DE2608167A1

DE2608167A1 - Geregelter eintakt-durchflussumrichter zur erzeugung mehrerer galvanisch getrennter ausgangsspannungen

Info

Publication number: DE2608167A1
Application number: DE2608167A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Kienberger; Robert Nicolaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2608167C3; DE2608167B2

Description

Geregelter Eintakt-Durchflußumrichter zur Erzeugung mehrerer galvanisch getrennter Ausgangsspannungen

Die Erfindung bezieht sich auf einen.Eintakt-Durchflußumrichter mit impulsbreitengesteuerten Stelltransistor und einem Leistungstransformator mit mehreren Sekundärwicklungen zur Erzeugung galvanisch getrennter Ausgangsspannungen.

Bei geregelten Gleichspannungsumrichtern erfolgt die Steuerung des zugehörigen Stellgliedes in Abhängigkeit von der Regelabweichung der zu stabilisierenden Ausgangsspannung. Sind bei einem Gleichspannungsumrichter zwei oder mehr galvanisch getrennte Ausgänge vorhanden, dann kann immer nur eine der Ausgangsspannungen nach dem genannten Prinzip geregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die mit möglichst geringen Verlusten die gleichzeitige Regelung einer oder bei mehrfacher Anwendung der Schaltungsanordnung einer entsprechenden Anzahl zusätzlicher Ausgangsspannungen ermöglicht.

Bei einem Eintakt-Durchflußumrichter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung.dadurch gelöst, daß außer im Umrichter-Hauptstromkreis in wenigstens einem ungeregelten Ausgangskreis des Eintakt-Durchflußumrichters ein weiterer in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung dieses Ausgangskreises impulsbreitengesteuerter Stelltransistor mit eigener Hilfssteuerschaltung vorgesehen ist.

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Mittels der zweifach aufeinanderfolgend durchgeführten Impulsbreitensteuerung voneinander unabhängiger Stelltransistoren kann unter Verwendung einer einfachen Hilfssteuerschaltung, die keinen eigenen Taktgenerator benötigt und nur eine geringe Regelverstärkung aufzuweisen braucht, die Spannung jedes weiteren Ausgangskreises nahezu verlustfrei geregelt werden. Die Regelung erfolgt dabei durch eine Beschneidung der von der entsprechenden Sekundärwicklung des Leistungstransformators gelieferten Spannungszeitfläche.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abschaltsignale für den Stelltransistor im Ausgangskreis aus dem Vergleich einer Summenspannung, gebildet vom Istwert der Ausgangsspannung und einer den Anstieg des Kollektorstromes des Stelltransistors im Umrichter-Hauptstromkreis wiedergebenden periodischen Meßspannung, mit einer Sollwertspannung in einem Schwellenschalter der Hilfssteuerschaltung abgeleitet. Die Sperrung des Stelltransistors im Ausgangskreis erfolgt hierbei durch Kurzschließen der Basis-Emitterstrecke mittels eines Impulssteuerübertragers.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Figuren 1 bis 3 näher erläutert.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines Eintakt-Durchflußumrichters für zwei geregelte Ausgangsspannungen dargestellt.

Fig. 2 zeigt den Stromlauf einer Hilfssteuerschaltung für den zweiten Ausgang des Eintakt-Durchflußumrichters.

Die Strom- und Spannungsverläufe in Fig. 3 dienen der Erläuterung der Wirkungsweise des Durchflußumrichters.

Der Durchflußumrichter nach Fig. 1 erzeugt aus einer Eingangs-VPA 9/636/5008

Gleichspannung IL zwei geregelte Ausgangsspannungen Up,, und U--über zwei Ausgangskreise. Seine wesentlichen Bestandteile sind ein über einen Übertrager Ü1 gesteuerter Stelltransistor T1, ein Leistungstransformator Tr mit einer Primärwicklung N1 und zwei Sekundärwicklungen N2, N3 sowie eine Hauptsteuerschaltung St mit einer HilfsStromversorgung Hv. Ein an die Sekundärwicklung N2 angeschlossener Ausgangskreis enthält in bekannter Y/eise eine Gleichrichterdiode D1, eine Freilaufdiode D2 sowie eine LC-Siebschaltung. Die Steuerung des Stelltransistors T1 erfolgt mittels Einschalt- und Sperrimpulsen die vom Hauptsteuerteil St über den Steuerübertrager U1 an die Basis-Emitterstrecke gelangen, sowie durch Rückkopplung des Emitterstromes auf den Steuerkreis. _;

Um auch im Ausgangskreis der Sekundärwicklung N3 eine geregelte Ausgangsspannung U₂₂ ^zu erhalten, ist eine eigene Nachregelung erforderlich, die aus einem zusätzlichen Impulsbreitenregler mit einem Hilfssteuerteil Hst und einem weiteren Stelltransistor T2, der über einen übertrager Ü2 aus der Hilfssteuerschaltung gesteuert wird, besteht. Außer der Kollektor-Emitterstrecke des Stelltransistors T2 Befindet sich im Längszweig des Ausgangskreises für die Spannung U^p eine Gleichrichterdiode D3. Vor einer LC-Siebschaltung ist im Querzweig eine Freilaufdiode D4 angeordnet. Die Regelung der zweiten Ausgangsspannung Upp wird durch eine geringfügige Beschneidung der von der zweiten Sekundärwicklung N3 angebotenen Spannungszeitfläche erreicht. Dies geschieht verlustlos durch früheres Abschalten des Stelltransistors T2 mittels der Hilfssteuerschaltung Hst,

Die Fig. 3 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in den beiden Ausgangskreisen mit den Sekundärwicklungen N2, N3 sowie im Eingangskreis, wenn der Stelltransistor T2 im Ausgangskreis an der Sekundärwicklung N3 vor Beendigung der über die Hauptsteuerschaltung St für den Stelltransistor T1 vorgegebene Stromflußdauer gesperrt wird. In Fig. 3 ist unter a die EMK an den Sekundärwick-

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lungen Ν2, Ν3 dargestellt; b und c geben die Spannungen und Ströme in den beiden Ausgangskreisen wieder. Bei d ist der Verlauf des Primärstromimpulses i., angegeben, der sich aus den beiden • Sekundärstromanteilen zusammensetzt. Der treppenartige Verlauf der Stromkurve gibt deutlich die Wirkungsweise der Nachregelung mittels einer weiteren Impulsbreitensteuerung wieder. In dieser Figur ist der Tastgrad des Stelltransistors T1 mit f * und der Tastgrad des Stelltransistors T2 mit ^ ₂ bezeichnet.

Eine ausführliche Darstellung der impulsbreitengesteuerten Nachregelschaltung für den zweiten Ausgangskreis erfolgt anhand der Fig. 2. Dieser Schaltungsteil umfaßt die Sekundärwicklung N3 des Leistungstransfrmators Tr, eine Gleichrichterdiode D3i eine Freilaufdiode DA im Querzweig des Ausgangskreises sowie eine LC-Siebschaltung mit den Drosselspulen L1, L2 und den Kondensatoren CA und C5 wobei letzterem die geregelte Ausgangsspannung Up entnommen wird. Die Nachregelung der Ausgangsspannung dieses zweiten Ausgangskreises erfordert einen zusätzlichen Stelltransistor T2, der mit seiner Kollektor-Emitterstrecke im Längszweig des Ausgangskreises zwischen der Gleichrichterdiode D3 und der Freilaufdiode D4 im Querzweig angeordnet ist. Die Steuerung des Stelltransistors T2 erfolgt über einen Steuerübertrager Ü2, der eine an eine Hilfssteuerschaltung Hst angeschlossene Primärwicklung 1, eine mit der Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors verbundene Steuerwicklung II und eine im Emitterstromkreis des Stelltransistors liegende Stromrückkopplungswicklung III aufweist. Das Einschalten des Stelltransistors T2 erfolgt gleichzeitig mit dem Durchsteuern des Stelltransistors T1 im Primärkreis des Durchflußumrichters. Für den Abschaltvorgang des Stelltransistors wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung Upp in der Hilfssteuerschaltung ein Abschaltsignal erzeugt, das über einen Transistor T3 die Primärwicklung I des Steuerübertragers Ü2 kurzschließt.

Den Eingang der Hilfssteuerschaltung Hst bildet ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen RA, R5, R6, an dem die

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Ausgangs-Ist-Spannung mit einer Meßspannung, die ein lineares Abbild des durch die Drosselspule L1 fließenden Stelltransistorstromes ist, überlagert wird. Die Meßspannung U^ wird am Wider-■ stand Ro gebildet, der mit dem Siebkondensator C4 im Querzweig des Ausgangs in Reihe geschaltet ist. Die Summe aus dem Ist-Wert der Ausgangsspannung bzv/. des Ausgangsstromes und der von der Amplitude und Dachschräge der Stromimpulse abgeleiteten Meßspannung IL, ergeben nach Vergleich mit den Schwellenwerten der zu einem Schwellwertschalter S gehörenden Gatter 1 bzw. 2 bereits die gewünschten Ausschaltzeitpunkte für den Stelltransistor T2. Der Ist-Wert des Ausgangsstromes, der bei Einsatz der Strombegrenzung wirksam ist, wird mittels eines Stromwandlers Ü3, dessen Primärwicklung im Emitterstromkreis des Stelltransistors liegt, auf den Eingang des Schwellenschalters S übertragen. Als weitere Bestandteile des SchwelLenschalters S lüden die Gatter 3 und 4 eine Flip-flop-Schaltung, die bei erfolgter Abschaltung des Stelltransistors über die Strombegrenzung mit dem Stromwandler Ü3 ein Wiedereinschalten infolge des abgeklungenen Ist-Wertes des Momentanstromes bis zum nächsten Einschaltzeitpunkt verhindert.

Der EinschaltZeitpunkt des Stelltransistors T2 wird direkt von der an der Sekundärwicklung N3 des Leistungstransformators Tr anstehenden Spannung abgeleitet, die über eine Konstantstromschaltung mit einer Zenerdiode ZD1, einen Stelltransistors T4 sowie den Widerständen R1 und R2 einen öffnenden Strom über den Steuerübertrager Ü2 in die Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors T2 treibt solange der vom Schwellenschalter S gesteuerte Schalttransistor T3 gesperrt bleibt.

Die HilfsStromversorgung für den Schwellenschalter S wird direkt aus der EMK an der Wicklung N3 des Leistungstransformators über die Schaltungsteile Diode D7, Zenerdiode ZD2, Kondensator C1 und den Widerstand R7 abgeleitet. Eine galvanische Trennung ist nicht erforderlich.

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ρ-

Mit der Hilfssteuerschaltung ist es möglich, den Tastgrad des Stelltransistors T2 bis auf I = O zu verkleinern. Eine Vorlast im nachgeregelten Ausgang ist daher nicht erforderlich. ¥egen der nahezu verlustlosen Nachsteuerung im Ausgangskreis an der Sekundärwicklung N3 kann eine erhebliche Steigerung der übertragbaren Leistung im Vergleich zu einer stetigen Nachregelung erreicht werden. Der Gesamtaufwand für die Nachregelung in den nicht geregelten Ausgangskreis eines Durchflußumrichters ist verhältnismäßig klein da die Hilfssteuerschaltung Hst keinen Taktgenerator benötigt und die zusätzliche Tastgradbeeinflußung nur eine geringe Regelsverstärkung erfordert.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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7 0 9 8 3 5 /04 8 8

Claims

Patentansprüche

( 1.JEintakt-Durchflußumrichter mit impulsbreitengesteuertem Stell- ^—' transistor und einem Leistungstransformator mit mehreren Sekundärwicklungen zur Erzeugung galvanisch getrennter Ausgangsspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß außer im Umrichter-Hauptstromkreis in wenigstens einem ungeregelten Ausgangskreis (Tr, N3) des Eintakt-Durchflußumrichters ein weiterer in Abhängigkeit von der Ausgangs spannung (U??) dieses Ausgangskreises inrpulsbreitengesteuerter Stelltransistor (T2) mit eigener Hilfssteuerschaltung (Hst) vorgesehen ist.
2. Eintakt-Durchflußumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Regelung der Ausgangsspannung (Upp) des weiteren Ausgangskreises (Tr, N3) durch Beschneidung der von der entsprechenden Sekundärwicklung (N3) gelieferten Spannungszeitflächen erfolgt.
3. Eintakt-Durchflußumrichter nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet , daß die Abschaltsignale für den Stelltransistor (T2) aus den Vergleich einer Summenspannung, gebildet vom Ist-Wert der Ausgangsspannung (Upp) ^un<ä einer den Anstieg des Kollektorstromes des Stelltransistors T1) wiedergebenden periodischen Meßspannung (U,,), mit einer Sollwertspannung (USp) in einem Schwellenschalter (S) der Hilfssteuerschaltung (Hst) abgeleitet sind.
4. Eintakt-Durchflußumrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrung des Stelltransistors (T2) durch Kurzschließen der Basis-Emitterstrecke über einen Impuls-Steuerübertrager (Ü2) erfolgt.

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