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Vorrichtung zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsspannung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung einer
geregelten Ausgangsspannung aus einer ungeregelten Eingangsgleichspannung mit einem
ein Schaltelement aufweisenden Schaltregler, der mit einem Gegentaktdurchflußwandler
verbunden ist, der einen Transformator mit zwei Primärwicklungshälften aufweist,
die je mit einem Schaltelement verbunden sind, wobei die Schaltelemente von einer
Ansteuerschaltung mit Taktsignalen abwechselnd leitend und nichtleitend gesteuert
werden.
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Bei einer derartigen Vorrichtung wird die Sekundärspannung des Gegentaktdurchflußwandlers
mit dem Schaltregler auf einem gleichbleibenden Wert gehalten, während die gewünschte
Höhe der Sekundärspannung mit dem Gegentaktdurchflußwandler erzeugt wird.
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Die Schaltelemente sind so bemessen, daß sie die im Schalterbetrieb
auftretenden Ströme ohne Zerstörung weiterleiten. Fließen die von der Eingangsgleichspannung
hervorgerufenen Ströme für längere Zeit über die Schaltelemente, dann kann es zu
Zerstörungen infolge Oberhitzung kommen. Es ist daher wichtig, daß die Schaltelemente
nach dem Anlegen der Eingangsgleichspannung vom nichtleitenden Zustand in der richtigen
Reihenfolge in den Schalterbetrieb übergeleitet werden. Dabei soll der für die Anlaufphase
der Vorrichtung benötigte Aufwand möglichst gering sein.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln,
daß nach
der Baufschlagung mit der Eingangswechselspannung ein sicherer Anlauf mit möglichst
geringem Aufwand erreicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ansteuerschaltung
vom Zeitpunkt des Anlegens der Eingangsgleichspannung h45 zum Zeitpunkt der Erzeugung
der ersten Taktsignale bei nichtleitenden Schaltelementen an den Primärwicklungshälften
über das leitende Schaltelement des Schaltreglers von der Eingangsgleichspannung
und danach von der Ausgangsspannung des Schaltreglers Betriebsspannung erhält. Sobald
die Ansteuerschaltung die Schaltelemente mit den Taktsignalen versorgt, werden die
Schaltelemente abwechselnd leitend und nichtleitend und sind dadurch gegen eine
unzulässige Erhitzung durch zu lange fließende Ströme gesichert. Vor dem Anlauf
sind die Schaltelemente des Gegentaktdurchflußwandlers nichtleitend, so daß das
Schaltelement des Schaltreglers nur die zum Inbetriebsetzen der Ansteuerschaltung
notwendigen geringen Ströme weiterleitet. Eine Zerstörung der Schaltelemente vor
dem Ubergang der Vorrichtung in die Regelbetriebsweise ist deshalb nicht möglich.
Die Ansteuerschaltung erhält aber die für die Erzeugung der Taktsignale notwendige
Energie, so daß ein sicherer Anlauf gewährleistet ist. Der Aufwand für die Bereitstellung
der Betriebsspannung für die Ansteuerschaltung ist gering.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Schaltelement
des Schaltreglers über ein weiteres Schaltelement, das vom Zeitpunkt des Anlegens
der Eingangsgleichspannung bis zum Zeitpunkt der Erzeugung der ersten Taktsignale
eingeschaltet ist, eine Einschaltspannung und danach eine Taktspannung von der Ansteuerschaltung
erhält. Das Schaltelement des Schaltreglers wird also über das weitere Schaltelement
dann leitend gesteuert, wenn die Eingangsgleichspannung auf einen hinreichend hohen
Wert angestiegen ist. Anschließend versorgt das leitende Schaltelement die Ansteuerschaltung
mit der für die Erzeugung der Taktsignale notwendigen Betriebsspannung, bis die
Taktsignale den Schalttransistor periodisch leitend und nichtleitend steuern.
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Vorzugsweise sind die Schaltelemente Schalttransistoren oder Feldeffekttransistoren.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Betriebsspannung an einem Abgriff
der Serienschaltung eines Kondensators und einer Diode verfügbar, die unmittelbar
mit dem Ausgang des Schaltreglers und mittelbar mit dem Schaltelement des Schaltreglers
verbunden ist. Für die Erzeugung der Betriebsspannung der Ansteuerschaltung sind
keine zusätzlichen Transformatoren notwendig.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen
5 und 6 beschrieben.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung
einer geregelten Ausgangsspannung, Figur 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsspannung.
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Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsspannung aus
einer ungeregelten Eingangsgleichspannung weist einen Schaltregler 1 auf, der mit
einem Gegentaktdurchflußwandler 2 verbunden ist. Der Schaltregler 1 enthält ein
Schaltelement 3 und ein Netzwerk 4, das zur Glättung der Ausgangsspannung des Schaltreglers
1 dient. Das Netzwerk 4 kann eine Induktivität und einen Gleichrichter aufweisen.
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Die Eingangsgleichspannung wird an zwei Anschlüsse 5, 6 angelegt.
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Der Anschluß 5, der z. B. mit dem positiven Pol der Eingangsspannung
in Verbindung steht, ist an das Schaltelement 3 angeschlossen, dem das Netzwerk
4 nachgeschaltet ist. Der Ausgang 7 des Schaltreglers 1 ist mit der Mittelanzapfung
der Primärwicklung 8 des Transformators 9 des Gegentaktdurchflußwandlers 1 verbunden.
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An die beiden Wicklungshälften der Primärwicklung 8 ist jeweils
ein
Schaltelement 10, 11 angeschlossen. Die beiden Schaltelemente 10, 11 sind ferner
gemeinsam an den Anschluß 6 gelegt. Die Sekundärwicklung 12 des Transformators 9
speist eine nicht näher bezeichnete Gleichrichter- und Glättungsschaltung.
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An den Ausgang 7 des Schaltreglers 1 ist ferner eine Diode 13 angeschlossen,
die an Serie mit einem Kondensator 14 angeordnet ist und an den Anschluß 6 gelegt
ist. Von der gemeinsamen Verbindungsstelle des Kondensators 14 und der Diode 13
führt eine Leitung 15 zum Betriebsspannungsanschluß einer Ansteuerschaltung 16.
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Die Ansteuerschaltung 16 wird an einem Eingang 17 mit dem Istwert
der Regelgröße beaufschlagt. Die Regelgröße ist die Au.sgangsspannung des Gegentaktdurchflußwandlers
2. Die Art der Verbindung zwischen dem Ausgang des Gegentaktdurchflußwandlers 2
und dem Eingang 17 ist nicht näher dargestellt. Es kann sich beispielsweise um eine
Verbindung über ein galvanisches Trennungselement, z. B. einen Optokoppler, handeln.
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Die Ansteuerschaltung 16 vergleicht die Ausgangsspannung mit einer
Referenzspannung. Die Regelabweichung wird einem Pulsbreitenmodulator zugeführt,
der über eine Leitung 18 mit Taktsignalen das Schaltelement 3-abwechselnd in den
leitenden und nichtleitenden Zustand versetzt. Die Spannung am Ausgang 7 wird durch
das Tastverhältnis zwischen der leitenden und nichtleitenden Phase des Schaltelements
3 beeinflußt.
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Die Schaltelemente 10, 11 sind über je eine Leitung 19, 20 ebenfalls
mit der Ansteuerschaltung 16 verbunden. Die Ansteuerschaltung 16 beaufschlagt die
Leitungen 19, 20 jeweils mit zueinander antivalenten Taktsignalen, von denen die
Schaltelemente 10, 11 leitend und nichtleitend gesteuert werden. Die leitende und
die nichtleitende Phase treten in den Schaltelementen 10, f1 zu unterschiedlichen
Zeiten auf.
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Der Steuereingang des Schaltelements 3 ist nicht nur an die Leitung
18, sondern auch an den Ausgang eines weiteren Schaltelements 21 angeschlossen,
dessen Eingang mit dem Anschluß 5 verbunden ist. Der Steuereingang
des
weiteren Schaltelements 21 ist über eine Leitung 22 an die Ansteuerschaltung 16
angeschlossen.
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Beim Anlegen der Eingangsgleichspannung an die Anschlüsse 5, 6 sind
die Schaltelemente 10, 11 nichtleitend. Das Schaltelement 21 ist leitend und betätigt
deshalb das Schaltelement 3. Daher fließt ein Strom vom Anschluß 5 über das Schaltelement
3 und das Netzwerk 4 zum Ausgang 7.
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Der Strom lädt über die Diode 13 den Kondensator 14 auf, an dem sich
die Betriebsspannung für die Ansteuerschaltung 17 aufbaut. Sobald die Betriebsspannung
eine gewisse Schwelle überschritten hat, beginnt die Ansteuerschaltung 16 mit der
Erzeugung von Taktsignalen für die Schaltelemente 3, 10, 11 -und mit einem Sperrsignal
für das weitere Schaltelement 21.
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Wesentlich ist, daß die Schaltelemente 10, 11 frühzeitig leitend und
nicht leitend werden, damit der von der Eingangsgleichspannung über das Schaltelement
3 und die Schaltelemente 10, 11 geleitete mittlere Strom auf unkritische Werte absinkt.
Wenn das Schaltelement 3 abwechselnd leitend und nichtleitend gesteuert wird, entfällt
zunächst die weiter Aufladung des Kondensators 14. Die Ladung im Kondensator 14
reicht jedoch aus, bis sich am Ausgang 7 die vom Schaltregler 1 erzeugte Spannung
gebildet hat, die dann die Versorgung der Ansteuerschaltung 16 übernimmt. Von einer
gewissen Höhe der Ausgangsspannung ab wird das weitere Schaltelement 21 vollständig
gesperrt.
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Für die Erzeugung der Betriebsspannung auf der Leitung 15 sind keine
aufwendigen Maßnahmen notwendig. Trotzdem läuft die in Figur 1 dargestellte Anordnung
sicher an.
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Bei der in Figur 2 dargestellten Anordnung sind als Schaltelemente
10, 11, 21 Schalttransistoren verwendet, die ebenfalls mit 10, 11 und 21 bezeichnet
sind. Gleiche Elemente in den Figuren 1 und 2 sind überdies mit den gleichen Bezugsziffern
versehen.
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Der Kollektor des Schalttransistors 21 ist mit dem Anschluß 5 verbunden.
Zwischen Kollektor und Basis des Schalttransistors 21 ist ein Widerstand 23 angeordnet.
Die Basis des Schalttransistors 21 steht weiterhin mit dem Kollektor eines Transistors
24 in Verbindung, dessen Emitter an den Anschluß 6 gelegt ist, während die Basis
an
die Leitung 22 angeschlossen ist.
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Der Emitter des Schalttransistors 21 ist über eine Diode 25 und über
einen Widerstand 26 mit der Basis des Schalttransistors 3 verbunden.
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An die Diode 25 und den Widerstand 26 ist ferner eine Diode 27 angeschlossen,
die an den Kollektor eines Transistors 28 gelegt ist, dessen Basis mit dem Kollektor
eines weiteren Transistors 29 verbunden ist, dessen Emitter ebenfalls an den Anschluß
6 gelegt ist. Die Basis des weiteren Transistors 29 ist an die Leitung 18 angeschlossen.
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Der Emitter des Schalttransistors 3 steht mit einem Kondensator 30
und einer Induktivität 31 in Verbindung. Zwischen dem Eingangsanschluß der Induktivität
31 und dem Anschluß 6 ist eine Freilaufdiode 32 angeordnet.
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Der Transformator 9 enthält eine zusätzliche Wicklung 33, deren eines
Ende über eine Diode 34 mit dem Emitter des Transistors 28 und.andererseits mit
dem Eingangsanschluß der Induktivität 31 verbunden ist. Der Ausgang 7 ist über eine
weitere Diode 35 mit dem Emitter des Transistors 28 verbunden.
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Die Leitungen 19, 20 sind je mit den Basen der Schalttransistoren
10, 11 verbunden.
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Wenn die Eingangsgleichspannung an den Anschlüssen 5,6 auftritt, fließt
ein Basisstrom über den Widerstand 23, den der Schalttransistor 21 in den leitenden
Zustand versetzt. Die Eingangsgleichspannung versorgt über den Schalttransistor
21, die bezüglich der Eingangsspannung in Durchlaßrichtung gepolte Diode 25 und
den Widerstand 26 den Schalttransistor 3 mit Basisstrom, der ebenfalls leitend wird.
Dadurch fließt ein Strom.
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über den Schalttransistor 3, die Induktivität 31 und die Diode zum
Kondensator 14, der sich auflädt. Solange die am Kondensator 14 anstehende Spannung
null ist oder nur eine geringe Höhe hat, sind die Schalttransistoren 10, 11 und
die Transistoren 24, 29 nichtleitend.
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überschreitet die Spannung am Kondensator 14 eine gewisse Höhe, dann
gibt die Ansteuerschaltung 16 Taktsignale an die Schalttransistoren 10, 11 und 18
sowie ein kontinuierliches Signal an den Transistor 24,
der leitend
gesteuert wird.
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Ober den Transistor 24 wird die Basis des Transistors 21 an den Anschluß
6 gelegt, so daß der Transistor 21 nichtleitend wird.
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Der Schalttransistor 3 speist die Induktivität 31 mit einer pulsierenden
Gleichspannung. Es stellt sich daher am Ausgang 7 eine Spannung ein, die vom Tastverhältnis
des Schalttransistors 3 abhängig ist.
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Der über den Transformator 9 fließende Strom erzeugt eine Spannung
in der Wicklung 33, die vom Kondensator 30 geglättet wird und den Schalttransistor
3 im Takt der Steuerspannung auf der Leitung 18 mit Basisstrom über den Transistor
28 versorgt.
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