DE2920166C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines Schaltreglers gemäß Oberbegriff des Anspruchs.

Die Funktionsweise von Impulsbreiten-geregelten Wandlerschaltungen, wie Flußwandler, Sperrwandler, Aufwärtswandler usw., die mit konstanter Schaltfrequenz arbeiten, ist im Hauptpatent DE 2715571 ausführlich beschrieben, wobei ein Steuerverfahren angegeben wurde, mit dem die bekannte Schwingneigung dieser Wandler stark vermindert bzw. gänzlich beseitigt werden kann.

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

Der Erfindung lag deshalb die Aufgage zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der 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 im Patentanspruch 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 wieder abklingen d. h. bedämpft werden.

Es erfolgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren.

Die Fig. 1 zeigt eine Sperrwandlerschaltung nach dem Hauptpatent DE 27 15 571. Diese Schaltung neigt zur Selbsterregung, wenn die Leitezeit des Schalttransistors S 1 größer als die halbe Periodendauer T ist. Das kann man feststellen, wenn die Brücke A-B aufgetrennt wird, am Punkt A zur Aufrechterhaltung des stationären Zustandes die Spannung U 1′ angelegt wird, die der Verbraucherspannung entspricht, und die Stromsprungantwort am Punkt B aufgrund eines Spannungssprungs am Punkt A um den Wert U 1′ betrachtet. Dies ist in der Fig. 2 über der Zeit T aufgetragen. Im oberen Teil ist der durch die Induktivität L 1 fließende Strom I dargestellt, wobei im Zeitbereich 0 bis T der ungestörte Verlauf mit einer Leitezeit von T 1 = T /2 und ab dem Zeitpunkt T ein gestörter Verlauf mit überlagerten Schwingfrequenzen aufgrund eines Störspannungssprungs U 1′ erkennbar ist. Im darunter liegenden Teil b der Fig. 2 ist dieser Spannungssprung gezeichnet. Ferner ist dem Diagramm der Verlauf der dem Schaltstrom proportionalen Steuerspannung UR 1 zu entnehmen, die der konstanten Referenzspannung Uref überlagert ist. Jeweils am Schnittpunkt der Summenspannung mit der Vergleichsspannung U 1′ wird der Transistorschalter S 1 gesperrt, d. h. die Leitezeit T 1 ist beendet. Aufgrund des Spannungssprungs verlängert sich die Leitezeit T 1 bei jeder zeiten Schaltperiode auf den Wert 5/6 × T, während in den versetzten Schaltperioden die Leitezeit T 1 = 1/6 T ist. Dieses nicht betriebsgemäße Schwingverhalten ist bei der Schaltung nach Fig. 1 stabil.

Demgegenüber zeigt die Fig. 3 denselben Sperrschwinger wie bei der Fig. 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 Fig. 4, Teil b. Im Teil a der Fig. 4 ist wiederum der zeitliche Verlauf des Stroms I durch die Induktivität L 1 dargestellt, wobei im stationären Zustand bis zum Zeitpunkt T des Störspannungssprungs eine konstante Leitezeit T 1 = T /2 festgestellt wird. Nach dem Störspannungssprung folgt eine Schaltperiode mit einer Leitezeit von T 1 = 2/3 T, und ab der folgenden Periode ist wieder ein stationärer Zustand mit einer Leitezeit von T 1 = 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 Fig. 4 sind mehrere zeitliche Spannungsverläufe aufgetragen: einmal die konstante Gleichspannung Uref, ferner die schon erwähnte Sägezahnspannung Usz und wiederum die vom Schalterleitestrom gewonnene Steuerspannung UR 1, die den beiden zuvor genannten Spannungen überlagert ist. Gestrichelt gezeichnet ist die Vergleichsspannung U 1′, die zum Zeitpunkt T einen Störspannungssprung von U 1′ erfährt.

Deutlich erkennbar sind die Zeitpunkte T 1 bzw. T 1′, in denen jeweils die Summenspannung aus UR 1, Usz und Uref den Wert der Vergleichsspannung U 1′ erreicht und somit der Transistorschalter für den Rest der Schalterperiode gesperrt wird.

Die Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand einer Sperrschwingeranordnung nach Fig. 3 des Hauptpatents. Erfindungsgemäß ist bei dem Ausgangszweig des Operationsverstärkers IC 2 gegenüber der Bezugsspannungs in Reihe mit der vom Schalterstrom abhängigen Steuerspannung UR 1 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 Verfahren sowohl eine stromabhängige als auch eine sägezahnspannungsabhängige Steuerung vorzunehmen, die Vorteile der reinen Stromsteuerung zu erhalten und darüber hinaus unter Einhaltung bestimmter Dimensionierungsbedingungen 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.

Claims (1)

1. Einrichtung zur Steuerung eines Schaltreglers, der an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und aus der Serienschaltung eines steuerbaren elektronischen Schalters mit einem Verbraucher besteht, wobei eine Vergleichseinrichtung vorhanden ist, deren Ausgang mit dem Steuereingang des elektronischen Schalters verbunden ist, wobei ein Eingang der Vergleichseinrichtung an der Verbraucherspannung liegt, der andere Eingang mit der Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Referenzspannung beschaltet ist und der Widerstand derart mit Schaltmitteln im Stromkreis des elektronischen Schalters beschaltet ist, daß an ihm eine zum Strom durch den elektronischen Schalter proportionale Spannung abfällt, nach Patent 27 15 571, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zweig zwischen dem anderen Eingang oder dem Ausgang der Vergleichseinrichtung (IC 2) und Bezugspotential eine Sägezahnspannungsquelle (SZQ) eingefügt ist, deren Signal einen in Frequenz und Phase mit der Steuerspannung für den Schalter übereinstimmenden Sägezahnverlauf (USZ) aufweist.