DE2536207C2 - Transistor-Durchflußumrichter mit mehreren getrennten Ausgangskreisen - Google Patents

Description

30

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Durchflußumrichter mit mehreren getrennten Ausgangskreisen für mehrere Verbraucher unter Verwendung von LC-Siebglieclern.

Ein derartiger Gleichspannungswandler ist bereits bekannt (Technische Mitteilungen A.EG-Telefunken 1971, Seiten 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.

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. Dadurch ergibt sich ein sehr schlechter Wirkungsgrad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Transistor-Durchflußumrichter der eingangs genannten Art Resonanzerscheinungfin bei pulsartigen Laständerungen zu vermeiden, ohne die Verluste des Ausgangskreises spürbar zu vergrößern.

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.

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 entsprecher würde. 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.

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.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. In

Fig. 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.

Der Eingangskreis des Durchflußumrichters (Fig. 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 ödes 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 I/II... π 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, Cl ... Ln, Cn beschaltet sind, ist beim pulsförmig belastbaren Ausgang gemäß der Erfindung anstelle eines LC-Siebes ein Sperrumrichter vorgesehen, der ein LC-Verhalten aufweist, über im Resonanzfall keine Spannungsüberhöhung bzw. Spannungseinbrüche zuläßt. Der Eingang des Eintaktsperrumrichters SUist über eine Gleichrichterdiode D1 an die Wicklung 1 des Transformators Tr angeschlossen. An den Ausgang D₁ E des Sperrumrichters, der eine geregelte Ausgangsspannung führt, kann ein Verbraucher, der pulsförmig Laststrom entnimmt, angeschlossen werden.

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 Ll₁Cl eine konstante Hilfsspannung gewonnen, aus der über den Widerstand R 1 (Klemme B) ein konstanter Basisstrom für die Transistoren Ti, TI (Fig.2) bezogen wird. Die Gewinnung der Hilfsspannung über das LC-Glied Ll, Cl hat hinsichtlich eines pulsförmigen Laststromes am Ausgang des Sperrumrichters keine nachteiligen Auswirkungen.

Der Schalttransistor TX 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 7 an die Eingangsspannung U geschaltet ist.

Die Schaltung des Sperrumrichters SU wird anhand der F i g. 2 beschrieben. s

Die wesentlichen Schaltungsteile de> Sperrumrichters sind ein Schalttransistor 71, dv.i* Schwingtransforinator Tr 1 mit der Primärwicklung a, der Rückkopplungswicklung b im Basisstromkreis des Schalttransistors und der Sekundärwicklung c mit dor Diode Dl und dem Glättungskondensator CIl. Zur Regelung der Ausgangsspannung wird in einem Spannungsteiler RX R 3, /?4, der den Ausgangsklemmen D, E parallel geschaltet ist eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung abgegriffen und im Steuerkreis eines Regeltransistors 73 mit einer an einer Z-Diode Zl erzeugten Referenzspannung verglichen. Der Regelverstärker steuert einen Treibertransistor 72, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit der Rückkopplungswicklung b im Basis-Emitter-Kreis des Schalttransistors 71 in Reihe geschaltet ist. Der Basisstrom für den Treibertransistor 72 und den Schalttransistor 71 wird vom Durchflußumrichter über das LC-Sieb L 1, Cl, die Klemme B und den Widerstand R1 geliefert. Bei leitendem Schalttransistor 71 liegt die Eingangsspannung an der Übertragerwicklung a. Die in der Rückkopplungswicklung 6des Transformators induzierte Spannung treibt einen Kollektorstrom über den Transistor 72, der den Schalttransistor 71 durchschaltet. Der Kollektorstrom des Schalttransistors steigt wegen der konstanten Induktivität des Transformators linear an, bis die Stromverstärkung des Schalttransistors 71 ein weiteres Ansteigen verhindert. Der Schalttransistor 71 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 Ladekondeiuator CIl und den Meßspannungsteilcr R2, R3, R4. Der Regeltransistor 73 vergleicht die Spannung am Kondensator ClI mit der Referenzspannung der Zenerdiode Zl. Wird die Spannung am Kondensator CH (Ausgangsspannung) zu groß, so fließt über den Regeltransistor 73 ein Teil des Basisstromes des Treibertransistors 72 ab. Der Scheitelwert des Kollektorstromes durch den Schalttransistor 71 wird während der nächsten Durchlaßphase kleiner sein und damit auch die aufgenommene Energie.

Die Sperrung des Schalttransistors Tl wird durch

eine Hilfsschaltung bewirkt, die aus einem Spannungsteiler R5, R6 und einem als Schalter arbeitenden, vom Spannungsteiler gesteuerten Transistor 74 besteht. Dadurch soll verhindert werden, daß der Schalttransistor 71 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 74 wird durch den Spannungsteiler /?5, R 6 leitend geschaltet, sobald der Schalttransistor 71 sperrt. Für den Rest der Zeit, in der die positive Spannung noch anliegt, entsteht an der Basis von 71 eine negative Sperrspannung, die ein wiederholtes Einschalten unterdrückt. Der Spannungsteiler R 5, /?6 liegt parallel zu einer Reihenschaltung, bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors 71 und dem Kondensator CH, der die Ausgangsspannung führt. Sein Abgriff ist mit der Basis des Transistors 74 verbunden. Im leitenden Zustand des Transistors 74 treibt die Ausgangsspannung am Kondensator CIl einen Strom über die Dioden D4 und D5, die jeweils der Emitter-Basis-Strecke des Schalt- und des Treibertransistors Ti, 72 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 7 des Durchflußumrichters entfällt. Durch Wegfall der Kollektor-Emitter-Spannung von 71 wird der Transistor 74 nichtleitend. Bei Wiederkehr der Spannung an der Klemme A wird der Schalttransistor 71 wieder leitend.

Der Transformator Tr 1 des Sperrumrichters nimmt während der Einschaltzeit von 71 magnetische Energie W= — - · L ■ P auf und gibt sie in der Ausschaltzeit über

den Gleichrichter D 2 an den Ladekondensator CIl ab, dem über die gesamte Periode die Verbraucherleistung

W P= — entnommen wird. Der Regeltransistor 73 steuert

abhängig von der Verbraucherleitung die Energieaufnahme.

Da die Schaltfrequenz des Durchflußuinrichters konstant ist und der Tastgrad sich umgekehrt proportional mit der Speisespannung U ändert, wird dem Spcrrumrichter pro Periode immer die gleiche Spannungszeitfläche für die Energieaufnahme angeboten, die bei Nennlast theoretisch voll ausgenützt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Transistor-Durchflußumrichter mit mehreren getrennten Ausgangskreisen für mehrere Verbraueher 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 Lastverhaiten angeschlossen ist, und daß die Schaltfrequenz des Sperrumrichters auf die Schaltfrequenz des Durchflußumrichters synchronisiert ist.

2. Transistor-Durchflußumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spsrrumrichter' speisende pulsierende Ausgangsspannung des Durchflußumrichters die Synchronisierung des Sperrumrichters bewirkt.

3. Transistor-Durchflußumrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Spannung am Schalttransistor (Ti) des Sperrumrichters über einen Spannungsteiler (R 5, R 6) und einen Transistor (74) die Anschaltung einer mittels Dioden (D4, D 5) erzeugten Sperrspannung zur eigenen Sperrung bewirkt.