DE2544006A1

DE2544006A1 - Push pull DC voltage converter - has energy recovery circuit and controller to increase keying ratio for low output

Info

Publication number: DE2544006A1
Application number: DE19752544006
Authority: DE
Inventors: Hans Heinisch
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1977-04-07

Abstract

A push-pull dc voltage converter has an energy recovery circuit with an inductance (L1) in the transformer (Tr) positive supply wire (+) and with a second inductance L2) tightly coupled with the first. One terminal of the second inductance is connected to the negative supply wire (-), and the other through a diode (D) in the forward direction, to the input terminal of the positive supply wire. A capacitor (C) is inserted between the two input terminals. A control circuit operates a control unit so that they keying ratio is increased when the output voltage falls, and vice-versa.

Description

" Gegentaktgleichspannungswandler " "Push-pull DC voltage converter"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegentaktgleichspannungswandler mit einem Steuerteil und von diesem geschalteten Halbleiterschaltern und einem Transformator mit mindestens einer Sekundärwicklung mit anschließender Gleichrichtung und Glättung.The invention relates to a push-pull DC voltage converter with a control part and semiconductor switches switched by this and a transformer with at least one secondary winding with subsequent rectification and smoothing.

Es gibt Spannungswandlerschaltungen, die aus einer höheren Eingangsspannung eine niedrigere Ausgangsspannung erzeugen. Es sind auch verschiedene Schaltungen zur verlustarmen Regelung von Spannungen mit Einktaktspannungswandlern bekannt. Deren Nachteil ist die geringe Leistung, die übertragen werden kann.There are voltage converter circuits that operate from a higher input voltage produce a lower output voltage. There are also different circuits known for the low-loss regulation of voltages with single-ended voltage converters. Their disadvantage is the low power that can be transmitted.

Ferner sind geregelte Gegentaktwandlerschaltungen bekannt, die über den Spannungsabfall an den Schalttransistoren regeln. Sie haben einen sehr schlechten Wirkungsgrad.Furthermore, regulated push-pull converter circuits are known that have regulate the voltage drop across the switching transistors. You have a very bad one Efficiency.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spannungswandler mit sehr konstanter Ausgangsspannung und hohem Wirkungsgrad sowie geringe. Schaltungsaufwand zu schaffen.It is the object of the invention to provide a voltage converter with a very constant Output voltage and high efficiency as well as low. To create circuit complexity.

Dieie Aufgabe wird gelöst durch die Kombination einer Energierückgewinnungsschaltung - bestehend aus einer ersten Induktivität in der positiven Versorgungsleitung des Transformators, aus einer zweiten Induktivität, die mit der ersten Induktivität magnetisch eng gekoppelt ist und deren einer Anschluß zur negativen Versorgungsleitung, deren anderer Anschluß über eine Diode in Durchlaßrichtung zur Eingangsklemme der positiven Versorgungsleitung führt, und einem Kondensator zwischen den beiden Eingangsklemmen der Versorgungsleitung - mit einer an sich bekannten Regelschaltung, welche auf den Steuerteil im Sinne einer Vergrößerung des Tastverhältnisses einwirkt, wenn die Ausgangsspannung kleiner wird und umgekehrt.The object is achieved by the combination of an energy recovery circuit - Consists of a first inductance in the positive supply line of the Transformer, made up of a second inductor that is identical to the first inductor is magnetically closely coupled and one connection to the negative Supply line, the other connection via a diode in the forward direction to Input terminal of the positive supply line leads, and a capacitor between the two input terminals of the supply line - with one known per se Control circuit, which on the control part in the sense of an increase in the duty cycle acts when the output voltage decreases and vice versa.

Das Gerät erzeugt aus einer schwankenden Eingangsgleichspannung je nach Anzahl der Sekundärwicklungen mehrere voneinander potentialfreie und stabile Augangsspannungen und hat durch Energierückgewinnung einen hohen Wirkungsgrad unabhängig von der Höhe der Eingangsspannung.The device generates from a fluctuating input DC voltage each Depending on the number of secondary windings, several stable and potential-free from each other Output voltages and has a high degree of efficiency thanks to energy recovery on the level of the input voltage.

Die Zeichnung zeigt schematisch die Prinzipochaltung eines Gegentaktgleichspannungswandlers nach der Erfindung. Sie besteht zunächst aus einem üblichen Transformator Tr mit einer Primärwicklung W1 mit Mittelanzapfung und in diesem Beispiel aus drei Sekundärwicklungen W2, W3 und W4 mit anschließenden Gleichrichterdioden und Glättungskondensatoren in üblicher Weise.The drawing shows schematically the principle circuit of a push-pull DC voltage converter according to the invention. It initially consists of a conventional transformer Tr with a primary winding W1 with a center tap and in this example from three secondary windings W2, W3 and W4 with subsequent rectifier diodes and smoothing capacitors in the usual way.

Anfang und Ende der Primärwicklung sind über die Sollektor-Emitter-Strecke je eines Schalttransistors T1, T2 mit dem Minuspol - der Versorgungsspannung UE verbunden. Die beiden Transistoren T1 und T2 werden von einem üblichen Steuerteil ST wechselweise auf- und zugesteuert. Zwischen Pluspol + der Versorgungsspannung und der Mittelanzapfung von W1 liegt eine erste Induktivität L1, an welcher die Spannungsdifferenz zwischen der Eingangsspannung UE und der zum Tran-form4eren benötigten Spannung UW abfällt. Eine zweite Induktivität L2 ist mit der ersten magnetisch eng gekoppelt, sie ist auf der einen Seite mit dem Minuspol der Eingangsspannung UE und auf der anderen Seite über eine Diode D, die in Durchlaßrichtung zum Pluspol der Eingangsspannung gepolt ist, mit diesem Pluspol der Eingangsspannung verbunden. Zwischen Pluspol und Minuspol der Eingangsspannung ist ein Kondensator C geschaltet. Des weiteren ist ein üblich beschalteter Regelverstärker RV vorhanden, der abhängig vom Istwert I der Ausgangs spannung UA4 der Sekundärwicklung W4, der mit einem konstanten Sollwert S verglichen wird, ein der Regelabweichung zugeordnetes Signal R an den Steuerteil ST zur Verstellung der Steuerzeiten für die Transistoren T1 und T2 abgibt.The beginning and end of the primary winding are via the collector-emitter path One switching transistor T1, T2 each with the negative pole - the supply voltage UE tied together. The two transistors T1 and T2 are controlled by a conventional control part ST alternately opened and closed. Between the positive pole + the supply voltage and the center tap of W1 is a first inductance L1 to which the Voltage difference between the input voltage UE and that required for the transformation Voltage UW drops. A second inductance L2 is magnetically close to the first coupled, it is on one side with the negative pole of the input voltage UE and on the other side via a diode D, which is in the forward direction to the positive pole the Input voltage is polarized, connected to this positive terminal of the input voltage. A capacitor C is connected between the positive pole and the negative pole of the input voltage. There is also a customarily wired control amplifier RV, which is dependent from the actual value I of the output voltage UA4 of the secondary winding W4, which with a constant Setpoint S is compared, a signal R assigned to the control deviation to the Control part ST for adjusting the control times for the transistors T1 and T2 emits.

Der Steuerteil erzeugt zunächst ein Signal mit konstanter Frequenz zum wechselweisen Durchschalten der beiden Transistoren. Die Durchschaltzeit ist vom Regelverstärker RV über den Steuerteil modulierbar, so daß zwischen dem wechselweisen Durchschalten der Transistoren eine Sperrzeit entstehen kann, in der kein Strom fließt. Der Strom durch die Induktivität Lt und damit der Spannungsabfall an dieser hängt vom Tastverhältnis der Transistoren ab. Während der Durchschaltzeit steigt der Strom durch Lt praktisch linear mit der Zeit. Während der Sperrzeit gibt die Induktivität L2 über die Diode D Energie über den Kondensator C parallel zur Eingangsspannung zurück, was beim nächsten Schaltvorgang einen geringeren Strom durch Lt zur Folge hat.The control part first generates a signal with a constant frequency to switch through the two transistors alternately. The switching time is can be modulated by the control amplifier RV via the control unit, so that alternate between the By switching the transistors through, a blocking time can arise in which there is no current flows. The current through the inductance Lt and thus the voltage drop across it depends on the duty cycle of the transistors. Increases during the switching time the current through Lt is practically linear with time. During the blocking period, the Inductance L2 through diode D Energy through capacitor C in parallel with the input voltage back, which results in a lower current through Lt during the next switching process Has.

Als Istwert für die Regelung wirkt eine der Ausgangsspannungen U1 bis UA4, in diesem Beispiel UA4. Die Ausgangsspannung wird somit konstant gehalten. Bei größerer Eingangsspannung UE entnimmt der Wandler entsprechend weniger Strom und umgekehrt, so daß die aufgenommene Leistung annähernd unabhängig von der Höhe der Eingangsspannung ist. Die Energierückgewinnung kann auch dadurch erfolgen, daß anstelle von Lt, L2, D und C in die positive Ausgangsleitung jeder Ausgangsspannung zwischen Gleichrichterdiode und Glättungskondensator eine Induktivität eingefügt wird.One of the output voltages U1 acts as the actual value for the regulation to UA4, in this example UA4. The output voltage is thus kept constant. If the input voltage UE is higher, the converter draws correspondingly less current and vice versa, so that the power consumed is almost independent of the altitude the input voltage. The energy recovery can also take place in that instead of Lt, L2, D and C in the positive output lead of each output voltage An inductance is inserted between the rectifier diode and the smoothing capacitor will.

Claims

Claim push-pull DC voltage converter with a control section and from this switched semiconductor switches and a transformer with at least a secondary winding with subsequent rectification and smoothing through the combination of an energy recovery circuit - consisting of a first inductance (lot) in the positive supply line (+) of the transformer (Wt in Tr), from a second inductance (L2) that corresponds to the first inductance is magnetically closely coupled and one connection to the negative supply line (-), the other connection via a diode (D) in the forward direction to the input terminal the positive supply line leads, and a capacitor (C) between the two Input cleanliness of the supply line - with a known control circuit (RV), which on the control part (ST) in the sense of increasing the duty cycle acts when the output voltage decreases and vice versa.