DE2603174C3

DE2603174C3 - Steuerschaltung für Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2603174C3
Application number: DE19762603174
Authority: DE
Inventors: Robert 8031 Stockdorf Nicolaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1976-01-28
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2603174A1; DE2603174B2

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 und Steuerstrecke des Stelltransistors angeordneten Steuerimpulsübertrager mit zwei primärseitigen Ansteuerwicklungen, von deinen die eine zum Einschalten und die andere zum Sperren des Stelltransistors dient, und mit einer im Kolleklior-Emitterkreis des Stelltransistors liegenden, zur Strommitkopplung dienenden weiteren primärseitigen Wicklung, wobei die Ansteuerwicklung zum Einschalten des Stelltransistors an den Steuerimpulsgenerator angeschlossen ist.

Eine derartige Schaltung ist bereits bekannt (Supplement to IEEE Transaction an Aerospace and Electronic Systems, Bd. AES-3, Nr. 6, Nov. 1967, S. 410 bis 416). Der Steuerimpulsgenerator dieser Schaltung ist ein Schmitt-Trigger, der zur Erzeugung der Einschalt- und Sperrimpulse über zwei Steuertransistoren je einen von zwei Speicherkondensatoren abwechselnd an eine der beiden Ansteuerwicklungen schaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerschaltung erheblich zu vereinfachen, ohne daß dadurch die Ansteuerung des Stelltransistors verschlechtert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Steuerschaltung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ansteuerwicklung zur Sperransteuerung über eine mit dieser in Reihe geschaltete Diode mittels eines gesteuerten Halbleiterschalters jeweils während der Sperrphase des Stelltransistors kurzgeschlossen ist

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuerschaltung bewirkt den Sperrvorgang des Stelltransistors nicht durch einen besonderen Sperrimpuls, sondern durch Ausnutzung einer durch die Speicherladung selbst im Stelltransistor erzeugten Potentialgefälles, wenn der Außenwiderstand an der Basis-Emitterstrecke des

to Stelltransistors sehr klein gehalten wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Windungszahlverhältnis der Ansteuerwicklung für die Einschaltimpulse zur Ansteuerwicklung für die Sperransteuerung kleiner als 1 bemessen. Die Wahl des Windungszahlverhältnisses erfolgt dabei nach dem Gesichtspunkt, daß die von der Speicherladung im Stelltransistor erzeugte Spannung zu seiner Selbstausräumung größer ist als die übersetzte Durchlaßspannung der im Sperransteuerkreis zur Entkopplung vorgesehenen Diode und daß durch eine genügend hohe Übersetzung die Dioden-Schwellenspannung als praktisch vernachlässigbare Gegenspannung in den Steuerkreis des Stelltransistors transformiert wird, um eine ausreichende Annäherung an den angestrebten Kurz schluß der Basis-Emitterstrecke zu erzielen.

Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert. In der Figur ist die vereinfachte Schaltung eines fremdgesteuerten Durchfluß-Umrichters dargestellt, dessen Steuerimpulsübertrager in bekannter Weise zusätzlich als Stromwandler zur Rückkopplungssteuerung benutzt wird.

Eine Gleichspannung UX wird mittels eines periodisch gesteuerten Stelltransistors Ts über einen Transformator 7rund eine Gleichrichter-Siebschaltung Dl₁ D2, L, C2 in eine Gleichspannung U2 umgesetzt. Der Stelltransistor Ts wird von einem Steuerimpulsübertrager L in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und des Kollektorstromes gesteuert.

Die Wirkungsweise der Schaltung entspricht der

eines bistabilen Schalters ähnlich einem Selbsthalterelais. Über die Steuerwicklung N 3 des Steuerimpulsübertragers wird die leitende Phase des Stelltransistors durch kurze impulse eingeleitet und bleibt dann bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Impulses bestehen. Der über eine Wicklung Ni an den Steuerkreis des Stelltransistors rückgekoppelte Strom hält den leitenden Zustand bis zur Sperrung aufrecht. Der im Steuerteil enthaltene Taktgeber T bestimmt die Folgefrequenz, der Regelumsetzer Rg den maximalen

so Tastgrad. Nach Bedarf wird der Tastgrad vom Regler entweder in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Ausgangsspannung LJ 2 oder mittels eines Stromwandlers Wund einer Überwachungsschaltung Stb zur Strombegrenzung bei Überschreitung eines maximal zulässigen Kollektor-Spitzenstromes verringert.

Die Regelabweichung wird in einem Regelverstärker R gewonnen, verstärkt und durch den 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 den Meßstromwandler IVangeschlossen ist, und eine frequenzkonstante Taktspannung des Taktgenerators T. An den Ausgang des Regelumsetzers ist der Steuerim-

b5 pulsgenerator angeschlossen, der aus einer Einschaltstufe mit dem Schalttransistor Ts 1 und mit einem Schalttransistor Ts 2 zur Sperrung des Stelltransistors besteht und einen als Energiespeicher für die Erzeugung

der Einschaltimpulse dienenden Kondensator C3 enthält. Die Ladespannung für den Kondensator Ci vird einer Hilfsspannungsschaltung Hsp entnommen, die keine besonderen Maßnahmen zur Spannungsstabilisierung erfordert.

Eine Einrichtung zur Erzeugung von Sperrimpulsen zur Einleitung der Sperrphase des Stelltransistors wird nicht benötigt

Der Ausgang des Steuerimpulsgenerators für die Einschaltimpulse ist an den Teil 2-3 der Primärwicklung N3 des Ste:serimpulsübertragers Ü geführt. Die Anschlüsse 1—3 der Wicklung N 3 sind über eine Entkopplungsdiode D 3 mit Emitter und Kollektor des Schalttransistors 7s2 verbunden. Die primären Wicklungsteile brauchen also galvanisch nicht getrennt zu sein. Die Anschlüsse an der Primärwicklung sind dabei so gewählt daß die Windungszahl für die Übertragung der Einschaltimpulse wesentlich kleiner ist als die für die Spen ansteuerung vorgesehene. Der Steuerimpulsübertrager Ü übernimmt in Verbindung mit seiner Wicklung /Vl als Stromwandler die Funktion eines Rückkopplungsübertragers, der während der Einschaltphase des Stelltransistors Ts den erforderlichen Steuerstrom über die Wicklungen /Vl, N 2 an die Basis-Emitterstrecke liefert.

Zur Erzeugung des Einschaltimpulses wird der Kondensator C3 kurz.Htig über die Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors TsI an die Anschlüsse 1, 2 der Primärwicklung N 3 gelegt.

Während der Sperrzeit des Stelltransistors wird dem Steuerimpulsübertrager keine äußere Sperrspannung eingeprägt, sondern die Sperrung durch Kurzschluß der Basis-Emitterstrecke erzwungen.

Dazu wird der Schalttransistor 75 2, dessen Kollektor-Emitterstrecke an den Klemmen 1—3 der Primärwicklung N3 angeschlossen ist, während dieser Zeit vom Regelumsetzer Rg leitend gesteuert. Wegen der Verwendung des zwischen dem Stelltransistor Ts und dem Schalttransistor Ts 2 liegenden Steuerimpulsübertragers Ü erfomert die Sperransteuerung ohne Sperrimpulse besondere Schaltungsmaßnahmen.

Der während der Einschaltdauer des Stelltransistors aufmagnetisierte Übertrager muß während der Sperrphase wieder abmagnetisiert werden, damit nicht schon nach kurzer Zeit der Sättigungszustand erreicht ist. In der Schaltung ist deshalb die Diode D 3 vorgesehen, die gegen Ende des Ausräumvorganges den Übertrager vom ansteuernden Schalttransistor Ts 2 abtrennt und dadurch die freie Abmagnetisierung des Übertragers einleitet.

Die Abmagnetisierspannung wirkt am Stelltransistor bis zur Wiedereinschaltung als Sperrspannung.

Da die Durchlaßspannung der Diode etwas größer ist als die von der Speicherladung im Stelltransistor Ts erzeugte Potentialdifferenz zur Selbstausräumung, kann eine hinreichende Annäherung an den angestrebten Kurzschluß nur durch genügend hohe Übersetzung des Steuerübertragers erreicht werden, die die Diodenschwellenspannung als praktisch vernachlässigbare Gegenspannung auf die Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors transformiert. Eine hohe Obersetzung senkt gleichzeitig die Strombelastung des ansteuernden Schalttransistors Ts 2; sie muß aber mit Rücksicht auf seine Spannungsbelastung während der Einschaltdauer des Stelltransistors Ts begrenzt werden.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Wenn der Schalttransistor Ts 2 zur Sperrung eingeschaltet wird, treibt die von der Speicherladung im Stelltransistor Ts erzeugte kleine Spannung einen übersetzten Ausräumstrom über den Schalttransistor Fs 2 und die Diode D 3. Dieser Strom ist anfangs größer als der in entgegengesetzter Richtung im gleichen Stromkreis fließende Magnetisierungsstrom, den die während der Einschaltdauer des Stelltransistors erreichte Durchflutung zunächst auf diesem Wege gleichzeitig hervorruft.

Wenn gegen Ende des Ausräumvorganges die Summe beider Teilströme durch Null geht, wird die Diode D3 für den danach überwiegenden Magnetisierungsstrom undurchlässig. Ein entsprechend übersetzter Magnetisierungsstrom kann jetzt nur in einem Stromkreis mit der Wicklung N3 und dem Abmagnetisierwiderstand Ri fließen, der parallel zur Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors 7s liegt. Hier verzweigt sich der Magnetisierungsstrom: ein abnehmender Teil beseitigt die restliche Speicherladung des Stelltransistors, während gleichzeitig ein zunehmender Teil über den Abmagnetisierwiderstand Ri fließt. Der Widerstand Ri erzeugt eine ebenfalls wachsende Spannung, die für den Transistor in Sperrichtung gepolt ist und die Restausräumung beschleunigt.

Nach beendeter Ausräumung des Stelltransistors Ts und Aufladung der Streukapazitäten hat die Sperrspannung am Widerstand Al den Anfangswert einer exponentiell fallenden Kurve erreicht, den die Abmagnetisierbedingung vorschreibt. Dieser Wert erreicht sein Maximum bei größtem Tastgrad und erscheint übersetzt als Sperrspannung an der Entkopplungsdiode D 3.

Ohne diese Diode könnte der Schalttransistor 7s 2, z. B. über einen Widerstand zwischen Basis und Emitter, invers betrieben werden, wenn er nicht noch leitend gesteuert ist. !n beiden Fällen würde die Abmagnetisierung des Steuerübertragers verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, von denen die eine zum Einschalten und die andere zum Sperren des Sielltransistors dient, und mit iiner im Kollektor-Emitterkreis des Stelltransistors liegenden, zur Strommitkopplung dienenden weiteren primärseitigen Wicklung, wobei die Ansteuerwicklung zum Einschalten des Stelltransistors an den Steuerimpulsgenerator angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerwicklung zur Sperransteuerung über eine mit dieser in Reihe geschaltete Diode (D 3) mittels eines gesteuerten Halbleiterschalters (7s 2) jeweils während der Sperrphase des Stelltransistors (Ts) kurzgeschlossen ist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungszahlverhältnis der Ansteuerwicklung für die Einschaltimpulse zur Ansteuerwicklung für die Sperransteuerung kleiner als 1 bemessen ist

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Sekundärwicklung (N 2) des Steuerimpulsübertragers (Ü) ein Abmagnetisierungswiderstand (R 1) angeschlossen ist.