DE2608167C3 - Geregelter Eintakt-Durchflußumrichter zur Erzeugung mehrerer galvanisch getrennter Ausgangsspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Eintakt-Durchflußumrichter mit einem impulsbreitengesteuerten Halbleiterschalter und einem Leistungstransformator mit mehreren Sekundärwicklungen zur Erzeugung galvanisch getrennter Ausgangsgleichspannungen, wobei außer im Umrichter-Hauptstromkreis in wenigstens einem Ausgangskreis des Eintakt-Durchflußumrichters ein weiterer in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung dieses Ausgangskreises impulsbreitengesteuerter Halbleiterschalter mit eigener Hilfssteuerschaltung vorgesehen ist, wobei die Ausgangsimpulse des weiteren Halbleiterschalters zeitlich innerhalb der Ausgangsimpulse des im Hauptstromkreis angeordneten Halbleiterschalters liegen und eine Impulsflanke beider Ausgangsimpulse zusammenfällt.

Eine derartige Schaltung ist bereits bekannt (DE-AS w> 28 078). Die als Thyristoren ausgebildeten Halbleiter-Schalter im Hauptstromkreis und in einem zweiten Ausgangskreis sind in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (und zusätzlich vom Ausgangsstrom) zündzeitpunktgesteuert. Der frühest mögliche Zeitpunkt "'· zum Ausregeln von Störungen ist jeweils erst der Beginn der nächstfolgenden Durchlaßphase, so daß die Regelung totzeitbehaftet und damit die Regelungsgenauigkeit beschrankt ist.

Es ist auch bereits ein Eintakt-Durchflußumrichter zur Erzeugung mehrerer Ausgangsgleichspannungen bekannt, bei dem der Halbleiterschalter im Hauptstromkreis als Transistor ausgebildet ist (FR-OS 21 16 287).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die Regelgenauigkeit zu verbessern.

Bei einem Eintakt-Durchflußumrichter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Umrichter-Hauptstromkreis und in dem bzw. den Ausgangskreisen Transistoren als Halbleiterschalter verwendet und derart gesteuert sind, daß der bzw. die Transistoren in den Ausgangskreisen jeweils gleichzeitig mit dem Transistor im Umrichter-Hauptstromkreis leitend gesteuert werden und daß die Abschaltung jedes in einem Ausgangskreis vorgesehenen Transistors jeweils durch Kurzschließen der Primärwicklung eines Impuls-Steuerübertragers in Abhängigkeit von der Au igangsspannung des entsprechenden Ausgangskreises erfolgt.

Auf diese Weise können während des leitenden Zustandes des Halbleiterschalter (Transistor) im Hauptkreis Störungen noch in der gleichen Durchlaßphase berücksichtigt werden. Dabei ermöglicht die Sperransteuerung des bzw. der Transistoren in den Ausgangskreisen durch Kurzschließen ihrer Steuerstrecke über einen Impuls-Steuerübertragor bei gutem Schaltverhalten einen verhältnismäßig geringen Aufwand für die Hilfssteuerschaltung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abschaltsignale für den Transistor in einem Ausgangskreis aus dem Vergleich einer Summenspannung, gebildet vom Istwert der Ausgangsspannung und einer den Anstieg des Kollektorstromes des Transistors im Umrichter-Hauptstromkreis wiedergebenden periodischen Meßspannung, mit einer Sollwertspannung in einem Schwellenschalter mit Hilfssteuerschaltung abgeleitet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbcispiels und der zugehörigen Fig. \ bis 3.iäher erläutert.

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

F i g. 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. I erzeugt aus einer Eingangsgleichspannung U\ zwei geregelte Ausgangsspannungen L/21 und U_n über zwei Ausgangskreise, ''•eine wesentlichen Bestandteile sind ein über einen Übertrager (Ji gesteuerter Schalttransistor Ti, ein Leistungstransformator Tr mit einer Primärwicklung /V1 und zwei Sekundärwicklungen Λ/2, /V3 sowie eine Hauptsteuerschaltung St mit einer Hilfsstromversorgung Hv. Ein an die Sekundärwicklung N 2 angeschlossener Ausgangskreis enthält eine Gleichrichterdiode Di, eine Freilaufdiode Dl sowie eine LC-Siebschaltung. Die Steuerung des Schalttransistors Ti erfolgt mittels Einschalt- und Sperrimpulsen, die vom Hauptsteuerteil St über den Steuerübertrager Üi an die Basis-Emitterstrecke gelangen, sowie durch Rückkopplung des Emitterstromes auf den Steuerkreis.

Um auch im Ausgangskreis der Sekundärwicklung /V 3 eine geregelte Ausgangsspannung L/22 zu erhalten,

ist eine eigene Nach regelung erforderlich, die aus einem zusätzlichen Impulsbreitenregler mit einem Hilfssieuerteil Hst und einem weiteren Schalttransistor 72, der über einen Übertrager Ü2 aus der Hilfssteuerschaltung gesteuert wird, besteht. Außer der Kollektor-Emitterstrecke des Stelltransistors 72 befindet sich im Längszweig des Ausgangskreises für die Spannung Lhi eine Gleichrichterdiode D 3. Vor einer /.C-Siebschaltung ist im Querzweig eine Freilaufdiode DA angeordnet. Die Regelung der zweiten Ausgangsspannung Un wird durch eine geringfügige Beschneidung der von der zweiten Sekundärwicklung Λ/3 angebotenen Spannungszeit fläche erreicht. Dies geschieht verlustlos durch früheres Abschalten des Schalttransistors 72 mittels der Hilfssteuerschaltung Hst |5

Die F i g. 3 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in den beiden Ausgangskreisen mit den Sekundärwicklungen A/2, /V 3 sowie im Eingangskreis, wenn der Schaluransistor 72 im Ausgangskreis an der Sekundärwicklung /V3 vor Beendigung der über die Hauptsteuerschaltung Sf für den Schalttransistor 71 vorgegebene Stromflußdauer gesperrt wird. In Fig.3 ist unter a die EMK. an den Sekundärwicklungen Λ/2, Λ/3 dargestellt· b und c geben die Spannungen t/21, £721, U22, U22 und Ströme in den beiden Ausgangskreisen wieder. Bei c/istder Verlauf des Primärstromimpulses /Ί angegeben, der sich aus den beiden Sekundärstromanteilen zusammensetzt. Der treppenartige Verlauf der Stromkurve gibt deutlich die Wirkungsweise der Nachregelung wieder. In dieser Figur ist der Tastgrad des μ Schalttransistors 71 mit γ\ und der Tastgrad des Schalttransistors T2 mit 72 bezeichnet.

Eine ausführliche Darstellung der impulsbreitengesteuerten Nachregelschaltung für den zweiten Ausgangskreis erfolgt anhand der Fig.2. Dieser Schaltungsteil umfaßt die Sekundärwicklung /V 3 des Leistungstransformators Tr, eine Gleichrichterdiode D 3, eine Freilaufdiode D 4 im Querzweig des Ausgangskreises sowie eine LC-Siebschaltung mit den Drosselspulen L 1, L 2 und den Kondensatoren C 4 und C5, wobei letzterem die geregelte Amsgangsspannung U22 entnommen wird. Die Nachregelung der Ausgangsspannung dieses zweiten Ausgangskreises erfordert einen zusätzlichen Schaluransistor 72, der mit seiner Kollektor-Emitterstrecke im Längszweig des Ausgangskreises zwischen der Gleichrichterdiode D3 und der Freilaufdiode D 4 im Querzweig angeordnet ist. Die Steuerung des Schalttransistors 72 erfolgt über einen Steuerübertrager t/2, der eine an eine Hilfssteuerschaltung Hst angeschlossene Primärwicklung /, eine mit der Basis-Emitterstrecke des Slelltransistors verbundene Steuerwicklung Il und eine im Emitterstromkreis des Stelltransistors liegende Stromrückkopplungswicklung III aufweist. Das Einschalten des Schalttransistors 72 erfolgt gleichzeitig mit dem Durchsteuern des Schalt- ■;·> transistors 71 im Primärkreis des Durchflußumrichters.

Für den Abschaltvorgang des .Schalttransistors wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung Un in der Hilfssieuerschaltung ein Abschaltsignal erzeugt, das über einen Transistor 73 die Primärwicklung / des Steuerübertragers Ü2 kurzschließt.

Den Eingang der Hilfssteuerschaltung Hst bildet ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen Λ 4, RS, R6, an dem die Ausgangs-Ist-Spannung mit einer Meßspannung, die ein lineares Abbild des durch die Drosselspule L 1 fließenden Sielltransistorstromes ist, überlagert wird. Die Meßspannung U_M wird am Widerstand R 6 gebildet, der mit dem Siebkondensatur C4 im Querzweig des Ausgangs in Reihe geschaltet ist. Die Summe aus dem Ist-Wert der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstromes und der von der Amplitude und Dachschräge der Stromimpulse abgeleiteten Meßspannung Um ergeben nach Vergleich mit den Schwellenwerten der zu einem Schwellwertschalter 5 gehörenden Gatter 1 bzw. 2 bereits ciie gewünschten Ausschaltzeitpunkte für den Schalttransistor 72. Der Ist-Wert des Ausgangsstromes, der bei Einsatz der Strombegrenzung wirksam ist, wir mittels eines Stromwandlers Ü3, dessen Primärwicklung im Eiiiittcrstromkreis des Stelltransistors liegt, auf den Eingang des Schwellenschalters S übertragen. Als weitere Bestandteile des Schwellenschalters 5bilden die Gatter 3 und 4 eine Flip-Πορ-Schaltung, die bei erfolgter Abschaltung des Schalttransistors über die Strombegrenzung mit dem Stromwandler Ü3 ein Wiedereinschalten infolge des abgeklungenen Ist-Wertes des Momentanstromes bis zum nächsten Einschallzeitpunkt verhindert.

Der Einschaltzeitpunkt des Schalttransistors 72 wird direkt von der an der Sekundärwicklung N3 des Leistungstransformators Tr anstehenden Spannung abgeleitet, die über eine Konstantstromschaltung mit einer Zenerdiode ZD1, einen Schalttransistors 74 sowie den Widerständen R\ und R 2 einen öffnenden Strom über den Steuerübertrager Ü2 in die Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors 72 treibt, solange der vom Schwellenschalter S gesteuerte Schalttr^nsistor 73 gesperrt bleibt.

Die HilfsStromversorgung für den Schwellenschalter 5 wiiJ direkt aus der EMK an der Wicklung Λ/3 des Leistungstransformators über die Schaltungsteile Diode DT, Zenerdiode ZD2, Kondensator Ci und Widerstand R 7 abgeleitet. Eine galvanische Trennung ist nicht erforderlich.

Mit der Hilfssteuerschaltung ist es möglich, den Tastgrad des Schalttransistors 72 bis auf γ = 0 zu verkleinern. Eine Vorlast im nachgeregelten Ausgang ist daher nicht erforderlich. Der Gesamtaufwand für die Nachregelung ist verhältnismäßig klein, da die Hilfssteuerschaltung Hst keinen Taktgenerator benötigt und die zusätzliche Tastgradbceinflussung nur eine geringe Regel verstärkung erfordert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Eintakt-Durchflußumrienter mit einem impulsbreitengesteuerten Halbleiterschalter und einem Leistungstransforrnator mit mehreren Sekundärwicklungen zur Erzeugung galvanisch getrennter Ausgangsgleichspannungen, wobei außer im Umrichter-Hauptstromkreis in wenigstens einem Ausgangskreis des Eintakt-Durchflußumrichters ein weiterer in Abhängigkeit von der Ausgangsspan- m nung dieses Ausgangskreises impulsbreitengesteuerter Halbleiterschalter mit eigener Hilfssteuerschaltung vorgesehen ist, wobei die Ausgangsimpulse des weiteren Halbleiterschalters zeitlich innerhalb der Ausgangsimpulse des im Hauptstromkreis angeord- '⁵ neten Halbleiterschalters liegen und eine Impulsflanke beider Ausgangsimpulse zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß im Umrichter-Hauptstromkreis und in dem bzw. den Ausgangskreisen Transistoren (Tl, T2) als Halbleiterschalter verwendet und derart gesteuert sind, daß der bzw. die Transistoren (Tl) in den Ausgangskreisen jeweils gleichzeitig mit dem Transistor (Tl) im Umrichter-Hauptstromkreis leitend gesteuert werden und daß die Abschaltung jedes in einem Ausgangskreis vorgesehenen Transistors (T2) jeweils durch Kurzschließen der Primärwicklung (I) eines Impuls-Steuerübertragers (U 2) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung (U22) des entsprechenden Ausgangskreises erfolgt.
2. 2. Eintakt-Durchflußumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltsignale Für den Transistor (~"2) in einem Ausgangskreis aus dem Vergleich einer Summenspann-.-ng, gebildet vom Ist-Wert der Ausgangsspannung (Un) und einer den Anstieg des Kollektorstromes des Transistors (Ti) wiedergebenden periodischen Meiispannung (Um), mit einer Sollwertspannung (US2) in einem Schwellenschalter (S) der Hilfssteuerschaltung (Hst) abgeleitet sind.