DE2658903C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichspannungswandler ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Gleichspannungswandler entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist durch die US-PS 32 37 081 bekannt.
Gegenstand des älteren deutschen Patents 26 24 566 ist ferner ein selbstschwingender Transistor-Gleichspan­ nungswandler in Halbbrückenschaltung, wobei ein Treiber­ transformator vorgesehen ist, zu dessen Primärwicklung das Spannungssignal für die Selbstschwingung geführt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleich­ spannungswandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art in seinem schaltungstechnischen Auf­ bau zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispieles beschrieben:
In Fig. 1 ist A ein Zerhacker, B ein Gleichspannungs­ wandler, 10 ein Gleichrichterkreis zur Gleichrichtung der Eingangswechselspannung 10 a, 11 ein Schaltkreis zur Umwandlung des Ausgangssignals des Gleichrichterkreises in ein Pulsspannungssignal, 12 ein Tiefpaßfilter, 13 ein Wandler, 14 ein Ausgangstransformator, 15 ein Gleichrichterkreis, von dem das geregelte Gleichspan­ nungsausgangssignal erhalten wird, und 16 eine Wick­ lung, die ein Signal einem Pulsbreitenmodu­ lator 18 über einen Spannungsrückkopplungskreis 17 zu­ führt.
Der Ausgangstransformator 14 ist mit der Ausgangsseite des Wandlers 13 verbunden und hat eine Wicklung 19 zur Rückkopplung von Signalen, um den Pulsbreitenmodulator zu synchronisieren. Die Synchronsignale werden dem Puls­ breitenmodulator 18 über einen Synchronsignaldetektor 20 zugeführt, der z. B. mit einem Integrierkreis ver­ sehen ist.
Der Gleichrichterkreis 10, der Schaltkreis 11, das Tief­ paßfilter 12 und der Pulsbreitenmodulator 18 bilden den Zerhacker A. Der Wandler 13, der Ausgangstransformator 14 und der Gleichrichterkreis 15 bilden den Gleichspan­ nungswandler B.
Die Einzelheiten der Schaltung werden anhand der Fig. 2 und 3 erläutert.
Fig. 2 zeigt im wesentlichen den Zerhacker A der Fig. 1. Der Gleichrichterkreis 10 richtet die Eingangswechsel­ spannung gleich. Der Schaltkreis 11 und das Tiefpaß­ filter 12 bilden einen Speicherdrosselwandler im Längs­ schalter, Längsspeicherdrossel, Freilaufdiode und Glät­ tungskondensator. Das Gleichspannungsausgangssignal wird über den Schaltkreis 11 und das Tiefenpaßfilter 12 in eine konstante Ausgangsspannung umgewandelt. Zu diesem Zweck wird die Rückkopplungsspannung der Wicklung 16 verwendet, um den Schaltkreis 11 zu steuern. Das Aus­ gangssignal des Wandlers 13 wird durch die Wicklung 19 ermittelt und dient als Schaltsignal für den Zerhacker A.
Das Signal zur Steuerung des Schaltkreises 11 besteht aus dem Synchronisiersignal und dem Rückkopplungssignal. Dies bedeutet, daß das Gleichspannungsausgangssignal (+Epc), das durch Gleichrichten des Wechselspannungs­ eingangssignals erhalten wird, von in Darlington-Schal­ tung angeordneten Transistoren Q 1, Q 2 und Q 3 in ein Impulssignal umgewandelt und nach Glät­ tung durch das Tiefpaßfilter 12, das aus der Drossel­ spule L 1 und dem Kondensator C 1 besteht, dem Wandler 13 zugeführt wird.
Der Gleichspannungswandler B liefert ein Rechteck- Synchronsignal (Fig. 4a) zur Basis eines der Transisto­ ren Q 4 und Q 5 eines Differentialverstärkers über einen Integrierkreis aus einem Widerstand R 8 und einem Konden­ sator C 2 (Fig. 4b).
Von der Wicklung 16 des Ausgangstransformators 14 wird eine Steuergleichspannung entsprechend dem geregelten Gleichspannungsausgangssignal auf die Basis des Transi­ stors Q 5 über den Einstellwiderstand R 9 gegeben.
Die Basis des Transistors Q 5 erhält somit (Fig. 4c) die Summe der Rückkopplungsspannung der Wicklung 16 und des sägezahnförmigen integrierten Ausgangssignals des Syn­ chronisiersignals.
Auf diese Weise kann durch Vergleich des Ausgangssignals mit der Bezugsspannung Vz an der Basis des Transistors Q 4 in dem Differentialverstärker das Pulsbreitenmodula­ tionssignal, das in Fig. 4d gezeigt ist, an dem Kollek­ tor des Transistors Q 4 erhalten werden.
Ein Strom I 1 (Fig. 4e) entsprechend dem Pulsbreitenmodu­ lationssignal fließt durch den Kollektor des Schalt­ transistors Q 3 und wird auf den Wandler 13 über die Drosselspule L 1 gegeben, die einen Teil des Tiefpaßfil­ ters 12 bildet.
In diesem Blockschaltbild zeigen D 1 die Diode, die einen Freilauf in der Drosselspule L 1 ermöglicht, D 2 eine Zenerdiode, die die Bezugsspannung für den Be­ trieb des Transistors Q 4 stabilisiert, R 6 und R 7 Dämp­ fungswiderstände der Transistoren Q 4 und Q 5, und R 1 den Treiberwiderstand des Zerhackers A, um den Transistor Q 4 zu öffnen, wenn Leistung zugeführt wird. R 2 ist der Widerstand, der die Zenerdiode D 2 mit dem Treiberstrom versorgt.
Wenn eine zu große Last an der Ausgangsseite des Gleich­ richterkreises 15 vorhanden ist, wird die Spannung der Wicklung 16 verringert, so daß ein Signal von der in den Fig. 4c bis 4e gezeigten Art erhalten wird, um die Aus­ gangsspannung des Gleichrichterkreises 15 zu erhöhen. Auf diese Weise ist die Ausgangsgleichspannung konstant, unabhängig davon, wie sprunghaft sich die Last ändert.
Anhand der Fig. 3 werden nun der Aufbau und die Arbeits­ weise des Gleichspannungswandlers B beschrieben.
Aus dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 12 wird durch die Transistoren Q 6 und Q 7 eine Impulsspannung an der Primärwick­ lung des Ausgangstransformators 14 erzeugt. Wenn die Ausgangs­ spannung des Zerhackers A zugeführt wird, beginnt der Transistor Q 9 des Schwingungsstarters S zu arbeiten. Gleichzeitig wird der Kondensator C 7 geladen und der Transistor Q 8 ist offen. Durch Entladen des Kondensators C 7 wird die Primärwicklung 11 des Treibertransformators T 1 und damit eine der Steuerspulen 12 und 13, die mit den Transistoren Q 6, Q 7 verbunden sind, erregt, so daß die Schwingung beginnt.
Sobald die Schwingung begonnen hat, treten keine schnel­ len Änderungen der Spannung am Kondensator C 1 auf. Die Basis des Transistors Q 8 hat über die Diode D 3 und D 4 eine Sperrspannung und der Schwingungsstartkreis ist ge­ sperrt.
Auf diese Weise schwingt der Wandler weiter und erzeugt Rechteckwellen bestimmter Frequenz in dem die Spulen 12 und 13 und die Kondensatoren C 4 und C 5 enthaltenden Kreis. Sein Ausgangssignal wird von dem Gleichrichterkreis 15 mit den Dioden D 5 bis D 8 und den Kondensatoren C 9 und C 10 über die Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 14 gleichgerichtet und zum Gleichspannungsausgangssignal des Wandlers gemacht.
Das zuvor erwähnte Rechteckausgangssignal wird den Wick­ lungen 16 und 19 zugeführt. Von der Wicklung 16 wird eine Gleichspannung, die der geregelten Ausgangsgleich­ spannung entspricht, über den Gleichrichterkreis erhal­ ten, der aus den Dioden D 9 bis D 12 und dem Kondensator C 8 besteht. Diese Gleichspannung wird dem Pulsbreiten­ modulator 18 über den Spannungsrückkopplungskreis 17 zugeführt.
Von der Wicklung 19 wird ein Synchronimpuls entsprechend der zuvor erwähnten Frequenz erhalten und dem Pulsbrei­ tenmodulator 18 über den Synchronsignaldetektor zuge­ führt.
T 1 ist der Treibertransformator und T 2 ein Transformator zur Stromrückkopplung.
Durch Wahl des Kondensators C 3 und des Widerstandes R 13 in dem obigen Kreis und durch Einstellen einer geeigne­ ten Zeitkonstante kann die Nachlaufgeschwindigkeit ver­ änderbar gemacht werden.
Der Spannungsrückkopplungskreis wird somit auf der Sekun­ därseite des Ausgangstransformators 14 (getrennt von dem Kreis, der die geregelte Ausgangsgleichspannung erzeugt) über die Wicklung 16 für die Rückkopplungsspannung ge­ bildet, so daß der Betrieb gegenüber Eingangsänderungen auf der Sekundärseite stabilisiert wird.
Die Spannung für den Wandler 13 kann so gewählt werden, daß die Transistoren Q 6 und Q 7 bei einer bestimmten Spannung betrieben werden. Das System ist damit auch bei einer anderen Leistungsquelle und Spannung anwendbar.

Claims (4)

1. Gleichspannungswandler
  • - mit einem von einem Pulsbreitenmodulator (18) ge­ steuerten Speicherdrosselwandler mit Längsschalter, Längsspeicherdrossel, Freilaufdiode und Glättungs­ kondensator,
  • - dem ein selbstschwingender Transistor-Gegentakt­ wandler (13) mit Ausgangstransformator (14) und we­ nigstens einer Wicklung (14) zur Rückkopplung des Spannungssignals für die Selbstschwingung nachge­ schaltet ist,
  • - wobei dem Ausgangstransformator (14) die Istgröße für die Pulsbreitenregelung des Speicherdrossel­ wandlers entnommen und dem Pulsbreitenmodulator zugeführt wird,
  • - und dieser außerdem durch eine induktive Ankopplung vom Gegentaktwandler synchronisiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Transistor-Gegentaktwandler (13) in an sich be­ kannter Weise einen Treibertransformator (T 1) auf­ weist, zu dessen Primärwicklung (l 1) das Spannungs­ signal für die Selbstschwingung über einen Wider­ stand (R 12) geführt wird ist,
  • - wobei dieses Spannungssignal gleichzeitig als Syn­ chronisiersignal über eine Koppelschaltung (R 8, C 1, C 2) dem Pulsbreitenmodulator (18) zugeführt wird.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Koppelschaltung einen Inte­ grierkreis, bestehend aus einem Widerstand (R 8) und einem Kondensator (C 2), sowie einen Koppelkondensator (C 1) enthält.
3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pulsbreitenmodulator (18) einen von zwei Transistoren (Q 4, Q 5) gebildeten Differen­ tialverstärker enthält, wobei die Emitter der beiden Transistoren miteinander und über einen Widerstand (R 5) mit einem Bezugspunkt verbunden sind und wo­ bei der Basis des einen Transistors (Q 4) eine Bezugs­ spannung (V z ) zugeführt wird, während die Basis des anderen Transistors (Q 5) einerseits mit der das Syn­ chronisiersignal zuführenden Koppelschaltung (R 8, C 1, C 2) und andererseits mit einem Spannungsrückkopplungs­ kreis (17) verbunden ist, über den die eine Wicklung (16) des Ausgangstransformators (14) entnommene Ist­ größe für die Pulsbreitenregelung als Steuergleich­ spannung zugeführt wird.
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