DE2814848A1 - Sperrwandler - Google Patents

Description

Westfälische Metall Industrie KG Lippstadt, 04.04.1978 Hueck & Co ^//

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"Sperrwandler"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sperrwandler mit einem Transformator, mit einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung, einer Rückkopplungswicklung, und mit einem Schalttransistor, in dessen Emitter-Kollektorstrecke die Primärwicklung liegt und dessen Basis von der Rückkopplungswicklung angesteuert wird, mit einem Gleichrichter an der Sekundärwicklung und mit einem Widerstand zum Ansteuern der Basis des Transistors.

Derartige Sperrwandler haben die Aufgabe, eine Gleichspannung zu zerhacken, hinaufzutransformieren und wieder gleichzurichten.

Ein Nachteil derartiger Sperrwandler ist, daß die Stromverstärkungswerte des Sperrwandlertransistors in die Leistungsabgabe des Sperrwandlers eingehen. Das bedeutet, daß ein unerwünschter Temperatürgang und die Exemplarstreuung bei der Fertigung in die Stromverstärkung eingehen. Man muß deshalb darauf Rücksicht nehmen, was zur Folge hat, daß man den Schalttransistor nicht voll ausnutzen kann.

Die Erfindung hat zum Ziel, insbesondere die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und einen Sperrwandler mit besserem Wirkungsgrad zu schaffen. Zu diesem Zweck ist bei einem Sperrwandler der eingangs genannten Art ein Zeitglied vorgesehen, das mit einer der Transformatorwicklungen so verbunden ist, daß es von dieser angesteuert werden kann, und das bei Erreichen einer vorbestimmten Zeit den Schalttransistor sperrt. Vorzugsweise ist das Zeitglied mit der Rückkopplungswicklung des Transformators verbunden. Es wird erreicht, daß das Schaltverhalten des Sperrwandlertransistors so verbessert wird, daß

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der Sperrwandler einen besseren Wirkungsgrad zeigt, also bei gleichem Eingang eine größere Ausgangsleistung abzugeben gestattet, wobei sogar eine geringere Erwärmung erzielt wird.

Anhand eines Ausführungsbeispiels, aus dem weitere Einzelheiten hervorgehen, soll die Erfindung im nachfolgenden beschrieben werden:

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten

Sperrwandlers.
Fig. 2 zeigt das Diagramm des Kollektor-Emitter-Spannungssignals am Sperrwandlertransistor.

Der Sperrwandler gemäß Fig. 1 besteht aus dem Transformator Tr1, der eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und eine Rückkopplungswicklung besitzt, sowie dem Transistor T8, in dessen Kollektorstromkreis die Primärwicklung liegt, während die Rückkopplungswicklung an seiner Basis angeschlossen ist und diese ansteuert sowie dem Gleichrichter D19. Die Arbeitsweise ist in bekannter Weise wie folgt: Die Primärwicklung des Transformators Tr1 wird mit Hilfe des Schalttransistors T8 periodisch an das Bordnetz gelegt und wieder von diesem getrennt. Während der Stromflußphase des Transistors T8 baut der in der Primärwicklung des Transformators Tr1 fließende Strom ein Magnetfeld auf, das beim Sperren des Transistors T8 zusammenbricht. Die in allen Wicklungen induzierten Spannungen dienen verschiedenen Zwecken; während die an der Sekundärwicklung liegende Hochspannung über die Dioden D19 gleichgerichtet wird und einem entsprechenden Verbraucher zugeführt werden kann, wirkt die Rückkopplungswicklung auf den Schalttransistor T8 zurück. Die Gleichrichterdioden D19 sind so gepolt, daß sie während der Sperrphase des Transistors T8 leitend werden und dann die Ladungsspeicher C18, C19 und C20, C21 aufladen. Von diesen Ladungsspeichern kann die Gleichspannung kontinuierlich oder impulsweise abgerufen werden, z. B. für Blitzimpulse in Hochspannungsblitzröhren.

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Der Widerstand R27 dient zum Ansteuern der Basis des Transistors T8. Er ist mit dem Widerstand R26 und der Kapazität C16 zu einem Anschwingnetzwerk verbunden. Die Rückkopplungswicklung ist über den Widerstand R31, die Diode D16 und die Kapazität C17 ebenfalls mit der Basis des Transistors T8 verbunden. Ferner ist der Kollektor eines weiteren Transistors T6 mit der Basis des Schalttransistors T8 verbunden.

Der Einschaltvorgang des Transistors T8 wird in bekannter Weise mit Hilfe der Rückkopplungswicklung in Verbindung mit dem Widerstand R31, der Diode D16 und der Kapazität C17 erreicht. Nach Einschalten des Gerätes ist der Transistor T8 zunächst infolge des Basisstroms über das Anschwingnetzwerk, bestehend aus den Widerständen R26, R27 und der Kapazität C16, schwach leitend. Durch die Primärwicklung des Transformators Tr1 fließt dabei ein Strom, der in der Rückkopplungswicklung eine Spannung induziert, die so gepolt ist, daß die Diode D16 über den Widerstand R31 leitend wird und somit einen erhöhten Strom in die Basis des Transistors T8 fließen läßt, so daß der Transistor T8 schließlich voll durchsteuert.

An die Rückkopplungswicklung ist ferner ein Zeitglied gelegt, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den Widerständen R28, R29, R30, R32, R33, der Kapazität C15 und dem Transistor T7 gebildet wird. Der Transistor T7 ist als programmierbarer Unijunction-Transistor ausgebildet, was besondere Vorteile bringt.

Das Zeitglied ist mit der Basis des Transistors T6 verbunden, dessen Basis ferner über einen Widerstand R25 mit dem einen Pol des Bordnetzes verbunden ist, mit dem auch der Emitter des Transistors T6 unmittelbar verbunden ist.

Bei dem zuvor beschriebenen Einschaltvorgang wird auch die Diode D18 leitend und legt die Rückkopplungsspannung an das Zeitglied, wobei sich die Kapazität C15 über die Widerstände R28 und R29 auflädt. Die Schaltschwelle des programmierbaren Unijunction-Transistors T7 wird durch den aus den Widerständen R 32 und R33 bestehenden Spannungsteiler vorgegeben.

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Sobald die Spannung an der Kapazität C15 die Sehaltschwelle des Unijunction-Transistors T7 erreicht hat, schaltet dieser durch und entlädt die Kapazität C15 über den Widerstand R30 auf die Basis des Transistors T6. Dieser wird leitend und sperrt impulsartig den Schalttransistor T8.

Die Sperrung des Transistors T8 wird über die Rückkopplungswicklung und den Widerstand R31, die Diode D16 und die Kapazität C17 solange aufrechterhalten, bis die magnetische Energie des Transformators in Form von Ladungsenergie voll an den Ladungsspeieher abgegeben ist.

Das Zeitglied bestimmt also die Stromflußzeit des Transistors T8, das heißt die Zeit, in der die Primärwicklung des Transformators Tr1 jeweils an das Bordnetz angeschaltet wird. Da die Primärinduktivitat des Transformators Tr1 im betreffenden Strombereich praktisch konstant ist, steigt der Strom während der Stromflußphase des Transistors T8 annähernd linear an. Dabei wird in bekannter Weise eine magnetische Energie Ε___ = 1/2 LI_mQ

III et £2 IiId λ.

gespeichert.

Es wird also erreicht, daß durch das Zeitglied der Strom I_max und damit die magnetische Energie E_m festgelegt werden. Da die Schaltzeit des Zeitgliedes mit dem einstellbaren Widerstand R29 veränderbar ist, kann somit die magnetische Speicherenergie eingestellt werden.

Bei freischwingenden Sperrwandlern in herkömmlicher Bauart ist die Leistungsabgabe sehr stark von den Bauelementtoleranzen im Rückkopplungszweig, von der Stromverstärkung des Schalttransistors und insbesondere der Betriebstemperatur abhängig. Durch die Verwendung des beschriebenen Zeitgliedes wird erreicht, daß der an sich freischwingende Sperrwandler sich quasi wie ein fremdgesteuerter Sperrwandler verhält, denn während jeder Stromflußphase des Transistors T8 wird praktisch der gleiche magnetische Energiebetrag im Transformatorkern gespeichert und anschließend während der Sperrphase in Form von Ladungsenergie an den Ladungsspeicher abgegeben. Die Leistungsabgabe des Sperr-

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Wandlers ist deshalb praktisch konstant. Man kann also alle Bauelemente voll ausnutzen und braucht keine Überdimensionierung für den ansonsten eintretenden Fall einer höheren Leistungsabgabe vorzusehen. Es ergibt sich unter anderem der Vorteil, daß das Schaltverhalten des Transistors T8 und damit der Gesamtwirkungsgrad des Wandlers erheblich verbessert wird.

Fig. 2 zeigt das Diagramm des Kollektor-Emitter-Spannungssignals am Schalttransistor. Die voll ausgezogene Linie zeigt das Spannungssignal am Transistor T8, entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsform, während die gestrichelt ausgezogene Linie das Spannungssignal an einem Schalttransistor in einem freischwingenden Sperrwandler herkömmlicher Bauart zeigt. Es ist deutlich erkennbar, daß der Schalttransistor T8 besser ausgenutzt wird. Man kann den Widerstand R31 niederohmiger dimensionieren, als man es üblicherweise tun würde. Damit wird zwar die Steuerenergie für den Transistor T8 sehr hoch und unter Umständen bei höheren Temperaturen zu hoch. Da aber durch das Zeitglied ein rechtzeitiger Abbruch stattfindet, kann diese höhere Steuerenergie in Kauf genommen werden, worin ein wesentlicher Vorteil der Erfindung zu sehen ist.

Der Widerstand R31 dient zur Basisstrombegrenzung. Die Kapazität C17 gewährleistet auch bei tiefen Umgebungstemperaturen ein sicheres Anschwingen des Wandlers. Die Diode D16 verhindert, daß der im Einschaltaugenblick über den Widerstand R27 gelieferte schwache Basisanschwingstrom über den Widerstand R31 und die Rückkopplungswicklung abfließt. Die Widerstände R26 und R27 begrenzen den Basisruhestrom des Transistors T8. Dadurch wird eine Zerstörung des Transistors T8 bei Kurzschluß des Gperrwandlerausgangs verhindert. Der Sperrwandler ist also dauerkurzSchlußfest.

Der Ladestrom des Kondensators C16 dient als Anschwingstromimpuls für den Sperrwandler nach dem Einschalten der Anlage. Eine Zenerdiode D17 begrenzt Induktionsspannungsspitzen, die an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T8 während des Umschaltens in die Sperrphase entstehen. Bei Erreichen unzulässig hoher Spannungsspitzen bricht die Diode D17 durch und

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macht den Transistor T8 wieder schwach leitend. Dadurch werden die Spannungsspitzen auf das Niveau der Zenerspannung begrenzt.

Der erfindungsgemäß aufgebaute Sperrwandler kann als Schaltnetzteil für verschiedene Zwecke angewendet werden; vorzugsweise kann er als die Hochspannung der Kondensatoren von Elektronenblitzgeräten liefernder Sperrwandler angewendet werden, z. B. in Elektronenblitzgeräten, wie sie in der DE-OS 26 21 443 beschrieben sind. In derartigen Anlagen wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Sperrwandler so weit verbessert, daß bei gleichem Eingang und gleicher Blitzimpulsfolge Blitzenergien von 40 W Sek. abgegeben werden können, während mit Sperrwandlern herkömmlicher Bauart nur Blitzenergien von 25 W Sek. abgegeben werden.

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Claims (4)

1. Ansprüche :

   ( 1. jSperrwandler mit einem Transformator mit einer Primärwick-—'lung,· einer Sekundärwicklung, einer Rückkopplungswicklung, und mit einem Schalttransistor, in dessen Emitter-Kollektorstrecke die Primärwicklung liegt und dessen Basis von der Rückkopplungswicklung angesteuert wird, mit einem Gleichrichter an der Sekundärwicklung und mit einem Widerstand zum Ansteuern der Basis des Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (R28, R29, R30, R32, R33, C15, T7) vorgesehen ist, das mit einer der Transformatorwicklungen (Tr1) so verbunden ist, daß es von dieser angesteuert werden kann, und das bei Erreichen einer vorbestimmten Zeit den Schalttransistor (T8) sperrt.
2. 2. Sperrwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (R28, R29, R30, R32, R33, C15, T7) mit der Rückkopplungswicklung des Transformators (Tr1) verbunden ist.
3. 3. Sperrwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R29) des Zeitgliedes einstellbar ist.
4. 4. Sperrwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T7) des Zeitgliedes ein programmierbarer Unijunction-Transistor ist.

   909841/0339 ORIGINAL INSPECTED