DE2926515C2

DE2926515C2 - Gleichspannungswandler für hohe Eingangsspannung

Info

Publication number: DE2926515C2
Application number: DE19792926515
Authority: DE
Inventors: Eckhardt 7151 Allmersbach Grünsch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1979-06-30
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE2926515A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Glc^: ^spannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Gleichspannungswandler ist bekannt aus der älteren Anmeldung DE-OS 28 19 676. Dieser Wandler benötigt jedoch eine Speicherdrossel im Sekundärkreis.

Aus der US-PS 32 34 450 ist ein Gleichspannungswandler für hohe Eingangsspannungen bekannt, bei dem Gegentaktdurchflußwandler jeweils einem Kondensator eines kapazitiven Eingangsspannungsteilers parallel geschaltet sind. Diese Gegentaktdurchflußwandler arbeiten synchron auf einen gemeinsamen Ausgangstransformator, wobei deren Halbleiterschalter durch Zenerdioden gegen Überspannungen geschützt sind.

Des weiteren ist aus der DE-OS 26 29 318 ein Gleichspannungswandler für hohe Spannungen mit mehreren Primärs:romkreisen in denen jeweils ein elektronischer Schalter liegt und Eingangskondensatoren als kapazitive Spannungsteiler vorhanden sind, bekannt. Ein Nachteil dieser Schaltung ist der hohe Aufwand an Schaltungsmitteln. So wird für jeden Primärstromkreis ein Leistungsübertrager benötigt. Außerdem ist für jeden Sekundärstromkreis ein Gleichrichtersatz erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I anzugeben, bei dem die Speicherdrossel im Sektirulärkreis eingespart werden kann.

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Im Patentanspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler angegeben.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die in den Sperrzeiten der elektronischen Schalter induzierten Spannungen an den Primärwicklungen des Transformators über Gleichrichterelemente die Eingangskondensatoren nachladen und dadurch die Kondensatorspannungen stabilisieren. Gleichzeitig schützen die Gleichrichterelemente die elektronischen Schalter vor Überschlagen in deren Schaltsirecken.

Die Nachladung der Kondensatoren erfolgt folgendermaßen: Während, der Einschaltzeit des ersten Halbleiterschalters gibt der in seinem Stromkreis liegende Kondensator Energie an den Kern des Transformators ab. Durch diese Energieabgabe sinkt die

i.> Spannung an diesem Kondensator ab und ist daher niedriger als die Spannung an den übrigen Kondensatoren. Wird nun der erste Halbleiterschalter abgeschaltet und der nächstfolgende eingeschaltet, so baut sich an der zugehörigen Primärwicklung des nun eingeschalteten Halbleiterschalter eine Spannung auf. Diese Spannung wird nun mittels des Transformators auf die anderen Primärwicklungen transformiert, so unter anderem auch auf die dem ersten Halbleiterschalter zugeordnete Primärwicklung. Da die Spannung am im Stromkreis des ersten Halbleiterschalters liegenden Kondensator wegen der vorherigen Energieabgabe niedriger ist als an allen anderen Kondensatoren, wird durch die von der zweiten auf die erste Primärwicklung transformierte Spannung ein Strom durch den antiparal-IeI zum ersten Halbleiterschalter angeordneten Gleichrichter auf den dem ersten Halbleiterschalter zugeordneten Kondensator getrieben. Die Energie, die dieser Kondensator während der Leitendphase des ersten Halbleiterschalters verloren hat, wird so ersetzt. Mit

is fortschreitendem Schaltzyklus werden die anderen später entladenen Kondensatoren entsprechend nachgeladen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiei des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

w F i g. 1 zeigt die Schaltungsanordnung des Sperrwandlers und

F i g. 2 die Stromverläufe nach Fig. t.
Die Eingangsspannung UE liegt parallel zu als kapazitive Spannungsteiler angeordneten Eingangskondensatoren C\ ... Cn. In jedem Primärstromkreis liegt ein Halbleiterschalter Γ1... Tn, hier als Schalttransistor ausgebildet. In Serie zu diesem liegt eine Primärwicklung Wi ... Wn eines Transformators Tr. Die Windungszahlen dieser Primärwicklungen sind gleich.

Die Schalttransistoren werden nacheinander, im Abstand der Periodendauer T, leitend geschaltet. Erst nach dem Sperren des jeweiligen Schalttransistors erfolgt L'nergieabgabe in den Sekundärkreis. Dies bedeutet, daß der Energieabgabestrom /1, genau wie beim Eintaktsperrwandler mit einer Primärwicklung, die Frequenz /"= 1/Tbesitzt.

Über Gleichrichterelemente Di ... Dn, die die Schaltstrecke der Schalttransistoren Ti ... Tn in Sperrichtung überbrücken, wird die Spannung an den

M) einzelnen Eingangskondensatoren Cl ... Cn auf den Wert UFJn konstant gehalten.

Dies wird folgendermaßen erreicht:
Wird z. B. T\ leitend, so liegt die Spannung UFJη an der Primärwicklung Wi des Transformators Tr und der

^b> Kern nimmt Energie auf. Durch die F.ncrgieiibgabe des Kondensators Ci sinkt dessen Spannung etwas ab. Dann wird der Schalttransistor Ti gesperrt und der Kern gibt Energie ab. Anschließend wird der Schalttran-

sistor T2 leitend. D^J-noh liegt die Spaniitinp des Eingangskondensators C2, die etwas größer ist als die Spannung des Eingangskondensators CX, an der Primärwicklung 1V2 des Transformators Tr. A'jfgruüH der gleichen Windungszahl der Primärwicklungen WX ... Wn wird die Spannung am Kondensator C2 transformiert und liegt sowohl an der Primär.vick'nntt Iv' ί als auch an allen anderen Primärwicklungen an. Dies bedeutet, daB der Gingangskondensator Cl, dessen Spannung durch die Energieabgabe kleiner geworden ist, üoer einen Widerstand R X und das Gleichf::Yiicf element D X wieder nachgeladen wird.

Die anderen Eingangskondensatoren CZ ... Cn des kapazitiven Spannungsteilers werden dabei nicht nachgeladen, weil deren Spannungen gleich groß waren, wie die des Eingangskondensators C2.

Beim Leitendwerden eines .Schalttransistors wird also derjenige Kr.ndcniator wieder nachgeladen, der während der vorhergehenden Periodeniiauur T durch Energieabgabe etwas en.'ladi-ii wurde.
Durch die geringen Spannungsumerschieüc an den ;'. i.He/.-cittoren des kapazitiven Spannungsteilers ist die Begrenzung des Nachladestromes /Dl ... iDn durch ■ir;;, Ersat7^cricnv,iderstaHd des jeweiligem Ρϋ'ίΠΓ-stromkreises in den meisten Fällen ausreichend. Der Ersatzserienwiderstand ergibt sich aus dem Bahnwiderstand des jeweiligen Gleichrichterelements und dem ohmschen Widerstand der jeweiligen Primärwicklung W1... Wn.

Da immer nur eine Primärwicklung an einen Eingangskondensator geschaltet wird und an diesem die Spannung UE/n ansteht, entspricht die beschriebene Schaltungsanordnung einem Eintakt-Sperrwandler, der am η-ten Teil der Eingangsspannung betrieben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleichspannungswandler fur hohe hingangsspanp'ing, zu dessen Eingangsanschlüssen eine Serienschaltung mehrerer Kondensatoren parallel liegt, denen jeweils eine Reihenschaltung aus je einem steuerbaren Halbleiterschalter und je einer Primärwicklung eines gemeinsamen Transformators parallel geschaltet ist, zu dessen Sekundärwicklung ein Gleichrichter in Reihe liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungswandler als Sperrwandler arbeitet, wobei alle Primärwicklungen (Wi bis Wn) gleichen Wicklungssinn aufweisen und jeweils einzeln über die Halbleiterschalter (Ti bis Tn) in zyklischer Reihenfolge an die durch die Kondensatoren (C 1 bis Cn) gleichmäßig unterteilte Eingangsspannung geschaltet werden und wobei zu jedem Halbleiterschalter (Ti bis Tn) ein Gleichrichterelement (D 1 bis Dn) antiparallel liegt.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Widerstand (R 1 bis Rn) in den Strompfad der Gleichrichterelemente (D 1 bis Dn) geschaltet ist, wobei dessen Größe im wesentlichen jeweils durch den Ersatzwiderstand, bestehend aus einem Halbleiterschalter (Ti bis Tn) und antiparaliil dazu geschaltetem Gleichrichterelement (D 1 bis Dn) sowie einer in Serie dazu liegenden Primärwicklung (W 1 bis Wn), gebildet wird.