DE2920166A1

DE2920166A1 - Verfahren zur steuerung eines schaltreglers

Info

Publication number: DE2920166A1
Application number: DE19792920166
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Pivit; Juergen Saxarra
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2456970A1; FR2456970B1; IT8021835A0; IT1131159B; DE2920166C2

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH NE2-BK/Ruf/jo

Theodor-Stern-Kai 1 BK 78/87

D-6000 Frankfurt

Verfahren zur Steuerung eines Schaltreglers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltreglers, der an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und aus der Serienschaltung eines steuerbaren, elektronischen Schalters mit einem Verbraucher besteht, wobei von dem den elektronischen Schalter durchfließenden Strom ein Kriterium zur Steuerung der Verbraucherspannung abgeleitet wird, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Patent ... (Anmeldung DE-OS 27 15 571).

Die Funktionsweise von Impulsbreiten geregelten Wandlerschaltungen, wie Flußwandler, Sperrwandler, Aufwärtswandler usw., die mit konstanter Schaltfrequenz arbeiten, ist in der oben angeführten Offenlegungsschrift ausführlich beschrieben, wobei ein Steuerverfahren angegeben wurde, mit dem die bekannte Schwingneigung dieser Wandler stark vermindert bzw. gänzlich beseitigt werden kann.

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Nachteilig wirkt sich bei diesem Steuerverfahren jedoch aus, daß die Schalterleitezeit die halbe Periodendauer der Schaltfrequenz nicht überschreiten darf, um Schwingungen zu vermeiden.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Steuerungsverfahren und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei denen die Schalterleitezeit die halbe Periodendauer der Schaltfrequenz überschreiten, ja sogar knapp eine Periodendauer lang sein darf, ohne daß störende Schwingungen entstehen bzw. daß letztere wieder abklingen, d.h. bedämpft werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in den Patentan-Sprüchen angegebenen Mitteln.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine Schalterleitezeit von größerer als einer halben Periodendauer der Schaltfrequenz ermöglicht wird, ohne daß der Wandler sein stabiles Verhalten verliert. Die erfindungsgemäßen Wandler lassen dadurch eine wesentlich größere Beeinflussung durch Störspannungen zu, ohne daß sich den Schaltfrequenzen störende Schwingfrequenzen überlagern bzw. so, daß letztere ::ieder abklingen d.h. bedämpft werden.

Es erfolgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren.

Die Figur 1 zeigt eine Sperrwandlersch'altung nach der DE-OS 27 15 571. Diese Schaltung neigt zur Selbsterregung, wenn die Leitezeit des Schalttransistors S1 größer als die halbe Periodendauer T ist*. Das kann man feststellen, wenn die Brücke A-B aufgetrennt wird, am Punkt A zur Aufrechterhal-

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tung des stationären Zustandes die Spannung U1 ' angelegt wird, die der Verbraucherspannung entspricht, und die Stromsprungantwort am Punkt B aufgrund eines Spannungssprungs am Punkt A um den Wert AU1¹ betrachtet. Dies ist in der Figur 2 über der Zeit t aufgetragen. Im oberen Teil ist der durch die Induktivität L1 fließende Strom I dargestellt, wobei im Zeitbereich 0 bis T der ungestörte Verlauf mit einer Leitezeit von T1 = T/2 und ab dem Zeitpunkt T ein gestörter Verlauf mit überlagerten Schwingfrequenzen aufgrund eines Störspannungssprungs AUI' erkennbar ist. Im darunter liegenden Teil b der Figur 2 ist dieser Spannungssprung gezeichnet. Ferner ist dem Diagramm der Verlauf der dem Schaltstrom proportionalen Steuerspannung UR1 zu entnehmen, die der konstanten Referenzspannung Uref überlagert ist. Jeweils am Schnittpunkt der Summenspannung mit der Vergleichsspannung U1' wird der Transistorschalter SI gesperrt, d.h. die Leitezeit T1 ist beendet. Aufgrund des Spannungssprungs verlängert sich die Leitezeit TI bei jeder zweiten Schaltperiode auf den Wert 5/6 χ T, während in den versetzten Schaltperioden die Leitezeit T1 = 1/6 T ist. Dieses nicht betriebsgemäße Schwingverhalten ist bei der Schaltung nach Figur 1 stabil.

Demgegenüber zeigt die Figur 3 denselben Sperrschwinger wie bei der Figur 1, jedoch erfindungsgemäß zusätzlich angesteuert mit einem Sägezahnspannungsgenerator SZQ, der zwischen Bezugspotential und der Referenzspannungsquelle Q eingefügt ist und ein Signal liefert, das einen in Frequenz und Phase mit der Schaltfrequenz übereinstimmenden Sägezahnverlauf Usz aufweist, siehe Figur 4, Teil b. Im Teil a der Figur 4 ist wiederum der zeitliche Verlauf des Stroms I durch die Induktivität L1 dargestellt, wobei im statio-

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nären Zustand bis zum Zeitpunkt T des Störspannungssprungs eine konstante Leitezeit T1 = T/2 festgestellt wird. Nach dem Störspannungssprung folgt eine Schaltperiode mit einer Leitezeit von T1 = 2/3T, und ab der folgenden Periode ist wieder ein stationärer Zustand mit einer Leitezeit von T1 = T/2 erreicht. Der Sperrwandler ist somit innerhalb nur einer Schaltperiode wieder in seinen stationären Zustand zurückgekehrt, d.h. er weist eine aperiodische Dämpfung gegenüber störenden Schwingfrequenzen auf. Im Teil b der Figur 4 sind mehrere zeitliche Spannungsverläufe aufgetragen: einmal die konstante Gleichspannung Uref, ferner die schon erwähnte Sägezahnspannung Usz und wiederum die vom Schalterleitestrom gewonnene Steuerspannung UR1, die den beiden zuvor genannten Spannungen überlagert ist. Gestrichelt gezeichnet ist die Vergleichsspannung UT¹, die zum Zeitpunkt T einen Störspannungssprung von &UV erfährt. Deutlich erkennbar sind die Zeitpunkte T1 bzw. T1¹, in denen jeweils die Summenspannung aus UR1, Usz und Uref den Wert der Vergleichsspaqnung U1¹ erreicht und somit der Transistorschalter für den Rest der Schaltperidoe gesperrt wird.

Die Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand einer Sperrschwingeranordnung nach Figur 3 der obengenannten DE-OS. Erfindungsgemäß ist bei dem Ausgangszweig des Operationsverstärkers IC2 gegenüber der Bezugsspannung in Reihe mit der vom Schalterstrom abhängigen Steuerspannung UR1 eine Sägezahnspannungsquelle' SZQ, die einen Sägezahn der Höhe Usz (T) liefert, eingefügt.

Die erfinderische Idee beruht darauf, daß es nicht vorhersehbar war, bei einer gemischten Ansteuerung von impulsbreiten geregelten Wandlern, d.h. nach dem erfindungsgemäßen Verfah-

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ren sowohl eine stromabhängige als auch eine sägezahnspannungsabhängige Steuerung vorzunehmen, die Vorteile der reinen Stromsteuerung zu erhalten und darüber hinaus unter Einhaltung bestimmter Dimensionierungbedingungen einen auf fast das Doppelte erweiterten Arbeitsbereich mit stabilem dynamischem .Verhalten zu bekommen. Die Vorteile dieser gemischten Steuerung können bei allen bekannten pulsbreiten geregelten Schaltwandlern konstanter Schaltfrequenz erreicht werden.

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Claims

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Patentansprüche

M.)Verfahren zur Steuerung eines Schaltreglers, der an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und aus der Serienschaltung eines steuerbaren, elektronischen Schalters mit einem Verbraucher besteht, wobei von dem den elektronischen Schalter durchfließenden Strom ein Kriterium zur Steuerung der Verbraucherspannung abgeleitet wird nach Patent ... (Anmeldung DE-OS 27 15 571), dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Verbraucher (RL) stehende Spannung (U1) oder die dazu proportionale Spannung mit einer Spannung verglichen wird, die sich aus einer konstanten Referenzgleichspannung (Uref), aus einer durch den transformierten Strom (IS') an einem Widerstand (R1) abfallenden Spannung (UR1) und aus einer phasenrichtig mit der Schaltfrequenz (1) verlaufenden Sägezahnspannung (Usz) durch Überlagerung so zusammensetzt, daß

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die Summe Uref + Usz (T) + UR1 (T) ■> UT + Δ UT und die Summe Uref + Usz (0) + UR1 (0) < UT - AUT ist, wobei UT die beim Auftrennen des Regelkreises (A, B) an die Stelle der Verbraucherspannung (U1) tretende Steuerspannung und UT deren maximal zulässiger Störspannungssprung sind.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die mit ihrer einen Klemme gegen Bezugspotential geschaltete Gleichspannungsquelle G mit ihrer anderen Klemme über die Durchflußelektroden eines Transistors S1 die Primärwicklung eines Transformators Tr1 und eine gegen Bezugspotential geschaltete Induktivität LI, der die Serienschaltung einer in DurchfluB-richtung gepolten Diode D1 mit dem durch eine Kapazität C1 überbrückten Verbraucher RL parallel liegt, mit Bezugspotential verbunden ist, wobei der Verbraucher RL mit dem einen Eingang eines Operationsverstärkers IC2 und dessen anderer Eingang über eine Vergleichs-Spannungsquelle Q gegen Bezugspotential geschaltet sind, wobei der Zweig zwischen Ausgang oder anderem Eingang des Operationsverstärkers IC2 und Bezugspotential eine Serienschaltung eines Gleichrichters D4 und der Sekundärwicklung des Transformators Tr1 enthält und der Ausgang des Operationsverstärkers IC2 mit der Steuerelektrode des Transistors S1 verbunden ist und wobei der Serienschaltung des Gleichrichters D4 und der mit der Serienschaltung einer in Flußrichtung gepolten Zenerdiode D2 mit einer entgegengesetzt gepolten Diode D3 parallel verbundenen Sekundärwicklung des Transformators Tr1 ein Widerstand R1 parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zweig zwischen dem

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anderen Eingang oder dem Ausgang des Operationsverstärkers (IC2) und Bezugspotential eine Sägezahnspannungsquelle (SZQ) eingefügt ist.

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