DE2643796A1

DE2643796A1 - Ansteuerschaltung fuer geregelte gegentaktwandler

Info

Publication number: DE2643796A1
Application number: DE19762643796
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Schoen
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1978-03-30

Description

"Ansteuerschaltung für geregelte Gegentaktwandler"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung für geregelte Gegentaktwandler und findet Anwendung beispielsweise bei der potentialfreien Ansteuerung von geschalteten Netzgeräten.
Es ist eine Ansteuerschaltung für getaktete leistungsstellglieder bekannt (DT-OS 24 59 868), bei der die Leistungstransistoren mittels eines Übertragers angesteuert werden. Die Steuerleistung für die Leistungstransistoren wird hierbei aus den entsprechenden Kollektorkreisen entnommen. Das Durchschalten der Transistoren erfolgt durch eine interne Rückkoppelschaltung, wobei ein definierter Strom zum Durchschalten durch das Ubersetzungsverhältnis des Ubertragers erzielt wird. Diese Schaltung ist aber nicht potentialgetrennt gegenüber den Emittern der Leistungstransistoren, Da auf die Ausgangsspannung geregelt wird, die Beistungstransistoren aber eingangsseitig liegen, tritt eine Potentialschwelle zwischen Ein- und Ausgang auf, die beispielsweise durch Optokoppler überwunden wird. Dies ist aber mit erhöhtem Aufwand verbunden.
Bekannt ist auch (US-PS 3 683 208) eine Schaltung für einen Gegentaktwandler mitreibertransformatord eirm Ieistungstransformator Auch hierbei liefert eine Rückkopplungswicklung auf dem Treibertransformator den zum Durchschalten der Leistungstransistoren notwendigen Basisstrom. Die Schaltung arbeitet aber mit zwei getrennten Primärwicklungen für den Steuertransformator . Mit der einen Wicklung wird abgeschaltet und mit der anderen eingeschaltet. Dies erfordert eine komplizierte Ansteuerschaltung. Außerdem werden bei dieser Schaltung durch das Springen des Emitterpotentials * kapazitive Störströme im Ansteuerteil hervorgerufen, die den Regelvorgang stören und Spikes (Nadelimpulse) auf der Ausgangsspannung erzeugen können.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine leistungssparende, störungsunempfindliche Ansteuerung für ein Schaltnetzteil bei gleichzeitiger Potentialfreiheit des Regelteil gegenüber der Schaltstufe zu finden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß ein mit zwei im Gegentakt arbeitenden Primärwicklungen versehener Steuertransformator vorgesehen ist, der sekundärseitig eine Rückkopplungswicklung und zwei zur Ansteuerung von Schalttransistoren dienende Steuerwicklungynaufweist und über diese Schalttransistoren einen leistungsübertrager ansteuert. Der Steuertransformator ist über die Enden seiner Primärwicklung mit zwei als Schalter wirkenden elektronischen Bauelemente verbunden, die über zwei Impulsreihen gegenphasig angesteuert werden. Der Steuertransformator ist mit seinen Steuerwicklungen jeweils zwischen der Basis und dem Emitter des zugehörigen Beistungsschalttransistors angeordnet,und die- beiden Primärwicklungshälften des Leistungsübertragers sind zum einen mit dem Kollektor des Schalttransistors und mit dem Pluspol der Eingangs spannung und zum anderen mit dem * eines Transistors im Ausgangskreis Kollektor des Schalttransistors und dem Emitter des Schalttransistors verbunden, und der Emitter des Schalttransistors ist auf das Minus-Potential der Eingangsspannung gelegt. Die Rückkopplungswicklung des Steuertransformators liegt zwischen dem Emitter des Schalttransistors und dem Mittelpunkt eines zwischen den Polen der Eingangs spannung liegenden kapazitiven Spannungsteilers. Der Steuertransformator weist eine aus zwei Hälften bestehende Primärwicklung mit Mittelanzapfung auf. In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung ist die Rückkopplungswicklung derart aufgeteilt, daß ihre Enden über die Primärseite des leistungsübertragers mit den Kollektoren der Schalttransistoren und ihre Mittelanzapfung mit der Betriebsspannung verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung bildet in vorteilhafter Weise einen Gegentaktwandler, bei dem zum einen die maximale Sperrspannung an einem der Leistungstràsistoren gleich dem Wert der Eingangs spannung des Wandlers ist und bei dem zum anderen die Emitterpotentiale der leistungstransistoren fest liegen, so daß von daher keine Störströme in der Ansteuerschaltung hervorgerufen werden können, wie dies bei der Schaltung gemäß der US-PS 3 683 208 sehr leicht geschehen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Das geschaltete Netzgerät gemäß Figur 1 ist mit den Eingangsklemmen +UB und 0 an eine Gleichspannung gelegt. Der 20kHzleistungsübertrager T2 besitzt zwei Primär- und zwei Sekundräwicklungen. Von den sekundärseitigen Leistungswicklungen des 20 kHz-Leistungsübertragers wird über eine bekannte nur symbolhaft dargestellte Schaltung mit Mittelpunktgleichrichtung und L-C-Siebung die Ausgangsspannung Ua abgegriffen.
Die beiden primärseitigen Wicklungen sind jeweils in die Emitter-Kollektor-Strecke der Schalttransistoren V1 und V2 eingeschaltet. Parallel zu den Eingangsklemmen +UB und 0 sind zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren C1 und C2 angeordnet. Diese Kondensatoren halbieren die Eingangsspannung.
Der Steuertransformator T1 verfügt über die beiden Primärwicklungen IV und V sowie die sekundärseitigen Basiswicklungen I und III für die-Ansteuerung der Schalttransistoren Vi und V2. Weiterhin befindet sich auf der Sekundärseite des Steuertransformators eine Rückkopplungswicklung II, die zwischen dem Emitter von Vi und dem Mittelpunkt zwischen den Kondensatoren C1 und C2 liegt.
Der Emitter des Schalttransistors V1 ist über die Rückkopplungswicklung II und den Kondensator C2 HF-mäßig mit O-Potential verbunden. Dadurch werden in vorteilhafter Weise vom leistungsteil herrührende Störbeeinflussungen der Steuerungsseite vermieden. Die Mittelanzapfung der Wicklungen IV und V des Steuertransformators ist über einen Schutzwiderstand R an die Hilfsspannung UH gelegt.
Anstelle des Widerstandes R kann auch eine Stromquelle eingesetzt werden.
Die Ansteuerung des Steuertransformators Tl erfolgt über das Steuerteil 5. Dieses Steuerteil besteht beispielsweise aus einem PI-Regler und einem Impulsbreitenmodulator. Der PI-Regler vergleicht den von der Ausgangs spannung Ua abgegriffenen Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert.
Breite abhängig ist von der Soll-Istwert-Differenz der Ausgangsspannung. Aus dem Steuerteil werden zwei um 1800 versetzte Impulsreihen abgegriffen und über die Schalter Si und S2 auf den Steuertransformator geführt. Diese Schalter bestehen in der Praxis beispielsweise aus Transistor mit Freilaufdiode und sind nur in der Zeichnung zur Vereinfachung als mechanische Schalter dargestellt. Die Schalter S1, S2 werden durch die Impulsreihe aus dem Steuerteil 5 gesteuert.
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung nach Fig.2 arbeitet folgendermaßen: Der zeitliche Ablauf wird hierbei durch die Zustände A bis D in dem Diagramm nach Fig. 2 gezeigt.
Bei gesöhlossenem Schalter S2 und geöffnetem Schalter S1 (Zustand B) zieht die Wicklung V über die Hilfsspannung UH Strom.
In der Basiswicklung III setzt ebenfalls ein Stromfluß ein, der den Schalttransistor V2 leitend schaltet. Der Strom von UB kann jetzt über C1, die Rückkopplungswicklung II, die untere Hälfte der Primärwicklung des Leistungsübertragers T2 und die Kollektor-Emitter-Strecke von V2 nach Nasse fließen.
Der Stromfluß (Ip) durch die Rückkopplungswicklung II ist so p gerichtet, daß er den Strom durch die Wicklung III verstärkt, bis der Schalttransistor V2 ganz durchgeschaltet ist. Der Strom durch die Wandlerprimärseite induziert in der Wandlersekundärseite eine Spannung, die gleichgerichtet und gesiebt als Ausgangsspannung Ua zur Verfügung steht.
Im nächsten Zeitpunkt (Zustand C) sind die Schalter S1 und S2 geschlossen. Hierdurch wird der Steuertransformator T1 kurzgeschlossen, die Leistungstransistoren Vi und V2 sperren, und es fließt auch primärseitig kein Strom mehr durch den Transformator T2.
Zum nächsten Zeitpunkt (Zustand D) ist Schalter S1 geschlossen und Schalter S2 geöffnet. Ein Stromfluß über S1 und Wicklung IV setzt ein. Die in der Basiswicklung I induzierte Spannung läßt einen Strom IB1 in dem Transistor V1 fließen und läßt diesen leitend werden. Jetzt kann der Strom von +UB über die obere Hälfte der Primärwicklung des Wandlers (Leistungsübertragers) T2, den Transistor Vi, Rückkopplungswicklung II und C2 nach Masse fließen. Dieser Strom durch die Riickkopplungswicklung II verstärkt den Strom durch Wicklung I und der Transistor Vi schaltet voll durch. Auf der Wandlersekundärseite wird dadurch eine Spannung erzeugt, die gleichgerichtet und gesiebt wird.
Um den Schaltvorgang zu beschleunigen, können in die Basisleitungen der Schalttransistoren RC-Glieder eingeschaltet werden.
Bei einem Gegentaktwandler gemäß dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Emitter der Leistungstransistoren auf einem gemeinsamen Massepotential liegen und die Speisespannung über die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Beistungsübertragers zugeführt wird, wobei die beiden anderen Enden der Primärwicklung jeweils auf den Kollektor eines Schalttransistors geführt sind, ist eine vorteilhafte Ausgestaltung möglich. Bei dieser in Fig. 3 dargestellten Möglichkeit, die einzelnen Bauelemente weisen die bisher verwendeten Bezeichnungen auf, wird die Rückkopplungswicklung II in zwei gegenphasig arbeitende Hälfaufgeteilt, wobei die Hälften tent\jeweils zwischen den tollektoren der beiden Schalttransistoren V1, V2 und der Speisespannung UB liegen. Diese Anordnung findet vorwiegend Anwendung bei Gegentaktwandlern für niedrige Eingangsspannungen.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1.)Ansteuerschaltung für geregelte Gegentaktwandler, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit zwei im Gegentakt arbeitenden Primärwicklungen (IV, V) versehener Steuertransformator (Ti) vorgesehen ist, der sekundärseitig eine Rückkopplungswicklung (II) und zwei zur Ansteuerung von Schalttransistoren (vi, V2) dienende Steuerwicklung (I, III) aufweist und über diese Schalttransistoren (V1, V2) einen Leistungsübertrager (T2) ansteuert.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator (T1) über die Enden seiner Primärwicklung (IV, V) mit zwei als Schalter wirkendenelektronischen Bauelementen(S1, S2) verbunden ist, die über zwei Impulsreihen gegenphasig angesteuert werden.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator (T1) mit seinen Steuerwicklungen (I, III) jeweils zwischen der Basis und dem Emitter des zugehörigen Ieistungsschalttransistors~(yi V2) angeordnet ist-und daß -hälften die beiden Primärwicklungs/ des Leistungsübertragers (T2) zum einen mit dem Kollektor des Schalttransistors (V1) und mit dem Pluspol der Eingangsspannung und zum anderen mit dem Kollektor des Schalttransistors (V2) und dem Emitter des Schalttransistors (V1) verbunden sind, und daß der Emitter des Schalttransistors (V2) auf das Minus-Potential der Eingangsspannung gelegt ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungswicklung (11) des Steuertransformators (T1) zwischen Emitter des Schalttransistors (V1) und dem Mittelpunkt eines zwischen den Polen der Eingangsspannung (UB) liegenden kapazitiven Spannungsteilers (C1, C2) liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator (Ti) eine aus zwei Hälften bestehende Primärwicklung (IV, V) mit Mittelanzapfung aufweist.
6. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungswicklung (11) des Steuertransformators (T1) derart aufgeteilt ist, daß ihre Enden über die Primärseite des leistungsübertragers (T2) mit den Kollektoren der Schalttransistoren (V1, Y2) und ihre Mittelanzapfungen mit der Betriebsspannung (UB) verbunden ist.