprechend vorteilhaft niedrig sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Versorgung eines Eingangsgleichspannungs­ netzes (DCA, RL), mit

• a) einem Leistungsteil (L), welcher mindestens enthält
• a1) eine geregelte Gegentaktbrückenschaltung (VB), welche aus einer Eingangsgleichspannung (UE, DCE) Stromim­ pulse (I, I1, . . ., I5) mit vorgebbaren Ein- und Ausschalt­ zeitpunkten (T1x, T2x) erzeugt,
• a2) einen Übertrager (T) mit nachgeschalteter Gleich­ richterschaltung (GL, GA, S), welche aus den Stromim­ pulsen (I, I1, . . ., I5) eine Versorgungsspannung (UA) für das Eingangsgleichspannungsnetz (DCA, B, RL) bildet, und
• b) einer Regelungsschaltung (R) zur Vorgabe (P) der Ein- und Ausschaltzeitpunkte (T1x, T2x) der Gegentaktbrückenschal­ tung (VB), wobei die Regelungsschaltung (R)
• b1) mittels eines periodischen Signals (OZ, Z) die Ein­ schaltzeitpunkte (T1x) für die Stromimpulse (I, I1, . . ., I5) vorgibt, und
• b2) mittels eines Komparators (PWM) die Ausschaltzeit­ punkte (T2x) für die Stromimpulse (I, I1, . . ., I5) vorgibt durch einen Vergleich zwischen
• b21) einer Regelabweichung (AW) zwischen wenigstens einer elektrischen Größe (IB, UB, IL, UL) am Ausgang des Leistungsteils (L) und einer Ziel­ größe (UK), und
• b22) einem Stromvergleichssignal (ZK),

dadurch gekennzeichnet, daß
das Stromvergleichssignal (ZK), mittels eines Reglers (PD) mit differenzierendem Übertragungsverhalten aus dem perio­ dischen Signal (OZ, Z) und dem Meßwert eines Versorgungs­ stroms (IT) der Gegentaktbrückenschaltung (VB) gebildet ist.

2. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Dimensionierung einer Primärwicklung (TW1) des Übertragers (T) eine Spannungszeitfläche verwendet wird, welcher als Berechnungsgrößen zugrunde gelegt sind

• a) der minimale Wert der Eingangsgleichspannung (UE), und
• b) die maximal mögliche Dauer (T1x, T2x, Wx) eines Stromim­ pulses (I, I1, . . ., I5)

3. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, wobei in der Regelungsschaltung (R) der Meßwert des Versorgungsstroms (IT) der Gegentaktbrückenschaltung (VB) ei­ nem Verzögerungsglied erster Ordnung (PT) zugeführt wird und durch anschließende Addition mit dem periodischen Signal (OZ, Z) ein Ausgangssignal (ZIT) gebildet wird, welches über den nachgeschalteten Regler (PD) mit differenzierendem Übertra­ gungsverhalten als das Stromvergleichssignal (ZK) dem Kompa­ rator (PWM) zugeführt wird.

4. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, wobei in der Regelungsschaltung (R) die Differenz zwischen der Zielgröße (UK) und der, mittels eines Ablösereg­ lers (V1, . . ., V4) freigegebenen elektrischen Größe (IB, UB, IL, UL) am Ausgang des Leistungsteils (L) einem Regler (PID) mit integrierendem und differenzierendem Übertragungsverhalten zugeführt wird und dessen Ausgangssignal als Regelabweichung (AW) dem Komparator (PWM) zugeführt wird.

5. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche mit einer Batterie (B), welche zur Pufferung des Ein­ gangsgleichspannungsnetzes (DCA, RL) der Gleichrichterschal­ tung (GL, GA, S) nachgeschaltet ist und durch die Versor­ gungsvorrichtung aufladbar ist.

6. Versorgungsvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, wobei wenigstens eine elektrische Größe (IB, UB) der Batterie (B) dem Ablöseregler (V1, V2) der Regelungsschaltung (R) zuge­ führt ist.

7. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, wobei in der Regelungsschaltung (R) das periodische Signal (Z) ein Sägezahnsignal eines Sägezahnoszillators (OZ) ist.

8. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorausgegangenen An­ sprüche, wobei im Leistungsteil (L) der Gegentaktbrücken­ schaltung (VB) ein Kondensator (C) in Parallelschaltung vor­ geschaltet ist.

9. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorausgegangenen An­ sprüche, wobei die Gegentaktbrückenschaltung (VB) ein durch die Regelungsschaltung (R) ansteuerbarer (P) Voll- oder Halb­ brückengegentaktwandler ist.