DE2558199C2 - Gegentakt-Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

a)

b)

c)

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die monostabilen Multivibratoren (20, 21) unmittelbar durch den Oszillator (11) synchronisiert sind,

der erste Differenzverstärker (19) mit zwei Ausgängen versehen ist, die jeweils die Pulsbreite der monostabilen Multivibratoren (20,21) invers steuern,

ein zwrHer Differenzverstärker (15) vorgesehen ist, dessen einer Einging mit der Regelabweichung der Ausgangsspannung beaufschlagt und dessen anderer üing?^g einem ein sägezahnförmiges Impulssignal riefernden RC-CMea (16) zugeschaltet ist, und dessen Ausgang den beiden Konjunktionsgliedern (17 und 18) zugeschaltet ist,

ein dritter, durch den Oszillator (11) synchronisierter monostabiler Multivibrator (23) vorgesehen ist, der seinerseits das vom /?C-Glied (16) gelieferte Impulssignal synchronisiert und dessen Ausgang an einen Eingang des zweiten Differenzverstärkers (15) und die beiden Konjunktionsglieder (17 und 18) angeschlossen ist, um mittels der Pulslücken des gelieferten Impulssignals die maximale Pulsbreite der steuernden Ausgangsimpulse zu begrenzen.

Bei Gcgentakt-Gleichspannungswandlern können nun Unsymmetrien entstehen, die unter anderem durch unterschiedliche Sättigungsspannungen, unterschiedliche Steuersignale und Unterschiede in den Schaltzeiten der Halbleiter verursacht werden. Diese Unsymmetrien rufen Abweichungen in zwei aufeinanderfolgenden Spannungszeitflächefi hervor, welche wiederum zu einer unsymmetrischen Ansteuerung des Leitungstransformators führen. Hierdurch können unterschiedliche Belastungen der Halbleiter und damit eine thermische Überlastung herbeigeführt werden. Bei größeren Unsymmetrien können Sättigungserscheinungen im Transformator entstehen. Die dabei auftretenden hohen Spitzenströme können zur Zerstörung der Halbleiterbauelemente führen.

Solche Unsymmetnen können zum einen durch das Selektieren von Bauelementen elimiert werden dahingehend, daß beispielsweise nur Halbleiter mit geeigneten bzw. gleichen Kennlinien verwendet werden. Ein solches Vorgehen ist jedoch zeitraubend und kostspielig. Zudem können bei unterschiedlichem Temperaturgang hinsichtlich der Schaltzeiten der Halbleiter trotzdem noch Unsymmetrien auftreten.
Aus der DE-OS 25 05 642 ist bereits bekannt, zur Eliminierung dieser Unsymmetrien einen der monostabilen Multivibratoren zu beeinflussen. Weiterhin ist aus der DE-OS 20 62 294 bekannt, die Differenz der Ausgangsströme der steuerbaren Halbleitervorrichtungen den Multivibratoren zuzuführen, um eine Symme-

is trierang zu bewirken. Damit wird aber in die Regeltätigkeit des vorhandenen Regelkreises eingegriffen und es kann zur Schwingneigung kommen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Unsymmetrien im Gleichspannungswand-Ier mit einem geringen Aufwand an Bauelementen zu eliminieren, ohne dabei den vorhandenen Regelkreis zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches durch die Kennzeichen der Merkmale des Patentanspruches gelöst. Mit der Maßgabe, daß die Summe der Spannungszeitflächen nicht verändert ist, tritt keinerlei Beeinflussung des vorhandenen Regelkreises zur Regelung einer konstanten Ausgangsspannung auf, so daß auch keine Schwingneigung im Regelkreis erwachsen kann. Die durch die steuerbaren Halbleitervorrichtungen auftretenden Unsymmetrien sind damit bei einem nur sehr geringen Aufwand an Bauelementen völlig eliminiert.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. I das Blockschaltbild eines Gegentakt-Gleichspannungswandlers;

F i g. 2 das Blockschaltbüd des du Zerhackerschalter ansteuernden Pulsbreitenmodulators;

Fig. 3 zeitliche Impulsfolgen an verschiedenen diskreten Schaltungspunkten;

F i g. 4 einen Ausschnitt des Blockschaltbildes gemäß der Fig. I.

Gemäß der Fig. I ist der Gleichspannungswandler im wesentlichen aus der Gleichspannungsquelle 1, aus einem aus den Transistoren 2 und 3 gebildeten Zerhacker, aus dem Wandlertransformator 4 und einem Gleichrichter 5 gebildet. Die Primärwicklungen 4.1 und 4.2 des Wandlertransformators sind hintereinander geschaltet, wobei die Primärwicklung 4.1 im Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 2 und die Primärwicklung 4.2 im Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 3 angeordnet ist. Der Gleichspannungsquelle 1 ist ein Filter 6 zugeschaltet, welches im wesentlichen als Entstörglied Rückstörungen aus dem Zerhackerkreis in die Gleichspannungsquelle verhindern soll. Die durch das Filter 6 entstörte Gleichspannung ist den beiden Primärwicklungen 4.1 und 4.2 des Wandlertransformators zugeschaltet. Die Sekundärwicklung 4,3 ist aus Symmetriegründen und zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades zusammen mit dem Gleichrichter 5 in Mittelpunktschaltung ausgeführt. Der Gleichrichter 5 ist mit Gliedern zur Funkentstörung sowie Glättungsfilter!! zur Glättung der gleichgerichteten Ausgangsspannung; versehen. Die gleichgerichtete, geglättete, entstörte Ausgangsspannung liegt an den Ausgangsklemmen 7

und 8 an,

Uie Ansteuerung der Transistoren erfolgt durch einen Pulsbreitenmodulator 9 über an den Schaltpunkten 9.1 und 9.2 angeschlossene pulsverstärkende Treiberstufen 10. Der Pulsbreitenmodulator 9 ist durch einen am Schaltpunkt 9,3 angeschlossenen Oszillator 11 getaktet. Die am Ausgang des Gleichrichters 5 anliegende Gleichspannung ist über einen Regelverstärker 12 auf den Pulsbreitenmodulator 9 rückgeführt (Schaltpunkt 9.4). Aus Sicherheitsgründen ist dem Pulsbreitenmodulator 9 am Schaltpunkt 9.5 ein Schutzkreis 13 zugeschaltet, welcher den Gleichspannungswandler bei auftretenden Störungen auf elektronischem Wege abschaltet. An Schaltpunkten 9.6 und 9.7 des Pulsbreitenmodulators 9 ist eine externe Gleichspannungsquelle 14 geschaltet, deren Spannungswerte einstellbar sind.

Der Pulsbreitenmodulator 9 gemäß der F i g. 2 ist im wesentlichen aus einem Differenzverstärker 15 gebildet, dessen einer Eingang 15.1 mit Sägezahnimpulsen aus einem externen RC-GWed 16 beaufschlagt ist. Dem anderen Eingang 15.2 ist die vom Ausgang des Gleichrichters 5 des Gleichspannungswandler über den Regelverstärker 12 rückgeführte Gleichspannung zugeschaltet (Schaltpunkt 9.4). Der Ausgang 153 des Regel Verstärkers ist auf zwei Konjunktionsglieder 17, 18 geschaltet, deren Ausgänge die Schaltpunkte 9.1 und 9.2 bilden. Der Pulsbreitenmodulator 9 ist mit einem weiteren Differenzverstärker 19 versehen, dessen Eingänge mit den Schaltpunkten 9.6 und 9.7 verbunden sind. Seinen Ausgängen sind je ein mcnostabiler Multivibrator 20 und 21 nachgeschaltet. Der Ausgang des Multivibrators 20 ist dem Konjunktionsglied 17, der Ausgang des Multivibrators 21 dem Konjunktionsglied 18 zugeschaltet. Die beiden Multivibratoren 20 und 21 sind durch den Oszillator 11 getaktet (Schaltpunkt 9.3). Der Oszillator 11 ist über den Schaltpunkt 9.3 mit einem Frequenzteiler 22 verbunden. Der Frequenzteiler 22 ist ausgangsseitig an die Konjunktionsglieder 17 und IS geschaltet. Der Frequenzteiler liefert den Konjunktionsgliedern 17 und 18 jeweils inverse Impulssignale. Ein weiterer monostabiler Multivibrator 23, ebenfalls durch den Oszillator 11 getaktet (Schaltpunkt 9.3), ist ausgangsseitig ebenfalls auf die beiden Konjunktionsglieder geführt. Er ist ausgangsseitig weiterhin mit dem den Sägezahnimpuls aus dem RC-GWed 16 führenden Eingang 15.1 des Differenzverstärkers 15 verbunden.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemiiß den F i g. 1 und 2 ist folgende:

Die aus der Gleichspannungsquelle 1 gelieferte Gleichspannung, durch das Filter 6 entstört, wird durch das periodische, um 180 elektrische Grad gegeneinander phasenverschobene Ein- und Ausschalten der Transistoren 2 und 3 zerhackt, über die Primärwicklungen 4.1 und 4.2 auf die Sekundärwicklung 4.3 des Wandlertransformators 4 transformiert, durch den Gleichrichter 5 wiederum gleichgerichtet, geglättet und entstört und steht an den Ausgangsklemmen 7 und 8 des Gleichspannungswandlers zur Verfügung. Die Transistoren 2 und 3 sind durch den Pulsbreitenmodulator 9 gesteuert.

Zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers wird eine Spannungsregelung vorgenommen, dergestalt, daß die Spannung am Ausgang des Gleichrichters 5 über den Regelverstärker 12 und den Schaltpunkt 9.4 auf den Eingang 15.2 des Differenzverstärkers 15 des Pulsbreitenmodiilators 9 rückgeführt ist. Der zweite Eingang 15.1 des Differenzverstärkers 15 ist mit den vom RC-GWed 16 gelieferten Sägezahnimpulsen beaufschlagt. Die vom Oszillator 11 gelieferte, am Schaltpunkt 9,3 stehende Impulsfolge ist in der F i g. 3a dargestellt. Der vom Oszillator 11 getaktete, monostabile Multivibrator 23 liefert die in der Fig.3b dargestellten Synchronimpulse, welche die Sägezahnimpulse aus dem externen RC-GWed 16 synchronisieren. Am Eingang des Differenzverstärkers 15 steht die in der F i g. 3c dargestellte Impulsfolge, bei welcher den mit den Synchronimpulsen aus dem

ίο Multivibrator 23 synchronisierten Sägezahnimpulsen eine der rückgeführten Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung überlagert ist Am Ausgang des Differenzverstärkers 15 steht dann demzufolge eine Impulsfolge, wie sie in der F i g. 3b dargestellt ist Diese

is Impulsfolge ist den Konjunktionsgliedern 17 und 18 zugeführt Die Pulsbreite der Aiisgangsimpulse am Differenzverstärker 15 ist abhängig von der Regelabweichung der Gleichspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers. Die in der Fig.3b dargestellten Sjnchronimpulse werden auch auf die Konjunktionsglieder 17 und 18 geführt fvO.iels dieser Impulse soil eine impuiiüberiappung verbinder. werden, um bei maximaler Breite der steuernden Ausgangsimpulse sicherzustellen, daß der eine Transistor bereits abgeschaltet hat, wenn der andere einschaltet.

Mi« «eis des Frequenzteilers 22 werden die in der Fig.3a dargestellten Oszillatorimpulse untersetzt und den Konjunktionsgliedern 17 und 18 jeweils invers zugeführt; die dem Konjunktionsglied 17 zugeführte Impulsfolge ist in der F i g. 3e, die dem Konjunktionsglied 18 zugeführte Impulsfolge in der Fig.3j dargestellt.

An den Eingängen des Differenzverstärkers 19 des Pulsbreitenmoduiators 9 (Schaltpunkte 9.6,9.7) liegt die Gleichspannung aus der Gleichspannungsquelle 14. Diese Gleichspannung ist einstellbar. Der eingestellte Gleichspannungswert ist so groß, daß er der Differenz der Ausgangsströme der Transistoren entspricht. Die Impulsbreiten an den Ausgängen der an den Ausgängen des Differenzverstärkers 19 geschalteten Multivibratoren 20 und 21 sind nun abhängig von dieser Gleichspannung invers so verändert, daß die Summe ihrer Spannungszeitflächen nicht verändert ist.

Die Impulsfolge am Ausgang des Multivibrators 20 ist

4^r> in den Fig.3f und 3h dargestellt, und zwar zeigt die Fig.3f die Impulsfolge bei Symmetrie, d.h. die Differenz der Ausgangsströme ist gleich Null, und die Fig. 3h die Impulsfolge bei Unsymmetrie, d.h. die Differenz der Ausgangsströme ist ungleich Null. Die Impulsfolge am Ausgang des Multivibrators 21 ist in den Fig. 3k und 3m dargestellt. Die Fig. 3k zeigt die Impulsfolge bei Symmetrie, welche gleich der in der F i g. 3f gezeigten Impulsfolge ist. Die F i g. 3m zeigt die Imp'.iiiifolge bei Unsymmetrie. Verglichen mit den Impulsfolgen in Fig. Jf und 3k sind die Spannunpszeilflächen der Impulsfolge gemäß der Fig.3h um genau denselben Betrag größer, um den sie in der Impulsfolge 3m kleiner sind, so daß keine Beeinträchtigung des vorhandenen Regelkreises .tür Spannungsregelung erfolgt.

Durch die Konjunktionsglicder 17, 18 werden die Impulse verarbeitet. Die Ausgangsimpulse dir iionjunkiionsglieder entstehen auf die folgende Weise:
Der Periodenbeginn ist jeweils vom Osziliatorsignal

b"> vorgegeben. Impulse werden nur gebildet, wenn eine Spannungszeitfläche der durch den Frequenzteiler 22 gebildeten Impulsfolge (F i g. 3e, 3j) vorgegeben ist. Die rechte Impulsflanke ist jeweils durch Impulse der aus

dem Pulsbreitenmodulator gebildeten Impulsfolge (Fig. 3d) bestimmt. Die linke Impulsflanke ist jeweils durch die Impulse der aus dem monostabilen Impulsvibrator 20, 21 gebildeten Impulsfolge bestimmt. Die Impulsfolgen am Ausgang des Konjunktionsgliedes 17 sind in den Fig.3g und 3i dargestellt, und zwar in der Fig. 3g bei Symmetrie und in der Fig. 3i bei Unsymmetrie. Die Impulsfolgen am Ausgang des Konjunktionsgliedes 18 sind in den Fig. 31 und 3n dargestellt, und zwar in der F i g. 31 bei Symmetrie und in der F i g. 3n bei Unsymmetrie. Die Ausgangsimpulse der Konjiinktionsglieder 17 und 18 steuern die Transistoren 2 und 3 derart, daß deren Spannungszeitflächen gleich groß, d. h. symmetrisch sind.

Dem monostabilen Multivibrator 23 ist über den Schaltpunkt 9.5 des Pulsbreitenmodulators 9 auch der Schutzkreis 13 zugeschaltet, so daß bei auftretenden Störungen der Pulsbreitenmodulator 9 durch den Multivibrator 23 abgeschaltet werden kann.

dargestellt. Hier ist die Differenz der Ausgangsströme der Transistoren 2 und 3 mittels eines zusätzlichen Transformators 24 erfaßt.

Die Primärwicklung 24.1 des Transformators 24 ist

<> zwischen die Primärwicklungen 4.1 und 4.2 des Wandlertransformators 4 geschaltet. Die Sekundärwicklung 24.2 des Transformators 24 ist mit zwei Ventilen 25 und 26 in Mittelpunktschaltung angeordnet, wobei die Kathoden der Ventile mit dem Mittelpunkt

ίο über jeweils einen Kondensator 27 und 28 verbunden sind. Diese Mittelpunktschaltung ist anstelle der einstellbaren Gleichspannungsquelle 14 an die Schalt punkte 9.6 und 9.7 des Pulsbreitenmodulators 9 geschaltet. Hiermit ist es möglich, durch Temperatur-

ii gang. Alterung und ähnliche bedingte Veränderungen der Ausgangsströme /u erfassen und eine Synimetriere gelling zu bewerkstelligen, ohne dabei den zur Spannungsregelung vorhandenen Regelkreis des Cileichspannungswandlcrs zu beeinflussen.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Geregelter Gegentakt-Gleichspannungswandler mit einem aus zwei steuerbaren Halbleitervorrichtungen gebildeten Zerhacker zum Zerhacken einer von einer Gleichspannungsquelle gelieferten Spannung, einem Wandlertransformator zur Speisung eines Ausgangsgleichrichters, einem die Ausgangsspannung auf konstante Werte regelnden Regelkreis und einem Pulsbreitenmodulator, der abhängig von der Regelabweichung die beiden Halbleitervorrichtungen steuert und zwei Konjunktionsglieder, denen jeweils inverse Impulse aus einem einen Oszillator nachgeschalteten Frequenzteiler mit einem Teilungsverhältnis von 2 :1 und die Ausgangsimpulse zweier durch einen Oszillator synchronisierter, monostabiler Multivibratoren zugeführt sind, sowie einen ersten Differenzverstärker umfaßt, zwischen dessen Eingänge eine der Differenz der Ausgangsströme der steuerbaren Halbleitervorrichtungen proportionale Spannung angelegt ist, von dem ein Ausgang den monostabiien Müilivibraioren zugeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß