DE2631388C3

DE2631388C3 - Schaltungsanordnung für die Steuer-ünpulserzeugung eines Impulsbreiten-gesteuerten Schaltreglertransistors

Info

Publication number: DE2631388C3
Application number: DE19762631388
Authority: DE
Inventors: Harald Ing.(Grad.) 7833 Endingen Kindler
Original assignee: Frako Kondensatoren und Apparatebau GmbH
Current assignee: Technologiepark Teningen GmbH
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1979-05-17
Also published as: DE2631388A1; DE2631388B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die Steuerimpulserzeugung eines Impulsbreiten gesteuerten Schaltreglertransistors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Spannungsstabilisatoren mit impulsbreitengesteuerten Schaltreglertransistoren nach dem Flußwandler- oder Sperrwandler-Prinzip finden in der Stromversorgung von nachrichten-, meß- und regeltechnischen Geräten und Anlagen Anwendung.

Spannungsstabilisatoren dieser Art werden meistens mit strombegrenzenden Kennlinien ausgelegt, wodurch es möglich wird, Anlagenerweiterungen durch Parallelschalten von Einzelgeräten durchzuführen.

Schaltungsanordnungen der genannten Art und deren Parallelschaltung sind bekannt (DE-AS 24 29 566).

Fällt bei einer Spannungsstabilisierung der genannten Art der Taktgenerator aus, so kann in Abhängigkeit des nun dauernd anstehenden Signales high oder low der Schaltreglertransistor so lange leitend bleiben, bis das mit diesem in Reihe geschaltete induktive Bauelement in die Sättigung getrieben wird und dadurch der Transistor überlastet und zerstört wird. Bei parallelgeschalteten Spannungsstabilisatoren werden dann mehrere Schaltreglertransistoren gleichzeitig zerstört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Spannungsstabilisatoren der genannten Art eine Steuerimpulserzeugung anzugeben, welche in einem Störungsfalle den Impuls zur Ansteuerung des Schaltreglertransistors zeitlich so begrenzt daß die maximal zulässige Spannungszeitfläche der in Reihe mit dem Schaltreglc-rtransistor liegenden induktiven Bauelemente nicht überschritten wird. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Störungsfalle keine Bauteile überlastet und zerstört werden, daß die Steuerimpulserzeugung und Steuerimpulsbegrenzung keine getrennten Schaltungsteiie darstellen und dadurch bauteil- und kostensparend sind, daß die Schaltungsanordnung im leistungsarmen Steuerteil angeordnet ist und daß die Steuerimpulsbegrenzung unabhängig vom Ansteuerungspunkt des Schaltreglertransistors und damit unabhängig von der Last arbeitet

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung lür die Steuerimpulserzeugung eines Schaltreglertransistors,

F i g. 2 die Spannungen an verschiedenen Punkten der erfindungsgemäßen Schaltung bei einer angeschlossenen Minimdlast,

F i g. 3 die Spannungen an verschiedenen Punkten der erfindungsgemäßen Schaltung bei einer angeschlossenen Maximallast

In F i g. 1 ist die Steuersatzspannung mit + UsJ - U_St, die Eingangsspannung mit + U^-Ue und die Ausgangsspannung mit + UaI- Ua bezeichnet Die an der Spannung Usi angeschlossenen Bauteile zählen zum Steuerkreis, die an Ue und £/4 angeschlossenen Bauteile zum Leistungskreis. Die Verbindung der einzelnen elektrischen Kreise wird potentialfrei mittels optoelektronischen und induktiven Bauelementen hergestellt.

An die positive Spannung + Ust ist über den Emitterwiderstand 2 der Transistor 1 angeschlossen. An die Basis wird ein der Regelabweichung entsprechendes Signal Ur geführt Der Kollektor des Transistors 1 führt zu einer Diode 3, einem Kondensator 4 und einem Schmitt-Trigger 5. Der Eingang des Schmitt-Triggers 5 ist mit S₅, der Ausgang mit Q_S5 bezeichnet Die Bauelemente zur Einstellung der Schaltschwelle und der Hysterese wurden der besseren Verständlichkeit wegen weggelassen. Der Kondensator 4 wird mit einem Konstantstrom Ik* aufgeladen. Der Ladestrom /_K6 des Kondensators 6 ist ebenfalls weitgehendst ein Konstantstrom, da die Widerstände 7 und 8 sehr hochohmig gewählt werden. Diese beiden Ladewiderstände liegen zwischen dem Kondensator 6 und einem negierenden Verstärker 9, dessen Eingang an den Schmitt-Trigger 5 und das Exclusiv-Oder-Gatter 10 geführt ist. Zwischen dem zweiten Eingang des Gatters 10 und dem Kondensator 6 liegt ein weiterer Schmitt-Trigger 11, dessen Eingang mit S₁₁ und Ausgang mit Q_s η bezeichnet ist. An den Kondensator 6 ist die Anode der Diode 12 angeschlossen, die Kathode der Diode liegt am Kollektor des Transistors 13, ebenso die Kathode der Diode 3. An die Basis des Transistors 13 wird über den Widerstand 14 das Taktsignal Tangelegt. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um ein gleichgerichtetes Sinussignal mit einer Frequenz von 20 bis 25 KHz. Es kann auch eine andere Signalform und Arbeitsfrequenz eingesetzt werden. Der Ausgang Qe des Exclusiv-Öder-

Gatters 10 ist über den Widerstand 15 an den Transistor 16 geführt Über der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors liegt der Ableitwiderstand 17 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 18. Mit 19 ist der Ableitwidersuuid dieses Transistors bezeichnet An die Basis des Transistors 18 wird das Freigabe-Signal Fr geführt, das zur Sperrung des Transistors 16 in Abhängigkeit der Spannungen Us₁ und Lfebenützt wird.

Im Kollektorkreis des Transistors 16 liegt der optoelektronische Koppler 20. An den Kollektor des Opto-Kopplers 20 ist ein weiterer Transistor 21 angeschlossen, dessen Ausgangssignal über eine Z-Diode 22, einen Widerstand 23 und einen Kondensator 24 an den Schaltreglertransistor 25 geführt wird. Die Widerstände 26,27 und 28 sind Kollektor-Widerstände, welche die Transistoren schützen. An den Kollektor des Schaltreglertransistors 25 ist die Primärwicklung des Übertragers 29 angeschlossen. Eine Sekundärwicklung dieses Übertragers, der hier als Flußwand'er betrieben wird, sorgt mit der in Reihe geschalteten Diode 30 für die Rückführung der Magnetisierungsenergie in die Quelle +UJ-Ub Der Widerstand 3Ϊ, die Diode 32 und der Kondensator 33 dienen zur Beschattung der Kollektor-Emitter-Strecke des Schaltreglertransistors.

Auf der Sekundärseite des Wandlers 29 sind die Gleichrichter-Diode 34, die Freilaufdiode 35, der Siebkondensator 36, der Strommeßwiderstand 37 und die Siebdrossel 38 in bekannter Weise zusammengeschaltet An die Ausgangsanschlüsse + UaIUa werden die Verbraucher angeschlossen. Die zum Steuersatz führenden Leitungen mit dem Strom- und dem Spannungs-Istwert sind lediglich angedeutet Die Reihenschaltung des Kondensators 39 und des Widerstandes 40 dient zur Beschallung der Halbleiter-Dioden.

Die Funktion der Schaltung wird vorteilhaft anhand der F i g. 2 und 3 gezeigt.

In Fig.2 zeigt der erste Spannungsverlauf das Eingangssignal Ur eine der Regelabweichung entsprechende Spannung. Dieses zwischen dem Eingang Ur und der Anschlußschiene - U_s, anstehende Signal ist bei einer kleinen negativen Regelabweichung im Betrag groß und bei einer großen negativen Regelabweichung im Betrag klein. Für den gezci^'u, !-Umwandler wird eine maximale Leitzeit des Schaltregler^ ansistors 25 von 50% der Taktperiode zugelassen. Damit ergibt sich der maximale Leitbereich tsRien und der minimale Sperrbereich mit tsRgap- Der Kondensator 4 wird mit einem Konstantstrom Ik 4 aufgeladen, was durch das Signal Uc4 dargestellt wird. Übersteigt das Eingangssignal Uca die Schwellenspannung des Schmitt-Triggers 5, so wird dessen Ausgang Qss auf Low-Signal gesetzt. Damit wird nun die Aufladung des Kondensators 6 eingeleitet Das sinusförmige Taktsignal T wird verstärkt und negiert Steht das Taktsignal ordnungsgemäß an, so werden die beiden Kondensatoren 4 und 6 gleichzeitig über die Dioden 3 und 12 entladen. Der Ausgang Qs π des Schmitt-Triggers 11 bleibt auf High-Signal und die Ansteuerung des Schaltreglertransistors 25 über die zwischengeschalteten Transistoren und Koppler wird auf die Zeit tQe begrenzt Diese Zeit wird bestimmt durch das Aiisgangssignal Q_e des Exclusiv-Oder-Gatters 10.

Es sein nun angenommen, daß das Taktsignal T plötzlich ausfällt Wie den Signalbildern zu entnehmen ist, werden die Kondensatoren 4 und 6 nicht mehr kurzgeschlossen, die Aufladung wird weiter fortgesetzt Erreicht die Spannung Ua am Kondensator 6 die Schwellenspannung des Schmitt-Triggers 11, so wird der Ausgang Qs η auf Low-Signal gesetzt Damit wird die Ansteuerung des Schaltreglertransistors 25 auf die maximal mögliche Zeit tQamx begrenzt Die schaltalgebraische Gleichung für die Ansteuerung des Schaltreg-Iertransistors 25 lautet:

Qc = (Qs5 ■ Ös7i) + (QTs ■ Qsu)
Dies führt zu folgender Funktionstabelle:

Qm	Cs 11	Qc
L	L	L
L	H	H
H	L	H
H	H	L

Der Ausgang Q_e zeigt nur dann ein zur Ansteuerung des Schaltreglertransistors 25 erforderliches High-Signal, wenn der Schmitt-Trigger 5 geschaltet hat, nicht aber der Schmitt-Trigger 11.

In F i g. 3 werden die Spannungssignale für eine große negative Regelabweichung dargestellt. Die maximale Ansteuerung des Schaltreglertransistors wird hier gezeigt. Fällt das Taktsignal T und damit auch die Negation T aus, so wird die Ansteuerung des Schaltreglertransistors ebenfalls auf die maximal mögliche Zeit tQe max begrenzt Die Begrenzung der maximalen Ansteuerzeit des Schaltreglertransistors ist demgemäß unabhängig von der Regelabweichung immer konstant. Die Dimensionierung der induktiven Bauelemente kann nahe an die Sättigungsgrenze gelegt werden, um eine optimale Bauteilnutzung zu erreichen.

Mittels des Transistors 18 und dem Freigabesignal Fr wird bei der Zuschaltung der Stromversorgung der Steuerimpuls so lange kurzgeschlossen, bis die Spannungen + UsJ - Us, und +UeZ-Ue in vorgeschriebener Pegelhöhe anstehen.

llier/u .? HIiUl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für die Steuerimpulserzeugung eines impulsbreitengesteuerten Schaltreglertransistors mit einem im Lastkreis dieses Transistors angeordneten induktiven Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einem von der Regelabweichung abgeleiteten Signal ein eingeprägter Strom (I_K i) erzeugt wird, welcher die Aufladung eines ersten Kondensators (4) bedingt, daß die am ersten Kondensator (4) anstehende Spannung auf den Eingang eines ersten Schmitt-Triggers (5) geschaltet ist, dessen Ausgang direkt oder über Verstärker (9) sowohl auf den Eingang eines Exclusiv-Oder-Gatters (10) als auch über einen Widerstand (7,8) auf einen zweiten Kondensator (6) geführt isi, daß die am zweiten Kondensator (6) anstehende Spannung auf den Eingang eines zweiten Schmitt-Triggers (11) geschaltet ist, dessen Ausgang auf den zweiten Eingang des Exclusiv-Oder-Gatters (10) geschaltet ist, daß die Kondensatoren (4) und (6) gleichzeitig in Abhängigkeit des Arbeitstaktes (T) umgeladen werden und daß das Ausgangssignal (Q_e) des Exclusiv-Oder-Gatters (10) direkt oder über Verstärker den Schaltreglertransistor (25) in den leitenden oder sperrenden Zustand steuert

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Exclusiv-Oder-Gatters (10) und den Schaltreglertransistor (25) ein optoelektronisches Koppelelement (20) geschaltet ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß an den Ausgang (Q_e) des Exclusiv-Oder-Gatters (10) ein Transistor (18) angeschlossen ist an dessen Basis ein von den Speisespannungen abhängiges Signal (Fr^geführt ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Tuggerschwellen der Schmitt-Trigger (5) und (11) getrennt voneinander eingestellt werden können.