DE2364060C3 - Eintaktsperrwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Eintaktsperrwandler, dessen Schwingfrequenz durch einen Taktgenerator vorgegeben ist, bestehend aus einem Schalttransistor, dessen Einschaltzeitpunkte von den Steuerimpulsen des Taktgenerators durch Einprägen eines ausreichend großen Basisstromes gesteuert sind, einem Transformator mit drei oder mehr Wicklungen, mit dessen Primärwicklung die Schaltstrecke des Schalttransistors in Reihe geschaltet ist, und wenigstens einem Gleichrichter auf der Sekundärseite des Transformators.

Ein derartiger fremdgesteuerter Eintaktsperrwandler ist bereits bekannt (GB-PS 8 91 373). Dieser bekannte Wandler ist selbst, d.h. ohne Fremdsteuerung, nicht schwingfähig. Über die Art der Stromversorgung des Taktgebers für die Fremdsteuerung sind der genannten Patentschrift keine Anhaltspunkte zu entnehmen. Die Ausgangsspannung von Eintaktsperrwandlern ist normalerweise stark lastabhängig. Sie steigt bei Entlastung stark an. Man kann die Ausgangsspannung zwar durch eine Regelung stabilisieren. Diese erfordert abc einen um so größeren Schaltungsaufwand, je größer die auszuregelnde Lastabhängigkeit der Ausgangsspannung ist. Eine durch andere Maßnahmen verringerte ·. Lastabhängigkeit würde den Regelungsaufwand verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lastabhängigkeit der Ausgangsspannung bei einem fremderregten Eintaktsperrwandler ohne Verschlechterung seines Wirkungsgrades durch unabhängig von einer ggf. vorgesehenen Regelung wirkende, nur einen geringen Schaltungsaufwand erfordernde Maßnahmen zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Eintaktsperrwandler

is der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Taktgenerator als Grundlast an einen Sekundärkreis des Sperrwandlers angeschlossen ist. daß im Basiskreis des Schalttransistors eine Rückkopplungs-Λν/cklung des Transformators derart vorgesehen ist, daß

l'iol'der Speriwandler selbstschwingend ist und daß der Taktgenerator den Sperrwandler auf eine Taktfrequenz synchronisiert, die gleich der höchsten Betriebsfrequenz des Sperrwandlers im freien selbstschwingenden Betrieb oder größer ist.

2j Es ist auch bereits ein durch Rückkopplungssteuerung selbsterregter Gegentaktumrichter mit einem Wechsel- und Gleichspannungsausgang bekannt, dessen Verbraucher mit einer eigenen Arbeitsfrequenz arbeitet (FR-PS 15 37 876). Sobald der Verbraucher nach dem Einschalten des Gegentaktumrichters stromversorgt ist, wird an geeigneter Stelle der Schaltung des Verbrauchers eine Wechselspannung mit der Arbeitsfrequenz ausgekoppelt und induktiv in den Steuerkreis des Gegentaktumrichters eingekoppelt. Der Gegentaktumrichter ist dann auf die Arbeitsfrequenz des Verbrauchers synchronisiert. Diese ist größer als die Betriebsfrequenz des Gegentaktumrichters im freien selbstschwingenden Betrieb.
Der gemäß der Erfindung mit einer Sekundärspannung des Eintaktsperrwandlers betriebene Taktgenerator stellt mit seiner Grundlast eine definierte kleinste Last dar, die die Lastabhängigkeit der Ausgangsspannung des Sperrwandlers verringert. Die vom Taktgenerator in seiner Funktion als Grundlast entnommene Leistung dient zum Teil als Steuerleistung für den Schalttransistor. Eine als reiner Verlustwiderstand wirkende Grundlast sowie eigene Schaltungsmhtel für die Stromversorgung des Taktgenerators werden dadurch vermieden.

Durch die Verwendung einer Rückkopplungswicklung auf dem Transformator kann der Eintaktsperrumrichter zunächst frei anschwingen, bis der Taktgenerator vom Ausgang die erforderliche Versorgungsspannung erhält.

Der zur Übernahme der Transformatordurchflutung erforderliche Basisstrom beim Einschalten des Schalttransistors durch den Taktgenerator v/ird in vorteilhafter Weise über eine vom Taktgenerator gesteuerte Schaltstufe einem Ladekondensator eines Sekundärkreises des Transformators entnommen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, einen an sich selbstschwingenden Eintaktsperrwandler mit einer Rückkopplungswicklung durch Anwendung einer Sperransteuerung des Schalttransistors auf die Frequenz eines Taktgenerators zu synchronisieren. Die Taktfrequenz ist dabei immer kleiner oder gleich der Betriebsfrequenz des Sperrwandlers im freien selbstschwingenden Betrieb (DT-PS 23 17 774).

Die Stromversorgung des Taktgenerators von einem Sekundärkreis des Sperrwandlers her erspart u. U. außerdem Schaltungsmittei zur Erzeugung einer eigenen Hilfsspannung.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert

In F i g. I ist ein Ausführungsbeispiel eines Sperrwandlers mit eigenem Taktgenerator zur Synchronisierung der Schaltfrequenz im Prinzip dargestellt.

F i g. 2 zeigt einen geregelten Sperrwandler mit zwei Ausgangsspannüngen als Hilfsspannungsquelle für einen Verbraucher und einen dem Verbraucher zugeordneten Taktgenerator, der gleichzeitig zur Synchronisierung des Sperrwandlers mitbenutzt wird und eine definierte Vorlast darstellt.

Mit dem Anschalten der Spannung Ue(F ig. 1) an den Eingang des Sperrwandlers schwingt dieser durch Eigenerregung an: Über einen Widerstand R 1 fließt ein Strom in die Basis des Schalttransistors Ts 2, der einen Kollektorstrom durch die Primärwicklung I des Transformators Tr zur Folge hat. In einer Sekundärwicklung III wird eine Spannung induziert, die als Rückkopplungsspannung über den Widerstand R 3 an der Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors anliegt, diesen weiter durchsteuert und damit den Schwingvorgang einleitet

Genügt der über die Widerstände R1 und R 3 fließende Basisstrom des Schalttransistors Ts 2 nicht mehr, diesen bei dem durch die Induktivität der Wicklung I des Transformators bedingten weiteren Ansteigen des Kollektorstromes niederohmig zu halten, dann wird der Abschaltvorgang des Schalttransistors eingeleitet. Die im Kern des Transformators gespeicherte Energie wird bei umgepolten Transformatorspannungen zum größten Teil über die Wicklung II an den Ladekondensator CI und den Verbraucher L abgegeben; die Restenergie bewirkt über die Wicklung HI die Sperrung des Schalttransistors Ts 2.

Ohne Taktgeber wird der Kern des Transformators völlig entladen (Strom gegen Null). Danach beginnt die nächste Schaltperiode des Sperrwandlers.

Bei dem erfindungsgemäßen Eintaktsperrwandler wird der Transformatorkern im allgemeinen nicht völlig entladen. Der Schalttransistor Ts 2 wird über den Transistor Ts 1 vorzeitig wieder leitend gesteuert und zur Übernahme eines Kollektorstromes entsprechend der noch vorhandenen Transformatordurchflutung gezwungen.

Die Synchronisierung des Sperrwandlers erfolgt durch einen Taktgenerator T, der als Vorlast an den Ausgang des Sperrwandlers angeschlossen ist und der bei abgeschaltetem Verbraucher L ein unerwünschtes Überschreiten einer maximal zuläcsigen Schaltfrequenz verhindert. Der Ausgang des Taktgenerators isi über eine Synchronisierleitung mit einer Schaltstufe verbunden, die im wesentlichen aus dem Transistor Ts i besteht Dessen Kollektor-Emitter-Strecke verbindet die Basis des Schalttransistors über einen Begrenzungswiderstand R 2 mit dem positiven Poi der Sekundärseite des Sperrwandlers. Die Synchronisierimpulse des Taktgebers erzwingen die vorzeitige Wiedereinschaltung des Schalttransistors Ts 2. Der dabei zur Übernahme der noch vorhandenen Transformatordurchflutung erforderliche Basisstrom im Schalttransistor ist um so größer, je kleiner der Lastwiderstand und die Eingangsspannung am Sperrwandler sind.

Die Fig.2 enthält eine Sperrwandlerschaltung, die ebenfalls einen Taktgeber als Vorlast aufweist. Der Taktgenerator ist gleichzeitig Bestandteil des vom Sperrwandler zu versorgenden Verbrauchers, so daß einer von in diesem Falle an sich erforderlichen zwei Taktgebern eingespart wird. Die Schaltung ist so

* ausgebildet, daß der zunächst frei anschwingende Sperrwandler synchronisiert und danach selbsttätig als Speisequelle an den Verbraucher angeschaltet wird, sobald die Ausgangsspannung ihren Nennwert nahezu erreicht hat

κ Die Grundschaltung des Sperrwandlers ist im wesentlichen gleich mit der anhand der Fig. I beschriebenen Schaltung. Dementsprechend werden bei übereinstimmenden Schaltungsteilen gleiche Bezugszeichen verwendet.

is Mit der vorliegenden Sperrwandlerschaltung werden zwei Ausgangsspannungen erzeugt, die gleich oder verschieden groß sein können Der Transformator 7>ist mit der gleichen Anzahl Wicklungen wie in F i g. 1 ausgestattet, da die Wicklung III gleichzeitig als

ίο Sekundärwicklung zur Erzeugung einer zweiten Ausrgangsspannung und als Rückkopplungswicklung benutzt wird. Die an den Ladekondensatoren C2 und C3 entstehenden Spannungen sind in Reihe geschaltet und bilden gegenpolige Versorgungsspannungen für den angeschlossenen Taktgenerator T und Verbraucher L Eine der gleichgerichteten Sekundärspannungen ist über einen auf den Eintaktsperrwandler wirkenden Spannungsregler R voll stabilisiert. Die Spannungsregelung wirkt sich in bezug auf Eingangsspannungsände-

3c rungen und Laständtrungen, soweit diese auf die Primärseite des Transformators Tr rückwirken, auch auf die zweite Sekundärspannung aus. Der Ausgang des Spannungsreglers bildet über die Verbindung mit dem Abgriff eines Spannungsteilers R 1, Z1 und mit dem aktiven Pol der Eingangssp inung einen steuerbaren Anschluß zur Basis-Emitter-Strecke eines Transistors Ts4, dessen Emitter-Kollektor-Strecke im Rückkopplungskreis des Schalttransistors Ts 2 liegt.

Der Strom des Schalttransistors Ts 2 wird beim Einschalten durch eine Schaltung mit einem Strombegrenzungstransistor Ts 3 und einem Emitterwiderstand Λ6 des Schalttransistcrs Ts 2 begrenzt, da sonst der Transformator in Sättigung ginge und der Schalttransistor überlastet würde. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Strombegrenzertransistors Ts3 wirkt als Nebenschluß zur Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors Ts 2 und wird durch einen genügend großen Spannungsabfall am Emitterwiderstand R 6, der an der Steuerstrecke des Strombegrenzungstransistors Ts 3 liegt, niederohmig gesteuert.

Von der Summe der Ausgangsspannungen wird der Taktgenerator T der z. B. gleichzeitig auch die Steuerschaltung für Leistungstransistoren des Verbrauchers darstellt, gespeist. Der Taktgenerator kann in bekannter Technik aufgebaut sein. Zur Synchronisierung des Sperrwandlers ist der Ausgang des Taktgenerators über ein RC-Glied CA, R 4 mit dem negativen Pol der Zusatzspannung des Sperrwandlers verbunden, um für den Synchronisiervorgang eine geeignete Impuls-

fto dauer zu erzielen. V· .m Abgriff des ÄC-Gliedes führt die Synchronisierleitung über eine Schutzdiode D3 an die Basis des Transistors Ts 1. Die Einschaltimpulse des Taktgenerators haben zweckmäßig eine Dauer von etwa 10% der Periodendauer. Der Basisstrom des

<>5 Schalttransistors zur Aufnahme der Transformatordurchflutung wird wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dem Ladekondensator C2 entnommen.
Beim Einschalten der Eingangsspannung werden

zuerst die Ausgangskondensatoren Cl und Ci aufgeladen. Der Strom des Schalttransistors Ts 2 wird durch die Schaltung mit R 6 und Ts3 begrenzt, da sonst der Transformator in Sättigung ginge Und der Schalttransistor überlastet würde. Schon unterhalb der halben Nennwerte der Ausgangsspannung beginnt der Taktgeber zu arbeiten, so daß die v/eitere Ladung bei gleich großem Transistor-Strommaximum beschleunigt wird. Während des Ladevorganges ist neben dem Taktgeber nur der Regler R als Belastung angeschlossen. Erst wenn die Ausgangsspannungen den Nennwerten nahekommen, werden sie über die Überwachungsschaltung mit Ts 6 und Ts 5 an den Verbraucher geschaltet. Dadurch wird die Belastung des Sperrwandlers während des Anlaufes klein gehalten und ein unsicheres Arbeiten der Steuerschaltung des Hauptgerätes im Verbraucher während der ersten Perioden und bei fehlerhaftem Absinken der Sperrwandlerausgangsspannungen vermieden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Eintaktsperrwandler, dessen Schwingfrequenz durch einen Taktgenerator vorgegeben ist, bestehend aus einem Schalttransistor, dessen Einschaltzeitpunkte von den Steuerimpulsen des Taktgenerators durch Einprägen eines ausreichend großen Basisstromes gesteuert sind, einem Transfoi lator mit drei oder mehr Wicklungen, mit dessen Primärwicklung die Schaltstrecke des Schalttransistors in Reihe geschaltet ist, und wenigstens einem Gleichrichter auf der Sekundärseite des Transformators, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (T) als Grundlast an einen Sekundärkreis des Sperrwandlers angeschlossen ist, daß im Basiskreis dts Schalttransistors (Ts 2) eine Rückkopplungswicklung (3) des Transformators (Tr) derart vorgesehen ist, daß der Sperrwand/er selbstschwingend ist, und daß der Taktgenerator (T) den Sperrwandler auf eine Taktfrequenz synchronisiert, die gleich der höchsten Betriebsfrequenz des Sperrwandlers im freien selbslschwingenden Betrieb oder größer ist.

2. Eintaktsperrwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Übernahme der Transformatordurchflutung erforderliche Basisstrom beim Einschalten des Schalttransistors (Ts 2) durch den Taktgenerator (T) über eine vom Taktgenerator (T)gesteuerte Schaitstufe (TjI, R2) einem Ladekondensator (C2) eines Sekundärkreises des Transformators (Tr)entnommen ist.

3. Eintaktsperrwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrwandler als Hilfsspannungsquelle für eine Steuerschaltung mit einem Taktgenerator (T) für Leistungstransistoren arbeitet und daß der Taktgenerator (T) der Steuerschaltung und dem Sperrwandler gemeinsam als Taktgeber zugeordnet ist.

4. Eintaktsperrv/andler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse des Taktgenerators (T) mittels eines RC-Gliedes (R 4, CA) auf die für den Sperrwandler erforderliche Impulsdauer gebracht sind.