DE2532019C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung aus einer unstabilisierten Eingangsgleichspannung mit einem Längsregelglied und einem von diesem gespeisten Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung aus einer von einer Gleichspannungsquelle gelieferten unstabilisierten Eingangsgleichspanni'iig entsprechend einer vorgegebenen Sollspannung, mit einer an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen Reihenschal· tung aus einem im Schaltbetrieb arbeitenden Längsregelglied, aus einer Induktanz und aus dem Speiseeingang eines aus einem Gegentakt-Wechselrichter mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung gebildeten, die stabilisierte Ausgangsgleichspannung abgebenden Gleichspannungswandlers, derart daß der an den Speiseeingang des Gleichspannungswandler gelieferte Strom auf Grund der Induktanz im wesentlichen induktiv eingeprägt ist, wobei die Reihenschaltung aus der Induktanz und dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers durch eine bei induktiven Abschaltspannungen in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode überbrückt ist und wobei ein mit dieser Ausgangsgleichspannung und der vorgegebenen Sollspannung angesteuerter Vergleicher das Längsregelglied steuert.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt (The Bell System Technical Journal, Bd. 53, Nr.10, Dez. 1974, S. 1987 - 2009). Wenn sich bei der bekannten Schaltungsanordnung die Schaltzeiten der abwechselnd leitend und nichtleitend .gesteuerten Schaltelemente des Gleichspannungswandlers nicht überlappen, kann sich an der Induktanz und damit auch am Speiseeingang des Gleichspannungswandlers bzw. an seinen Schalterelementen eine sehr hohe induktive Abschaltspannung ausbilden. Dadurch besteht die Gefahr des Ausfalles der Schalterelemente durch Überspannung, insbesondere bei Verwendung von Transistoren als Schalterelementen. Schutzmaßnahmen gegen diese Überspannungen am Speiseeingang des Gleichspannungswandlers sind bei der bekannten Schaltungsanordnung nicht vorgesehen.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist bereits vorgeschlagen worden, dem Speiseeingang des Gleichspannungswandler (Taktschaltung) die Reihenschaltung eines einen Widerstand und einen Kondensator enthaltenden Parallel-RC-Gliedes und einer Diode solcher Polung parallelzuschalten, daß die Diode bei an der Induktanz auftretenden induktiven Abschaltspannungen in Durchlaßrichtung beansprucht ist (DE-OS 24 43 893). Dadurch kann der Gleichspannungswandler vor unkontrollierten Abschaltspannungen bzw. Überspannungen geschützt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn er mit Transistoren als Schalterelennenten aufgebaut ist. Die Reihenschaltung der Diode und des Parallel-RC-Gliedes ermöglicht eine Begrenzung dieser Abschaltspannung auf einen unschädlichen Wert.

Es hat sich nun gezeigt, daß in dem ohmschen Widerstand des Parallel-RC-Gliedes eine ziemlich hohe Verlustleistung auftritt, wodurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Mit einer hohen Verlustleistung ist außerdem eine entsprechende Belastung des ohmschen Widerstandes und das Erfordernis einer ausreichend großen Dimensionierung verbunden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die induktiven Abschaltspannungen am Speiseeingang des Gleichspannungswandlers zu begrenzen, wobei die Verlustleistung in den zur Begrenzung vorzusehenden Schaltelementen verhältnismäßig klein sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Begrenzung von durch die Induktanz erzeugten induktiven Abschahspannungen zu dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers eine Reihenschaltung aus einer Kapazität und aus einer Parallelschaltung einer bei induktiven Abschaltspannungen der Induktanz in Durchlaßrichtung beanspruchten zweiten Diode und einer zweiten Induktanz parallelgeschaltet ist.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Verlustleistung in der Spannungsbegrenzerschaltung klein zu halten. Die zweite Induktanz bewirkt eine Rückleitung

über die zweite Diode abgeleiteter Ströme zum Verbindungspunkt der ersten Induktanz mit dem Gleichspannungswandler, wodurch eine Kleinhaltung der Verlustleistung in dem durch sie gebildeten oder auch in einem mit ihr in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand möglich ist

Wenn der genannte Stromzweig nur die zweite Induktanz enthält, kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung auch so ausgebildet sein, daß in Reihe mit der zweiten Diode innerhalb des Parallelzweiges zur zweiten induktanz eine Parallelschaltung aus einer zweiten Kapazität und einem ohmschen Widerstand geschaltet ist Die zweite Kapazität bildet dann also zusammen mit der ersten Kapazität und der zweiten Diode eine Reihenschaltung. Die zweite Kapazität bewirkt eine Verringerung der an der ersten Kapazität auftretenden Spannung, wodurch eine Verkleinerung der zweiten Induktanz möglich ist. Ferner ist mittels dieser Schaltungsanordnung ein niederohmiger, verlustleistungsarmer Einspeisepunkt am Verbiudungspunkt der zweiten Induktanz mit der ersten Kapazität für evtl. vorgesehene weitere Schaltungsmaßnahmen geschaffen, durcii die Ströme aus jeweils abgeschalteten Energiespeichern zwecks Rückgewinnung elektrischer Energie eingespeist werden sollen. Der ohmsche Widerstand wird hier gleichfalls so gering belastet wie in dem zuvor genannt en Fall seiner Reihenschaltung mit der zweiten Induktanz.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich eine weitere Verbesserung dadurch, daß zu dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers außerdem eine Reihenschaltung aus einer von induktiven Abschaitspannungen der ersten Induktanz in Durchlaßrichtung beanspruchten Diode und aus einem Parallel-RC-Glied parallelgeschaltetet ist, wobei der ohmsche Widerstand des Parallel-RC-Gliedes so groß bemessen ist, daß seine Verlustleistung vernachlässigbar ist. Durch diese Verbesserung wird erreicht, daß die zweite Induktanz kleiner dimensioniert werden kann; denn durch die zusätzliche Beschallung mit der Diode und dem Parallel-RC-Glied ist es möglich, länger als bei normalen Arbeiten des Gleichspannungswandlers dauernde induktive Abschaltspannungen zu begrenzen, wie sie beim Abschalten der Schaltungsanordnung vom speisenden Netz auftreten, wenn nämlich beim Sperren des Gleichspannungswandlers die Restenergie der ersten Induktanz abgebaut werden muß. Diese wird von dem Kondensator des vorgenannten RC-Gliedes aufgenommen. Die zweite Induktanz braucht dann nicht für diesen Fall dimensioniert zu sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

F i g. 2 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. I.

In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur Abgabe einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung an Ausgangsklemmen al und al dargestellt. Diese Schaltungsanordnung wird von einer Gleichspannungsquelle Gl gespeist, an deren Ausgangsschlüsse el und el sie angeschaltet ist. Wesentliche Elemente der Schaltungsanordnung sind ein Transistor 71 als impulsgesteuertes Längsregelglied mit dessen Kollektor-Emitterstrecke eine Induktanz L in Reihe geschaltet ist. Das Längsiegelglied 71 wird über einen Übertrager Ue2 zwischen Basis und Emitter angesteuert. An die Primärwicklung des Übertragers UeI ist ein Vergleicher VG angeschaltet dessen einer Eingang X mit einer vorgegebenen Sollspannung UX und dessen anderer Eingang mit der an dem Ausgang al der Schaltungsanordnung auftretenden Spannung angesteuert wird. Ein weiteres wesentliches Element der Schaltungsanordnung ist ein Gleichspannungswandler Ts, der einen Übertrager UeX mit Wicklungen WX, Wl, Wi und WA enthält Diese Wicklungen sind paarweise zusammengeschaltet, so daß die Wicklungen W\ und Wl eine angezapfte Primärwicklung und die Wicklungen Wi und WA eine angezapfte Sekundärwicklung bilden. Mit dem Abgriff der Primärwicklung WM Wl ist die Induktanz L verbunden. Die freien Enden dieser Primärwicklung WM Wl sind mit den Kollektoren zweier Schalttransistoren 72 und 73 verbunden, die ihrerseits im Gegentakt durch eine Steuerschaltung Si angesteuert werden. Die Sekundärwicklung WiI WA des Übertragers Uei ist über Gleichrichter Di und DA mit dem Ausgangsanschluß al bzw. an ihrem Abgriff mit dem Ausgangsanschluß a2 verbunden. Zwischen den Ausgangsanschiüssen al und al ist ein Siebkondensator Cl angeordnet, der eine eventuell vorhandene Welligkeit der Ausgangsgleichspannung beseitigt. Der gesamte Gleichspannungswandler 7s ist als eine Einheit mit einer strichpunktierten Linie umgeben dargestellt.

Eine Diode DX dient zur Entladung der Induktanz L in den Schaltpausen und zum Schutz des Längsregelgliedes, also des Transistors 71. Sie ist an den Emitter des Transistors 71 bzw. an den damit verbundenen Anschluß der Induktanz L einerseits und an den Ausgang el der Gleichspannungsquelle G/andererseits angeschaltet. Diese Diode Dl ist so gepolt, daß sie bei induktiven Abschaltspannungen an der Induktanz L in Durchlaßrichtung beansprucht ist und somit diese Abschaltspannungen den Transistor 71 nicht beschädigen können.

Der andere Anschluß der Induktanz L, der mit dem Abgriff der Primärwicklung IVl/ Wl des Übertragers UeX verbunden ist, ist über die Reihenschaltung einer Diode Dl und eines Kondensators CX gleichfalls mit dem Ausgang el der Gleichspannungsquelle Gl verbunden, so daß diese Reihenschaltung den Gleichspannungswandler Ts überbrückt. In einem der Diode Dl parallelgeschalteten Stromzweig sind eine zweite Induktanz oder Drosselspule L2 und ein ohmscher Widerstand R2 in Reihenschaltung vorgesehen. Bei dieser Beschallung erfolgt eine Rückleitung des bei induktiven Abschaltspannungen an dem Abgriff der Primärwicklung WXIWl über die Diode Dl abgeleiteten Stroms über die zweite Induktanz und den ohmschen Widerstand, der gegebenenfalls auch durch den ohmschen Widerstand der Drosselspule verwirklicht sein kann. Dadurch, daß die Drosselspule die Rückleitung des über die Diode Dl abgeleiteten pulsierenden Stroms zeitlich beeinflußt und diesen Strom glättet, läßt sich die Verlustleistung sehr gering halten.

In F i g. 1 ist ein weiterer Stromzweig dargestellt, der dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers Ts parallelgeschaltet ist und eine zusätzliche Diode D5 und ein mit dieser in Reihe geschaltetes Parallel-RC-Glied aus einem Kondensator CA und einem ohmschen Widerstand RA enthält. Durch diesen zusätzlichen Stromzweig ist es möglich, die Drosselspule L2 kleiner zu dimensionieren. An dem Abgriff der Primärwicklung WXIWl des Übertragers UeX können länger als beim normalen Betrieb des Gleichspannungswandlers Ts dauernde induktive AbschaltSDannuneen begrenzt wer-

den, was sich wesentlich auf das Ausschaltverhalten der Schaltungsanordnung z. B. beim Abschalten vom speisenden Netz auswirkt. Werden dabei beide Transistoren 72 und 73 ausgeschaltet, so entlädt die Induktanz L ihre Restenergie auf die Kapazitäten Cl und CA. Fehlt die Kapazität Ot, so entsteht infolge der relativ klein bemessenen Kapazität CX ein starker Spannungsimpuls. Durch eine große Kapazität CA wird die Zeit dieses Spannungsanstiegs verlängert und die Spannungsspitze verringert. Da im Sinne einer derartigen Verlängerung auch der ohmsche Widerstand RA sehr hochohmig gewählt werden kann, isl die durch ihn verursachte Verlustleistung vernachlässigbar klein. Durch die zusätzliche Beschallung mit diesem Stromzweig wird erreicht, daß die Induktivität der Drosselspule L2 nur noch abhängig von dem maximal zulässigen Strom in der Taktschaltung ohne Rücksicht auf verlängerte Spannungsanstiegszeiten im Ausschaltmoment der Gesamtschaltung dimensioniert werden kann.

In F i g. 2 ist eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dargestellt, wobei nur der hier interessierende Teil der Gesamtschaltung gezeigt ist. Es ist zu erkennen, daß beim Speiseeingang des GJeichspannungswandlers Ts ein Stromzweig parallelgeschaltet ist, der die Reihenschaltung der Diode Dl und des Kondensators Cl sowie eines weiteren Kondensators CJ enthält, der zwischen den Kondensatoren Cl und die Diode Dl geschaltet ist. Der Reihenschaltung von Diode Dl und Kondensator C3 ist die Drosselspule L2 parallelgeschaltet, während allein dem Kondensator C2 der ohmsche Widerstand R3 parallelgeschaltet ist.

ίο Durch den Kondensator Cl wird erreicht, daß die an dem Kondensator Cl auftretende Spannung bei einem abzuleitenden Strom verringert wird, da beide Kondensatoren als Spannungsteiler wirken und die Drosselspule L2 an ihren Verbindungspunkt angeschaltet ist.

Dadurch läßt sich gleichfalls eine Verringerung der Induktanz der Drosselspule L2 erreichen. Die in dem ' Widerstand Ri auftretende Verlustleistung entspricht dem Wert, der für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel erzielbar ist. Der in F i g. 1 gezeigte zusätzliche Zweig mit der Diode D5, dem Widerstand R4 und dem Kondensator RA kann hier selbstverständlich gleichfalls vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung aus einer von einer Gleichspannungsquelle gelieferten unstabilisierten Eingangsgleichspannung entsprechend einer vorgegebenen Sollspannung, mit einer an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen Reihenschaltung aus einem im Schaltbetrieb arbeitenden Längsregelglied, aus einer Induktanz und aus dem Speiseeingang eines aus einem Gegentakt-Wechselrichter mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung gebildeten, die stabilisierte Ausgangsgleichspannung abgebenden Gleichspannungswandlers, ,₅ derart, daß der an den Speiseeingang des Gleichspannungswandlers gelieferte Strom auf Grund der Induktanz im wesentlichen induktiv eingeprägt ist, wobei die Reihenschaltung aus der Induktanz und dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers durch eine bei induktiven Abschaltspannungen in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode überbrückt ist und wobei ein mit dieser Ausgangsgleichspannung und der vorgegebenen Sollspannung angesteuerter Vergleicher das Längsregelglied steuert, _Z5 dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung von durch die Induktanz erzeugten induktiven Abschaltspannungen zu dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers (TS) eine Reihenschaltung aus einer Kapazität (Ci) und aus einer Parallelschaltung einer bei induktiven Abschaltspannungen der Induktanz (L) in Durchlaßrichtung beanspruchten zweiten Diode (D2) und einer zweiten Induktanz (L 2) parallelgeschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der zweiten Induktanz (L 2) innerhalb des Parallelzweiges zur zweiten Diode (D 2) ein ohmscher Widerstand (R 2) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Parallelzweig mit der zweiten Induktanz nur diese enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der zweiten Diode (D 2) innerhalb des Parallelzweiges zur zweiten Induktanz (L 2) eine Parallelschaltung aus einer zweiten Kapazität (C3) und einem ohmschen Widerstand (R 3) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Speiseeingang des Gleichspannungswandlers (Ts) außeidem eine Reihenschaltung aus einer von induktiven Abschaltspannungen der ersten Induktanz (L) in Durchlaßrichtung beanspruchten Diode (DS) und aus einem Parallel-RC-Glied (R4, C 4) parallelgeschaltet ist, wobei der ohmsche Widerstand (R 4) des Parallel-RC-Gliedes so groß ist, daß seine Verlustleistung vernachlässigbar ist.