DE2603196C3 - Externally controlled transistor DC voltage converter - Google Patents

Externally controlled transistor DC voltage converter

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DE2603196C3 DE19762603196 DE2603196A DE2603196C3 DE 2603196 C3 DE2603196 C3 DE 2603196C3 DE 19762603196 DE19762603196 DE 19762603196 DE 2603196 A DE2603196 A DE 2603196A DE 2603196 C3 DE2603196 C3 DE 2603196C3
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Description

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 Strombegrenzungsschaltung Stb und die frequenzkonstante Taktspannung des Taktgebers T. An den Ausgang des Regelumsetzers sind die Einschaltstufe fund der Sperrimpulsformer 5p angeschlossen, die mit Hilfe der als Energiespeicher dienenden Kondensatoren C3, CA Steuerimpulse für den Stelltransistor Ts erzeugen.maximum permissible collector peak current reduced. In addition to the periodic switch-off signals, which are transmitted to the control converter by means of optocoupler Ok , the measured variable of the current limiting circuit Stb and the constant frequency clock voltage of the clock generator T are connected to its input. The switch-on stage and the blocking pulse shaper 5p are connected to the output of the control converter Serving as energy storage capacitors C3, CA 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 Drund die gleichzeitige Messung von Ladestromschwankungen des Kondensators CS bei Laststößen führen dem Spannungskomparator ohne zusätzlichen Schaltungsaufvvand zwei Störtendenzineßwerte zu und verbessern dumit 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. so 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 RS dem Meßeingang des Spannungskomparators K zugeführt. Dieser vergleicht die Meßspannung mit dem Sollwert Urcr und gibt bei Gleichheit der Spannungswerte ein Schalisigna! zur Sperrung des Stelhransistors 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 CS during load surges, give the voltage comparator two disturbance tendency 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. so During the switch-on period of the control transistor Ts , an approximately linear image of the increase in its collector current is contained in the measurement voltage. 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 RS. This compares the measuring voltage with the nominal value U rc r and outputs a signal if the voltage values are equal! to block the Stelhransistor to the optoelectronic coupler Ok.

Wegen der Kleinheit der Spannung am Meßwiderstand R 1 muß die zum Regler führende Leitung gegen Störspannungseinkopplung geschützt sein. Der Meßwiderstand selbst ist möglichst breitbandig und phasenrein auszuführen.Because of the small size of the voltage at the measuring resistor R 1, the line leading to the controller must be protected against interference voltage coupling. The measuring resistor itself should be as broadband and phase-pure as possible.

Bei dieser Schaltung ist ebenso wie bei dem eingangs 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 CS am Widerstand R 1 gemessen. Nach Absiebung hochfrequenter Störspannungsreste durch das RC-Glied R 2, Cl gelangt die Spannung an den Meßeingang des Spannungskomparators K, der als ^wellenschalter arbeitet. Sein Ausgangsstrom steuert aen optoelektronischen Koppler Ok in der Regel impulsweise bei Laststößen, jedoch vorübergehend auch stetig an. 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 Sperrsignal mehr ausgelöst werden, weil die notwendige vorhergehende Rückschaltung in den Bereitschaftszustand nicht erfolgt. Der Regelumsetzer würde danach stets den maximalen Tastgrad einstellen.In this circuit, as in the known DC voltage converter mentioned at the outset, a special generator for generating a triangular voltage is not required. The increase in the collector current is contained after galvanic isolation by the transformer Tr in the power section in the alternating current component of the storage choke Dr and is measured via the capacitor CS, which practically represents a short circuit for this component, at the resistor R 1. After high-frequency interference voltage residues have been filtered off by the RC element R 2, Cl , the voltage reaches the measuring input of the voltage comparator K, which works as a wave switch. Aen optoelectronic coupler Ok usually controls its output current in pulses during load surges, but temporarily also continuously. Relief of the converter in order to prevent it from breaking out of the control range, as it inevitably occurred with only pulse-wise transmission of the switch-off signal if the output voltage remained above the switching threshold. Then no more blocking signal could be triggered with the next cycle 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.

Zur Verkürzung der Signallaufzeit im optoelektronischen Koppler is·, eine kurze aber sehr kräftige Impulsansteuerung über den Widerstand R6 und den Kondensator C8 vorgesehen. Die Stromversorgung der Regelschaltung mit dem Spannungskomparator erfolgt aus der geregelten Ausgangsspannung U 2. To shorten the signal propagation time in the optoelectronic coupler, a short but very powerful pulse control via the resistor R6 and the capacitor C8 is provided. The power supply to the control circuit with the voltage comparator is provided from the regulated output voltage U 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch;Claim; Fremdgesteuerter Transistor-Gleichspannungswandler nach dem Durchflußwandlerprinzip mit einem impulsbreitengesteuertem Stelltransistor und einem zwischen der ausgangssejtigen Gleichrichterschaltung und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers geschalteten LC-Siebglied, ferner mit einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung unter Verwendung einer Fühleinrichtung mit einem niederohmigen ohmschen Meßwiderstand zur Erzeugung einer 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, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannte weitere Spannung eine konstante Sollwertspannung ist und daß der niederohmige ohmsche Meßwiderstand mit dem Kondensator (CS) des LC-Siebgliedes im Querzweig in Reihe geschaltet ist.Externally controlled transistor DC voltage converter according to the forward converter principle with a pulse-width controlled setting transistor and an LC filter element connected between the output rectifier circuit and the output of the DC voltage converter, furthermore with a control device for keeping the output voltage constant using a sensing device with a low-ohmic measuring resistor for generating a periodic measuring resistor which is proportional to the instantaneous course of the alternating current component of the direct current pulses obtained behind the control transistor and which forms a sum voltage in series with the output voltage, which is compared directly with another voltage by means of a voltage comparator, from which switching signals for blocking the control transistor in each case at the times when the the aforementioned total voltage exceeds the aforementioned further voltage, are derived, characterized in that the aforementioned further voltage is a constant setpoint voltage and that the low-ohmic measuring resistor is connected in series with the capacitor (CS) of the LC filter element in the shunt branch. 1010 1515th 2020th 2525th 3030th 3535 4040 Die Erfindung rezieht sich auf einen fremdgesteuerten Transistor-Gleichspannungswandler nach dem Durchflußwandlerprinzip mit einem impulsbreitengesteuerten Stelltransistor und einem zwischen der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung und dem Ausgang des Gleichspannungswandlers geschalteten LC-Siebglied, ferner mit einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung unter Verwendung einer Fühleinrichtung mit einem niederohmigen ohmschen Meßwiderstand zur Erzeugung einer 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 refers 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 DC-DC 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 a periodic 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 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 Drossel integrierenden Reihenschaltung aus einer weiteren Drossel und dem niederohmigen Meßwiderstand. Such a DC / DC converter that not only deals with the fluctuations resulting from changes in the load current the DC output voltage, but also with a feedforward control of the input voltage is effective is already known (DE-OS 22 26 089). In the known DC voltage converter is the amount of the additional voltage, with which the sum voltage is compared, from a control deviation signal depending on that by comparing the output voltage of the DC voltage converter with a nominal DC voltage is obtained via a transistor. The sensing device consists of a parallel connected to the throttle in the series branch of the LC filter element, the voltage drop across the aforementioned Choke-integrating series connection of a further choke and the low-resistance measuring resistor. 5050 55 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. 55, 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 isLThis 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 connected in series in the shunt branch isL 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 consist in the fact that the effort for the formation of the aforementioned further tension because of the lack a device for generating a system deviation signal less than in the case of the known DC voltage converter 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 Ui wird mittels eines periodisch gesteuerten Stelltransistors Ts mit einem Steuerimpulsübertrager Ü, einem Transformator Tr und einer Gleichrichtersiebschaltung DI, D2, Dr, C5 in eine Gleichspannung U2 umgesetzt. Der Stelltransistor Ts wird vom Steuerimpulsübertrager in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung und vom Kollektorstrom gesteuert. Die galvanische Trennung "on Eingang und Ausgang erfolgt durch den Transformator Tr im Leistungsteil und den optoelektronischen Koppler Ok im Steuerteil.A DC voltage Ui is converted into a DC voltage U2 by means of a periodically controlled setting transistor Ts with a control pulse transformer U, a transformer Tr and a rectifier filter circuit DI, D2, Dr, C5. The control transistor Ts is controlled by the control pulse transmitter as a function of the output voltage and the collector current. The galvanic separation 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 5, 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 fund einem Sperrimpulsformer Sp sowie einer Hilfsschaltung Sta zur Stabilisierung der Hilfsspannung für die Steuerimpulserzeugung.The control part consists of a threshold switch 5, 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 and a blocking pulse shaper Sp and an auxiliary circuit Sta to stabilize the auxiliary voltage for the control pulse generation. Der Stelltransistor des Gleichspannungswandlers wi'd wie ein bistabiler Schalter gesteuert. Über eine Steuerwicklung des Steuerimpulsübertragers 0 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 Ü an den Steuerkreis des Stelltransistors rückgekoppelte Strom hält den leitenden Zustand bis zur Sperrung aufrecht. Der Taktgeber Tbestimmt die Folgefrequenz, der Regelumsetzer den maximalen Taslgrad der Steuerimpulse. Nach Bedarf wird der Tastgrad entweder vom Schwellenschaltcr in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U2, der Störgröße »Eingangsspannung« und ggf. von der Störtendenz »Laststrom« oder mittels eines Stromwandlers Wund der Slrombegrcnzungsschaltung Stb zur Strombegrenzung bei Überschreitung einesThe control transistor of the DC / DC converter is controlled like a bistable switch. The conductive phase of the control transistor Ts is initiated by short pulses via a control winding of the control pulse transmitter 0 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 Ü maintains the conductive state until it is blocked. The clock T determines the repetition frequency, the control converter the maximum degree of switching of the control pulses. As required, the duty cycle is set either by the threshold switch depending on the output voltage U2, the disturbance variable "input voltage" and, if necessary, on the disturbance tendency "load current" or by means of a current transformer and the current limiting circuit Stb to limit the current when one is exceeded
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