DE2941009C2

DE2941009C2 - Verfahren zum Regeln oder Stellen der Ausgangsspannung eines fremdgesteuerten Gleichspannungswandlers

Info

Publication number: DE2941009C2
Application number: DE19792941009
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing.(grad.) 7151 Burgstetten Lechler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-10-10
Filing date: 1979-10-10
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE2941009A1

Description

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Ts4 abwechselnd geschaltet und Ober die Induktivität L E und Takt A einem AND-Gatter zugeführt, dessen der Mittelanzapfung der Primärwicklung des Wandler- Ausgangssignal invertiert als Signal F, F i g. 4® undOzur Übertragers Wü zugeführt Der Gleichspannungswand- Verfügung steht Aus dem Taktsignal A wird mittels ler im Gegentaktbetrieb arbeitet mittels der elektroni- T-Flip-Flop FF ein invertiertes Signal C = B, F i g. 4® sehen Schalter Ts 1 und Ts2. Die sekundärseitigan Wü 5 und ein nichtinvertiertes Signal B, Fig.4©, gewonnen, anstehende Spannung steht nach Gleichrichtung und das ic bezug auf A in der Frequenz halbiert ist Mit B Glättung als Ausgangsspannung Ua zur Verfügung. und C werden die Signale F und G über NOR-Glieder

Im unteren Eingangsspannungsbereich arbeitet die in getastet und daraus die Ansteuersignale H, J. K und L F i g. 3 dargestellte Schaltung im Boostmode, d. h. von gebildet F i g. 4Gl©,©,O,©,®.©und©. den elektronischen Schaltern Ts 3 und Ts 4 ist abwech- 10 Ist die Ausgangsspannung Ua niedrig, d. h, die zu ihr selnd immer einer im geschlossenen Zustand. Die An- umgekehrt proportionale Steuerspannung Ust ist hoch, Steuersignale für diesen Betriebsfall sind aus F i g. 4 © ergibt sich ein Impuls E, dessen Ranke sich bei a in und © ersichtlich. Der Gleichspannungswandler wird F i g. 4® befindet Infolge der Tastung wird nur die Immit den elektronischen Schaltern Ts 1 und Ts 2 mit sich pulsbreite zwischen m und a bei F erscheinen. Der Imüberlappenden AcSteuersignalen, Fig.4 O und ©, ge- 15 puls G wird als Überlappungsimpuls den Ansteuersischaltet gnaltn für TsI und Ts 2 zeitlich hinzuaddiert Ts 3 und

Im oberen Eingangsspannungsbereich arbeitet die TsA arbeiten ungeregelt mit Ansteuersignalen konstan-Schaltung im Buckmode, & h. die elektronischen Schal- ten Tastverhältnisses. Es liegt somit Betrieb im Boostter Ts 1 und Ts 2 werden abwechselnd mit Ansteuersi- mode vor.

gnalen festen Tastverhältnisses eingeschaltet, Fi g. 4 O 20 Falls die Ausgangsspannung UA hingegen niedrig ist, und ©. Die elektronischen Schalter Ts 3 und Ts 4 wer- d. h., die Steuerspannung Ust ist hoch, ergibt sich ein den mit variablen, die Schalter zeitweise austastenden Impuls E, dessen Fianke sich bei b befindet Infolge der Ansteuersignalen betrieben, F ig.4©und®. Tastung wird der Überlappungsimpuls zu 0 und die

Der Grund für eine Ansteuerung der elektronischen elektronischen Schalter 7s 1 und 71s 2 arbeiten ungere-Schalter gerade auf diese Art iiegt in dem hohen erziel- 25 gelt Die Impulslücke m—b, F i g. ©von Ftastet die elekbaren Wirkungsgrad über einen großen Stell- und Re- tronischen Schalter 7s 3 und Ts 4 zeitlich aus. Der Reggelbereich. Mit einer Ansteuerung nach F i g. 1 erzielt ler arbeitet in Buckmode.

man zwar einen großen Stellbereich, aber der Wir- Zur Aufbereitung der Ansteuersignale werden diese

kungsgrad η nimmt bei höheren Eingangsspannungen verstärkt (Vl ... V 4), transformiert (Tl ... TA) und Ue ab, wie Fig. 5a zeigt Bei der Ansteuerung nach 30 über ÄC-Glieder(/?l... RC A) den Basen der als Transi-F i g. 2 ergibt sich der in F i g. 5b dargestellte Wirkungs- stören ausgebildeten elektronischen Schaltern (Ts 1 ... grad η in Abhängigkeit des Bereiches für die Eingangs- Ts A) zugeführt

spannung Ue. Der Wirkungsgrad η ist bei der höchsten

Eingangsspannung Ue am größten, der Regelbereich Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

jedoch beschränkt sich bei dieser Ansteuerung auf den 35

Faktor 2. Fig.5c zeigt den Wirkungsgrad des erfindungsgemäß angesteuerten Gleichspannungswandlers
mit Schaltregler. Der Übergangsbereich zwischen
Boost- und Buck-mode sollte ungefähr bei der Hälfte
der Eingangsspannung Ue liegen. Dies kann durch Vari- 40
ieren der dem Vergleichsverstärker V zugeführten Referenzspannung Uref erreicht werden. Die Betriebsspannung des Wandlerübertragers Wü liegt somit bei der
Hälfte der Eingangsspannung. Es wird deshalb für den
gesamten Spannungsbereich nur ein Wandlerübertra- 45
ger benötigt was einer Modularisierung der Schaltung
förderlich ist

Die Ansteuerung der elektronischen Schalter Ts 1,
Ts 2, Ts 3 und Ts 4 erfolgt durch von einem Taktgenerator Gen abgeleitete Ansteuersignale. Das Taktsignal A, 50
Fig.4®, wird einem Inverter zugeführt Dessen Ausgangssignal Ä, F i g. 4®, steuert eine monostabile Stufe
MF, deren Ausgangssignal M, in F i g. 4©, dargestellt ist
Der nachfolgende Sägezahngenerator SZ wird durch M
getriggert Am Ausgang des Sägezahngenerators SZ 55
steht ein Signal D, Fig.4©, zur Verfügung, das mit einem aus der Ausgangsspannung Ua abgeleiteten Steuersignal Ust im Komparator Korn verglichen wird. Zur
Gewinnung des Steuersignals Ust wird die Ausgangsspannung Ua über einen Spannungsteiler dem invertie- 60
renden Eingang des Vergleichsverstärkers V zugeführt
und mit einer dem nicht invertierenden Eingang desselben zugeführten Referenzspannung Uref verglichen.
Am Ausgang des !Comparators Korn steht das Signal E
Zur Ansteuerung der elektronischen Schalter Ts 3 und 65
Ts A wird Signal Fund Takt A einem NOR-Gatter zugeführt, an dessen Ausgang dann Signal G, F i g. 4© und ©
ansteht. Zur Ansteuerung von Ts 3 und TsA wird Signal

Claims

1 2 Jedoch weist dieser im Gegensatz zur AT-PS 3 49 572 Patentansprüche: keine Regelung der Gegentaktstufe auf. Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild dieses Wandlers.

1. Verfahren zum Regeln oder Stellen der Aus- Die Schalttransistoren TiI und Ts 2 des Wandlers wergangsspannung eines fremdgesteuerten Gleichspan- s den im Gegentakt mit Ansteuersignalen konstanter Frenungswandlers mit einem stromgespeisten Gegen- quenz und festen Tastverhältnisses betrieben. Der taktwandler, dem ein Schaltregler vorgeschaltet ist, Schalttransistor Ts 3 des im Buckmode arbeitenden wobei sowohl das Tastverhältnis des Gegentakt- Schaltreglers wird durch den Pulsbreitenmodulator wandlers als auch des Schaltreglers mittels einer An- PBM mit einem Ansteuersignal konstanter Frequenz steuerschaltung geregelt wird, dadurch ge- ίο und variablem Tastverhältnis geschaltet Der Stellbekennzeichnet, daß für den unteren Eingangs- reich bei Ansteuerung der Schalttransistoren auf vorgespannungsbereich des Wandlers der Gegentakt- nannte Weise ist zwar groß, aber im oberen Eingangswandler durch sich überlappende Ansteuersignale Spannungsbereich ist eine starke Abnahme des Wirf/Z, J) geregelt wird bei gleichzeitig durchgeschalte- kungsgrades zu bemerken.

tem Schaltregler, daß für den oberen Eingangsspan- 15 Eine Schaltung, bekannt aus »Elektronics, February 2,

nungsbereich des Wandlers dem Schaltregler An- 1978, Low-cost forward converters ease switching supp-

steuersignale (H, J) mit festem Tastverhältnis züge- Iy design«, S. 119, F i g. 1 b besitzt durch das Verfahren

führt werden bei gleichzeitiger Puisbreitenregelung der Ansteuerung der Schalttransitoren denselben Nach-

des Schaltreglers, daß zur Bildung der Ansteuerst- teil.

gnale für Gegentaktwandler und Schahregler eine 20 Fig.2zeigt einen als Hochsteller (Boostmode) arbei-

Vergleichssägezahnspannung (D) synchron mittels tenden Gleichspannungswandler, der bekannt ist aus

eines Taktsignals (A) in der Hälfte ihrer Zeit geteilt der deutschen Patentanmeldung P 29 02 2513. Nur bei

wird, wobei ihre erste Hälfte dem unteren Eingangs- hohen Eingangsspannungen besitzt der Hochsteller sei-

spannungsbereich und ihre zweite Hälfte dem obe- nen höchsten Wirkungsgrad. Des weiteren ist eine Mo-

ren Eingangsspannungsbereich zugeordnet wird, 25 dularisierung dieser Schaltung nicht möglich, da der Re-

daß der aus dem Vergleich einer aus der Ausgangs- gelbereich praktisch auf den Faktor 2 begrenzt ist Da

spannung (Ua) abgeleiteten Steuergleichspannung der Wandlertransformator bei einer Spannung arbeitet

(Ust) mit der Vergleichssägezahnspannung (D) ent- die über der maximalen Eingangsspannung liegt, müs-

standene Impuls variabler Breite (E) zum einen mit sen je nach Eingangs- und Ausgangsspannungen mehre-

dem aus dem Taktsignal M gewonnenen Taktsignal 30 re Transformatoren bereitgehalten werden. Besonders

(B) halber Frequenz und zum anderen mit dem in- bei hohen Ausgangsspannungen ist die Verwendung des

vertierten Taktsignal (C) halber Frequenz getastet in F i g. 2 dargestellten Hochstellers mit hohen Kosten

wird, daß der Impuls variabler Breite (E) im unteren verbunden. Auch der in F i g. 1 dargestellte Wandler mit

Eingangsspannungsbereich je zum invertierten und dem bekannten Verfahren der Ansteuerung der Schalt-

nicht invertierten Taktsignal (B, C) halber Frequenz 35 transistoren ist nicht zur Modularisierung geeignet

zeitlich addiert wird und daraus jeweils die Ansteu- Aus der US-PS 39 38 024 ist es an sich bekannt eine

ersignale (H, J) für den Gegentaktwandler gebildet Spannungserhöhung durch Steuerung der Überlap-

werden, und daß der Impuls variabler Breite (E) im pungszeiten zu erreichen.

oberen Eingangsspannungsbereich je vom invertier- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß

ten und nichtinvertierten Taktsignal (B, C) halber 40 dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben,

Frequenz zeitlich subtrahiert wird, und daraus das welches bei Eingangsspannungen, die in einem sehr gro-

Ansteuersignal (L, K) für den Schaltregler gebildet Ben Bereich variieren können, einen hohen Wirkungs-

wird. grad besitzt und außerdem eine geeignete und einfache

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Möglichkeit zur Bildung der Ansteuersignale für Schaltzeichnet, daß die Vergleichssägezahnspannung (D) 45 regler und Gegentaktwandler aufzeigt.

von einer durch das invertierte Taktsignal (A) ange- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

regten monostabilen Stufe (MF) getriggert wird. Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Anspruch 2 gibt eine vorteilhafte Weiterbildung die-

ses Verfahrens an.

50 Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand eines

Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Regeln Es zeigt:

oder Stellen der Ausgangsspannung eines fremdgesteu- F i g. 3 ein Schaltbild eines nach dem erfindungsgemä-

erten Gleichspannungswandlers gemäß dem Oberbe- ßen Verfahren arbeitenden Gleichspannungswandlers

griff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Gleichspan- 55 mit Schaltregler,

nungswandler ist bekannt aus der AT-PS 3 49 572. Der F i g. 4 ein Impulsdiagramm der Ansteuersignale,

Wandler gemäß AT-PS 3 49 572 gibt jedoch keine Anre- F i g. 5a den Wirkungsgrad des Wandlers nach Fig. 1,

gung hinsichtlich der Ausbildung und Ableitung der An- F i g. 5b den Wirkungsgrad des Wandlers nach F i g. 2

Steuersignale für den Fall, dab die Eingangsspannung in und

einem sehr großen Bereich variiert. 60 Fig. 5c den Wirkungsgrad des in Fig. 3 gezeigten

Wenn Gleichspannungswandler mit in einem großen Ausführungsbeispiels.

Bereich variierenden Eingangsspannungen betrieben In F i g. 3 ist der erfindungsgemäße Gleichspannungswerden sollen, ist es üblich, den Gleichspannungswand- wandler mit den elektronischen Schaltern Ts 1 und Ts 2 lern als Absteller (Buckmode) arbeitende Schaltregler dargestellt. Der ihm vorgeschaltete Schaltregler ist bei vorzuschalten. Ein solcher Gleichspannungswandler mit 65 diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei vorgeschaltetem Schaltregler im Buckmode ist bekannt elektronischen Schaltern Ts 3 und Ts 4 ausgestattet. Die aus Watkins-Johnson Co., PaIo Alto, California. Tech- zwischen 100 V und 250 V liegende Eingangsspannung notes, »Design of power Converters for space TWTA's«. Ue wird mittels der elektronischen Schalter Ts 3 und