DE2528662A1

DE2528662A1 - Gleichspannungswandler mit konstanter arbeitsfrequenz

Info

Publication number: DE2528662A1
Application number: DE19752528662
Authority: DE
Inventors: Joel Dr Ing Korn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1977-01-13
Also published as: DE2528662C2

Description

Gleichspannungswandler mit konstanter Arbeitsfrequenz Die Erfindung befasst sich mit einem Gleichspannungswandler konstanter Arbeitsfrequenz mit einem geschalteten Stelltransistor, der die Energie quantisiert an einen Ladekondensator und die parallel dazu gelegte Last gibt.
Aus "Philips Telecommunication Review"1 Vol.22, Nr.4, July 1961 ist ein geregelter Gleichspannungswandler mit einem Zerhacker konstanter Arbeitsfrequenz bekannt, bei dem das Tastverhältnis des astabilen Taktgebers von einem als Spahnungsdiskriminator wirkenden Differenzverstärker direkt verändert wird. Der Stelltransistor wird vom Taktgeber selbst gesteuert.
Es handelt sich hierbei um sogenannte Mittelwertsregler oder quasistetige Regler.
Bei der bekannten Lösung kann das Tastverhältnis des Stelltransistors, d.h. das Verhältnis der Fluss- zur Sperrzeit, nicht beliebig klein gemacht werden. Denn hier wird eine endliche Flusszeit vorausgesetzt, in der ein Spannungsdiskriminator oder Multivibrator gesetzt wird und anspricht.
Das Tastverhältnis eines Multivibrators kann auch nicht beliebig klein gemacht werden. Dies bedeutet, dass der bekannte Gleichspannungswandler nicht bis zum Leerlauf regeln kann.
Die Erfindung hat die Aufgabe einen Gleichspannungswandler der oben genannten Art mit einem Tastverhältnis des Stelltransistors, das bis zu beliebig kleinen Werten variiert werden kann, zu realisieren, so dass der Wandler auch im Leerlauf die Spannung regelt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Anordnung zum Vergleich der Ausgangsspannung des Wandlers mit einer Referenzspannung vorgesehen ist, die eine Ausgangsimpulsfolge konstanter Frequenz und von der Last abhängigen Tastverhältnisses liefert, dass ein erster Eingang einer UND-Schaltung mit dem Ausgang dieser Anordnung und ein zweiter Eingang der UND-Schaltung mit dem Ausgang eines mit der Ausgangsimpulsfolge kohärent schwingenden astabilen Taktgebers mit gleicher Frequenz und konstantem Tastverhältnis verbunden ist und dass der Ausgang der UND-Schaltung an den Steuereingang des Stelltransistors gelegt ist.
Für einen erf ldungsgemässen Gleichspannungswandler mit Potentialtrennu!:g zwischen Ein- und Ausgangsspannung, bei dem zwischen Stelltransistor und Ladekondensator ein übertrager eingeschaltet ist, besteht eine erste erfindungsgemasse Lösung darin1 d.iss der Ausgang der Vergleichs anordnung über einen ersten Impulsübertrager mit dem Stelleingang einer bistabilen Stufe verbunden ist, deren Ausgang an den ersten Eingang der UND-Schaltung und ein zweiter Ausgang des Taktgebers direkt an den Rückstelleingang der bistabilen Stufe und über einen zweiten Impulsübertrager an einen Synchron sationseingang der Vergleichsanordnung angeschaltet ist.
Für einen erfindungsgemässen Gleichspannungswandler mit Potentialtrennung besteht eine zweite mögliche Lösung darin1 dass der Ausgang der Vergleichsanordnung über einen Impulsübertrager sowohl mit dem Stelleingang einer bistabilen Stufe als auch mit einem Synchronisiereingang eines ersten Takte bers konstanter Frequenz und konstanten Tastverhältnisses verbunden ist, dass ein Ausgang des ersten Taktgebers an den Rückstelleingang der bistabilen Stufe und ein weiterer Ausgang an den weiteren Eingang der UND-Schaltung gelegt ist, deren erster Eingang an den Ausgang der bistabilen Stufe angeschlossen ist, und dass weiter der Ausgang eines zweiten Taktgebers konstanter Frequenz mit der Vergleichsanordnung so verbunden ist, dass er den Beginn jedes Taktes von dessen Ausgangsimpulsfolge bestimmt.
Eine Anordnung zum Vergleich der Ausgangsspannung des Reglers mit einer Referenzspannung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein monostabiler Multivibrator (M) vorgesehen ist, dessen Impulsdauer durch die Ausgangsspannung eines ebenfalls vorgesehenen Vergleichsverstärkers (Dv) bestimmt ist, an dessen einem Eingang die Ausgangsspannung des Wandlers und an dessen anderem Eingang die Referenzspannung angeschlossen ist, wobei der Ausgang des astabilen Taktgebers (TG1) konstanter Frequenz und konstanten Tastverhältnisses so mit dem monostabilen Multivibrator (M) verbunden ist,(Synchronisiereingang) dass dieser durch eine Flanke der Taktgeberausgangsspannung angeregt wird.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Wandlers nach der Erfindung gezeigt. Hierbei ist Ts ein Stelltransistor, GW der Energieübertragungsteil des Gleichspannungswandlers, AF ein Vergleichsverstärker, FF ein Festtaktgeber und US eine UND-Schaltung.
In der Fig. 2 ist ein Impulsdiagramm der wichtigsten Vorgänge des erfindungsgemässen Wandlers dargestellt. 11 ist die Impulsfolge des Festtaktgebers, I2 ist die Ausgangsimpulsfolge mit variablen Tastverhältnis und I3 ist die Impulsfolge des Stelltransistors. tOl ist die O-Dauer und t11 ist die 1-Dauer des Festtaktgebers. tQ2 bzw. t12 ist die O-Dauer bzw. die 1-Dauer der Ausgangsimpulsfolge. tf ist die Flussphasendauer des Stelltransistors.
tll/tO1 = al t12/t02 = a2 tO1 + t11 = t02 + t12 = t tf = t12 - tO1 = t ( a2 i 1+a2 1+a1 Wird al = 1,5 gewählt, so ist für tf = 0; a2 = 0,666 und für tf = o,4ti a2 = 4.
Man erkennt, dass mit einer relativ kleinen Änderung des Tastverhältnisses der Ausgangsimpulsfolge eine relativ grosse Änderung des Tastverhältnisses des Stelltransistors realisiert werden kann.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Gleichspannungssperrwandlers mit Potentialtrennung zwischen Eingang und Ausgangsspannung dargestellt. darin ist UB die Eingangsspannung, Ua die Ausgangsspannung, Tsl der Stelltransistor, WÜ ein Wandlerübertrager zur Transformation der Ausgangs spannung und zur Potentialtrennung, Dl ein Gleichrichter, Cl der Ladekondensator, DV der Vergleichsverstärker, TG der Festtaktgeber, BM eine bistabile Schaltung, T1 und T2 zwei kleine Impulsübertrager und M eine monostabile Schaltung M werden von der Ausgangsspannung, der Taktgeber und die bistabile Schaltung BM von der Eingangsspannung gespeist.
Der Vergleichsverstärker erhält an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand Rl und die Zenerdiode D2 eine stabilisierte Referenzspannung und an seinem nicht invertierenden Eingang pber den Spannungsteiler R2/R3 eine der Ausgangsspannung proportionale Istwertspannung. Die Differenz dieser beiden Spannungen wird verstärkt und über ein RC-Glied R4/C2 der monostabilen Schaltung als Steuerspannung zugeführt.
Die monostabile Schaltung wird über den Impulsübertrager T1 vom Taktgeber jeweils zu Anfang seines Zeitintervalls tOl angeregt; seine Periodendauer wird durch die Steuerspannung des Vergleichsverstärkers bestimmt. Sie besteht in bekannter Weise aus zwei Nor-Gattern Gl und G2 und dem RC-Glied R5/C3. Ihre Ausgangsimpulsfolge (Ausgang A3) ist also mit der des Taktgebers TG kohärent und ihr Tastverhältnis von der Ausgangsspannung abhängig.
Die bistabile Schaltung BM wird vom Taktgeber über die Verbindung A2-E1 gleichzeitig mit der monostabilen Schaltung angeregt und über den Impulsübertrager T2 zurückgestellt.
Sie liefert also die gleiche Impulsfolge wie die monostabile Schaltung. Ihr Zweck besteht nur darin, die Ausgangsimpulsfolge von der Ausgangsseite auf die Eingangsseite potentialunabhängig zu übernehmen und zu speichern.
Durch die Diode D3 und den Widerstand R7 wird die UND-Schaltung gebildet. Der Stelltransistor wird leitend, wenn am Widerstand R7 und an der Diode D3 (A1) positives Potential anliegt.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Sperrwandlers mit Potentialtrennung dargestellt.
Hierbei wird ein Impulsübertrager gespart, dafür aber für die Erzeugung der Ausgangsimpulsfolge ein grösserer Aufwand benötigt. Die monostabile Schaltung M wird von einem von der Ausgangsspannung gespeisten Hilfstaktgeber TG2 konstanter Schwingfrequenz jeweils zu Anfang des Zeitintervalls tOt angeregt.
Ihre Periodendauer wird nach wie vor vom Vergleichsverstärker gesteuert.
Der Festtaktgeber TG1 wird zu Anfang des Zeitintervalls tOl über den Impulsübertrager T und den Entkoppelwiderstand R4 mit dem Hilfstaktgeber zwangssynchronisiert, so dass die Ausgangsimpulsfolge mit der des Taktgebers TG1 kohärent ist. Der gleiche Impulsübertrager stellt die bistabile Schaltung über den Entkoppelwiderstand R5 zu Anfang t02 zurück. Der Impulsübertrager liefert bei jeder Flanke einen Impuls. Damit das Gerät anschwingen kann, ist der Taktgeber TGl so ausgebildet, dass er auch ohne Synchronisierung vom Ausgang, allerdings mit einer etwas niederen Frequenz, schwingen kann.

Claims

Patentansprüche

Gleichspannungswandler mit Mittelwertsregelung konstanter Arbeitsfrequenz mit einem geschalteten Stelltransistor, der die Energie quantisiert an einen Ladekondensator und die parallel dazu gelegte Last gibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zum Vergleich der Ausgangsspannung des Wandlers mit einer Referenzspannung vorgesehen ist, die eine Ausgangsimpulsfolge konstanter Frequenz und von der Last abhängigen Tastverhältnisses liefert, dass ein erster Eingang einer UND-Schaltung (R7, D3) mit dem Ausgang dieser Anordnung und ein zweiter Eingang der UND-Schaltung mit dem Ausgang eines mit der Ausgangsimpulsfolge kohärent schwingenden astabilen Taktgebers (TG1) mit gleicher Frequenz und konstantem Tastverhältnis verbunden ist und dass der Ausgang der UND-Schaltung an den Steuereingang des Stelltransistors (TSl) gelegt ist.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 mit Potentialtrennung zwischen Ein- und Ausgangsspannung, bei dem zwischen Stelltransistor und Ladekondensator ein Übertrager eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Vergleichsanordnung über einen ersten Impulsübertrager mit dem Stelleingang einer bistabilen Stufe verbunden ist, deren Ausgang an den ersten Eingang der UND-Schaltung und ein zweiter Ausgang des Taktgebers direkt an den Rückstelleingang der bistabilen Stufe und über einen zweiten Impulsübertrager an einen Synchronisationseingang der Vergleichsanordnung angeschaltet ist.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 mit Potentialtrennung zwischen Ein- und Ausgangsspannung, bei dem zwischen Stelltransistor und Ladekondensator ein Übertrager eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Vergleichsanordnung über einen Impulsübertrager sowohl mit dem Stelleingang einer bistabilen Stufe als auch mit einem Synchronisiereingang eines ersten Taktgebers konstanter Frequenz und konstanten Tastverhältnisses verbunden ist, dass ein Ausgang des ersten Taktgebers an den Rückstelleingang der bistabilen Stufe und ein weiterer Ausgang an den weiteren Eingang der UND-Schaltung gelegt ist, deren erster Eingang an den Ausgang der bistabilen Stufe angeschlossen ist, und dass weiter der Ausgang eines zweiten Taktgebers konstanter Frequenz mit der Vergleichsanordnung so verbunden ist, dass er den Beginn jedes Taktes von dessen Ausgangsimpulsfolge bestimmt.
4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Anordnung zum Vergleich der Ausgangsspannung des Reglers mit einer Referenzspannung ein monostabiler Multivibrator (M) vorgesehen ist, dessen Impulsdauer durch die Ausgangsspannung eines ebenfalls vorgesehenen Vergleichsverstärkers (Dv) bestimmt ist, an dessen einem Eingang die Ausgangsspannung des Wandlers und an dessen anderem Eingang die Referenzspannung angeschlossen ist, wobei der Ausgang des astabilen Taktgebers (TG1) konstanter Frequenz und konstanten Tastverhältnisses so mit dem monostabilen Multivibrator (M) verbunden ist, (Synchronisiereingang) dass dieser durch eine Flanke der Taktgeberausgangsspannung angeregt wird.

L e e r s e i t e