DE2543409C3 - Steuerschaltung für einen Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen Gleichspannungswandler mit einem Steuerimpulsgenerator zur Steuerung eines im Leistungskreis des Gleichspannungswandlers liegenden, im Schaltbetrieb arbeitenden Stelltransistors und mit einem zwischen Steuerimpulsgenerator nnd Steuerstrecke des Steiltransistors angeordneten Steueriinpulsübertrager mit zwei primärseitigen Ansteuerwicklungen, die zur Erzeugung von Einschalt- bzw. Sperrimpulsen periodisch abwechselnd an je einen Speicherkondensator mit annähernd gleicher Ladespannung angeschaltet werden, und mit einer im Kollektor-Emitterkreis des *o Stelltransistors liegenden, zur Strommitkopplung dienenden weiteren primärseitigen Wicklung.

Eine derartige Steuerschaltung ist bereits bekannt (Supplement to IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, VoL AES-3. No. 6, Nov. 1967, Seiten 410 bis 416). Der Steuerimpulsübertrager arbeitet bei einer derartigen Steuerschaltung während der Einschaltdauer des Stelltransistors als Stromwandler und entnimmt die erforderliche Steuerleistung nach dem Prinzip der Strommitkopptung dem Kollektor-Emitter- so kreis des Stelltransistors. Die Strommitkopplung wird durch einen Einschaltimpub aus einer der Ansteuerwicklungen eingeleitet Während seiner Sperrzeit, die mit einem entsprechenden Sperrimpuls beginnt, erhält der Stelltransistor eine Sperrspannung aus der Abma- ss gnetisierung des Steuerimpulsübertragers. Bei der bekannten Steuerschaltung muß davon ausgegangen werden, daß die beiden primlreeiligen Ansteuerwick* lungen zur Erzeugung der Einschalt- und Sperrimpulse gleich groß, d. h. mit gleicher Windungszahl ausgebildet sind.

Im Betrieb von Gleichspannungswandlern mit derartigen Steuerschaltungen hat sich jedoch gezeigt, daß im Leerlauf· und Kurzschlußfall, die durch sehr kurze Einschaltzeiten des Stelltransistors gekennzeichnet sind, μ eine ungewollte vorzeitige Wiedereinschaltung durch Störimpulse auftreten kann. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Spannungszeitfläche am Steuerimpulsübertrager infolge der kurzen Einschaltdauer des Stelltransistors entsprechend vermindert und kleiner als die durch den Sperrimpuls gegebene Spannungszeitfläche wird, so daß die Abmagnetisierungsspannung das gleiche Vorzeichen wie der Einschaltimpuls erhält

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Steuerschaltung für Gleichspannungswandler so zu verbessern, daß im Kurzschluß- und Leerlaufbetrieb die Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Windungszahlverhältnis der Ansteuerwicklung für die Einschaltimpulse zur Ansteuerwicklung für die Sperrimpulse kleiner als 1, vorzugsweise erheblich kleiner als 1, bemessen ist und daß ferner zwischen der Ansteuerwicklung für die Sperrimpulse und dem Steuerimpulsgenerator eine Diode eingefügt ist

Durch diese Maßnahmen kann die Spannungszeitfläche des Sperrimpulses so klein gehalten werden, daß auch im Kurzschluß- und Leerlauffall die Abmagneiisierung des Steuerimpulsübertragers während der Sperrzeit des Stelltransistors negativ bleibt und eine unerwünschte Wiedereinschaltung des Stelltransistors unmöglich ist Die Ausräumzeit des Stelltransistors wird dabei nur unwesentlich vergrößert, wenn der Widerstand im Ausräumkreis ausreichend niederohmig gehalten wird.

Die zwischen der Ansteuerwicklung für die Sperrimpulse und dem Steiierimpulsgenerator vorgesehene Diode hat den Vorteil, daß auch bei größerem Tastgrad des Stelltransistors die Abmagnetisierung des Steuerimpulsübertragers gewährleistet ist Die Diode verhindert nämlich eine Rückspeisung der Ansteuerwicklung für die Sperrimpulse in den Steuerimpulsgenerator.

Die Verringerung der übersetzten Sperrspannung hat den weiteren Vorteil, daß für eine bedarfsweise erhöhte Schaltfrequenz des Stelltransistors eine größere Sicherheitsreserve geschaffen wird.

In gleichem Maße wie die Sperrspannungsamplitude durch das große Übersetzungsverhältnis der entsprechenden Wicklung des Steuerimpulsübertragers kleiner wird, verringert sich auch die übersetzte Ausräum-Stromamplitude. Das hat zur Folge, daß der Ausgangstransistor des Steuerimpulsgenerators ein wenig belastbarer Transistortyp mit wesentlich kleinerer Speicherzeit sein kann.

Die Erfindung wird anhand eines in der Figur dargestellten Schaltungsbeispiels näher erläutert

Die Figur zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Durchflußwandlers.

Eine Gleichspannung Ui wird mittels eines periodisch gesteuerten Stelltransistors Ts mit einem Steuerimpulsübertrager 0, einem Transformator Tr und einer Gleichrichter-Siebschaltung Di, D% Ls, C2 in eine Gleichspannung L/2 umgesetzt Der Stelltransistor Ts wird mittels eines Steuerimpulsübertragers Oi in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und des Kollektorstromes gesteuert

Die Wirkungsweise der Schaltung entspricht der eines bistabilen Schalters ähnlich einem Selbsthalterelais. Ober die Steuerwicklung /V3 des Steuerimpulsübertragers wird der Schaltzustand durch alternativ gepolte kurze Impulse aus einem Steuerteil periodisch umgeworfen, der dann bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Impulses bestehen bleibt Der über eine Wicklung JVI an den Steuerkreis des Stelltransistors rückgekoppelte Strom hält den leitenden Zustand bis

zum Sperrimpuis aufrecht. Ein im Steuerteil enthaltener Taktgeber bestimmt die Folgefrequenz und den maximalen Tastgrad. Nach Bedarf wird der Tastgrad entweder vom Regler in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung t/2 oder mittels eines Stromwandlers W zur Strombegrenzung bei Überschreitung eines maximal zulässigen Kollektor-Spitzenstromes verringert

Durch Änderung des Tastgrades der vom Steuerimpulsgenerator gelieferten Steuerimpuls erfolgt die Regelung der Ausgangsspannung Wl in Abhängigkeit von der Regelabweichung und die Strombegrenzung unter Verwendung einer Strombegrenzungsschaltung Sib. Die Regelabweichung wird in einem Regeiverstärker R gewonnen, verstärkt und durch einen Regelumsetzer Rg in eine entsprechende Änderung des Tastgrades verwandelt. Außer der verstärkten Regelabweichung liegt am Eingang des Regelumsetzers Rg die. Meßgröße der Strombegrenzungsschaltung Stb, die eingangsseitig an einen Meßstromwandler W angeschlossen ist, und eine frequenzkonstante Taktspannung des Taktjjenerators T. An den Ausgang des Regelumsetzers ist der Steuerimpulsgenerator angeschlossen, der aus einer Einschaltstufe mit dem Schalttransistor Ts 1 und einem als Monoflop ausgebildeten Sperrimpulsformer mit den Schalttransistoren Ts 2, 7s 3 besteht und zwei als Energiespeicher für die Erzeugung der Steuerimpulse dienende Kondensatoren CZ, CA enthält Die Spannung an den Kondensatoren wird durch eine Stabilisierungsschaltung Sta konstant gehalten.

Die beiden Ausgänge des Steuerimpulsgenerators für

die Einschalt und Sperrimpulse sind an die unterteilte Primärwicklung Λ/3 des Steuerimpulsübertragers Oi geführt Die primären Wicklungsteile brauchen also galvanisch nicht getrennt zu sein. Die Anschlüsse an der Primärwicklung sind dabei so gewählt, daß die Windungszahl für die Einschaltimpulse wesentlich kleiner ist als die für die Sperrimpulse. Der Steuerimpulsübertrager O \ übernimmt in Verbindung mit seiner Wicklung Ni als Stromwandler die Funktion eines Rückkopplungsübertragers, der während der Einschaürphase des Stelltransistors Ts die erforderliche Steuerenergie über die Wicklungen Ni, N2 an die Basäs-Emitterstrecke liefert.

Zur Erzeugung des Einschaltimpulses wird der Kondensator C3 kurzzeitig über die Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors Ts 1 an die Anschlüsse 1,2 der Primärwicklung N3 gelegt Den Sperrimpuis liefert der Kondensator C4 über den SchaJttransistor 7s 3 an die Anschluss 1,3 der Wicklung N 3 des Steuerimpulsübertragers. Beide Kondensatoren C3, L'4 werden Ober die Stabilisierungsschaltung Sta auf vorzugsweise annähernd gleiche Spannung aufgeladen.

Bei größerem Tastgrad kann die an den Transirtor Ts 3 übersetzte Abmagnetisierspannung größer werden als die Spannung am Kondensator CA. Um dies ungestört zu ermöglichen, ist die Einfügung einer Diode D3 zwischen Sperrwicklung und Transistor Ts3 nötig. Sonst könnte Transistor 7s 3 invers betrieben werden, was einen hinreichenden Anstieg der Abmagnctisierung verhindern würde. Der Steuerübertrager würde dann in die Sättigung laufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerschaltung für einen Gleichspannungswandler mit einem Steuerimpulsgenerator zur Steuerung eines im Leistungskreis des Gleichspannungswandlers liegenden, im Schaltbetrieb arbeitenden Stelltransistors und mit einem zwischen Steuerimpulsgenerator und Steuerstrecke des Stelltransistors angeordneten Steuerimpulsübertrager mit zwei primärseitigen Ansteuerwicklungen, die zur Erzeugung von Einschalt- bzw. Sperrimpulsen periodisch abwechselnd an je einen Speicherkondensator mit annähernd gleicher Ladespannung angeschaltet werden, ,md mit einer im Kollektor-Emitterkreis des Stellirans'Stors liegenden, zur Strommitkopplung dienenden weiteren primärseitigen Wicklung, d a durch gekennzeichnet, daß das Windungszahlverhältnis der Ansteuerwicldung für die Einschaltimpulse^tr Ansteuerwicldung für die Sperrimpulse kleiner aäs !,vorzugsweise erheblich kleiner als 1, bemessen ist und daß ferner zwischen der Ansteuerwicklung für die Sperrimpulse und dem Steuerimpulsgenerator eine Diode (D3) eingefügt ist.