DE2603196B2 - Externally controlled transistor DC voltage converter - Google Patents
Externally controlled transistor DC voltage converterInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf einen fremdgesteuerten Transistor-Gleichspannungswandler nach dem Durchflußwandlerprinzip mit einem impulsbreitengesteuerten Stelltransistor und einem zwischen der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung und dem Ausgang des GleMispannungswandlers geschalteten LC-Siebglied, ferner mit einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung unter Verwendung einer Fühleinrichtung mit einem niederohmigen ohmschen Meßwiderstand zur Erzeugung eifier periodischen Meßspannung, die dem Augenblicksverlauf des Wechselstromanteils der hinter dem Stelltransistor erhaltenen Gleichstromimpulse proportional ist und die in Reihe mit der Ausgangsspannung eine Summenspannung bildet, welche unmittelbar mit einer weiteren Spannung mittels eines Spannungskomparators verglichen wird, von dem Schaltsignale zur Sperrung des Stelltransistors jeweils in den Zeitpunkten, wenn die vorgenannte Summenspannung die vorgenannte weitere Spannung übersteigt, abgeleitet sind.The invention relates to an externally controlled transistor DC voltage converter according to the Forward converter principle with a pulse-width controlled setting transistor and one between the output-side rectifier circuit and the output of the track voltage converter connected LC filter element, furthermore with a control device for keeping the output voltage constant using a sensing device with a low ohmic measuring resistor for generating periodic eifier Measurement voltage that corresponds to the instantaneous course of the alternating current component behind the control transistor received direct current pulses is proportional and that in series with the output voltage a sum voltage forms, which are compared directly with a further voltage by means of a voltage comparator is, of the switching signals for blocking the control transistor in each time when the the aforementioned total voltage exceeds the aforementioned additional voltage, are derived.
Ein derartiger Gleichspannungswandler, der nicht nur die von Laststromänderungen herrührenden Schwankungen der Ausgangsgleichspannung ausregelt, sondern bei dem auch eine Störgrößenaufschaltung der Eingangsspannung wirksam ist, ist bereits bekannt (DE-OS 22 26 089). Bei dem bekannten Gleichspannungswandler ist der Betrag der weiteren Spannung, mit der die Summenspannung verglichen wird, von einem Regelabweichungssignal abhängig, das durch Vergleich der 6U Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers mit einer Sollgleichspannung über einen Transistor gewonnen wird. Die Fühleinrichtung besteht aus einer parallel zur Drossel im Längszweig des LC-Siebgliedes geschalteten, den Spannungsabfall an der vorgenannten h5 Drossel integrierenden Reihenschaltung aus einer weiteren Drossel und dem niederohmigen Meßwiderstand. Such a DC voltage converter, which not only regulates the fluctuations in the output DC voltage resulting from changes in the load current, but also in which a disturbance variable feed-in of the input voltage is effective, is already known (DE-OS 22 26 089). In the known DC voltage converter, the amount of the additional voltage with which the total voltage is compared depends on a control deviation signal that is obtained by comparing the 6U output voltage of the DC voltage converter with a target DC voltage via a transistor. The sensing device consists of a series circuit of a further choke and the low-resistance measuring resistor connected in parallel to the choke in the series branch of the LC filter element and integrating the voltage drop across the aforementioned h5 choke.
50 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Steuerschaltung zur Erzeugung zeitrichtiger periodischer Abschaltsignale für den Stelltransistor in einem Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art zu verringern und gleichzeitig das dynamische Verhalten des Gleichspannungswandlers zu verbessern. 50, the object underlying the invention is to reduce the burden on the control circuit for generating real time periodic turn-off signals for the control transistor in a DC-DC converter of the type mentioned at the same time to improve the dynamic behavior of the DC-DC converter.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die vorgenannte weitere Spannung eine konstante Sollwertspannung ist und daß der niederohmige ohmsche Meßwiderstand mit dem Kondensator des LC-Siebgliedes im Querzweig in Reihe geschaltet ist.This object is achieved according to the invention in that the aforementioned further voltage a constant setpoint voltage and that the low-ohmic measuring resistor with the capacitor of the LC filter element is connected in series in the shunt branch.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung bestehen darin, daß der Aufwand für die Bildung der vorgenannten weiteren Spannung wegen des Fehlens einer Einrichtung zur Bildung eines Regelabweichungssignals geringer als bei dem bekannten Gleichspannungswandler ist und daß ohne zusätzlichen Aufwand auch ein Kriterium für die Störtendenz »Laststrom« erfaßt wird, wenn Laststromänderungen bis auf die Fühleinrichtung zur Meßwerterfassung durchgreifen. Diese periodische Steuerspannung wird dem Istwert der Ausgangsspannung phasenrichtig überlagert.The advantages of the circuit according to the invention are that the effort for the formation of the The aforementioned additional voltage is lower than in the known DC voltage converter due to the lack of a device for generating a control deviation signal and that, without additional effort, a criterion for the disturbance tendency "load current" is detected when changes in the load current reach through to the sensing device for recording the measured values. This periodic control voltage is superimposed in the correct phase on the actual value of the output voltage.
Die Erfindung wird anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the figure.
Der in der Schaltung im Prinzip dargestellte Gleichspannungswandler ist ein fremdgesteuerter Durchflußwandler mit galvanisch getrenntem Ein- und Ausgang, dessen Impulsübertrager im Steuerkreis des Stelltransistors als Stromwandler zur Rückkopplungssteuerung ausgebildet ist. The DC / DC converter shown in principle in the circuit is an externally controlled one Flow converter with galvanically separated input and output, the pulse transmitter of which is in the control circuit of the Adjusting transistor is designed as a current transformer for feedback control.
Eine Gleichspannung UX wird mittels eines periodisch gesteuerten Stelltransistors Ts mit einem Steuerimpulsübertrager Ü, einem Transformator Tr,und einer Gleichrichtersiebschaltung Dl1 D2, Dr, C5 in eine Gleichspannung t/2 umgesetzt. Der Stelltransistor Ts wird vom Steuerimpulsübertrager in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und vom Kollektorstrom gesteuert. Die galvanische Trennung von Eingang und Ausgang erfolgt durch den Transformator Tr im Leistungsteil und den optoelektronischen Koppler Ok im Steuerteil.A DC voltage UX is converted by means of a periodically controlled setting transistor Ts having a control pulse transformer T, a transformer Tr, and a Gleichrichtersiebschaltung Dl 1 D2, Dr, C5 to a DC voltage t / 2. The control transistor Ts is controlled by the control pulse transmitter as a function of the output voltage and the collector current. The electrical isolation of the input and output is done by the transformer Tr in the power section and the optoelectronic coupler Ok in the control section.
Der Steuerteil besteht aus einem Schwellenschalter S, dessen Eingang bzw. Ausgang zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers und dem optoelektronischen Koppler liegt, einer Strombegrenzungsschaltung Stb, einem Regelumsetzer RgU, einem Taktgeber T, einer Einschaltstufe Eund einem Sperrimpulsformer Sp sowie einer Hilfsschaltung Sta zur Stabilisierung der Hilfsspannung für die Steuerimpulserzeugung.The control part consists of a threshold switch S, the input or output of which is between the output of the DC voltage converter and the optoelectronic coupler, a current limiting circuit Stb, a control converter RgU, a clock generator T, a switch-on stage E and a blocking pulse shaper Sp and an auxiliary circuit Sta for stabilizing the auxiliary voltage for the control pulse generation.
Der Stelltransistor des Gleichspannungswandler wird wie ein bistabiler Schalter gesteuert. Über eine Steuerwicklung des Steuerimpulsübertragers L/wird die leitende Phase des Stelltransistors Ts durch kurze Impulse eingeleitet und bleibt dann bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Impulses bestehen. Der über eine Primärwicklung des Übertragers Üan den Steueirkreis des Stelltransistors rückgekoppelte Strom hält den leitenden Zustand bis zur Sperrung aufrecht. Der Taktgeber 7"bestimmt die Folgefrequenz, der Regelumsetzer den maximalen Tastgrad der Steuerimpulse. Nach Bedarf wird der Tastgrad entweder vom Schwellenschalter in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U2, der Störgröße »Eingangsspannung« und ggf. von der Störtendenz »Laststrom« oder mittels eines Stromwandlers Wund der Strombegrenzungsschaltung Stb zur Strombegrenzung bei Überschreitung einesThe control transistor of the DC / DC converter is controlled like a bistable switch. The conducting phase of the control transistor Ts is initiated by short pulses via a control winding of the control pulse transmitter L / and then remains in effect until the next pulse arrives. The current fed back to the control circuit of the setting transistor via a primary winding of the transformer Üan maintains the conductive state until it is blocked. The clock generator 7 "determines the repetition frequency, the control converter the maximum duty cycle of the control pulses. As required, the duty cycle is either set by the threshold switch depending on the output voltage U 2, the disturbance variable" input voltage "and, if necessary, the disturbance tendency" load current "or by means of a current converter Wound of the current limiting circuit Stb to limit the current when a
maximal zulässigen Kollektor-Spitzenstromes verringert. Außer den periodischen Abschaltsignalen, die mittels Optokoppler Ok auf den Regelumsetzer übertragen werden, liegt an seinem Eingang die Meßgröße der Strombegrenzungsschaltupg Stb und die frequenzkonstante Taktspannung des Taktgebers T. An den Ausgang des Regelumsetzers sind die Einschaltstufe Eund der Sperrimpulsformer Sp angeschlossen, die mit Hilfe der als Energiespeicher dienenden Kondensatoren C3, C4 Steuerimpulse für den Stelltransistor Ts erzeugen.maximum permissible collector peak current reduced. In addition to the periodic shutdown signals, which are transmitted to the control converter means optocoupler OK, located at the input of the parameter of Strombegrenzungsschaltupg tr and the frequency constant mode voltage of the timer T. At the output of the control converter the switch-E and the reverse pulse shapers are connected Sp, with the aid the capacitors C3, C4 serving as energy stores generate control pulses for the control transistor Ts.
Der Schwellenschalter bildet die Abschaltsignale in einem Spannungskomparator in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers, wobei in die Signalbildung zusätzlich die Störgröße »Eingangsspannung« und die Störtendenz »Laststrom« Eingang finden. Die mit der Eingangsspannung Ui wachsende Steilheit der ansteigenden Flanke der Spannung an der Speicherdrossel Dr und die gleichzeitige Messung von Ladestromschwankungen des Kondensators C5 bei Laststößen führen dem Spannungskomparator ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand zwei Störtendenzmeßwerte zu und verbessern damit sein dynamisches Verhalten. Dazu wird dem Istwert der Ausgangsspannung eine aus dem Leistungsteil des Spannungswandlers abgeleitete periodische Meßspannung phasenrichtig überlagert. Die Meßspannung wird an einem Meßwiderstand R 1 gewonnen, der mit dem Kondensator C5 des LC-Siebes am Ausgang des Gleichspannungswandlers in Reihe geschaltet ist. Während der Einschaltdauer des Stelltransistors Ts ist in der Meßspannung ein annähernd lineares Abbild des Anstieges seines Kollektorstromes enthalten. Die Summenspannung, gebildet von der Meßspannung und einer der Istwertspannung proportionalen Spannung wird in einem Spannungsteiler R 2, R 3, R 4 gewonnen und über einen Widerstand R 5 dem Meßeingang des Spannungskomparators K zugeführt. Dieser vergleicht die Meßspannuiig mit dem Sollwert Un-r und gibt bei Gleichheit der Spannungswerte ein Schaltsignal zur Sperrung des Stelltransistors an den optoelektronischen Koppler Ok. The threshold switch forms the switch-off signals in a voltage comparator depending on the output voltage of the DC / DC converter, with the disturbance variable "input voltage" and the disturbance tendency "load current" also being included in the signal formation. The steepness of the rising edge of the voltage at the storage choke Dr, which increases with the input voltage Ui , and the simultaneous measurement of charging current fluctuations in the capacitor C5 during load surges lead the voltage comparator to two disturbance tendency measured values without additional circuitry and thus improve its dynamic behavior. For this purpose, a periodic measurement voltage derived from the power section of the voltage converter is superimposed in the correct phase on the actual value of the output voltage. The measuring voltage is obtained at a measuring resistor R 1, which is connected in series with the capacitor C5 of the LC sieve at the output of the DC voltage converter. During the switch-on period of the setting transistor Ts , the measuring voltage contains an approximately linear image of the increase in its collector current. The total voltage, formed from the measurement voltage and a voltage proportional to the actual value voltage, is obtained in a voltage divider R 2, R 3, R 4 and fed to the measurement input of the voltage comparator K via a resistor R 5. This compares the measuring voltage with the nominal value U n -r and, if the voltage values are equal, sends a switching signal to the optoelectronic coupler Ok to block the setting transistor.
Wegen der Kleinheit der Spannung am Meßwiderstand R 1 muß die zum Regler führende Leitung gegen
Stöi jpannungseinkopplung gesenützt sein. Der Meßwiderstand
selbst ist möglichst breitbandig und phasenrein auszuführen.
Bei dieser Schaltung ist ebenso wie bei dem eingangsBecause of the small size of the voltage at the measuring resistor R 1, the line leading to the controller must be protected against interference. The measuring resistor itself should be as broadband and phase-pure as possible.
This circuit is the same as the one at the beginning
ίο genannten bekannten Gleichspannungswandler ein besonderer Generator zur Erzeugung einer dreieckförmigen Spannung nicht erforderlich. Der Anstieg des Kollektorstromes ist nach der galvanischen Trennung durch den Transformator Tr im Leistungsteil im Wechselstromanteil der Speicherdrossel Dr enthalten und wird über den praktisch für diesen Anteil einen Kurzschluß darstellenden Kondensator C5 am Widerstand R 1 gemessen. Nach Absiebung hochfrequenter Störspannungsreste durch das RC-Glied R2, Cl gelangt die Spannung an den Meßeingang des Spannungskomparators K, der als Schwellenschalter arbeitet. Sein Ausgangsstrom steuert den optoelektronischen Koppler Ok in der Regel impulsweise bei Laststößen, jedoch vorübergehend auch stetig an.ίο mentioned known DC voltage converter, a special generator for generating a triangular voltage is not required. The increase in the collector current is contained in the alternating current component of the storage choke Dr after the electrical isolation by the transformer Tr in the power section and is measured at the resistor R 1 via the capacitor C5, which practically represents a short circuit for this component. After high-frequency interference voltage residues have been filtered off by the RC element R2, Cl , the voltage reaches the measuring input of the voltage comparator K, which works as a threshold switch. Its output current usually controls the optoelectronic coupler Ok in pulses with load surges, but temporarily also continuously.
Entlastung des Umrichters, um ein Ausreißen aus dem Regelbereich zu verhindern, wie es bei nur impulsweiser Übertragung des Abschaltsignals zwangsläufig erfolgte, wenn die Ausgangsspannung über der Schaltschwelle bliebe. Dann könnte beim nächsten Takt kein Sperrsi-Relief of the converter in order to prevent it from breaking out of the control range, as is the case with only pulse-wise The shutdown signal was inevitably transmitted when the output voltage was above the switching threshold would stay. Then there could be no blocking
JO gnal mehr ausgelöst werden, weil die notwendige vorhergehende Rückschaltung in den Bereitschaftszustand
nicht erfolgt. Der Regelumsetzer würde danach stets den maximalen Tastgrad einstellen.
Zur Verkürzung der Signallaufzeit im optoelektroni-JO gnal can be triggered because the necessary previous switch back to the standby state does not take place. The rule converter would then always set the maximum duty cycle.
To shorten the signal propagation time in the optoelectronic
S5 sehen Koppler ist eine kurze aber sehr kräftige Impulsansteuerung über den Widerstand R 6 und den Kondensator C8 vorgesehen. Die Stromversorgung der Regelschaltung mit dem Spannungskomparator erfolgi aus der geregelten Ausgangsspannung U2. S5 see coupler, a short but very powerful pulse control is provided via the resistor R 6 and the capacitor C8. The power supply of the control circuit with the voltage comparator is carried out from the regulated output voltage U2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
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| DE2603196A1 DE2603196A1 (en) | 1977-08-04 |
| DE2603196B2 true DE2603196B2 (en) | 1978-03-09 |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE2603196C3 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0014833A1 (en) * | 1979-01-23 | 1980-09-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuit for controlling the output voltage of a switching converter |
| DE3301068A1 (en) * | 1983-01-14 | 1984-07-19 | ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | SWITCHING REGULATOR WITH DEVICE FOR DETECTING THE AVERAGE VALUE OF THE OUTPUT VOLTAGE |
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-
1976
- 1976-01-28 DE DE19762603196 patent/DE2603196C3/en not_active Expired
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Also Published As
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| DE2603196A1 (en) | 1977-08-04 |
| DE2603196C3 (en) | 1978-11-02 |
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