DE2536207B1 - Transistor flow converters with several separate output circuits - Google Patents

Transistor flow converters with several separate output circuits

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DE2536207B1 DE19752536207 DE2536207A DE2536207B1 DE 2536207 B1 DE2536207 B1 DE 2536207B1 DE 19752536207 DE19752536207 DE 19752536207 DE 2536207 A DE2536207 A DE 2536207A DE 2536207 B1 DE2536207 B1 DE 2536207B1
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Description

Der Schalttransistor T1 des Sperrumrichters kann erst einschalten, wenn an der Klemme A eine positive Spannung erscheint. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Transformator Tr des Durchflußumrichters über den Schalttransistor T an die Eingangsspannung U geschaltet ist. The switching transistor T1 of the flyback converter can only switch on when if a positive voltage appears at terminal A. This is always the case if the transformer Tr of the flow converter via the switching transistor T is connected to the input voltage U.

Die Schaltung des Sperrumrichters SU wird anhand der F i g. 2 beschrieben. The circuit of the flyback converter SU is shown in FIG. 2 described.

Die wesentlichen Schaltungsteile des Sperrumrichters sind ein Schalttransistor T1, der Schwingtransformator Tr 1 mit der Primärwicklung a, der Rückkopplungswicklung b im Basisstromkreis des Schalttransistors und der Sekundärwicklung c mit der Diode D 2 und dem Glättungskondensator C 11. Zur Regelung der Ausgangsspannung wird in einem Spannungsteiler R 2, R3, R4, der den Ausgangsklemmen D, E parallel geschaltet ist eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung abgegriffen und im Steuerkreis eines Regeltransistors T3 mit einer an einer Z-Diode Z1 erzeugten Referenzspannung verglichen. Der Regelverstärker steuert einen Treibertransistor T2, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit der Rückkopplungswicklung b im Basis-Emitter-Kreis des Schalttransistors T1 in Reihe geschaltet ist Der Basisstrom für den Treibertransistor T2 und den Schalttransistor T1 wird vom Durchflußumrichter über das LC-Sieb L 1, C1, die Klemme B und den Widerstand R 1 geliefert. Bei leitendem Schalttransistor T1 liegt die Eingangsspannung an der Übertragerwicklung a Die in der Rückkopplungswicklung b des Transformators induzierte Spannung treibt einen Kollektorstrom über den Transistor T2, der den Schalttransistor T1 durchschaltet. Der Kollektorstrom des Schalttransistors steigt wegen der konstanten Induktivität des Transformators linear an, bis die Stromverstärkung des Schalttransistors T1 ein weiteres Ansteigen verhindert. Der Schalttransistor T1 nimmt dann Spannung auf und schaltet den Strom ab. Die Spannung an der Induktivität polt um und gibt die magnetische Energie an den Verbraucherkreis ab, d.h., es fließt Strom über die Diode D2 in den Ladekondensator Cli und den Meßspannungsteiler R2, R3, R 4. Der Regeltransistor T3 vergleicht die Spannung am Kondensator Cli mit der Referenzspannung der Zenerdiode Z1. Wird die Spannung am Kondensator C 11 (Ausgangsspannung) zu groß, so fließt über den Regeltransistor T3 ein Teil des Basisstromes des Treibertransistors T2 ab. Der Scheitelwert des Kollektorstromes durch den Schalttransistor T1 wird während der nächsten Durchlaßphase kleiner sein und damit auch die aufgenommene Energie. The main circuit parts of the flyback converter are a switching transistor T1, the oscillating transformer Tr 1 with the primary winding a, the feedback winding b in the base circuit of the switching transistor and the secondary winding c with the diode D 2 and the smoothing capacitor C 11. To regulate the output voltage, in a voltage divider R 2, R3, R4 connected to the output terminals D, E in parallel a measuring voltage proportional to the output voltage is tapped and in the control circuit a control transistor T3 with a reference voltage generated at a Zener diode Z1 compared. The control amplifier controls a driver transistor T2, its emitter-collector path with the feedback winding b in the base-emitter circuit of the switching transistor T1 The base current for the driver transistor T2 and the switching transistor is connected in series T1 is from the flow converter via the LC sieve L 1, C1, the terminal B and the resistor R 1 delivered. When the switching transistor T1 is conductive, the input voltage is at the Transformer winding a The induced in the feedback winding b of the transformer Voltage drives a collector current through transistor T2, which is the switching transistor T1 switches through. The collector current of the switching transistor increases because of the constant The inductance of the transformer increases linearly until the current gain of the switching transistor T1 prevents a further increase. The switching transistor T1 then takes voltage and turns off the power. The voltage at the inductance reverses and gives the magnetic energy is transferred to the consumer circuit, i.e. current flows through the Diode D2 in the charging capacitor Cli and the measuring voltage divider R2, R3, R 4. The Control transistor T3 compares the voltage across the capacitor Cli with the reference voltage the zener diode Z1. If the voltage on capacitor C 11 (output voltage) becomes too high, part of the base current of the driver transistor flows through the control transistor T3 T2 from. The peak value of the collector current through the switching transistor T1 is be smaller during the next transmission phase and thus also the recorded Energy.

Die Sperrung des Schalttransistors T 1 wird durch eine Hilfsschaltung bewirkt, die aus einem Spannungsteiler R 5, R 6 und einem als Schalter arbeitenden, vom Spannungsteiler gesteuerten Transistor T4 besteht. The blocking of the switching transistor T 1 is through an auxiliary circuit causes, which consists of a voltage divider R 5, R 6 and one working as a switch, the voltage divider controlled transistor T4 consists.

Dadurch soll verhindert werden, daß der Schalttransistor T1 bei Teillasten mehrmals je Periode einschaltet, wenn die Abmagnetisierung des Transformators Tr 1 bereits beendet ist und die positive Spannung am Anschluß A noch anliegt. Der Transistor T4 wird durch den Spannungsteiler R 5, R 6 leitend geschaltet, sobald der Schalttransistor T1 sperrt. Für den Rest der Zeit, in der die positive Spannung noch anliegt, entsteht an der Basis von T1 eine negative Sperrspannung, die ein wiederholtes Einschalten unterdrückt. Der Spannungsteiler R5, R 6 liegt parallel zu einer Reihenschaltung, bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors T1 und dem Kondensator C11, der die Ausgangsspannung führt. Sein Abgriff ist mit der Basis des Transistors T4 verbunden. Im leitenden Zustand des Transistors T4 treibt die Ausgangsspannung am Kondensator Cli einen Strom über die Dioden D4 und D5, die jeweils der Emitter-Basis-Strecke des Schalt- und des Treibertransistors Tl, T2 mit solcher Polung parallel geschaltet sind, daß an beiden Steuerstrecken eine definierte Sperrspannung entsteht. Diese Sperrspannung wird erst aufgehoben, wenn die positive Spannung an der Klemme A bei Beendigung der leitenden Phase des Schalttransistors T des Durchflußumrichters entfällt Durch Wegfall der Kollektor-Emitter-Spannung von T1 wird der Transistor T4 nichtleitend. Bei Wiederkehr der Spannung.an der Klemme A wird der Schalttransistor T 1 wieder leitend.This is to prevent the switching transistor T1 from being exposed to partial loads switches on several times per period when the demagnetization of the transformer Tr 1 has already ended and the positive voltage at terminal A is still present. Of the Transistor T4 is switched on by the voltage divider R 5, R 6 as soon as the switching transistor T1 blocks. For the rest of the time the positive tension is still applied, a negative reverse voltage is created at the base of T1, which is a repeated switching on suppressed. The voltage divider R5, R 6 is parallel to a series circuit, consisting of the emitter-collector path of the switching transistor T1 and the capacitor C11, which carries the output voltage. His tap is with connected to the base of transistor T4. In the conductive state of the transistor T4 the output voltage at the capacitor Cli drives a current through the diodes D4 and D5, each of the emitter-base path of the switching transistor and the driver transistor Tl, T2 are connected in parallel with such a polarity that on both control paths a defined reverse voltage is created. This reverse voltage is only removed, when the positive voltage at terminal A at the end of the conductive phase of the Switching transistor T of the flow converter is omitted due to the absence of the collector-emitter voltage from T1 the transistor T4 becomes non-conductive. When the voltage returns at the terminal A, the switching transistor T 1 becomes conductive again.

Der Transformator Tr 1 des Sperrumrichters nimmt während der Einschaltzeit von T1 magnetische Energie 2 2 L F auf und gibt sie in der Ausschaltzeit über den Gleichrichter D2 an den Ladekondensator Cli ab, dem über die gesamte Periode die Verbraucherleistung w entnommen wird. Der Regeltransistor T3 steuert abhängig von der Verbraucherleitung die Energieaufnahme. The transformer Tr 1 of the flyback converter increases during the switch-on time from T1 magnetic energy 2 2 L F and releases it during the switch-off time via the Rectifier D2 to the charging capacitor Cli, which over the entire period the Consumer power w is taken. The control transistor T3 controls depending on the power consumption of the consumer line.

Da die Schaltfrequenz des Durchflußumrichters konstant ist und der Tastgrad sich umgekehrt proportional mit der Speisespannung U ändert, wird dem Sperrumrichter pro Periode immer die gleiche Spannungszeitfläche für die Energieaufnahme angeboten, die bei Nennlast theoretisch voll ausgenützt werden kann. Since the switching frequency of the flow converter is constant and the The duty cycle changes inversely proportional to the supply voltage U, the blocking converter The same voltage time area is always offered for energy consumption per period, which can theoretically be fully utilized at nominal load.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Transistor-Durchflußumrichter mit mehreren getrennten Ausgangskreisen für mehrere Verbraucher unter Verwendung von LC-Siebgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Ausgangskreis zum Anschluß eines ein pulsförmiges Lastverhalten aufweisenden Verbrauchers das LC-Glied durch einen Transistor-Sperrumrichter ersetzt ist, an dessen Ausgang der Verbraucher mit pulsförmigem Lastverhalten angeschlossen ist, und daß die Schaltfrequenz des Sperrumrichters auf die Schaltfrequenz des Durchflußumrichters synchronisiert ist. Claims: 1. Transistor forward converter with several separate Output circuits for several consumers using LC filter elements, thereby characterized in that in at least one output circuit for the connection of a pulse-shaped Load behavior exhibiting consumer the LC element by a transistor flyback converter is replaced, to whose output the consumer with pulse-shaped load behavior is connected is, and that the switching frequency of the flyback converter to the switching frequency of the flow converter is synchronized. 2. Transistor-Durchflußumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sperrumrichter speisende pulsierende Ausgangsspannung des Durchflußumrichters die Synchronisierung des Sperrumrichters bewirkt. 2. transistor forward converter according to claim 1, characterized in that that the pulsating output voltage of the flow converter feeding the flyback converter synchronizes the flyback converter. 3. Transistor-Durchflußumrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Spannung am Schalttransistor (T1) des Sperrumrichters über einen Spannungsteiler (R5, R 6) und einen Transistor (T4) die Anschaltung einer mittels Dioden (D4, D5) erzeugten Sperrspannung zur eigenen Sperrung bewirkt. 3. transistor flow converter according to claim 1 and 2, characterized in that that the collector-emitter voltage at the switching transistor (T1) of the flyback converter Via a voltage divider (R5, R 6) and a transistor (T4) the connection of a reverse voltage generated by means of diodes (D4, D5) for its own blocking. Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Durchflußumrichter mit mehreren getrennten Ausgangskreisen für mehrere Verbraucher unter Verwendung von LC-Siebgliedern. The invention relates to a transistor forward converter with several separate output circuits for several consumers using of LC sieve elements. Ein derartiger Gleichspannungswandler ist bereits bekannt (Technische Mitteilungen AEG-Telefunken 1971, Seiten 98, 99). Such a DC voltage converter is already known (Technical Communications AEG-Telefunken 1971, pages 98, 99). Die im Ausgangskreis von Durchflußumrichtern zur Mittelwertbildung der Ausgangsspannung verwendeten LC-Filter haben eine Eigenfrequenz. Wird einer der Ausgangskreise des Durchflußumrichters durch einen Verbraucher pulsförmig belastet, so treten bei Übereinstimmung der Frequenz des Laststromes und der Eigenfrequenz des LC-Filters dadurch resonanzbedingte Spannungsschwankungen auf. The in the output circuit of flow converters for averaging The LC filters used for the output voltage have a natural frequency. Becomes one the output circuits of the flow converter are pulsed by a consumer, so occur when the frequency of the load current and the natural frequency match of the LC filter, resonance-related voltage fluctuations. Dieses nachteilige Verhalten kann durch eine Nachregelung mit einem Stellglied im Querzweig beseitigt werden. Querregler haben jedoch den Nachteil, daß sie dem LC-Filter mit abnehmendem Laststrom einen steigenden Querstrom entnehmen, derart, daß die Summe aus Laststrom und Querstrom immer dem maximal zulässigen Laststrom entspricht. This disadvantageous behavior can be corrected by a readjustment with a Actuator in the cross branch can be eliminated. However, aileron regulators have the disadvantage that they take from the LC filter an increasing cross current with decreasing load current, such that the sum of load current and cross current always corresponds to the maximum permissible load current is equivalent to. Dadurch ergibt sich ein sehr schlechter Wirkungsgrad.This results in a very poor degree of efficiency. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Transistor-Durchflußumrichter der eingangs genannten Art Resonanzerscheinungen bei pulsartigen Laständerungen zu vermeiden, ohne die Verluste des Ausgangskreises spürbar zu vergrößern. The invention is based on the object of a transistor forward converter of the type mentioned at the beginning, resonance phenomena in the event of pulse-like load changes to avoid without noticeably increasing the losses in the output circuit. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in wenigstens einem Ausgangskreis zum Anschluß eines ein pulsförmiges Lastverhalten aufweisenden Verbrauchers das LC-Glied durch einen Transistor-Sperrumrichter ersetzt ist, an dessen Ausgang der Verbraucher mit pulsförmigem Lastverhalten angeschlossen ist, und daß die Schaltfrequenz des Sperrumrichters auf die Schaltfrequenz des Durchflußumrichters synchronisiert ist. This object is achieved according to the invention in that in at least an output circuit for connecting a having a pulse-shaped load behavior Consumer, the LC element is replaced by a transistor blocking converter whose output is connected to the consumer with a pulse-shaped load behavior, and that the switching frequency of the flyback converter is set to the switching frequency of the flow converter is synchronized. In dieser Schaltung übernimmt der Sperrumrichter die Funktion einer LC-Siebschaltung. Seine Siebwirkung erklärt sich daraus, daß die Induktivität des im Querzweig des Sperrumrichters liegenden Transformators mit einem vom Tastgrad abhängigen Faktor in eine Längsinduktivität transformiert werden kann, die der Induktivität eines LC-Siebgliedes entsprechen würde. In this circuit, the flyback converter takes on the function of a LC filter circuit. Its sieving effect is explained by the fact that the inductance of the in the shunt branch of the flyback converter with a duty cycle dependent factor can be transformed into a series inductance, that of the inductance would correspond to an LC sieve member. Am Ladekondensator des Sperrumrichters, der dem Kondensator im Querzweig eines LC-Siebgliedes entsprechen würde, kann jedoch keine Spannungserhöhung infolge Resonanz auftreten, da die beim Sperrumrichter zwischen der Induktivität und dem Kondensator liegende Diode, die nach Abgabe der Energie an den Kondensator stromlos wird, ein Umschwingen des LC-Kreises verhindert.On the charging capacitor of the flyback converter, which is connected to the capacitor in the shunt arm would correspond to an LC filter element, but cannot result in an increase in voltage Resonance occur because the flyback converter between the inductance and the Diode lying on the capacitor, which is de-energized after the energy has been transferred to the capacitor is prevented from swinging around the LC circuit. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Synchronisierung des Sperrumrichters unter Vermeidung eines eigenen Taktgebers durch die den Sperrumrichter speisende pulsierende Ausgangsspannung des Durchflußumrichters bewirkt. According to an advantageous embodiment of the invention, the synchronization of the flyback converter while avoiding its own clock generator by the flyback converter feeding pulsating output voltage of the flow converter causes. Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. In F i g. 1 ist ein geregelter Durchflußumrichter mit mehreren Ausgangskreisen im Prinzip dargestellt; die F i g. 2 zeigt ein Schaltbild eines ein LC-Sieb ersetzenden Sperrumrichters. The invention is illustrated by means of FIGS. 1 and 2 explained in more detail. In F i g. 1 is a regulated flow converter with several output circuits in principle shown; the F i g. 2 shows a circuit diagram of a flyback converter that replaces an LC filter. Der Eingangskreis des Durchflußumrichters (F i g. 1) besteht im wesentlichen aus der Primärwicklung a eines Transformators Trund einem Schalttransistor T, der die Eingangsspannung U periodisch an den Transformator schaltet. Der Schalttransistor T wird von einer Regeleinrichtung Rg in Abhängigkeit von einer an der Wicklung bades Transformators erfolgenden EMK-Messung und einer Störgröße St gesteuert. Die Steuerung des Schalttransistors kann auch nach anderen Verfahren erfolgen. Sekundärseitig kann der Transformator Tr Ausgangswicklungen 1/11... n für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern aufweisen. Der Ausgangskreis mit der Sekundärwicklung I soll impulsförmig und die übrigen Ausgänge des Durchflußumrichters ohne periodische Lastschwankungen belastbar sein. Während die normalen Gleichstromausgänge mit je einem LC-Sieb L2, C2 ... L n, Cn beschaltet sind, ist beim pulsförmig belastbaren Ausgang gemäß der Erfindung anstelle eines LC-Siebes ein Sperrumrichter vorgesehen, der ein LC-Verhalten aufweist, aber im Resonanzfall keine Spannungsüberhöhung bzw. Spannungseinbrüche zuläßt. Der Eingang des Eintaktsperrumrichters SUist über eine Gleichrichterdiode D 1 an die Wicklung I des Transformators Tr angeschlossen. An den Ausgang D, E des Sperrumrichters, der eine geregelte Ausgangsspannung führt, kann ein Verbraucher, der pulsförmig Laststrom entnimmt, angeschlossen werden. The input circuit of the flow converter (Fig. 1) consists essentially from the primary winding a of a transformer Tr and a switching transistor T, the the input voltage U periodically switches to the transformer. The switching transistor T is controlled by a control device Rg depending on a bath on the winding Transformer taking place EMF measurement and a disturbance St controlled. The control of the switching transistor can also be done by other methods. Secondary side the transformer Tr can output windings 1/11 ... n for any number of consumers. The output circuit with the secondary winding I should be pulse-shaped and the other outputs of the flow converter without periodic load fluctuations be resilient. While the normal DC outputs each have an LC sieve L2, C2 ... L n, Cn are connected, is according to the pulse-shaped loadable output according to Invention instead of an LC screen, a flyback converter is provided that has an LC behavior has, but in the case of resonance there is no voltage increase or voltage dips allows. The input of the single-ended blocking converter SUist via a rectifier diode D 1 connected to winding I of transformer Tr. To output D, E des Reverse converter, which carries a regulated output voltage, a consumer, which draws load current in a pulsed manner, can be connected. Die Eingangsklemmen A, B, C des in der F i g. 2 dargestellten Sperrumrichters sind mit den entsprechenden Klemmen am Ausgang des Durchflußumrichters (Wicklung I) verbunden. Aus der Wicklung I wird mit dem Siebglied L 1, C1 eine konstante Hilfsspannung gewonnen. aus der über den Widerstand R 1 (Klemme B) ein konstanter Basisstrom für die Transistoren T1, T2 (F i g. 2) bezogen wird. Die Gewinnung der Hilfsspannung über das LC-Glied L 1, C1 hat hinsichtlich eines pulsförmigen Laststromes am Ausgang des Sperrumrichters keine nachteiligen Auswirkungen. The input terminals A, B, C of the FIG. 2 flyback converter shown are connected to the corresponding terminals at the output of the flow converter (winding I) connected. A constant auxiliary voltage is generated from the winding I with the filter element L 1, C1 won. from which a constant base current for the transistors T1, T2 (Fig. 2) is related. Obtaining the auxiliary voltage Via the LC element L 1, C1 has a pulse-shaped load current at the output of the flyback converter has no adverse effects.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3024721A1 (en) * 1980-06-30 1982-01-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Multiple output DC power supply - has one regulated voltage output and other outputs voltage limited by passive components
EP0105541A3 (en) * 1982-09-06 1986-02-05 N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek Nedap A dc-to-ac voltage converter having galvanically separated input and output(s)

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