DE2317774C3 - Eintaktsperrwandler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Eintaktsperrwandler zur Erzeugung einer konstanten Ausgangsspannung mit einem Schalttransistor und einem Übertrager, bei dem eine Schwingungsrückkopplung des Übertragers einen Basisstrom an den Schahtransistor über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Treibertransistors liefert und der Treibertransistor mittels eines Regeltransistors in Abhängigkeit von einer der Ausgangsspannung des Sperrwandlers proportionalen Meßspannung gesteuert wird.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift »Elektronische Rundschau« Nr. 6, 1963, S. bis 292, insbesondere Bild 4, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen Eintaktsperrwandler die siarke Abhängigkeit der Arbeitsfrequenz von der Eingangsspannung und von der Belastung mit geringem Schaltungsaufwand zu beheben. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Hilfsschaltung mit einem in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schalttransistors gesteuerten Transistor, die bei gesperrtem Schalttransistor eine sein Einschalten verhindernde Sperrspannung an die Steuerstrecke des Schalttransistors legt, und durch einen Taktgeber, der an den Transistor der Hilfsschaltung periodische Steuerimpulse liefert, welche durch Abschalten der Sperrspannung den Beginn einer neuen Schaltperiode mittels der Selbslschwingungseigenschafi des Eintakisperrwandlers einleiten. Unter Beibehaltung der Selbstschwingungseigenschaft werden zur Stabilisierung der Arbeitsfrequenz nur ein Taktgeber und ein zusätzlicher Transistor benötigt. Der Taktgeber kann mit der dem Übertrager entnommenen Meßspannung gespeist werden.

Es ist bereits ein geregelter fremdgesteuerter Eintaktsperrwandler mil einem SchalKransistor und einem Übertrager zur Erzeugung eines konstanten Gleichstromes bekannt. Die Steuerung des Schalttransistors erfolgt über einen Impulsübertrager mittels breitenmodulierter Impulse, deren Tastverhältnis in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom beeinflußt wird (GB-PS 8 91373). Der in reiner Fremdsteuemng betriebene Eintaktsperrwandler arbeitet infolge der Impulsbreitensteuerung zwar mit einer konstanten Arbeitsfrequenz, erfordert aber einen erheblichen Schaltungsaurwand.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Die im Prinzip bekannte Sperrwandlerschaltung besteht im wesentlichen aus einem Schalttransistor 73, dem Schwingübertrager Tr mit der Primärwicklung /, der Rückkopplungswicklung III im Basisstromkreis des Schalttransistors und der Sekundärwicklung Il mit der Diode Dl, dem Glättungskondehsator Cl und dem Verbraucherwiderstand L Diese Grundschaltung wird aus einer Spannungsquelle U gespeist. Ein Hauptmerkmal des Sperrwandlers besteht darin, daß die im leitenden Zustand des Schalttransistors 73 aufgenommene magnetische Energie durch entsprechende Polung der Diode Dl erst während der Sperrphase des. Schalttransistors 73 abgegeben wird.

Um eine geregelte Ausgangsspannung des Sperrwandlers zu erhalten, ist der Übertrager Tr mit einer weiteren Wicklung IV versehen, die zusammen mit einer Gleichrichterdiode D3 und einem Ladekondensator C2 eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung erzeugt. Ein Teil dieser Meßspannung wird über den Meßspannungsteiler Rm im Steuerkreis eines Regeltransistors 74 mit einer an einer Z-Diode Z! erzeugten Referenzspannung verglichen. Der Regelverstärker steuert einen Treibertransistor 72, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit der Rückkopplungswicklung III im Basis-Emitter-Kreis des Schalttransistors 73 in Reihe geschaltet ist. Eine Konstantstromschaltung mit einem Transistor 71 liefert den maximalen Basisstrom für den Treibertransistor 72 und den Schalttransistor 73, die leitend werden. Die Eingangsspannung liegt dann an der Übertragerwicklung I. Die in der Rückkopplungswicklung III des Übertragers induzierte Spannung treibt einen Kollektorstrom über den Transistor 72, der den Schalttransistor 73 durchschaltet. Der Kollektorstrom des Schalttransistors steigt wegen der konstanten Induktivität des Transformators linear an, bis die Stromverstärkung des Schalttransistors ein weiteres Ansteigen verhindert. Der Schalttransistor nimmt dann Spannung auf und schaltet den Strom ab. Die Spannung an der Induktivität polt um und gibt die magnetische Energie an den Verbraucherkreis ab, d. h. es fließt Strom über die Diode D1 in den Ladekondensator Cl und über die Diode D3 in den Kondensator C 2 und den Meßspannungsteiler Rm. Der Regeltransistor 74 vergleicht die Spannung, die die Meßwicklung IV am Kondensator C2 erzeugt, mit der Referenzspannung der Zenerdiode ZX. Wird die Spannung am Kondensator C2, die der Ausgangsspan-

nung am Verbraucher L proportional ist, zu groß, so fließt über den Regeltransistor 7"4 ein Teil des Basisstromes des Treibertransistors T2 ab. Der Scheitelwert des Kollektorstromes durch den Schalttransistor T3 wird während der nächsten Durchlaßphase kleiner sein und damit auch die aufgenommene Energie.

Die Frequenzabhängigkeit üer Schaltfrequenz des Sperrwandlers wird durch eine Hilfsschaltung beseitigt, die aus einem Spannungsteiler R 3, Λ 4. einem Taktgeber T und einem als Schalter arbeitenden, vom Spannungsteiler und vom Taktgeber gesteuerten Transistor TS besteht. Der Spannungsteiler liegt parallel zu einer Reihenschaltung, bestehend aus der Emitter-KoHektor-Strecke des Schalttransistors und dem Kondensator CZ. der die gleichgerichtete Meßspannung führt. Sein Abgriff ist mit der Basis des Transistors 7~5 verbunden. Ιι·ι leitenden Zustand des Transistors TS treibt die Meßspannung am Kondensator Cl einen Strom über die Dioden D4 und DS, die jeweils der Ernitter-Basis-Strecke des Schalt- und des Treibertransistors mit solcher Polung parallel geschaltet sind, daß an beiden Steuerstrecken eine definierte Sperrspannung entsteht. Diese Sperrspannung wird erst aufgehoben, wenn der Taktgeber kurzzeitig in den negativen Kippzustand fällt. Dadurch wird der Transistor TS gesperrt und der Schalttransistor Γ3 schaltet ein (Uce~ OV). Die durch die Widerstände A3, /?4 geteilte Spannung ist jetzt so klein, daß der Transistor TS nicht mehr einschalten kann. Beim Zurückkippen des Taktgebers verhindert eine Kopplungsdiode D 2 ein Wiedereinschalten des Transistors TS. Erst wenn der Schalttransistor T3 sperr; und an seiner Emitter-Kollektor-Strecke Spannung aufnimmt, wird für den Rest der Periodendauer wieder Sperrspannung angelegt.

Die Einschaltzeit des Schalttransistors hängt von der Eingangsspannung und von der Verbraucherleistung ab. Bei Eingangsspannungen, die über der Nenn-Eingangsspannung liegen, bzw. bei Teillast, kann der magnetische Fluß im Übertrager während einer bestimmten Zeit gleich Null sein.

Der Taktgeber T, der in integrierter Schaltung ausgeführt sein kann, wird aus der Meßspannung gespeist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Eintaktsperrwandler zur Erzeugung einer konstanten Ausgangsspannung mit einem Schalt- S transistor und einem Übertrager, bei dem eine Schwingungsrückkopplung des Übertragers einen Basisstrom an den Schalttransistor über die Emitttr-Kollektor-Strecke eines Treibertransistors liefert und der Treibertransistor mittels eines Regeltransistors in Abhängigkeit von einer der Ausgangsspannung des Sperrwandlers proportionalen Meßspannung gesteuert wird, gekennzeichnet durch eine Hilfsschaltung mit einem in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schalttransistors (73) gesteuerte η Transistor (75), die bei gesperrtem Schalttransistor (73) eine sein Einschalten verhindernde Sperrspannung an die Steuerstrecke des Schalttransistors (73) legt, und durch einen Taktgeber (T), der an den Transistor (75) der Hilfsschaltung periodisehe Steuerimpulse liefert, welche durch Abschalten der Sperrspannung den Beginn einer neuen Schaltperiode mittels der Selbstschwingungseigenschaft des Eintaktsperrwandlers einleiten.

2. Eintaktsperrwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors (7"3) und einer Referenzspannungsquelle (Spannung an C2) ein Spannungsteiler (R 3, R 4) parallel geschaltet ist, daß der mit seiner Steuerelektrode am Abgriff des Spannungsteilers (R3, R4) angeschlossene Transistor (75) der Hilfsschaltung über seine Kollektor-Emitter-Strecke die Referenzspannungsquelle (Spannung an C2) als Sperrspannungsquelle mit der Basis des Schalttransistors (73) verbindet und daß die Steuerelektrode des Transistors (75) der Hilfsschaltung über eine Diode (D2) an den Ausgang des Taktgebers f7Jangeschlossen ist.