DE3000955C2

DE3000955C2 - Steuerschaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Durchflußwandlers

Info

Publication number: DE3000955C2
Application number: DE19803000955
Authority: DE
Inventors: Walter Ing.(grad.) 8510 Fürth Lösel; Günter Ing.(grad.) 8501 Wendelstein Weinfurtner
Original assignee: Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg De GmbH; Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-01-12
Filing date: 1980-01-12
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE3000955A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Duivhflußwandlers gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stromversorgungseinrichtungen die mit Durchflußwandlern arbeiten sind in der Zeitschrift »ELEKTRONIK« 1978, Heft 4, Seiten 102 bis 107 beschrieben. Bei solchen Stromversorgungseinrichtungen wird eine Eingangsgleichspannung des Durchflußwandlers mittels eines Schalttransistors zerhackt und danach in eine Ausgangsgleichspannung gleichgerichtet. Zur Steuerung des Schalttransistors ist eine Regelschaltung vorgesehen, welche am Ausgang des Durchflußwandlers liegt.

Es wurde gefunden, daß es in einigen Fällen, beispielsweise dann, wenn die Möglichkeit der Erkennung von Lastschwankungen im Ausgangskreis der Stromversorgungseinrichtung an deren Eingang ausgeschlossen sein soll, günstig ist, die Steuerschaltung vom Eingang des Durchflußwandlers her zu steuern. In solchen Fällen ist es nicht ohne weiteres möglich, eine von Schwankungen der Eingangsglcichspannung unabhängige Ausgangsgleichspannung zu erreichen.

Aus der DE-OS 24 47 850 ist eine Steuerschaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Durchflußwandlers gegen schwankende Eingangsspannung bekannt. Die Steuerschaltung enthält einen monostabilen Multivibrator, welcher in bekannter Weise von einem Taktgeber angeregt wird und welcher zusätzlich von einer von der Eingangsspannung abhängigen Umladespannung beeinflußt wird.

Eine Änderung der Eingangsspannung kann dadurch annähernd kompensiert, indem, bei konstanter Schaltfrequenz des Schaltelements des Durchflußwandlers, das Tastverhältnis entgegen der Änderung der Eingangsspannung beeinflußt wird. Um die Umladespannung von der Eingangsspannung abhängig zu machen, ist ein Spannungsteiler vorgesehen, welcher in Serie mit einer Zener-Diode liegt.

Der Spannungsabfall an der Zener-Diode ist über einen weiten Bereich von unterschiedlichen Werten der Eingangsspannung nicht exakt konstant, so daß schon deshalb nicht bei allen Werten der Eingangsspannung eine konstante Ausgangsgleichspannung zu erreichen ist Zudem besteht zwischen Tastverhältnis und Eingangsspannung ein linearer Zusammenhang (Geradensteigung vom Spannungsteiler abhängig), so daß die Ausgangsgleichspannung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert der Eingangsgleichspannung lineal ansteigt Zur Kompensation von Eingangsänderungen in einem weiten Bereich ist die bekannte Steuerschaltung wenig geeignet

Weiterhin ist aus der DE-AS 20 35 425 zur Stabilisierung der Ausgangsspannung von Gleichstromumrichtern bekannt eine Stellschaltung mit einer Spannungsteilerscnaltung vorzusehen. Das Tastverhältnis steht dabei in einem linearen Zusammenhang mit der Eingangsgleichspannung, wodurch die Ausgangsgleichspannung mit steigender Eingangsgleichspannung ebenfalls linear ansteigt

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerschaltung nach DE-OS 24 47 850, die vom Eingang des Durchflußwandlers her gesteuert ist derart weiter zu bilden, daß eine in einem weiten Bereich von der Eingangsgleichspannung unabhängige, konstante Ausgangsgleichspannung erzeugt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe geht aus den gekennzeichneten Merkmalen des Patentanspruchs 1 hervor.

Vorteilhafte Realisierungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung ist erreicht daß die Einschaltzeitdauer des Schalttransistors bzw. das Tastverhältnis nichtlinear von der Eingangsgleichspannung abhängig ist. Dies hat zur Folge, daß die Ausgangsgleichspannung auch dann, wenn die Eingangsgleichspannung zwischen ihrem Minimalwert und ihrem Maximalwert liegt, dem Sollwert weitgehend angenähert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines Durchflußwandlers,

F i g. 2 eine Spannungsteilerschaltung für die Schaltung nach Fig. 1,

Fig.3 den Zusammenhang zwischen der Eingangsgleichspannung und der Einschaltdauer des Schalttransistors des Durchflußwandlers und

Fig.4 den Spannungsverlauf der Ausgangsgleichspannung in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung.

Ein Durchflußwandler 1 weist einen Gleichspannungseingang 2 und einen Gleichspannungsausgang 3 auf. An den Gleichspannungseingang 2 ist eine Versorgungsleitung 4 angeschlossen, die beispielsweise an einer Batterie oder an einem Gleichrichter für eine Netzspannung liegt. Der Durchflußwandler 1 iransformiert die Eingangsgleichspannung in eine für einen am Gleichspannungsausgang 3 liegenden Lasikrcis geeignete Gleichspannung.

Der Durchllußwandler 1 ist von einer Stdlschalning 5 gesteuert, welche das Tastverhältnis des Schalttransistors des Durchflußwandlers 1 bestimmt. Die Stellschal-

tung ist beispielsweise von einem geeignet beschalteten integrierten Schaltkreis gebildet

Am Gleichspannungseingang 2 liegt ein Spannungsteiler 6, der aus nichtlinearen Widerstandszweigen 7 und 8 aufgebaut ist An den Abgriff des Spannungsteilers 6 ist die Stellschaltung 5 angeschlossen.

Die Ausgangsgleichspannung U_A am Ausgang 3 folgt im wesentlichen der Beziehung:

Ua = Ue- ü- VT,

wobei ü das Übersetzungsverhältnis eines im Durchflußwandler gegebenenfalls vorgesehenen Transformators, t die Einschaltzeitdauer des Schalttransistors des Durchflußwandlers und Tdie Periodendauer des Schaltens des Schalttransistors ist; t/T ist damit das Tastverhältnis.

Die Periodendauer T kann durch die Stellschaltung 5 z. B. auf einen Wert MT von 20 bis 30 kHz eingestellt werden.

Der Spannungsteiler 6 ist so ausgelegt, daß

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Die Festlegung erfolgt dabei so, daß bei minimaler Eingangsgleichspannung die Ausgangsgleichspannung den Sollwert annimmt Mit der genannten Auslegung wird dabei der Sollwert der Ausgangsgleichspannung UASoii auch bei der maximalen Eingangsgleichspannung i/ßnax erreicht Die genannten Einstellungen werden bei maximaler Belastung des Lastkreises vorgenommen. Bei einer Reduzierung der Belastung erhöht sich die Ausgangsspannung entsprechend.

Wäre der Spannungsteiler 6 aus linearen Widerständen aufgebaut, dann stünde das Tastverhältnis bzw. die Einschaltdauer in einem linearen Zusammenhang mit der Eingangsgleichspannung, wie dies in F i g. 3 strichliert dargestellt ist Dies hätte zur Folge, daß die Ausgangsgleichspannung bei Zwischenwerten der Eingangsgleichspannung zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert den Sollwert übersteigt wie dies in F i g. 4 strichliert dargestellt ist

Um eine bei allen Werten der Eingangsgleichspannung konstante Ausgangsgleichspannung zu erreichen (vgl. F i g. 4), muß entsprechend der oben angegebenen Beziehung das Produkt Ue ■ t konstant sein. Die Größen if und Γ können als konstant betrachtet werden. Es muß damit der Zusammenhang zwischen der Eingangsgleichspannung Ue und der Einschaltzeitdauer t einer Hyperbel folgen, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Zweige 7 und 8 so ausgelegt sind, daß die Spannung am Abgriff vom Minimalwert der Eingangsspannung UEmin bis zu einem Mittelwert der Eingangsspannung UEmin überpropenional und vom Mittelwert der Eingangsspannung UEmm bis zu deren Maximalwert U_Emtx unterproportional ansteigt.

In Fig.2 ist ein spezieller Spannungsteiler 6 dargestellt, bei dem sich die Stellschaltung 5 so ansteuern läßt, daß sich die in F i g. 3 dargestellten Verhältnisse in guter Annäherung einstellen.

Bei dem Spannungsteiler nach F i g. 2 besteht jeder der Zweige 7 und 8 aus einer Parallelschaltung eines Widerstandes RI bzw. /?2 und einer Reihenschaltung eines Widerstandes R 3 bzw. RA mit einer Zenerdiode Z3bzw.Z4.

Bei minimaler Eingangsgleichspannung sperren beide Zenerdioden Z3 und Z4, so daß die an der Stellschaltung 5 anliegende Spannung allein durch die Widerstände R 1 und R 2 bestimmt ist

Im Zuge zunehmender Eingangsgleichspanimng wird die Zenerdiode Z 3 leitend, so daß durch die Zenerdiode Z3 und dem Widerstand A3 ein Parallelstrom zu dem durch den Widerstand R1 fließenden Strom fließt Die Spannung am Abgriff steigt damit überproportional an.

Wenn der Mittelwert der Eingangsgleichspannung UEmin erreicht ist wird auch die Zenerdiode Z 4 leitend, so daß nun auch durch die Zenerdiode 7Λ und den Widerstand R 4 ein Parallelstrom zu dem durch den Widerstand R 2 fließenden Strom fließt Die Spannung am Abgriff steigt unterproportional. Bei maximaler Eingangsgleichspannung UEmtx ist die an der Stellschaltung 5 anliegende Steuerspannung im wesentlichen durch die Widerstände R 1 bis R 4 bestimmt

Durch die beschriebene Schaltung ist eine unter der Voraussetzung maximaler Last im wesentlichen konstante Ausgangsgleichspannung erreicht

Anstelle der Zenerdiode Z3 und/oder der Zenerdiode Z 4 können Reihenschaltungen von Zenerdioden vorgesehen sein.

Wenn die Nachbildung der Kennlinie nach Fig.3 weiter verbessert werden soll, können parallel zu dem Widerstand R 1 und/oder dem Widerstand R 2 weitere Parallelstrompfade vorgesehen sein, die mindestens eine Zenerdiode und einen Widerstand aufweisen. Die Zenerdioden der parallelen Zweige lassen sich dann so wählen, daß sie bei unterschiedlichen Spannungswerten durchschalten.

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60 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung eines Durchflußwandlers gegen schwankende Eingangsspannung durch Änderung des Tastverhältnisses für das mit konstanter Frequenz geschaltete Schaltelement des Durchflußwandlers, wobei die Änderung der durch eine Spannungsteilerschaltung herabgeteilten Eingangsspannung eine dieser Änderung entgegengesetzte Beeinflussung des Tastverhältnisses bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilerschaltung (6) derart ausgelegt ist, daß beim Maximalwert ('t/ßnai) und beim Minimalwert (UEmm) der Eingangsspannung an deren Abgriff eine das Tastverhältnis festlegende Sollspannung auftritt und damit am Ausgang (3) des Durchflußwandlers (1) die Sollausgangsspannung anliegt und daß die Spannung am Abgriff der Spannungsteilerschaltung (6) vom Minimalwert (Ucmin) der Eingangsspannung bis zu einem Mittelwert der Eingangsspannung (UEmit) überproportional und von diesem Mittelwert bis zu dem Maximalwert (Uemu) der Eingangsspannung unterproportional ansteigt

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zweige (7, 8) des Spannungsteilers (6) nichtlineare Widerstände aufweisen.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige (7,8) des Spannungsteilers (6) jeweils von einer Parallelschaltung eines Widerstandes (R 1, R 2) und wenigstens einer Serienschaltung eines Widerstandes (R 3, R 4) mit wenigstens einer Zenerdiode (Z 2, ZA) gebildet sind.

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