DE2705475C2 - Fremdgetakteter Transistor-Gegentaktgleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fremdgetakteten Transistor-Gegentaktgfeichspannungswandler mit Transformator, dessen Ausgangsgleichspannung durch ein Sperren der Steuerimpulse für die Leistungstransistoren geregelt wird, wobei die Dauer ^es Sperrens durch ein digitales, aus einem Soii-Istwertvergleich gewonnenes Fehlersignal bestimmt wird (impr'-spaketregelung).

In vielen Bereichen der Fernsprechtechnik ist es erforderlich. Steuergleichspannsingen zur Betätigung von Schaltungsanordnungen bereitzustellen, die sich amtsentfernt am Ort einer Teilnehmerstelle befinden. Bei Münzfernsprechern sind beispielsweise Spannungsquellen für positive und negative Spannungen von 100 V erforderlich, um die Relais für die Münzenannshme und Münzenrückgabe zu betätigen.

Wenn solche Münzfernsprecher über Teilnehmerleitungs-MultipIexsysteme bedient werden sollen, so können diese Spannungen nicht direkt vom Vermittlungsamt geliefert werden. Es ist daher erwünscht, Steuergleichspannungen an amtsentfernten Orten zu erzeugen, die unter Steuerung von Überwachungssignalen des Amtes stehen. Solche Spannungsquellen müssen klein, kompakt und billig sein sowie einen guten Wirkungsgrad und hohe Zuverlässigkeit besitzen.

Bekannt ist der Einsatz von Transistor-Gegentaktgleichspannungswandlern als Stromversorgung auf diesem Gebiet (DE-OS 23 37 756). Zur Regelung der Ausgangsspannung einer Stromversorgung dieser Art ist es üblich, das Tastverhältnis der Steuerimpulse für die Transistoren der Endstufe zu regeln. Eine solche Regelung hat den Nachteil, daß derjenige Teil der Wandlerverluste, der aus Umschaltverlusten besteht, nicht direkt proportional der Ausgangsleistung ist, sondern mit abnehmender Ausgangsleistung ansteigt Ein weiterer Nachteil ist die oft notwendige Bedingung, daß das Tastverhältnis der Steuerimpulse für die beiden Endstufentransistoren im gesamten Regelbereich sorgfältig aneinander angepaßt sein muß, damit vermieden wird, daß eine resultierende Gleichspannung an den Wandlertransformator angelegt wird, die möglicherweise den Magnetkern des Transformators sättigt

Bekannt ist auch schon ein Gegentaktgleichspan-

nungswandler der eingangs genannten Art (DE-AS 1230119), bei dem die Steuerimpulse von einem frei schwingenden Multivibrator geliefert und den Endstufentransistoren fiber Transformatoren zugeführt wer-

den. Die Übertragung der Steuerimpulse kann abhängig von der Ausgangsspannung des Wandlers gesperrt werden. Der Sperrzeitpunkt wird dabei nur vod der Ausgangsspannung bestimmt, so daß hohe Abschaltverluste und -beanspruchungen auftreten können, wenn die

to Sperrung zu Zeitpunkten hohen Primärstromes erfolgt Außerdem können Gleichstrom-Unsymmetrien auftreten.

Die Erfindung hat sich ausgehend vom Stand der Technik nach der DE-AS12 30119 die Aufgabe gestellt, einen Gegentaktgleichspannungswandler zu schaffen, der bei höher Zuverlässigkeit und kleinem Aufwand einen hohen Wirkungsgrad auch bei kleinen !Leistungen hat, der sieb mit Signalen kleiner Leistung regeln und steuern laßt und bei dem Gleichstrom-Unsymmetrien siciier vermieden sind. Zur Losung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine aus logischen Verknüpfungen und Flipflops bestehende Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die die Regelung des Wandlers mit Signalen kleiner Leistung durch taktsynchrones Sperren vollständiger Steuerimpulspaare, deren Zahl vom Fchlersignal abhängt, bewirken.
Durch das takisynchrone Sperren von Steuerimpulspaaren werden hohe Abschattverluste und -beanspruchungen vermieden und es lassen sich zur Regelung Signale kleiner Leistung verwenden, so daß Standard-Logikschaltungen kleiner Leistung ausreichen. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad des Wandlers verbessert Außerdem lassen sich die gleichen Lcgikschaiiungen benutzen, um die Erzeugung der Wandlerausgangsspannung Oberhaupt zu sperren. Eine solche Sperrung mit kleinen Signalen gibt die MöghJikeit, die Ausgangsspannung nur während derjenigen Zeitabschnitte zu erzeugen, in welchen die Spannungen tatsächlich benötigt werden. Schließlich wird durch die Sperrung jeweils von Paaren der Steuerimpulse die Syminetrieb der Steuerspannung für den Wandler aufrechterhalten und die Wahrscheinlichkeit einer Sättigung des Umformertransformator auf ein Minimum gebracht Die Umschaltverluste sind darüber hinaus direkt proportional der Ausgangsleistung und im wesentlichen unabhängig vom Ausgangsstrom.
In der einzigen Figur der Zeichnung ist das Schaltbild

so eines digital gesteuerten Umformers als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt

Der gezeigte Umformer weist einen Transformator 100 mit einer Primärwicklung 101 und einer Sekundärwicklung 102 auf. Beide Wicklungen besitzen eine Mittelanzapfung. Zwei transistorisierte Treiberschaltungen 103 und 104 beaufschlagen abwechselnd die obere und untere Hälfte der Primärwicklung 101. Die Treiberschaltungen 103 und 104, die nachfolgend noch genauer beschrieben werden, werden selbst durch die Ausgangs-Spannungen eines ODER-Gatters 105 bzw. 106 beaufschlagt Ein Eingangssignal jedes der beiden ODER-Gatter 105 und 106 wird von einem Impulsformer 107 bzw. 108 geliefert Die Impulsformer 107 und 108 haben die doppelte Funktion, eine Standardformung der an die Gatter 105 und 106 angelegten Impulse vorzunehmen und darüber hinaus sicherzustellen, daß als Dauereingangssignal an diese Gatter eine höh«, einer logischen I entsprechende Spannung angelegt wird, wenn das An-

3 4

steuersignal eines Flipflops 111 verschwindet. Dadurch zugeordneten Spannungsteiler. Wenn die Diode 131 leiwird ein nach der sicheren Seite ausfallender Betrieb tet, wird die Leitung 139 direkt positiv vorgespannt, ermöglicht, bei dem der Umformer bei fehlendem Takt- · während die Mehrfachdiode 137 die Höhe der positiven Treibsignal abgeschaltet wird. Spannung auf der Leitung 139 begrenzt um zu verhin-

Die Eingangssignal der Impulsformer 107 und 108 s dern, daß das (Satter 114 beschädigt wird. Wenn die werden vom 1- und O-Ausgang eines üblichen D-Flip- Diode 132 leitet so wird die Leitung 140 negativ vorgeflops 109 abgeleitet Das Fjpflop 109 wird durch Taktsi- spannt, während die Diode 138 die Höhe der negativen gnale aus einer Taktimpulsquelle auf der Leitung 110 Spannung begrenzt um eine Beschädigung des Galters angesteuert 157 zu verhindera. Die negative Spannung auf der Lei-

Die restlichen Eingangssignale der ODER-Gatter 105 io tung 140 wird dem NOR-Gatter 157 zugeführt, so daß und 106 kommen vom 1-Ausgang des Z?-FJipflops 111. sich eine positive Spannung für das Gatter 115 ergibt Dieses Flipflop steht unter Steuerung von Takt-Zeit- Wenn also die beiden Versorgungsspannungen obersteuerungssignalen auf der Leitung 112 vom 1-Ausgang halb ihrer Nennwerte liegen, so wird eine positive Spandes Flipflops 109 und logischen Steuersignalen eines nung dem jeweils zugeordneten NOR-Gatter 114 bzw. NOR-Gatters 113. Das NOR-Gatter 113 wird wiederum 15 115 zugeführt, um die Ansteuerung des Umformers zu durch die Ausgangssignale von NOR-Gattern 114 und unterbrechen.

115 angesteuert Wenn der Laststrom am Anschluß 127 oder 128 den

Ein Eingangssignal des NOR-Gatters 114 ist ein Bi- vom Gleichrichter 118 gelieferten Strom übersteigt so närsignal auf der Leitung 116, das einen Bedarf für eine wird der jeweils zugeordnete Kondensator 123 bzw. 124 Ausgsngsspannung positiver Polarität (Münzannahme 20 entladen. Fällt die Spannung über Einern der Kondensaim Ausführungsbeispie!) angibt Die Leitung 116 ist mit toren unter den Nennwert, so hört die zugeordnete Ze- »Annahme« bezeichnet und gibt an, daß eine Spannung ner-Diode auf zu leiten, und die Spannung auf der zugevon +100 V benötigt,wird, um eine Münzannahme bei ordneten Leitung 139 bzw. 140 geht auf L. Da der einem üblichen Münzfernsprecher durchzuführen, wenn Gleichrichter 118 ohne Ansteuersignale vom ODER-die Leitung auf L, d.h, niedrige Spannung, geht 25 Galtet 105 und 106 keinen Ausgangsstrom liefert, läßt

Auf entsprechende Weise wird ein Binärsignal auf der sich eine Spannungsregelung dadurch erreichen, daß die Leitung 117 an das NOR-Gatter 115 angelegt und gibt Gatter 105 und 106 nur solange betätigt werden, wie die an, daß eine negative Ausgangsspannung benötigt wird. Ausgangsspannung am Anschluß 3127 oder 128 unter-Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Leitung halb des für den Betrieb der Anlage erforderlichen SoII-117 mit »Rückgabe« bezeichnet und gibt an, daß eine 30 wertes liegt Wenn die Spannungen oberhalb des Sollnegative Spannung von 100 V benötigt wird, um die wertes liegen oder nicht benötigt werden, so sind die Münzrückgabe in einem üblichen Münzfernsprecher Ausgangsspannungen der Gatter 114 und 115 beide auf durchzuführen, wenn die Leitung 117 auf L geht Diese L, wodurch sich ein Eingangssignal H für das Flipflop jt logischen Funktionen dienen lediglich als Beispiel für 111 über das Gatter 113 eingibt Die Gatter 105 und 106

beliebige andere logische Funktionen, die einen Bedarf 35 werden demgemäß beide betätigt gehalten und können

α nach geregelten Ausgangsspannungen des Inverters de- nicht impulsförmig angesteuert werden, bis die Aus-

Ψ finieren. gangsspannung unter den Sollwert fällt

'ί Die Sekundärwicklung 102 des Transformators 100 Da das Flipflop 111 durch das Taktsignal auf der Lei-

': ist an einen Vollweggleichrichter 118 mit den Gleich- tung 112 zeitlich gesteuert wird, verläuft die Betätigung

richterdioden 119,120,121 und 122 angeschlossen. Die 40 urd Abschaltung der Gatter 105 und 106 synchron mit Ausgangsspannung des Gleichrichters 118 wird durch der Rückflanke der Taktimpulse, und es wird wenigstens Kondensatoren 123 und 124 gesiebt die die Ausgangs- eine voile Periode der Taktimpulse gesperrt. Zusätzli-" spannung in eine positive und eine negative Spannung ehe Perioden werden gesperrt, solange die Ausgangs-

-r mit Bezug auf Erdpotential unterteilen. Außerdem lie- spannung bzw. -spannungen oberhalb der gewünschten

gen Parallel wider stände 125 und £26 über diesen Aus- 45 Werte bleiben. Wenn eine der Ausgangsspannungen be- ;. gangsspannungen. Die sich ergebende positive Span* nötigt wird und nicht bereits auf oder oberhalb des ge-

nung erscheint an einem Anschluß 127 und die negative wünschten Wertes ist so wird der Umformer gestartet Spannung an einem Anschluß 128. Die andere Ausgangsspannung bleibt gutgeregelt

Zur Regelung der Höhe der Ausgangsspannung an selbst dann, wenn sie unbelastet ist da die benutzte den Anschlüssen 127 und 128 sind zwei Spannungsver- 50 Ausgangsspannung die andere Ausgangsspannung über gleichsschaltungen 129 und 130 vorgesehen, die die die Transformatorkopplung begrenzt

h Spannung an den Anschlüssen 127 und 128 mit Bezugs- Die Impulsformer 107 und 108 weisen Koppelkon-

. spannungen vergleichen, die über Zenerdioden 131 und densatoren 141, 142 auf, die in Reihe mit Dioden 143

132 abfallen. Ein Spannungsteiler mit Widerständen 133 bzw. 144 an die Eingänge der öDER-Gau^r SOS und 106 :: und 134 liegt in Reihe mit der Zener-Diode 131 zwi- 55 angeschaltet sind. Die Dioden 143 und J44 können

;" sehen dem Anschluß 127 und Erde. Entsprechend liegt durch eine Spannungsquelle 145 bzw. 156 in Durchlaß-

ein Spannungsteiler mit Widerständen 135 und 136 in richtung vorgespannt werden, und zwar über Wider-% Reihe mit der Zener-Diode 132 zwischen dem Anschluß stände 146,147,148 und 149. Die in Durchlaßrichtung

■ 128 und einer positiven Spannungsquelle. Über den Wi- vorgespannten Dioden bewirken, daß den Gattern 105

r: derstand 134 ist eine Diode 137 und Ober den Wider- 60 und 106 logische Signale Hdargeboten werden. Negati·

H stand 136 eine Diode 138 geschaltet ve Spannungsübergänge am Ausgang des Flipflops 109

ύ Immer dann, wenn der vom Gleichrichter 118 gelie- werden über die Kondensatoren 141 bzw. 142 zuge-

T?! ferte, gleichgerichtete Ausgangsstrom größer ist als der führt, die die Dioden 143 und 144 sperren und bewirken,

j ν: Ausgangsstrom, den die an den Anschluß 127 oder 128 daß Eingangssignal L an die ODER-Gatter 105 und 106

M angelegte Last entnimmt steig: die Spannung über dem es angelegt werden. Falls aus irgendeinem Grund jedoch

h jeweiligen Siebkonde^rrator an. Bei einer vorgewählten die Taktimpulse ausfallen oder das Flipflop 109 in einem

'' Durchbruchsspannung fängt die Zener-Diode 131 oder seiner Zustände steckenbleibt so laden sich die Kon-

"\ 132 an zu leiten und liefert eine Steuerspannung an den densatoren 141 und 142 gegebenenfalls weit genug auf,

um die zugeordneten Dioden in Durchlaßrichtung vorzuspannen, wodurch Eingangssignale H an die Gatter 105 und 106 geliefert werden. Auf diese Weise fallt die Treiberschaltung für den Umformer nach der sicheren Seite dahingehend aus, daß der Umformer in Abwesen- s heit der Treibersignale vollständig gesperrt wird.

Die Treiberschaltungen 103 und 104 sind identisch, und folglich wird nur die Treiberschaltung 103 im einzelnen beschrieben. Ein Eingangstransistor 150 wird durch das ODER-Gatter 105 angesteuert und treibt selbst wiederum einen Transistor 151. Dieser ist als Emitterfolger geschaltet und beaufschlagt einen Leistungstransistor 15Z Ein Widerstand 153 stellt die Entladungsstrecke für die Emitter-Basiskapazität der Transistoren 151 und 152 dar. Die Diode 154 macht die Treiberschaltung dadurch schneller, daß eine Sättigung des Transistors 152 vermieden wird. Wenn der Ausgangsiransisior 152 eingeschaltet ist und seine Kollektorspannung auf eine Durchlaßspannung unterhalb der Spannung an der Basis des Transistors 151 abfallt, so leitet die Diode 154 und führt einen übermäßigen Basisstrom vom Transistor 151 und demgemäß vom Ausgangstransistor 152 ab. Die Ausgangsspannung wird daher auf die Summe der Spannungsabfälle an der Basis-Emitterstrecke des Transistors 151, der Basis-Emitterstrecke des Transistors 152 und am Varistor 155 abzüglich des Spannungsabfalls an der Diode 154 geklemmt

Im Betrieb werden die Treiberschaltungen 103 und 104 abwechselnd durch die Gatter 105 bzw. 108 angesteuert und ziehen einen Rechteck-Stromimpuls über die obere und untere Wicklungshälfte der Eingangswiv-klung 101 des Transformators 100. Es werden dann höhere Spannungen an der Sekundärwicklung 102 des Transformators 100 erzeugt, die zur Lieferung der Ausgangsspannungen durch den Gleichrichter 118 gleichgerichtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40

45

55 60

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fremdgetakteter Transistor-Gegentaktgleichspannungswandler mit Transformator, dessen Ausgangsgleichspannung durch ein Sperren der Steuerimpulse für die Leistungstransistoren geregelt wird, wobei die Dauer des Sperrens durch ein digitales, aus einem Soü-Istwertvergleich gewonnenes Fehlersignsl bestimmt wird (Impulspaketregelung), dadurch gekennzeichnet, daß eine aus logischen Verknüpfungen (105, 106, 113 bis 115) und Flipflops (109, 111) bestehende Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die die Regelung des Wandlers mit Signalen kleiner Leistung durch taktsynchrones Sperren vollständiger Steuerimpulspaare, deren Zahl vom Fehlersignal abhängt, bewirken.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, äaß der Quelle (109, UO) für die Steuerimpulse eine Einrichtung (107,103) nachgeschaitet ist, die auf das Ausbleiben von Steuerimpulsen anspricht und den Betrieb des Wandlers sperrt