DE2733031A1 - DC voltage converter in form of switching controller - has inductor and transistor controlled by pulse transformer with primary winding supplied with constant current - Google Patents
DC voltage converter in form of switching controller - has inductor and transistor controlled by pulse transformer with primary winding supplied with constant currentInfo
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Abstract
Description
Gleichspannungswandler.DC voltage converter.
Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler in Form eines Schaltreglers, bei dem eingangsseitig eine Speicherdrossel und ein Transistor mit seiner Kollektor-und Emitterstrecke im Längs zweig und eine Diode im Querzweig liegt, ferner ein Stützkondensator am ausgangsseitigen Anschluß der Drossel angeschlossen ist und der außerdem eine Spannungs- und Strombegrenzung enthält.The invention relates to a DC voltage converter in the form of a Switching regulator with a storage choke and a transistor on the input side its collector and emitter path in the longitudinal branch and a diode in the cross branch, Furthermore, a backup capacitor is connected to the output connection of the choke and which also contains a voltage and current limit.
Es sind Gleichspannungswandler bekannt, die zum Umformen von einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung dienen und vorzugsweise mit Ubertragern arbeiten. Statt eines Übertragers kann aber auch nur eine Drossel Anwendung finden. Zur Realisierung des zuletzNgenannten Falles kann beispielsweise ein Sperrwandler dienen. Bei den diesbezüglich bekannten Schaltungsanordnungen ist aber die Verlustleistung verhältnismäßig hoch.There are DC converters known that are used for converting a Serve direct voltage in another direct voltage and preferably with transformers work. Instead of a transformer, however, only one choke can be used. A flyback converter, for example, can be used to implement the last-mentioned case to serve. In the circuit arrangements known in this regard, however, the power loss is relatively high.
Da der Leistungsbedarf dieser Anlagen nicht direkt aus dem Netz, sondern aus verlustbehafteten Regelnetzteilen gedeckt wird, ist die Reduzierung der Verlustleistung und die Senkung des Leistungsgewichtes um so dringlicher, Je großer der Leistungsbedarf pro Anlagen-Raumeinheit wird.Since the power requirements of these systems are not taken directly from the network, but is covered by lossy control power supplies, is the reduction in power loss and the lowering of the power-to-weight ratio, the more urgent the greater the power requirement per plant room unit.
Das Hauptproblem bei Stromversorgungsgeräten ist nicht die Bereitstellung der benötigten Leistung, sondern die Tatsache, daß zur Versorgung bestimmter Schaltkreise beispielsweise nur 5 V Gleichapannung erforderlich sind, so daß -bei einigen 100 W Nennleistung - beachtliche Stromstärken auftreten.The main problem with power supplies is not that Provision the required power, but the fact that to supply certain circuits For example, only 5 V DC voltage are required, so that - with some 100 W rated power - considerable currents occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln einen Gleichspannungswandler zu schaffen, dessen Verlustleistung auf ein Minimum reduziert wird und der dadurch möglichst wenig Platz erfordert. Außerdem soll ein Parallelbetrieb mit beliebig vielen Exemplaren möglich sein.The invention is based on the object with the simplest possible Means to create a DC / DC converter whose power loss is reduced to one Minimum is reduced and thus requires as little space as possible. aside from that parallel operation with any number of copies should be possible.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem eingangs geschilderten Gleichspannungswandler in Verbindung mit der Speicherdrossel ein Meßkreis vorgesehen ist, daß ferner zur Steuerung des Schalttransistors, der erst beim Erreichen der unteren Grenze der Betriebsspannung freigegeben wird, ein Impulsübertrager angeordnet ist, der primärseitig mit einem konstanten Strom angesteuert wird und daß die einzelnen Bauteile so miteinander verbunden sind, daß in den einzelnen Leiterbahnzweigen immer nur der spezifische Strom für das betreffende Bauteil fließt, so daß eine gegenseitige Beeinflussung auf ein Minimum herabgesetzt ist und daß für die Spannungs- und Strombegrenzung ein gemeinsamer Hysterese-Widerstand verwendet wird.This object is achieved in that in one of the aforementioned DC voltage converter is provided in connection with the storage choke, a measuring circuit is that also to control the switching transistor, which only when reaching the The lower limit of the operating voltage is released, a pulse transmitter is arranged is, which is driven on the primary side with a constant current and that the individual Components are connected to each other in such a way that always in the individual conductor path branches only the specific current for the component in question flows, so that a mutual Influence is reduced to a minimum and that for the voltage and current limitation a common hysteresis resistor is used.
Mit der Schaltungsanordnung eines derartigen Gleichspannungswandlers wird erreicht, daß die Verlustleistung auf einem Minimum gehalten wird und dadurch die Unterbringung auf kleinstem Raum möglich ist. Hinzu kommt, daß durch eine gezielte LeitungsfUhrung keine Entstörglieder erforderlich sind, so daß auch damit die Verlustleistung herabgesetzt wird. Beim Schalten des Spannungsreglers erzeugt dieser an einem Widerstand eine Spannung, die sowohl beim Spannungs- als auch beim Stromregler als Hysteresespannung wirkt, wodurch ein nahtlose Übergang von Spannungsbegrenzung auf Strombegrenzung nun umgekehrt sichergestellt ist, was einen problemlosen Parallelbetrieb mit beliebig vielen Baugruppen ermöglicht.With the circuit arrangement of such a DC voltage converter it is achieved that the power loss is kept to a minimum and thereby accommodation is possible in the smallest of spaces. On top of that, through a targeted Line routing no interference suppression elements are required, so that the power loss is also reduced is reduced. When the voltage regulator is switched, it generates a resistor a voltage that is used as a hysteresis voltage for both the voltage and the current regulator acts, creating a seamless transition from voltage limitation on Current limitation is now reversed, which ensures problem-free parallel operation with any number of assemblies.
Meistens wird zum Messen des Stromes ein Widerstand in den Längszweig mit der Speicherdrossel eingeschleift. Das hat aber den Nachteil, daß bei großen Strömen eine erhebliche Verlustleistung in Kauf genommen werden muß. Bei der Erfindung wird daher parallel zur Speicherdrossel ein Meßkreis bestehend aus einer Hilfsdrossel und einem Widerstand vorgesehen, der Meßwerte an eine Strombegrenzung liefert, die in engen Grenzen schaltet. Durch diese Ausbildung des Meßkreises wird die Verlustleistung auf einen vernachlässigbaren Wert herabgedrückt. Außerdem kann durch eine genaue Strombegrenzung die Speicherspule auch optimal ausgenutzt werden.In most cases, a resistor is placed in the series branch to measure the current looped in with the storage throttle. But that has the disadvantage that with large Streams a considerable power loss must be accepted. In the invention Therefore, a measuring circuit consisting of an auxiliary choke becomes parallel to the storage choke and a resistor is provided which supplies measured values to a current limiter which switches within narrow limits. This design of the measuring circuit reduces the power loss depressed to a negligible value. In addition, through an accurate Current limiting the storage coil can also be optimally used.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung dient der Impulsübertrager außer zur Potentialtrennung auch zur Herabsetzung des Ansteuerstromes für den Schalttransistor. Durch das Ansteuern mit verhältnismäßig geringer Energie wird ebenfalls Verlustleistung eingespart.According to a further development of the invention, the pulse transmitter is used in addition to potential separation, also to reduce the control current for the switching transistor. Controlling with relatively little energy also results in power loss saved.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Impulsübertrager aus zwei Wicklungen, wobei die Ausgangswicklung an Basis-Emitter des Schalttransistors angeschlossen und die Eingangswicklung an eine Konstant stromquelle angeschlossen ist, die vom Spannungsregler getastet wird. Bei dieser Ausbildung kann der Schalttransistor stark Ubersteuert werden, so daß die Restspannung klein wird, was bei hohen Schaltströmen ebenfalls zur Herabsetzung der Verlustleistung führt.According to a further embodiment of the invention, there is the pulse transmitter from two windings, the output winding at the base-emitter of the switching transistor connected and the input winding connected to a constant current source which is sensed by the voltage regulator. In this training, the switching transistor are heavily overdriven, so that the residual voltage is small, which is with high switching currents also leads to a reduction in the power loss.
Um eine hohe Regelgenauigkeit zu erzielen und die Vorteile eines gesättigten Schalttransistors nicht preisgeben zu müssen, kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung das Ausräumen des Schalttransistors durch Kurzschließen der Eingangswicklung des Impulsübertragers mittels eines weiteren Transistors erfolgen, der über eine Hilfswicklung der Speicherdrossel und einen Begrenzungswiderstand angesteuert wird.In order to achieve high control accuracy and the advantages of a saturated Not having to disclose switching transistor can after a further training according to the invention, clearing out the switching transistor by short-circuiting the input winding of the pulse transmitter by means of another Transistor take place, via an auxiliary winding of the storage choke and a limiting resistor is controlled.
Eine besondere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß zum Sperren und Freigeben des Schalttransistors ein z. B. aus einem Operationsverstärker bestehender Starter vorgesehen ist, der die Höhe der Eingangsspannung überwacht.A special development of the inventive concept is that to lock and unlock the switching transistor a z. B. from an operational amplifier existing starter is provided, which monitors the level of the input voltage.
Durch den Starter wird der Schalttransistor erst dann freigegeben, wenn die Eingaugsspannung einen möglichst hohen Wert erreicht hat, so daß die liefernde Energiequelle auch beim Einschaltvorgang nur mit dem resultierenden Strom belastet wird. Im Gegensatz hierzu wird nämlich bei üblichen Gleichspannungswandlern, die von hoher Spannung auf niedrige Spannung umsetzen, der Schalttransistor sofort freigegeben, so daß die liefernde Energiequelle auf den vollen Anlaufstrom der Sekundärseite des Umrichters ausgelegt sein muß.The switching transistor is only released by the starter, when the input voltage has reached as high a value as possible, so that the supply voltage Energy source only loaded with the resulting current during the switch-on process will. In contrast to this, namely with conventional DC voltage converters that convert from high voltage to low voltage, the switching transistor is released immediately, so that the supplying energy source on the full starting current of the secondary side of the converter must be designed.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert.The invention is explained using an exemplary embodiment.
Die Figur zeigt ein Eingangssieb, bestehend aus einer Induktivität L1 und einem Kondensator C1. Daran schließen sich Stützkondensatoren C2 und C3 an, die prinzipiell auch durch einen Kondensator realisiert sein könnten. Im Längs zweig ist als Schalter ein Transistor T1 vorgesehen, der über eine Steuerwicklung eines Impulsübertragers L4I gesteuert wird.The figure shows an input screen consisting of an inductor L1 and a capacitor C1. This is followed by backup capacitors C2 and C3, which in principle could also be implemented by a capacitor. In the longitudinal branch a transistor T1 is provided as a switch, which via a control winding of a Pulse transmitter L4I is controlled.
Ferner liegt im Längszweig eine Speicherdrossel L2I mit einem Glättungskondensator C4 in Reihe. Im Querzweig ist zu der Speicherdrossel L2I und dem Glättungskondensator C4 eine entgegengesetzt zur Betriebsspannung gepolte Freilaufdiode D7 vorgesehen. Parallel zur Speicherdrossel L2I ist ein Meßkreis aus einer Hilfsdrossel L3 und einem Widerstand R7 angeordnet.Furthermore, a storage choke L2I with a smoothing capacitor is located in the series branch C4 in series. In the shunt branch is to the storage choke L2I and the smoothing capacitor C4 a free-wheeling diode D7 polarized opposite to the operating voltage is provided. A measuring circuit consisting of an auxiliary choke L3 and L3 is parallel to the storage choke L2I a resistor R7 arranged.
Zum Freigeben des Umrichters dient ein Starter ST, der von der Betriebsspannung U1 versorgt wird und der die Höhe dieser Spannung bewertet und mit seiner Aussage einen Stromrichter SR beeinflußt. Dieser Stromregler wird ebenfalls von der Betriebsspannung Ul versorgt und erhält seine Vergleichs- werte vom Widerstand R1 und beeinflußt seinerseits einen Spannungsregler SP. Auch dieser Spannungsregler SP wird von der Betriebsspannung Ul versorgt und bekommt seine Meßwerte über Fühlerleitungen F1 und F2. Der Spannungsregler arbeitet beim Regeln auf einen Widerstand R2, von dem die Hysteresespannung sowohl für den Spannungsregler selbst als auch für den Stromregler abgeleitet wird. Mit R3 und R4 sind Entkopplungswiderstände bezeichnet.A starter ST is used to enable the converter, which is powered by the operating voltage U1 is supplied and evaluates the level of this voltage and with its statement affects a converter SR. This current regulator is also dependent on the operating voltage Ul supplies and receives its comparative values from resistor R1 and in turn influences a voltage regulator SP. This voltage regulator too SP is supplied by the operating voltage Ul and receives its measured values via sensor lines F1 and F2. When regulating, the voltage regulator works on a resistor R2, von which is the hysteresis voltage for both the voltage regulator itself and for the Current controller is derived. Decoupling resistors are denoted by R3 and R4.
Der Spannungsregler SP tastet eine Konstantstromquelle KS, die über eine Diode D3 die Eingangswicklung des Impulstbertragers L4II versorgt. Ein Transistor T2 wird über eine Hilfswicklung der Speicherdrossel L2II und einen Begrenzungswiderstand R5 angesteuert und schließt mit seinem Kollektorkreis über eine Diode D2 die Impulsübertragerwicklung L4II kurz. Durch die Widerstände R6 und R7 werden die Fühlerleitungen F1, F2 mit dem notwendigen Bezugspotential +U2 und OV auch dann versorgt, wenn keine externen Verbindungen ausgeführt sind.The voltage regulator SP scans a constant current source KS, which over a diode D3 supplies the input winding of the pulse transmitter L4II. A transistor T2 becomes the storage choke L2II via an auxiliary winding and a limiting resistor R5 is activated and closes the pulse transformer winding with its collector circuit via a diode D2 L4II briefly. Through the resistors R6 and R7, the sensor lines F1, F2 are also connected supplied with the necessary reference potential + U2 and OV even if there are no external Connections are made.
Wenn die Eingangsspannung +U1 z. B. auf ihrem halben Wert liegt, ist die Schaltung noch im Ruhezustand, d. h. der Starter ST befindet sich noch im "Aus-Zustandn. Der Starter hält bei dieser Betriebslage auch den Stromregler im ZAus-Zustand1. Der Stromregler SR hält den Spannungsregler SP und dieser wiederum die Konstantstromquelle KS in dem wAus-Zustand*. Der Schalttransistor T1 ist ebenfalls gesperrt und die Ausgangsspannung U2 Null.If the input voltage + U1 z. B. is at half its value is the circuit is still in the idle state, d. H. the starter ST is still in the "off" state. In this operating position, the starter also keeps the current controller in the ZOff state1. The current regulator SR holds the voltage regulator SP and this in turn holds the constant current source KS in the wOff state *. The switching transistor T1 is also blocked and the Output voltage U2 zero.
Steigt die Betriebsspannung U1 weiter an, dann wird der Einschaltpunkt des Starters ST erreicht, der den Stromregler SR freigibt. Der Stromregler SR gibt auch den Spannungsregler SP frei. Weil die Ausgangsspannung U2 noch Null ist, schaltet der Spannungsregler SP die Konstantstromquelle KS ein, wodurch ein Strom durch die Primärwicklung des Impulscibertragers L4II fließt, der mit seiner Sekundärwicklung den Schalttransistor T1 einschaltet. Damit steigt der Strom in der Speicherdrossel L2I auf seinen maximalen Wert, was im Meßkreis am Widerstand RI festgestellt und dem Strom regler SR mitgeteilt wird. Daraufhin schaltet der Stroxregler SR aus. In Abhängigkeit dieses Vorganges sperrt der Spannungsregler SP den Schalttransistor T1, wie es in umgekehrter Weise bereits beschrieben ist, d. h. der Gleichspannungswandler beginnt mit naxalem Strom zu arbeiten.If the operating voltage U1 continues to rise, the switch-on point becomes of the starter ST, which enables the current regulator SR. The current regulator SR gives also the voltage regulator SP free. Because the output voltage U2 is still zero, it switches the voltage regulator SP the constant current source KS a, whereby a current through the Primary winding of the pulse transmitter L4II flows with its secondary winding the Switching transistor T1 turns on. This increases the current in the Storage choke L2I to its maximum value, which is in the measuring circuit at the resistor RI determined and communicated to the current regulator SR. The strox controller then switches SR off. Depending on this process, the voltage regulator SP blocks the switching transistor T1, as already described in reverse, i.e. H. the DC / DC converter begins to work with normal current.
Dabei steigt die Ausgangsspannung U2 an. Wenn die Ausgangsspannung U2 ihren Sollwert erreicht, was über die Fühlerleitungen F1, F2 dem Spannungsregler SP angezeigt wird, tritt dieser in Aktion und tastet entsprechend die Konstantstromquelle und damit den Schalttransistor T1. Der Strom in der Speicherdrossel L2I stellt sich 3etzt auf die tatsächliche Belastung am Ausgang U2 ein. Der Stromregler tritt erst wieder in Tätigkeit, wenn die Sekundärseite (U2) überlastet wird.The output voltage U2 increases in the process. When the output voltage U2 reaches its setpoint, which is transmitted to the voltage regulator via the sensor lines F1, F2 SP is displayed, it takes action and scans the constant current source accordingly and thus the switching transistor T1. The current in the storage choke L2I arises 3 is based on the actual load at output U2. The current regulator only kicks in in operation again when the secondary side (U2) is overloaded.
Sinkt die Eingangsspannung Ul unter die festgelegte Schwelle des Starters, so geht dieser wieder in den wAus-Zustandw und damit ist der Gleichspannungswandler wieder in dem zu Anfang beschriebenen Ruhezustand.If the input voltage Ul falls below the defined threshold of the starter, so it goes back to the w off state w and thus the DC voltage converter again in the idle state described at the beginning.
Beim Schalten des Spannungsreglers erzeugt dieser an dem Widerstand R2 eine Spannung, die sowohl beim Spannungsals auch beim Stromregler als Hysteresespannung wirkt, wodurch ein nahtloser Ubergang von Spannungsbegrenzung auf Strombegrenzung nun umgekehrt sichergestellt ist. Damit wird ein problemloser Parallelbetrieb mit beliebig vielen Baugruppen ermöglicht.When the voltage regulator is switched, it is generated at the resistor R2 is a voltage that is used as a hysteresis voltage for both the voltage and the current regulator acts, creating a seamless transition from voltage limitation to current limitation is now ensured the other way round. This enables problem-free parallel operation with allows any number of assemblies.
Beis Abschalten der Speicherdrossel L2I wird in einer Hilfswicklung L2II eine Spannung induziert, die Uber den Widerstand R5 den Transistor T2 leitend macht, der über die Diode D2 die Eingangsvicklung des Impulsübertragers L4I kurzschließt, wodurch der transistor T1 mit maximalem Strom ausgeräumt wird.When the storage choke L2I is switched off, an auxiliary winding L2II induces a voltage which conducts transistor T2 via resistor R5 that short-circuits the input winding of the pulse transformer L4I via the diode D2, whereby the transistor T1 is cleared with maximum current.
6 Patentansprüche 1 Figur6 claims 1 figure
Claims (6)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19772733031 DE2733031C2 (en) | 1977-07-21 | 1977-07-21 | DC-DC converter |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19772733031 DE2733031C2 (en) | 1977-07-21 | 1977-07-21 | DC-DC converter |
Publications (2)
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|---|---|
| DE2733031A1 true DE2733031A1 (en) | 1979-01-25 |
| DE2733031C2 DE2733031C2 (en) | 1982-07-01 |
Family
ID=6014545
Family Applications (1)
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| DE19772733031 Expired DE2733031C2 (en) | 1977-07-21 | 1977-07-21 | DC-DC converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2733031C2 (en) |
-
1977
- 1977-07-21 DE DE19772733031 patent/DE2733031C2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2733031C2 (en) | 1982-07-01 |
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