DE2921928C2 - Circuit for evaluating the load current of a single-ended DC voltage converter - Google Patents

Circuit for evaluating the load current of a single-ended DC voltage converter

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Description

4040

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Auswerten des Laststroms eines Eintakt-Gleichspannungswandlers mittels eines in den Ausgangskreis geschalteten Meßübertragers.The invention relates to a circuit for evaluating the load current of a single-ended DC voltage converter by means of a measuring transformer connected to the output circuit.

Eine solche Schaltung ist bekannt aus DE-OS 03 196. Die Meßwerterfassung geschieht hierbei unter Verwendung eines als Meßwandler dienenden Übertragers zur Umwandlung der Regelabweichung der Ausgangsspannung in Steuersignale. Die Primärseite des Übertragers ist hierbei in den Gleichstrompf ' des Augangskreises geschaltet. Dadurch tritt ein .· Vormagnetisierung dieses Übertragers auf, so daß dieser sehr aufwendig gebaut werden muß. Auch tritt eine zusätzliche Belastung des Gleichstromkreises durch die ohmschen Verluste des Übertragers ein. Die aus dem Übertrager gewonnene Meßgröße läßt sich auch nicht direkt verwerten, da sie nicht synchron zur Einschaltzeit des elektronischen Schalters im Eingangskreis auftritt. Auch ist die Amplitude der Meßgröße vom Tastverhältnis abhängig.Such a circuit is known from DE-OS 03 196. The measured value acquisition takes place here using a transformer serving as a measuring transducer to convert the control deviation the output voltage in control signals. The primary side of the transformer is here in the direct current path ' of the output circuit switched. This results in a premagnetization of this transformer, so that this has to be built very laboriously. There is also an additional load on the DC circuit due to the ohmic losses of the transformer. The measured variable obtained from the transmitter can be also do not use them directly, as they are not synchronized with the switch-on time of the electronic switch in the input circuit occurs. The amplitude of the measured variable is also dependent on the pulse duty factor.

Aus der DE-OS 19 58 920 ist es prinzipiell bekannt, bei einem trahsistörgesteüerteri Gleichstromwandler aus dem den Siebköndensäför durchfließenden Strom eine Meßspannung abzuleiten.From DE-OS 19 58 920 it is known in principle in a trahsistörgesteüerteri direct current converter derive a measuring voltage from the current flowing through the Siebköndensäför.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die den Ausgangs^ Stromkreis weder zusätzlich belastet noch zusätzliche Verluste einbringt und außerdem eine direkte Verwertung der verzögerungsfrei gewonnenen Meßgröße unabhängig vom Tastverhältnis gestattet.The object of the invention is to provide a circuit of the type mentioned, which the output ^ The circuit is neither additionally loaded nor introduces additional losses and, moreover, a direct utilization the measured variable obtained without delay, regardless of the duty cycle.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist öie Schaltung zum Auswerten des Laststroms eines Eintakt-GIeichspannungswandlers mittels eines in den Ausgangskreis geschalteten Meßübertragers so ausgeführt, daß die Serienschaltung von Speicherkondensator und Primärwicklung des Meßübertragers parallel zum Lastwiderstand liegtTo solve this problem, there is a circuit for evaluating the load current of a single-ended DC voltage converter carried out by means of a measuring transducer connected to the output circuit so that the Series connection of storage capacitor and primary winding of the measuring transformer parallel to the load resistance lies

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.

Die nachstehende Beschreibung und Zeichnung geben einige Ausführungsformen der Erfindung, die jedoch andere nicht ausschließen, wieder. In der Zeichnung zeigtThe following description and drawings give some embodiments of the invention, the however, others don't rule out again. In the drawing shows

F i g. 1 eine Schaltung unter Verwendung eines Eintakt-Sperrwandlers,F i g. 1 shows a circuit using a single-ended flyback converter,

F i g. 2 Spannungs- und Stromverlauf der Schaltung nach Fig. 1,F i g. 2 voltage and current curve of the circuit according to FIG. 1,

F i g. 3 eine Schaltung unter Verwendung eines Eintakt-Durchflußwandlers,F i g. 3 shows a circuit using a single-ended forward converter,

F i g. 4 Spannungs- und Stromverlauf der Schaltung nach F i g. 3.F i g. 4 voltage and current curve of the circuit according to FIG. 3.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung nach F i g. 1 eines Eintakt-Sperrwandlers zeigt eine eingangsseitige Spannungsquelle Ue, der ein Kondensator Cl parallel liegt. In Ser £ dazu liegt die Emitter-Kollektorstrecke des elektronischen Schalters T und die Primärwicklung der Drossel Dr. Die an der Sekundärwicklung abgenommene Spannung wird von der Diode D gleichgerichtet und dem aus RL, Cund Übestehenden Stromkreis zugeführt Die Diode D liegt in Serie zu der aus dem Lastwiderstand RL und der Serienschaltung von Speicherkondensator C und Primärwicklung w 1 des Meßübertragers O X gebildeten Parallelschaltung. Während der Leitezeit des elektronischen Schalters T ist die Diode D gesperrt Der Laststrom JL wird während der gesamten Leitezeit von T nur aus dem Speicherkondensator gespeist. Sc nit steht hier ein angenähert rechteckförmiger Stromimpuls zur Verfugung, dessen Spitzenwert gleich dem dem arithmetischen Mittelwert des Laststroms JL ist. falls die Welligkeit des Stromes am Speicherkondensator vernachlässigbar ist. Dieser Stromimpuls kann mittels eines Strommeßwandlers , dargestellt durch den Meßübertrager Oi. erfaßt werden. Der Meßübertrager 01 ist getrennt vom Gleichstromausgangskreis. Die Primärwicklung des Meßübertragers kann dadurch keine Gleichstrommagnetisierung erfahren. Deshalb kann er aus einem in seiner Baugröße kleinen und preiswerten Ringkernübertrager bestehen, der vorzugsweise nur eine Wicklung w2 trägt und die Anschlußleitung des Speicherkondensators C als Wicklung w 1 durch das Restloch des Ringkerns geführt wird.The circuit shown in the drawing according to FIG. 1 of a single-ended flyback converter shows an input-side voltage source Ue to which a capacitor C1 is connected in parallel. The emitter-collector path of the electronic switch T and the primary winding of the choke Dr. The voltage taken from the secondary winding is rectified by the diode D and fed to the circuit consisting of RL, C, and the remaining circuit. The diode D is in series with the parallel circuit formed by the load resistor RL and the series circuit of storage capacitor C and primary winding w 1 of the measuring transformer OX . During the conduction time of the electronic switch T , the diode D is blocked. The load current JL is only fed from the storage capacitor during the entire conduction time of T. An approximately square-wave current pulse is available here, the peak value of which is equal to the arithmetic mean value of the load current JL . if the ripple of the current on the storage capacitor is negligible. This current pulse can by means of a current transducer, represented by the measuring transducer Oi. can be detected. The measuring transducer 0 1 is separate from the direct current output circuit. As a result, the primary winding of the measuring transformer cannot experience any direct current magnetization. Therefore, it can consist of a small in its size and cheap ring core transformer, which preferably carries only one winding w2, and the lead of the storage capacitor C as a winding W is passed through the remaining hole of the toroidal core. 1

Bei Eintakt-Sperrwandlern mit trapezförmigem Stromverlauf ist zu beachten, daß bei Beginn der Leitezeit von Ts i der Ausräumstrom Irr von D zusätzlich zum Laststrom IL in der Wicklung w i von T mit erfaßt wird. Da für diesen Anwendungsfall sehr schnelle Dioden erforderlich sind f/rrsehr klein), tritt Irr als nadeiförmige Überlagerung bei Beginn des übertragenen Stromimpuises auf. Eine Beeinträchtigung des ausgewerteten Meßwertes läßt sich auf einfache Weise durch Begrenzung der FfeqUerizbaridbfeite des übertragenen Signals vermeiden. Die Frequenzbandbreite des Meßwandlers wird in diesem Fall durch die Größe des Weiteren Kondensators C3 begrenzt.In the case of single-ended flyback converters with a trapezoidal current curve, it should be noted that at the beginning of the conduction time of Ts i, the clearing current Irr of D is also recorded by T in addition to the load current IL in the winding wi . Since very fast diodes are required for this application (very small), Irr appears as a needle-shaped superimposition at the beginning of the transmitted current pulse. An impairment of the evaluated measured value can be avoided in a simple manner by limiting the frequency of ericability of the transmitted signal. The frequency bandwidth of the transducer is limited in this case by the size of the additional capacitor C3.

Das Nutzsigrtal kanii sowohl an Λ 2 direkt, als auch =The Nutzsigrtal kanii both at Λ 2 directly, and =

IOIO

1515th

zur Entkopplung des Ladestromimpulses von C — über eine Entkoppeldiode Dl am Widerstand R3 abgegriffen werden.to decouple the charging current pulse from C - be tapped via a decoupling diode Dl at resistor R3.

Der Eintakt-Sperrwandler kann nicht nur, wie in der Schaltung dargestellt, mittels der Drossel Dr zur galvanischen Trennung von Eingangs- und Ausgangskreis ausgebildet sein, sondern auch gleichspannungsmäßig eine direkte Kopplung zwischen Ein- und Ausgangskreis besitzen.The single-ended flyback converter can not only, as shown in the circuit, be designed by means of the choke Dr for galvanic separation of the input and output circuit, but also have a direct voltage coupling between the input and output circuit.

Bei Verwendu/.g eines fremdgesteuerten Eintakt-Sperrwandlers kann eine aus der Sekundärwicklung \v2 des Meßübertragers gewonnene Meßgröße an den Eingang eines Steuergenerators St für einen elektronischen Schalter Tgelegt werden.When using an externally controlled single-ended flyback converter, a measured variable obtained from the secondary winding \ v2 of the measuring transformer can be applied to the input of a control generator St for an electronic switch T.

Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 3 zu sehen. Hier kommt ein Gleichstrom-Durchflußwandler zur Anwendung.Another embodiment is shown in FIG. 3 to see. This is where a direct current forward converter comes in Use.

Die Eingangsquelle UE liegt in Serie zum elektronischen Schalter T, zur Primärwicklung iv5 des weiteren Übertragers t/3, zur Drossel Dr 1 und zur Parallelschaltung einer Serienschaltung der Primärwicklung wS des Meßübertragers Ö2 und des Speicherkondensators C mit dem Lastwiderstand RL Zwischen der Wicklung w 5 und Drossel DrI liegt die gegen Masse geschaltete Diode D 2, Außerdem wird hinter der Drossel Dr i eine Größe zur Beeinflussung der Steuerschaltung STi abgegriffen. Der Wicklungsanfang der Übertrager ist jeweils durch einen Punkt gekennzeichnet Der Wechselstromanteil des durch die Drossel Dr i fließenden Stromes /2 wird im Meßübertrager Ü2 transformiert und an der Sekundärwicklung ip4 am Widerstand R 4 als Spannung U2 abgegriffen. Außerdem wird der Strom /1 mittels des weiteren Übertragers Ü3 transformiert und sekundärseitig an der Wicklung w3 über die Diode D 3 am Widerstand RS die Spannung Ui abgegriffen. Parallel zur Wicklung w3 liegt die Diode D4 in Serie mit der Zenerdiode DZ. Da die Widerslände R 4 und R 5 gleich groß und die daran abfallenden Spannungen entgegengerichtet sind, ist der Spitzenwert der beiden Spannungen U proportional zum Laststrom JL Der Übertrager Ü 2 wird nicht vormagnetisiert. Der Übertrager Ü3 gibt seine Magnetisierungsenergie nach dem Abschalten des elektronischen Schalters Tauf die Zenerdiode DZund die Diode D 4 ab. Die gewonnene Summenspannung U ist dem Laststrom direkt proportional, da der mit einer Dachschräge behafteten Spannung Ui gerade eine solche aus dem Übertrager Ü2 gewonnene Korrekturspannung L/2 überlagert wird, daß die Verzerrungen durch die Dachschräge kompensiert werden.The input source U E is in series with the electronic switch T, the primary winding iv5 of the further transformer t / 3, the choke Dr 1 and the parallel connection of a series connection of the primary winding wS of the measuring transformer Ö2 and the storage capacitor C with the load resistor RL between the winding w 5 and the choke DrI is connected to the grounded diode D 2. In addition, behind the choke Dr i, a variable for influencing the control circuit STi is tapped. The beginning of the winding of the transformer is marked by a point. The alternating current component of the current / 2 flowing through the choke Dr i is transformed in the measuring transformer Ü2 and tapped at the secondary winding ip4 at the resistor R 4 as voltage U2. In addition, the current / 1 is transformed by means of the further transformer U3 and the voltage Ui is tapped on the secondary side at the winding w3 via the diode D 3 at the resistor RS. In parallel with the winding w3 , the diode D4 is in series with the Zener diode DZ. Since the contradictions R 4 and R 5 are equal and the voltages dropping across them are opposite, the peak value of the two voltages U is proportional to the load current JL. The transformer U 2 is not premagnetized. The transformer Ü3 emits its magnetization energy to the Zener diode DZ and the diode D 4 after the electronic switch Tauf has been switched off. The total voltage U obtained is directly proportional to the load current, since a correction voltage L / 2 obtained from the transformer Ü2 is superimposed on the voltage Ui with a pitched roof so that the distortions caused by the pitched roof are compensated for.

Das Ausgangssignal U kann dann .-.',ner Strombegrenzcrschaltung zugeführt werden.The output signal U can then be fed to a current limiting circuit.

Der weitere Übertrager Ü3 kann wie der Meßübertrager Ü2 als Ringkernübertrager mit nur einer Wicklung ausgebildet sein.The additional transformer U3 may like the test-value transmitter U2 be designed as a toroidal transformer with only one winding.

Neben dem hier beschriebenen Eintakt-Flußwandler mit galvanischer Kopplung kann die Schaltungsanordnung auch bei Eintakt-Flußwandlern mit galvanischer Trennung von Ein- und Ausgangskreis eingesetzt werden.In addition to the single-ended flux converter with galvanic coupling described here, the circuit arrangement also used in single-ended flux converters with galvanic separation of the input and output circuit will.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltung zum Auswerten des Laststroms JL eines Emtakt-Gleichspannungswandlers mittels eines in den Ausgangskreis geschalteten Meßübertra- % gers, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung von Speicherkondensator (C) und Primärwicklung (w 1) des Meßübertragers (Oi bzw. O2) parallel zum Lastwiderstand (RL) liegt1. A circuit for evaluating the load current JL a Emtakt DC-DC converter by means of a switched into the output circuit Meßübertra-% gers, characterized in that the series circuit of the storage capacitor (C) and primary winding (w 1) of the Meßübertragers (Oi and O2) parallel to the load resistance (RL) Z Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßübertrager (Ü\ bzw. Ü2) als Ringkernübertrager ausgebildet istZ circuit according to claim 1, characterized in that the measuring transformer (Ü \ or Ü2) is designed as a toroidal core transformer 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines fremdgesteuerten Eintakt-Sperrwandlers eine aus der Sekundärwicklung (w2) des Meßübertragers (Oi) gewonnene Meßgröße an den Eingang eines Steuergenerators (St) für den elektronischen Schalter (T)des Eintakt-Sperrwandlers gelegt ist.3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that when using an externally controlled single-ended flyback converter, a measured variable obtained from the secondary winding (w2) of the measuring transformer (Oi) at the input of a control generator (St) for the electronic switch (T) of the Single-ended flyback converter is placed. 4. Schaii jng nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Durchflußwandlers die Sekundärwicklung (V4) des Meßübertragers (O 2) in Reihe zu einer Sekundärwicklung (w 3) eines weiteren Übertragers (03) liegt, wobei diese Sekundärwicklungen (w3 und vv4} so angeschlossen sind, daß ihre Induktionsströme einander entgegenwirken und die Primärwicklung (w5) des weiteren Übertragers (O3) im Stromkreis des elektronischen Schalters (T)dzs Durchflußwandlers liegt und daß parallel zur Serienschaltung der Sekundärwif Ölungen des Meßübertragers (02) und des weiteren Übertragers (03), mittelbar über eine Diode (D 3). eine Strornbegreiizerschaltung liegt.4. Schaii jng according to claim 1 or 2, characterized in that when using a flow converter, the secondary winding (V4) of the measuring transformer (O 2) is in series with a secondary winding (w 3) of a further transformer (03) , these secondary windings ( w3 and vv4} are connected in such a way that their induction currents counteract each other and the primary winding (w5) of the further transformer (O3) is in the circuit of the electronic switch (T) dzs flow converter and that parallel to the series connection of the secondary winding of the measuring transformer (02) and of the further transformer (03), indirectly via a diode (D 3) . 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Übertrager (03) als Ringkernübertrager ausgebildet ist5. A circuit according to claim 4, characterized in that the further transformer (03) is designed as a toroidal core transformer
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