DE2413173A1

DE2413173A1 - Schaltungsanordnung fuer getastete stromversorgungsanlagen

Info

Publication number: DE2413173A1
Application number: DE2413173A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Link
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-19
Filing date: 1974-03-19
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE2413173B2

Description

Schaltungsanordnung für getastete Stromversorgungsanlagen.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für getastete Stromversorgungsanlagen mit Stellglied, z. B.
Transistor-Wecliselrichter und -Umrichter.
Bei den obengenannten Stromversorgungsanlagen muß die während einer Zeit t1 von einem Übertrager aufgenommene magnetische Energie während einer Zeit t2 wieder abgebaut werden, da sonst durch Sättigung des Übertragers der verwendete Halbleiterleistungsschalter zerstört würde. Die Zeiten tl und t2 müssen bei der Erstellung des Gerätes eingestellt und zusätzlich durch hochwertige Bauteile auch bei Alterung garantiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung für getastete Stromversorgungsanlagen zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine hohe Regelgenauigkeit gewährleistet und die toleranzabhängige Bauteile weitgehend vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur digitalen Pulserzeugung für einen Leistungstransistor ein Taktgeber und ein mehrstufiger Zähler mit nachgeschaltetem Dekoder dienen und daß zur Pulsbegrenzung Schaltmittel zum Vergleichen der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung vorgesehen sind und in Abhängigkeit vom Ausgangswiderstand dieses Schaltmittels die Aufladung eines Kondensators erfolgt und über eine Auswerteschaltung die Durchsteuerzeit des Leistungstransistors früher oder später begrenzt wird. Als Takt wird eine wesentlich höhere Frequenz wie die Arbeitsfrequenz, z.B. eines Umrichters, verwendet. Die Arbeitsfrequenz, sowie das benötigte Tastverhältnis werden durch Frequenzteilung mit Dekodierung gewonnen. Dadurch ergibt sich unabhängig von Änderungen der Taktfrequenz immer ein konstantes Tastverhältnis tl : t2. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Tastverhältnis vom Prüffeld nicht abgeglichen werden muß und auch bei Alterungen von Bauteilen konstant bleibt. Die Regelschaltung nach der Erfindung hat darüberhinaus den Vcsteil, daß sie voll integrierbar ist, Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist als Schaltmittel ein integrierter Regelbaustein vorgesehen, der ein Referenzelement, Differenzverstärker und eine Ausgangsstufe enthält, der über einen Schwellwertschalter und ein Gatter, auf das auch die Impulse vom Taktgeber einwirken, den Beistungsschalter beeinflußt. Diese Ausbildung trägt noch besonders zur Erzielung einer hohen Regelgenauigkeit und einer guten Temperaturstabilität bei.
Um auch Eingangsspannungsänderungen schnell ausgleichen zu können, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Aufladung des Kondensators nicht nur von der Ausgangsspannung, sondern auch von der Eingangsspannung abhängig gemacht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Piguren und der dazugehörenden Beschreibung. Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1: Als Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung die Schaltung eines Eintaktumrichters und Fig. 2: ein Impulsdiagramm.
Der-Leistungsteil des geregelten Eintaktumrichters besteht aus einem Leistungstransistor T mit einer Treiberstufe A und einem Übertrager Ü. Zum Leistungstransistor gehört ferner eine Schutzschaltung M.-An die Sekundärseite des Übertragers schließt sich die mit GAF nur symbolisch angedeutete Gleichrichtung, Ausgangssiebung und Funkentstörung an. An eine Verbrauchervriderstand RL liegt die Ausgangsspannung UA an.
Die Eingangsspannung ist mit UE bezeichnet. Zum teistungsteil der Schaltung gehört eingangsseitig ein mit S gekennzeichnetes Eingangssieb und eine Funkentstörung. Daran schließt Ksich eine Strommeßeinrichtung W an.
Der Regelteil umfaßt die Hilfsspannungserzeugung H, die Pulserzeugung P, die Spannungsregelung SR und die Auswerteschaltung ST2, G2 für den Leistungstransistor 2.
Die links unten in der Fig. 1 dargestellte Pulserzeugung P setzt sich zusammen aus einem Taktgeber TG, einen Pulsformer F, einem Frequenzteiler Z als Zähler und einem Dekoder D.
Als Taktgeber TG dient beispielsweise ein mit R1 und C1 rückgekoppeiter Schmitt-Trigger ST1. Als Pulsformer ist ein Inverter Gi vorgesehen. Als Frequenzteiler Z bzw. Zähler dient eine aus bistabilen Kippstufen aufgebaute Schaltung, wobei sich die Zahl der bistabilen Kippstufen aus der gewünschten Frequenzteilung ergibt. Als Dekoder D kann eine Schaltung verwendet werden, die das vom Zähler abgegebene binäre Signal in ein dezimales Signal umsetzt oder auch eine Gatterschaltung, die das binäre Signal des Zählers direkt in das gewünschte Impulsverhältnis umsetzt.
Im Ausführungsbeispiel sind die Ausgänge eines dezimalen Dekoders so zusammengefaßt, daß ein auf das leistungsteil abgestimmtes Impulsverhältnis mon z.B. 7:3 entsprechend einer Zeit t1 = 35 ps und einer Zeit t2 = 15 ps entsteht. Dabei entspricht tl der maximalen Durchsteuerzeit des Leistungstransistors T und t2 der unbedingt nötigen minimalen Abmagnetisierzeit des Beistungsübertragers Ü.
An der Spannungsregeleinrichtung SR liegt die Hilfsspannung UH an. UH ist dabei proportional UE. Der Differenzverstärker V liegt ferner mit dem positiven Eingang an dem Widerstand R3 des Spannungsteilers R2 bis R4. Zu der Spannungsregelung gehört noch eine Zehnerdiode Z und ein Widerstand R5.
Um zu verhindern, daß vom Schmitt-Trigger ST2 her eine unerwünschte Aufladung des Kondensators C2 erfolgt, kann im Bedarfsfall eine Diode D1 und ein Widerstand R6 in der dem Ausführungsbeispiel entsprechenden Weise eingeschaltet sein. Damit auch keine fälschliche Aufladung des Kondensators C2 vom Inverter I erfolgt, kann ebenfalls eine Diode D2 in Reihe zu einem Widerstand R7 eingeschleift sein. Der Widerstand R7 begrenzt den Entladestrom des Kondensators C2 auf einen für den Inverter I zulässigen Wert.
Bei zu geringer Spannung am Ausgang wird maximal das gesamte festgelegte Tastverhältnis, z.B. 7:3, ausgenutzt. Die vorzeitige Pulsbegrenzung setzt erst dann ein, wenn eine zu hohe Spannung am Ausgang vorhanden ist, oder wenn sich die Eingangsspannung bzw. der Bedarf beim Verbraucher ändert.
Bei einem geregelten Umrichter, wie er dem Ausführungsbeispiel zugrunde liegt, wird abhängig vom Leistungsbedarf am Ausgang RL bzw. in Abhängigkeit von-der vorhandenen Eingangsspannung UE die Durchsteuerzeit t des Leistungstransistors T verändert.
Zur Umsetzung der Spannungsänderung von der Ausgangs spannung UA in eine Zeitänderung wird der integrierte Regelbaustein SR so verwendet, daß z.B. bei zu hoher Ausgangsspannung eine schnelle Aufladung des Kondensators C2 über den Widerstand R erfolgt. Beim überschreiten der Schwelle des Schmitt-Triggers ST2 wird das Gatter G2 gesperrt und damit über diese Auswerteschaltung auch der Leistungstransistor T. Umgekehrt wird bei zu kleiner Ausgangsspannung der Kondensator C2 über den Widerstand R langsamer aufgeladen und damit die Schwellspannung des Schmitt-Triggers ST2 später erreicht, so daß der Leistungstransistor T länger leitend bleibt.
Der Taktgeber arbeitet z.B. mit einer Frequenz von 200 kHz.
In der Fig. 2 sind in der ersten Zeile a die Signale des Taktgebers T dargestellt. Nach dem Ausführungsbeispiel sind die Ausgänge des Dekoders D so zusammengefaßt, daß die Impulsformen b und c in der in der Fig. 2 dargestellten Form entstehen. In der Zeile d der Fig. 2 sind die Schwellspannung des Schmitt-Triggers ST2 und 4 aufsteigende Flanken der Sägezahnspannung am Kondensator C2 gezeichnet. Der zweite Schnittpunkt von links ist heruntergelotet und damit in der Zeile e die Ausgangsspannung am Schmitt-Trigger ST2 wiedergegeben.
Wenn der Sägezahn so flach verläuft, wie es die unterste, d.h.
die vierte Linie darstellt, dann kommt es zu keinem Schnitt mit der Schwellspannung des Schmitt-Triggers innerhalb der Zeit tl, so daß die Ausgangs spannung von ST2 in voller Höhe während der Zeit tl erhalten bleibt.
Die maximale Durchsteuerzeit des Leistungstransistors T ist -wie bereits ausgeführt - durch den Dekoder D vorgegeben.
Während der Zeit t2 wird der Kondensator C2 über die Diode D2 und den Widerstand R7 entladen.
3 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Schaltungsanordnung für getastete Stromversorgungsanlagen mit Stellglied, z.B. Transistor - Wechselrichter und -Umrichter, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zur digitalen Puls erzeugung für einen Leistungstransistor (T) ein Taktgeber (TG) und ein Zähler (Z) mit nachgeschaltetem Dekoder (D) dienen und daß zur Pulsbegrenzung Schaltmittel (SR) zum Vergleichen der Ausgangs spannung (UA) mit einer Referenzspannung (Z) vorgesehen sind und in Abhängigkeit des Ausgangswiderstandes dieses Schaltmittels (SR) die Aufladung eines Kondensators erfolgt (C2) und über eine Auswerteschaltung (ST2, G2) die Durchsteuerzeit des Leistungstransistors (T) früher oder später beendet wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Schaltmittel (SR) ein integrierter Regelbaustein vorgesehen ist, der ein Referenzelement (Z), einen Differenzverstärker (V) und eine Ausgangsstufe enthält und daß die Auswertung der Aufladung des Kondensators über einen Schwellwertschalter (ST2) erfolgt und daß ein Gatter (G2), auf das die Impulse des Schwellwertschalters und die Impulse vom Taktgeber (TG) einwirken, den Leistungsschalter (T) beeinflußt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Aufladung des Kondensators über das Schaltmittel (SR) nicht nur von der Ausgangsspannung (UA), sondern auch von der Eingangsspannung (UE) abhängig ist.

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