DE2209900B2

DE2209900B2 - Logic control technique providing short duration switching pulse - suitable for switching logic gate involves transformer capacitors and steering diode

Info

Publication number: DE2209900B2
Application number: DE19722209900
Authority: DE
Inventors: Walter 8000 Muenchen Hirschmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-03-01
Filing date: 1972-03-01
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE2209900A1

Abstract

The technique aims to provide a short duration switching pulse, that is used to switch the gate, that is to be controlled, between its logic states. The implementation requires a transformer, two capacitors and a steering diode. The control pulse provides a slow rise time edge which charges a capacitor until a certain set threshold is attained. At this point the capacitor is arranged to discharge through the transformer. The secondary of the transformer controls the gate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Schalters in einem Sperrwandler, der außerdem eine Gleichspannungsquelle und eine Sperrwandlerinduktivität enthält, wobei parallel zur Sperrwandlerinduktivität ein Kondensator liegtThe invention relates to a method for controlling the switch in a flyback converter, which also has a Contains DC voltage source and a flyback converter inductance, being parallel to the flyback converter inductance a capacitor is located

Beim Schalten einer induktiven Last, wie sie z. B. in einem Sperrwandler die Primärwicklung eines Transformators darstellt, ergibt sich e>n Schaltverhalten im Kennlinienfeld, wie es prinzipiell in der F i g. 1 der Zeichnung dargestellt ist Nach dem Stromanstieg von 0 bis zum Spitzenwert wird beim Abschalten des Stroms die Spannung an der Induktivität sehr hoch ansteigen. Diese Spannung wird einen Wert erreichen, der sich aus der Multiplikation des erreichten Spitzenstroms mit der verbleibenden ohmschen bzw. kapazitiven Belastung ergibt. Unter Umständen wird die Spannung bis zu einem Wert ansteigen, der den Schalter zum Durchbruch bringen kann, insbesondere wenn ein Transistor als Schalter verwendet wird; der Transistor würde zerstört werden. Durch Dämpfungsmaßnahmen, beispielsweise durch Beschälten mit einem ÄC-Glied, kann der Durchlauf im Kennlinienfeld verbessert werden. Das betrifft jedoch nur das Ausschaltverhalten; das Einschaltverhalten des Schalters wird dadurch ungünstiger. When switching an inductive load, as z. Am represents the primary winding of a transformer with a flyback converter, the result is e> n switching behavior in Characteristic field, as it is shown in principle in FIG. 1 of the drawing is shown after the current increase from 0 to the peak value, the voltage across the inductance will rise very high when the current is switched off. This voltage will reach a value that results from the multiplication of the peak current reached with the remaining ohmic or capacitive load. Under certain circumstances the tension rise to a value that can break the switch, especially if a Transistor is used as a switch; the transistor would be destroyed. Through damping measures, for example by covering with an ÄC member, the run in the characteristic field can be improved. However, this only applies to the switch-off behavior; the switch-on behavior of the switch is therefore less favorable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gesamte Schaltverhalten des Schalters in einem Sperrwandler so zu gestalten, daß möglichst wenig Verlustleistung beim Schalten auftritt, so daß der Schalter nicht zerstört werden kann.The present invention is based on the object of the entire switching behavior of the switch in to make a flyback converter so that as little power loss as possible occurs when switching, so that the Switch cannot be destroyed.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungs- SS gemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schalter dann geschlossen wird, wenn die Spannung am Schalter, die sich zusammensetzt aus der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle und der Schwingkreisspannung des aus der Sperrwandlerinduktivität und dem parallelgeschalteten Kondensator gebildeten Parallelschwingkreises, möglichst den Wert Null erreicht hat und daß der Schalter dann geöffnet wird, wenn die Gleichspannungsquelle in den Parallelschwingkreis in bezug auf einen Sollwert genügend Energie geliefert hatTo solve this problem, a method of the type mentioned is proposed, the invention SS is characterized in that the switch is closed when the voltage at the switch, which is composed of the DC voltage of the DC voltage source and the resonant circuit voltage the parallel resonant circuit formed from the flyback converter inductance and the capacitor connected in parallel, if possible has reached the value zero and that the switch is then opened when the DC voltage source in the parallel resonant circuit with respect to a target value supplied enough energy Has

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit seiner spannungs- und zeitabhängigen Steuerung des Schalters in einem Sperrwandler erreicht man ein Schalten, das ein Arbeiten des Schalters im aktiven Ausgangskennlinienfeld nahezu restlos vermeidet. Es treten in dem Schalter keine nennenswerten Beträge von Strom und Spannung gleichzeitig auf, so daß eine Verlustleistung praktisch nicht entsteht Insbesondere für Halbleiterschalter kann dieses Schaltverhalten als nahezu ideal bezeichnet werden. Dabei werden nicht einmal Schalttransistoren benötigt, deren Schaltverhalten sehr schnell sein muß. Darüber hinaus können Lastschwankungen im Lastkreis des Sperrwandlers nahezu ausgeregelt werden, desgleichen Schwankungen der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle bzw. Schwankungen der Netzspannung, falls die Gleichspannung aus einer Netzwechselspannung gewonnen worden istWith the help of the method according to the invention with its voltage and time-dependent control of the Switch in a flyback converter achieves a switching that makes the switch work in the active Output characteristic field is almost completely avoided. There are no significant amounts in the counter of current and voltage at the same time, so that there is practically no power loss, in particular this switching behavior can be described as almost ideal for semiconductor switches. Do not be once required switching transistors whose switching behavior must be very fast. In addition, there can be load fluctuations are almost regulated in the load circuit of the flyback converter, as are fluctuations in the DC voltage of the DC voltage source or fluctuations in the mains voltage, if the DC voltage has been obtained from an alternating mains voltage

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Figuren der Zeichnung. Während inFurther details emerge from the figures of the drawing. While in

F i g. 1 der Zeichnung das Schaltverhalten eines Schalters in einem Schwingkreis ohne das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt ist zeigtF i g. 1 of the drawing shows the switching behavior of a switch in a resonant circuit without the inventive Procedure shown is shows

F i g. 2 das Schaltverhalten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; inF i g. 2 the switching behavior with the method according to the invention; in

F i g. 3 ist die zur Durchführung des eriindungsgemäßen Verfahrens benötigte Schaltung prinzipiell dargestellt F i g. 3 is the implementation of the inventive Process required circuit shown in principle

In der F i g. 1 und in der F i g. 2 ist in einem Koordinatensystem, in dessen Abszisse der Strom und in dessen Ordinate die Spannung am Schalter aufgetragen ist, das periodische Schaltverhalten des Schalters in einem Sperrwandler dargestellt. In F i g. 3 ist eine Gleichspannungsquelle 1 in Reihe mit einem Parallelschwingkreis und mit einem Schalter 2 geschaltet, wobei der Parallelschwingkreis aus der Primärinduktivität 3 eines Transformators 4 und aus einem Kondensator 5 gebildet ist. Der Schalter 2 wird angesteuert von einem Steuerorgan 6. Eine Sekundärwicklung 7 des Transformators 4 ist in Reihe mit einer Diode 8 und mit einem Kondensator 9 geschaltet. Parallel zum Kondensator 9 liegt ein Lastausgang 10.In FIG. 1 and in FIG. 2 is in a coordinate system, the abscissa shows the current and the ordinate the voltage at the switch, the periodic switching behavior of the switch is shown in a flyback converter. In Fig. 3 is a DC power source 1 connected in series with a parallel resonant circuit and with a switch 2, the parallel resonant circuit is formed from the primary inductance 3 of a transformer 4 and from a capacitor 5. The switch 2 is activated by a control element 6. A secondary winding 7 of the transformer 4 is connected in series with a diode 8 and a capacitor 9. A parallel to the capacitor 9 is located Load output 10.

Wenn der Schalter 2 geschlossen wird, dann ist die Spannung an ihm Null. Die Gleichspannungsquelle 1 läßt einen anwachsenden Strom durch den Schalter fließen. In Abhängigkeit davon, wieviel Energie dem Sperrwandler entnommen wird, d.h. wieviel Energie die Gleichspannungsquelle in die Primärwicklung 3 liefern muß, läßt das Steuerorgan 6 den Strom so lange anwachsen, bis genügend Energie in den Parallelschwingkreis geliefert worden ist. Ein entsprechender Sollwert muß dem Steuerorgan eingegeben werden. Das Steuerorgan 6 bestimmt dann den Zeitpunkt, wann der Schalter 2 geöffnet wird. In diesem Moment wird der Strom abrupt abgebrochen: Der Schwingkreis fängt an zu schwingen. Das bedeutet, daß nur die allmählich anwachsende Schwingkreisspannung am Schalter 2 steht. Die Spannung am Schalter 2 baut sich also erst auf, nachdem der Strom über den Schalter 2 auf nahezu den Wert Null gesunken ist. Am Schalter 2 steht nun die Stimme der Gleichspannung und der Schwingkreisspannung. Diese Summe übersteigt zunächst den Wert der Gleichspannung, sinkt aber dann beim Zurückschwingen des Schwingkreises auf Werte unterhalb der Gleichspannung und erreicht den Wert Null. Zu diesem Zeitpunkt läßt das Steuerorgan 6 den Schalter 2 wieder schließen. Dieser Prozeß ist in der F i g. 2 durch Pfeile gezeigt. Dem Transformator 4, d. h. der Sekundärwicklung 7 wird dann Energie entnommen, wenn die Spannung in der Sekundärwicklung 7When switch 2 is closed, the voltage across it is zero. The DC voltage source 1 lets an increasing current flow through the switch. Depending on how much energy the Flyback converter is taken, i.e. how much energy the DC voltage source delivers into the primary winding 3 must, the control element 6 lets the current grow until there is enough energy in the parallel resonant circuit has been delivered. A corresponding setpoint must be entered into the control unit. The control element 6 then determines the point in time when the switch 2 is opened. At that moment will the current interrupted abruptly: the oscillating circuit begins to oscillate. That means that only gradually increasing resonant circuit voltage at switch 2. The voltage at switch 2 builds up so only after the current has dropped to almost zero via switch 2. At switch 2 Now is the voice of the DC voltage and the resonant circuit voltage. This sum initially exceeds the value of the DC voltage, but then drops to values when the oscillating circuit oscillates back below the DC voltage and reaches the value zero. At this point, the control element 6 can Close switch 2 again. This process is shown in FIG. 2 shown by arrows. The transformer 4, i. H. the secondary winding 7 energy is then drawn when the voltage in the secondary winding 7

die an dem Kondensator 9 stehende Spannung über- die Kriterien entnimmt, bestimmt der einzelne Anwensteigt und die Piode 8 leitend wird dungsfall. Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung Das erfindungsgemäße prinzipielle Verfahren läßt sind auch dadurch gegeben, daß einem mit dem Steuersich in breitester Variation anwenden. Das Steuerorgan organ 6 gebildeten Regelkreis andere Regelkreise, bei-6 kann die Kriterien zum Schließen und öffnen des 5 spieisweise zum Ausregein von Last- oder Netzspan-Schalters 2 sowohl vom Sekundärkreis als auch vom nungsschwankungen aufgeschaltet sind.
Primärkreis des Transformators 4 entnehmen. Wo manthe voltage on the capacitor 9 exceeds the criteria, the individual application rises and the diode 8 becomes conductive. Possible embodiments of the invention The basic method according to the invention can also be given in that one can use the control system in the widest possible variety. The control organ 6 formed control loop other control loops, at-6 the criteria for closing and opening the 5 can be switched on for Ausregein load or mains voltage switch 2 both from the secondary circuit and from voltage fluctuations.
Remove primary circuit from transformer 4. Where to

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim: ^ »

Method for controlling the switch in a flyback converter which also has a DC voltage source and a flyback converter inductance contains a being in parallel with the flyback converter inductance Capacitor lies, characterized in that the switch (2) is then closed, when the voltage on the switch (2), which is composed from the DC voltage of the DC voltage source (1) and the resonant circuit voltage of the the parallel resonant circuit formed from the flyback converter inductance (4) and the capacitor (5) connected in parallel, has reached the value zero as far as possible, and that the switch (2) is then opened, if the DC voltage source (1) in the parallel resonant circuit is sufficient with respect to a setpoint value Has supplied energy

2020th