DE2461654A1 - EXTERNAL CONTROLLED INVERTER - Google Patents
EXTERNAL CONTROLLED INVERTERInfo
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- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
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Description
Fremdgesteuerter SperrumrichterExternally controlled flyback converter
Die Erfindung bezieht sich auf einen frendgesteuerten Sperrumrichter mit stabilisierter Ausgangsspannung.The invention relates to a frend-controlled Flyback converter with stabilized output voltage.
Eine solche Schaltung, bei der die Ausgangsspannung durch einen impulsbreitengesteuerten Schalt transistor auf einen konstanten Wert geregelt wird, ist bereits bekannt (GB-PS 831 373), -Such a circuit in which the output voltage passes through a pulse-width-controlled switching transistor is regulated to a constant value is already known (GB-PS 831 373), -
Der Erfindung liegt dio Aufgabe zugrunde, bei geregelten Sperrumrichtern durch Aufschalten der Störgröße Eingangsspannung· die Durchgangsdärnpfung und Stabilität wesentlich zu verbessern.The invention is based on the object with regulated Reverse converters by switching on the disturbance variable input voltage · the throughput attenuation and stability are essential to improve.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine eingangsspannungsabhängige Stabilisierung der Ausgangsspannung durch Störgrößenaufschaltung unter Verwendung einer Sägezahnspannung konstanter Periode erfolgt, deren Flankensteilheit von der Summe eines von der Eingangsspannung des Sperrumrichters abhängigen Stromes und eines Konstantstromes abhängig ist und daß ein Vergleich der Sägezahnspannungmit einer Bezugsspannung eine impulsbreiterimodulierte Steuerspan· nung für das Stellglied des Sperrumrichters liefert. Dabei können Schaltrnittel zum Ausregeln lastabhängiger Schwankungen der Ausgangsspannung des Sperrumrienter3 zusätzlich zur Durchführung dar Störgrößenaufschaltung ausgenutzt werden.This object is achieved according to the invention in that an input voltage-dependent stabilization of the output voltage takes place through feedforward control using a sawtooth voltage with a constant period, the edge steepness of which of the sum of one of the input voltage of the Inverter dependent current and a constant current depends and that a comparison of the sawtooth voltage with a reference voltage a pulse-width modulated control voltage supplies voltage for the actuator of the flyback converter. Included can switch devices to compensate for load-dependent fluctuations the output voltage of the Sperrumrienter3 in addition to Implementation of the feedforward control can be used.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Sägezahnspannung an einem Kondensator erzeugt, der überAccording to an advantageous development of the invention the sawtooth voltage generated on a capacitor that has
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einen Widerstand mit der Eingangsspannungsquelle des Sperrumrichters und mit einer Konstantstromquelle verbunden und in Parallelschaltung zu einem periodisch arbeitenden Schalter angeordnet ist. Sin besonderer Vorteil der erilndungsgemäßen Schaltung besteht in der unverzögerten eingangsspannungsabhängigen Steuerung des Sperrumriehters, wodurch bei Ausfall der Regelschaltung die Ausgangsspannung unabhängig von der Eingangsspannung nahezu konstant gehalten wird.a resistor to the input voltage source of the flyback converter and connected to a constant current source and is arranged in parallel to a periodically operating switch. A particular advantage of the invention The circuit consists of the instantaneous input voltage-dependent Control of the lock strap, whereby if the control circuit fails, the output voltage is independent is kept almost constant by the input voltage.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.Further details of the invention are based on an exemplary embodiment explained in more detail.
In der Pigur ist die (Jrundschaltung eines fremdgesteuerten Eintakt-Sperrumriehters mit einer lic Prinzip dargestellten Steuerschaltung wiedergegeben»In the Pigur the (Jrround circuit of an externally controlled single-ended lock reverser with a lic principle shown control circuit is reproduced »
Die Grund schaltung des Eintakt-Sperruiariehters besteht aus einem Speichertransformator Tr, einem primärseitigen Schalttransistor Ts 1," einem sekundärsoi tigen, Gleichrichter Sr und den Speicherkondensatoren CI, C2« Für den Betrieb eines solchen Sperrunirichters ist ein Taktgenerator erforderlich, der in Verbindung" mit einem Analog-Mgitalumsetzer breitenmodulierte Steuerimpulse für den Schalttransistor Ts1 liefert. Während der Einschaltzeit ti des Schalttransistors Ts fließt Strom in den Speichsrtransformator Tr, dessen Kern einen luftspalt besitzt und dessen Querinduktivität dadurch im Betriebsbereich vom Strom unabhängig ist. Der Gleichrichter Gr sperrt während der Einschaltzeit t.1 . Ist genügend Energie im Transformator gespeichert, wird der'Schalttransistor Ts1 gesperrt. Die Spannung am Transformator polt urn und die gespeicherte Energie wird während der Sperraeit t2 des Schalttransistors an seinem Kondensator C2 und den Lastwiderstand R2 abgegeben-.The basic circuit of the single-ended locking ruler consists of a storage transformer Tr, a primary-side switching transistor Ts 1, "a secondary soi term, rectifier Sr and the storage capacitors CI, C2 «for the operation of a a clock generator is required the width modulated in connection with an analog-Mgital converter Control pulses for the switching transistor Ts1 supplies. During the switch-on time ti of the switching transistor Ts Current flows into the storage transformer Tr, its core has an air gap and its shunt inductance is therefore independent of the current in the operating range. The rectifier Gr blocks during the switch-on time t.1. If enough energy is stored in the transformer, the switching transistor becomes Ts1 blocked. The voltage on the transformer poles urn and the stored energy is during the blocking time t2 of the switching transistor on its capacitor C2 and the Load resistance R2 released.
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i)as Tastverhältnis des Schalttransistors Ts1 kann auf verschiedene Weise beeinflußt werden. Der Regler für die Ausgangs spannung oder EMK "bestimmt allein nach der Regelabweichung das Tastverhältnis. Dazu ist eine relativ hohe Regelverstärkung erforderlich. Durch eine Störgrößenaufschaltung kann andererseits eine Grobeinstellung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung direkt im Analog-Digitalumsetzer vorgenommen werden. Der Regeler übernimmt in diesem Falle nur noch eine Feinkorrektur des Tastverhältnisses. Dabei kann die Regelverstärkung klein gehalten werden, was die Stabilisierung des Regelkreises vereinfacht. Bei der zuletzt genannten Möglichkeit wirkt jede Änderung der Eingangsspannung ob nichtperiodiseh oder periodisch unverzögert auf das Tastverhältnis und damit stabilisierend auf die Ausgangsspannung, Bei Frequenzen bis zu einigen 100 Hz wird dadurch eine große Durchgangsdämpfung srzielt.i) as the duty cycle of the switching transistor Ts1 can be different Way to be influenced. The controller for the output voltage or EMF "determines solely on the basis of the control deviation the duty cycle. A relatively high control gain is required for this. Through a feedforward control On the other hand, a coarse setting can be made directly in the analog-digital converter depending on the input voltage will. In this case the controller only takes over a fine correction of the duty cycle. Here can the control gain can be kept small, which simplifies the stabilization of the control loop. In the case of the latter Possibility affects every change of the input voltage whether non-periodic or periodically without delay on the duty cycle and thus stabilizing on the output voltage, At frequencies of up to a few 100 Hz, this results in a large throughput loss.
Im Ausführungsbeispiel wird von einer derartigen kombinierten Regel-Steuerschaltung ausgegangen. Ein an den Ausgang des Sperrumrichters angeschlossener Regler RV und eine der Störgrößenaufschaltung dienende Rampenschaltung R sind an einen als Schmitt-Trigger S ausgebildeten Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen. Ein Taktgenerator T liefert die Taktspannung für eine Modulationsstufe M und die Rampenschaltung R. Die am Ausgang der Modulationsstufe erhaltenen breitenmodulierten Impulse wei^den über eine Treiberstufe LV an die Basis des Schalttransistors Ts1 geführt.In the exemplary embodiment, such a combined regulating control circuit is assumed. One at the exit The controller RV connected to the flyback converter and a ramp circuit R serving for feedforward control are on an analog-to-digital converter designed as a Schmitt trigger S is connected. A clock generator T supplies the Clock voltage for a modulation stage M and the ramp circuit R. The width-modulated pulses received at the output of the modulation stage pass through a driver stage LV led to the base of the switching transistor Ts1.
Der Regler RV liefert eine von der Regelabweichung abhängige Vergleichsspannung IT * Diese wird vom Schmitt-Trigger S mit einer in der Rampenschaltung R erzeugten Sägezahnspannung U vergleichen. Die Rampenschaltung besteht im wesentliehen aus einem Kondensator C , an dem eine Sägezahnspannung gebildet wird und dem ein vom Taktgeber T gesteuerter Schalttransistor Ts2 mit seiner Kollektor-EmitterstreckeThe regulator RV supplies a comparison voltage IT * which is dependent on the control deviation a sawtooth voltage U generated in the ramp circuit R compare. The ramp circuit consists essentially from a capacitor C, on which a sawtooth voltage is formed and which is controlled by the clock T Switching transistor Ts2 with its collector-emitter path
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parallel geschaltet ist. Der Kondensator Cr ist über einen Ladewiderstand R1 und über eine Konstantstromschaltung, gebildet von einem Transistor Ts3, den Widerständen R3, R4 und einer Zenerdiode ZD an die Eingangsspannung des Sperrumrichters angeschlossen.is connected in parallel. The capacitor C r is connected to the input voltage of the flyback converter via a charging resistor R1 and via a constant current circuit formed by a transistor Ts3, the resistors R3, R4 and a Zener diode ZD.
In jeder Arbeitsperiode steigt die Sägezahnspannung etwa von Null an. Die Anstiegsgeschvvindigkeit ändert, sich mit der Eingangsspannung U . Sind die Vergleichsspannungen TJ und die Sägezahnspannung U__ gleich groß, dann gibt der Schmitt-Trigger S ein Sperrsignal über die Modulationsstufe M und die Treiberstufe LV an den Schalttransistor Ts1. Wird die Vergleichsspannung U in der Amplitude begrenzt, z.B. durch einen Spannungsteiler am Ausgang des Hegelverstärkers RV, dann wirkt die eingangsspannungsabhängige Rainpenschaltung R auch bei fehlender Reglerwirkung als Begrenzer für das Tastverhältnis und damit für die Ausgangsspannung des Sperrumrichters. Die Begrenzung-des Tastverhältnisses verhindert auch eine übermäßige Induktionsbeanspruchung des Transformators Tr und seiner Sättigung, wenn der Regelverstärker z.B. beim Einschalten und bei plötzlicher Belastung des Sperrumrichters infolge vorübergehend zu kleiner Regelgröße ein zu hohes Tastverhältnis vorgeben wollte.The sawtooth voltage increases roughly in every working period from zero. The rate of increase changes with the input voltage U. If the equivalent stresses are TJ and the sawtooth voltage U__ is the same, then the Schmitt trigger S a blocking signal via the modulation stage M and the driver stage LV to the switching transistor Ts1. Will the comparison voltage U is limited in amplitude, e.g. by means of a voltage divider at the output of the Hegel amplifier RV, the input voltage-dependent Rainpen circuit then acts R as a limiter for the pulse duty factor and thus for the output voltage of the controller even if the controller is not effective Flyback converter. The limitation of the duty cycle also prevents excessive induction loading of the Transformer Tr and its saturation when the control amplifier is switched on, for example, and when there is a sudden load on the flyback converter wanted to specify a pulse duty factor that was too high as a result of the controlled variable being temporarily too small.
Die optimale Wirkung der Rampenschaltung R für Durchgangsdämpfung und Spannungsbegrenzung wird nur bei solcher Bemessung erreicht, daß die Sägezahnspannung in der zur jeweiligen Eingangsspannung U0 passenden Zeit ti die Vergleichsspannung TJ , die während der Periodendauer als konstant angesehen werden kann, erreicht. Dazu wird beim Sperrumrichter der Kondensator Gr, der vor jeder Einschaltzeit durch denThe optimum effect of the ramp circuit R for throughput attenuation and voltage limitation is only achieved if the sawtooth voltage reaches the reference voltage TJ, which can be regarded as constant during the period, in the time ti that matches the respective input voltage U 0. In the case of the flyback converter, the capacitor Gr, which is replaced by the
Schalttransistor Ts2 entladen ist, von zwei Strömen geladen und zv/ar von einem konstanten Strom über den TransistorSwitching transistor Ts2 is discharged, charged by two currents and zv / ar by a constant current through the transistor
Ts5 und von einem eingangsspannungsabhängigen Strom überTs5 and from an input voltage-dependent current via
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den Widerstand R1. Die Kondensatorspannung steigt dann nach einer Exponentialfunktion an. Bei geeigneter Auslegung der Bauteile wird nur der nahezu lineare Teil der Exponentialfunktion ausgenutzt.the resistor R1. The capacitor voltage then rises according to an exponential function. With a suitable design of the components, only the almost linear part of the Exponential function exploited.
3 Patentansprüche
1 Figur3 claims
1 figure
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