DE3227174A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung einer gleichspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur erzeugung einer gleichspannung

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DE3227174A1
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coil
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voltage
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DE19823227174
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Fred Dr. 5760 Arnsberg Hasemann
Ferdinand Dipl.-Ing. Mertens
Norbert Dipl.-Ing. Wittig
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Trilux GmbH and Co KG
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Trilux Lenze GmbH and Co KG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
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    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters

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Description

  • Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer Spannung gleichbleibender Polarität nach dem Zerhackerprinzip, mit einer mit einem elektronischen Schalter in Reihe geschalteten Spule, die mit dem Ladestromkreis eines Kondensators gekoppelt ist, und mit einer den elektronischen Schalter abwechselnd ein- und ausschaltenden Steuerschaltung.
  • Derartige Schaltungsanordnungen, die auch als "Schaltnetzteil" bezeichnet werden, dienen dazu, eine pulsierende Spannung, eine Gleichspannung oder eine andere Spannung gleichbleibender Polarität in eine Gleichspannung von bestimmter Größe umzuwandeln. Bei den bekannten Schaltnetzteilen wird der elektronische Schalter von der Steuerschaltung periodisch ein- und ausgeschaltet. Jedesmal wenn der elektronische Schalter eingeschaltet ist, wird die Spule aufgeladen und wenn der elektronische Schalter ausgeschaltet ist, entlädt sich die Spule in den Ladestromkreis des Kondensators hinein. Schaltnetzteile, die vom Netz aus versorgt werden, weisen in der Regel ein Eingangsfilter und eine Gleichrichterschaltung auf. Das Eingangsfilter verhindert, daß hochfrequente Störungen aus dem Netz in die Schaltung gelangen und daß derartige Störungen aus der Schaltung in das Netz hineingelangen.
  • Schaltnetzteile, die nach dem bekannten Zerhackerprinzip arbeiten, haben den Vorteil, daß sie mit hoher Frequenz von über 20 kHz in gleichmäßigen Zeitabständen Energie von der Versorgungsquelle auf den Ladestromkreis des Kondensators überleiten. Hierbei werden zwar ebenfalls Oberschwingungen erzeugt, dedoch sind diese von höherer Ordnung, so daß sie sich leicht ausfiltern lassen. Die pro Zeiteinheit übertragene Energie ist von der Größe der Eingangsspannung abhängig.
  • Nachteilig ist bei den bekannten Schaltnetzteilen nach dem Zerhackerprinzip allerdings die relativ geringe übertragene Leistung. Dies liegt daran, daß der elektronische Schalter erst nach einer fest vorgegebenen Sperrzeit wieder eingeschaltet werden darf. Innerhalb dieser Sperrzeit muß der Ladestrom des Kondensators auf Null abgeklungen sein. Wird der Schalter geschlossen bevor der Ladestrom auf Null abgeklungen ist, dann ist in dem Kern der Spule noch eine Magnetisierung vorhanden, während der Versorgungsstrom von neuem einsetzt. Hierduch wird der Kern in die Sättigung getrieben, wodurch ein unkontrollierter Anstieg des Stromes durch den elektronischen Schalter erfolgt. Daher müssen die Intervalle zwischen zwei Steuerimpulsen für den elektronischen Schalter so gewählt werden, daß der Ladestrom in einem derartigen Intervall selbst bei der höchsten Eingangsspannung immer erst auf Null abklingen kann, bevor der nächste Impuls kommt. Zusätzlich zu der maximalen Entladedauer der Spule für die höchste in Betracht kommende Eingangsspannung muß noch ein zeitlicher Sicherheitsabstand vorhanden sein, bevor der nächste Impuls zum öffnen des elektronischen Schalters kommt. Die Folge hiervon ist, daß das Impulsverhältnis, mit dem der elektronische Schalter getaktet wird, also das Verhältnis von Einschaltzeit ton zu Ausschaltzeit toff relativ klein ist. Bei den bekannten Schaltnetzteilen sind t und toff on beide konstant.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Leistungsübertragung ermöglicht und bei vergleichbarer Dimensionierung eine höhere Leistung übertragen kann bzw. die gleiche Leistung mit geringeren Verlusten oder höherem Wirkungsgrad überträgt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein den Strom im Ladestromkreis messender erster Stromfühler die Steuerschaltung in der Weise steuert, daß diese den elektronischen Schalter öffnet, wenn der Strom im Ladestromkreis Null geworden ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung überwacht der Stromfühler den Ladestrom,um festzustellen, wann dieser auf Null abgeklungen ist. Wenn dies der Fall ist, bewirkt der Stromfühler über das Steuergerät das Schliessen des elektronischen Schalters, so daß die Versorgungsspannung unverzüglich wieder an die Spule angelegt wird, nachdem der Strom im Ladestromkreis Null geworden ist.
  • Dies hat zur Folge, daß zwischen einer Entladung der Spule und dem nachfolgenden Auf ladevorgang dieser Spule keine Zeit verloren geht. Unmittelbar nach dem Entladen wird die Spule von neuem aufgeladen. Besteht die Versorgungsspannung beispielsweise aus einer pulsierenden Gleichspannung, dann ist im Bereich der kleinen Spannungsamplituden die Aufladung der Spule relativ gering, so daß auch die Entladung schnell erfolgt. Im Bereich kleiner Spannungsamplituden ist daher die Schaltfrequenz des elektronischen Schalters größer als im Bereich grosser Spannungsamplituden. Dennoch wird sichergestellt, daß der Ladestrom erst dann zu fließen beginnt, wenn die Entladung der Spule beendet ist. Die Größe der Abtastintervalle wird somit an die jeweilige Amplitude der Versorgungsspannung angepaßt. Leerzeiten zwischen dem Aufladen und dem Entladen der Spule werden vermieden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann die Einschaltdauer des elektronischen Schalters unabhängig von der Größe der anstehenden Spannung bzw. des jeweils fließenden Stromes konstant gemacht werden. Hierbei ist die Leistungsübertragung im Vergleich zu den bekannten Schaltnetzteilen bereits verbessert. Eine noch weitergehende Verbesserung der Leistungsübertragung läßt sich jedoch dadurch erreichen, daß die Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem die Spule durchfließenden Strom den elektrischen Schalter schließt, wenn dieser Strom einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Dieser Schwellwert wird bei großen Eingangsspannungen schneller erreicht als bei kleinen Eingangsspannungen. Bei einer kleinen Eingangsspannung baut sich der Strom in der Spule mit einem flacheren Verlauf, also langsamer, auf als bei großen Eingangsspannungen. Der elektronische Schalter bleibt daher bei einer kleinen Eingangsspannung länger geschlossen, um denselben Stromwert in der Spule zu erreichen. Die Schließzeit des elektronischen Schalters kann allerdings zwangsweise begrenzt werden.
  • Der die Spule durchfließende Strom kann gemäß einer Variante der Erfindung durch einen mit der Spule in Reihe geschalteten zweiten Stromfühler gemessen werden, der mit dem einen Eingang eines Komparators verbunden ist, dessen anderer Eingang ein Schwellwertsignal empfängt. Die Steuerschaltung erzeugt ein Signal zum Sperren des elektronischen Schalters, wenn das Ausgangssignal des zweiten Stromfühlers das Schwellwertsignal übersteigt. Als Stromfühler kann ein Reihenwiderstand benutzt werden, dessen Spannungsabfall das dem einen Eingang des Komparators zuzuführende Signal bildet. Ein derartiger Stromfühler ist jedoch verlustbehaftet.
  • Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung wird die Verwendung eines zweiten Stromfühlers vermieden. Zu diesem Zweck ist der erste Stromfühler über einen Integrator mit dem Eingang eines Komparators verbunden, dessen anderer Eingang ein Schwellwertsignal empfängt und die Steuerschaltung erzeugt ein Signal zum Sperren des elektronischen Schalters, wenn das Ausgangssignal des Integrators das Schwellwertsignal übersteigt. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß der erste Stromfühler, der induktiv mit der Spule gekoppelt sein kann, eine Spannung erzeugt, die der Ableitung des Ladestromes der Spule proportional ist. Wenn das Integral über diese Spannung gebildet wird, so ist das entstehende Signal dem Ladestrom wieder proportional. Eine derartige Schaltung erfordert also keine Eingriffe in die Reihenschaltung aus der Spule und dem elektronischen Schalter. Sie verursacht praktisch keine Leistungsverluste.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Steuerschaltung ein Zeitglied, das beim Öffnen des elektronischen Schalters angestoßen wird und bei Ablauf seiner Laufzeit ein den Schalter zwangsweise sperrendes Signal erzeugt, wenn die Sperrung bis dahin noch nicht durch das Ausgangssignal des Komparators erfolgt ist. Bei der von der Größe des Ladestromes abhängigen Bemessung der Einschaltdauer des elektronischen Schalters entsteht ein höherer Anteil an Oberschwingunge.
  • Dieser Oberschwingungsanteil kann dadurch begrenzt werden, daß die Laufzeit des Zeitgliedes verkleinert wird, so daß bei kleineren Eingangsspannungen das Zeitglied jedesmal voll abläuft und in diesen Bereichen somit eine konstante Einschaltzeit des elektronischen Schalters erreicht wird.
  • Wie nachfolgend noch dargelegt wird, wird hierdurch der Oberschwingungsanteil verringert. Durch Verstellen der Laufzeit des Zeitgliedes kann der Oberschwingungsanteil beliehig vergrößert und verkleinert werden, wobei sich die Leistungsübertragung entsprechend vergrößert bzw.
  • verkleinert.
  • Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung besteht das Zeitglied aus einer monostabilen Kippstufe, deren Setzeingang ein Signal empfängt, wenn der Strom im Ladestromkreis den Wert Null erreicht hat, und deren Rücksetzeingang das Signal des Komparators empfängt.
  • Wenn die monostabile Kippstufe gesetzt worden ist, kippt sie nach Ablauf ihrer Laufzeit selbsttätig zurück, wenn sie innerhalb der Laufzeit kein Rücksetzsignal empfangen hat. Tritt jedoch innerhalb der Laufzeit ein Rücksetzsignal ein, dann wird die monostabile Kippstufe durch dieses Rücksetzsignal vorzeitig rückgesetzt.
  • Zweckmäßigerweise ist der erste Stromfühler an eine tIilfswicklung eines Ubertragers angeschlossen, der eine von dem Ladestrom durchflossene Wicklung aufweist. Wenn der erste Stromfühler einen genügend hohen Eingangswiderstand hat, wie er z.B. mit FET-Transistoren erreicht werden kann, erfolgt die Messung des Ladestromes praktisch verlustlos. Die Spule kann Bestandteil eines übertragers sein, dessen Sekundärspule im Ladestromkreis liegt. Derartige Schaltungen werden als Sperrwandlerschaltung bezeichnet, Sie ermöglichen am Kondensator die Erzeugung einer Gleichspannung, die niedriger ist als die Versorgungsspannung. Wenn die Spannung am Kondensator größer gemacht werden soll als die Versorgungsspannung, kann die Spule mit der Parallelschaltung aus dem Ladestromkreis und dem elektronischen Schalter in Reihe geschaltet sein.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch zur Regelung der Spannung am Kondensator benutzt werden. Hierzu wird z.B. das Schwellwertsignal in Abhängigkeit von der an dem Kondensator anstehenden Spannung gesteuert. Ist diese Spannung am Kondensator hoch, so wird das Schwellwertsignal verringert, so daß der Stromfluß durch die Spule bereits bei einem niedrigeren Strom unterbrochen wird. Dadurch verringert sich die Spannung am Kondensator.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sowohl zur Umwandlung einer pulsierenden Gleichspannung in eine Gleichspannung mit konstanter Amplitude anwendbar als auch zur Umformung einer ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung mit anderer Amplitude. In jedem Fall ist die von der Schaltung übertragenen Leistung gegenüber den bekannten Schaltungen vergrößert.
  • Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung einer konstanten Gleichspannung aus einer Wechselspannung, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Zerhackerschaltung Fig. 3 den Spannungsverlauf am Eingang der Zerhackerschaltung bei dem Beispiel nach Fig. 2, Fig. 4 in auseinandergezogenem Zeitmaßstab die bei den einzelnen Schaltvorgängen auf den Kondensator übertragenen Energien innerhalb eines Aus schnitts aus Fig. 3, Fig. 5 die zeitlichen Verläufe der Energieübertragung bei verschiedenen Schaltungsvarianten während einer Sinus-Halbwelle der Versorgungsspannunq, Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Zerhackerschaltung und Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel der Zerhackerschaltung.
  • Gemäß Fig. 1 ist an die Versorgungsspannung U eines Wechselspannungsnetzes ein Eingangsfilter 10 angeschlossen, das als Tiefpaß ausgebildet ist und hochfrequente Störungen unterdrückt. Das Filter 10 schützt die nachgeschaltete Schaltung vor hochfrequenten Störungen aus dem Netz und verhindert andererseits,daß hochfrequente Störungen, die in der Schaltung erzeugt werden, in das Netz gelangen können. An das Filter 10 ist ein Gleichrichterteil 11 angeschlossen, der einen Doppelweggleichrichter und einen ausgangsseitig an den Doppelweggleichrichter 12 angeschlossenen Kondensator 13 enthält. Bei der Forderung nach einem Eingangsstrom mit geringem Oberschwingungsanteil dient der Kondensator 13 hier nicht als Glättungskondensator. Seine Kapazität ist so klein, daß er die Kurvenform der Spannung am Ausgang des Doppelweggleichrichters 12 nicht wesentlich verändert. Die Spannung am Kondensator 13 wird als Eingangspannung U1 der Z'erhakkerschaltung 14 zugeführt, die nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert wird. Die Ausgangsspannung U2 der Zerhackerschaltung 14 dient der Versorgung eines 2 Verbrauchers mit Gleichspannung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Zerhackerschaltung 14 ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser Zerhackerschaltung 14 wird die Spannung U1, deren zeitlicher Verlauf in Fig. 3 abgebildet ist und bei der es sich um eine pulsierende Gleichspannung mit einer Frequenz von 100 Hz handelt, zugeführt. Die Spannung U1 wird an die Reihenschaltung aus der Spule 15 und dem den elektronsichen Schalter bildenden Transistor 16 gelegt. In dieser Reihenschaltung liegt außerdem ein niederohmiger Widerstand 17.
  • Die Spule 15 ist im vorliegenden Fall die Primärspule eines übertragers 18, der eine Sekundärspule 19 und einen Ferritkern 20 aufweist. Durch die in Fig. 2 eingetragenen Punkte ist kenntlich gemacht, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators 18 gegensinnig gewickelt sind.
  • An das eine Ende der Sekundärspule 19 ist ein Stromfühler 21 angeschlossen, der über eine Gleichrichterdiode 22 mit einem Pol des Kondensators 23 verbunden ist. Der andere Pol des Kondensators 23 ist an das zweite Ende der Sekundärspule 19 angeschlossen. An dem Kondensator 23 entsteht die Spannung U2, bei der es sich um die dem Verbraucher zuzuführende Gleichspannung handelt. Der Stromfühler 21 besteht beispielsweise aus einem niederohmigen Widerstand,an dem ein dem Ladestrom des Kondensators 23 proportionaler Spannungsabfall entsteht. Ein entsprechendes Spannungssignal wird als Ausgangssignal des Stromfühlers 21 über Leitung 24 der Steuerschaltung 25 zugeführt.
  • In der Steuerschaltung 25 ist der A-Eingang eines Komparators 26 mit Leitung 24 verbunden, während der B-Eingang des Komparators 26 an Nullpotential liegt. Der Komparator 26 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Signale an seinem A-Eingang und an seinem B-Eingang einander gleich sind. Dieses Ausgangssignal wird dem Setzeingang S einer monostabilen Kippstufe 27 zugeführt.
  • Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 27 steuert über eine entsprechende Schaltung 30 die Basis des Transistors 16. Der Spannungsabfall an dem mit dem Transistor 16 in Reihe liegenden Widerstand 17 wird dem A-Eingang eines Komparators 28 in der Steuerschaltung 25 zugeführt.
  • Dem B-Eingang dieses Komparators 28 wird ein Schwellwertsignal in Form einer Gleichspannung zugeführt. Der Komparator 28 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Signale an seinem A-Eingang und an seinem B-Eingang einander gleich sind. Dieses Ausgangssignal des Komparators wird dem Rücksetzeingang R der monostabilen Kippstufe 27 zugeführt. Die monostabile Kippstufe 27 hat eine Laufzeit von wenigen Mikrosekunden.
  • Sie befindet sich normalerweise im Rücksetzzustand. Wenn an ihrem Setzeingang S ein Signal auftritt, wird sie in den Setzzustand versetzt und behält diesen maximal über die eingestellte Laufzeit bei. Sie wird dadurch rückgesetzt, daß entweder die Laufzeit beendet wird oder daß an ihrem Rücksetzeingang R ein Signal auftritt. Die Schaltung 30 ist derart ausgebildet, daß sie den Transistor 16 in den Sperrzustand steuert, wenn die monostabile Kippstufe 27 im Rücksetzzustand ist, und daß sie den Transistor 16 in den leitenden Zustand steuert, wenn die monostabile Kippstufe 27 im Setzzustand ist.
  • Die Schaltung nach Fig. 2 kann auf verschiedene Arten betrieben werden, die nachfolgend erläutert werden: Bei der ersten Betriebsart hat das Schwellwertsignal am B-Eingang des Komparators 28 einen so hohen Wert, daß es von dem Signal am A-Eingang niemals erreicht wird. Alternativ kann man sich vorstellen, daß der Widerstand 17 kurzgeschlossen und der Komparator 28 fortgelassen ist. In aiesem Fall wird die Einschaltzeit ton des Transistors 16 ausschließlich von der Laufzeit der monostabilen Kippstufe 27 bestimmt. Sie ist daher stets gleich.
  • Wenn der Transistor 16 leitend ist, fließt über ihn ein Strom i durch die Spule 15. Dieser Strom induziert in der Sekundärspule 19 des übertragers 18 eine Spannung, die der Durchlaßrichtung der Gleichrichterdiode 22 entgegengerichtet ist und somit keinen Ladestrom für den Kondensator 23 erzeugt. Die während der Leitend-Phase des Transistors T in der Spule 15 gespeicherte Energie beträgt AW1 = 2L1i12 ii Hierbei ist L die Induktivität der Spule 15 und 1 der die Spule 15 durchfließende Stror-Ssitzenwet..
  • Wird der Transistor 16 gesperrt, dann wird diese gespeicherte Energie nachfolgend auf den Kondensator 23 übertragen, indem sich die Induktivität L2 der Spule 19 während der Auszeit toff des Transistors 16 entmagnetisiert. Der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung U2, der Eingangs spannung U1, dem Windungsverhältnis w1/w2 des Übertragers 18, der Einschaltzeit ton und der Ausschaltzeit t ergibt sich aus der Gleichung off U1 ton = U2 toff Nach Ablauf der Zeit toff ist der von der Spule 19 zum Kondensator 23 fließende Ladestrom auf Null abgeklungen.
  • Der Kern 20 des Ubertragers 18 ist somit entmagnetisiert.
  • Da der Ladestrom von dem Stromfühler 21 überwacht wird, geht das Ausgangssignal des Komparators 26 auf "1", sobald der Ladestrom Null geworden ist. Die monostabile Kippstufe 27 wird gesetzt und hierdurch wird der Transistor 16 in den leitenden Zustand gesteuert, sobald der Ladestrom des Kondensators 23 abgeklungen ist. Die Einschaltzeit t des Transistors 16 wird durch die Laufon zeit der monostabilen Kippstufe 27 bestimmt. Wenn diese in den Rücksetzzustand zurückkippt, läuft der geschilderte Vorgang von neuem ab.
  • Bei der zweiten Betriebsart der Schaltung nach Fig. 2 ist das Schwellwertsignal am B-Eingang des Komparators 28 auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als das am A-Eingang des Komparators 28 auftretende Signal. Während der Leitend-Phase des Transistors 16 steigt der Strom durch den Widerstand 17 nahezu linear an. Wenn der Strom einen Grenzwert erreicht hat, der dem Schwellwertsignal entspricht, erzeugt der Komparator 28 ein "1"-Signal, durch das die monostabile Kippstufe 27 vor Beendigung ihrer Laufzeit zwangsläufig rückgesetzt wird.
  • Die Zeit ton wird bei dieser zweiten Betriebsart also nicht ausschließlich durch die Laufzeit der monostabilen Kippstufe 27 bestimmt, sondern dadurch, daß die Sperrung des Transistors 16 immer dann erfolgt, wenn der die Spule 15 durchfließende Strom einen Grenzwert erreicht hat. Lediglich wenn infolge einer zu kleinen Spannung U1 dieser Grenzwert innerhalb der Laufzeit der monostabilen Kippstufe 27 nicht erreicht wird, bewirkt diese die Abschaltung des Transistors.
  • In Fig. 3 ist schematisch ein Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Spannung U1 dargestellt. Dieser Zeitabschnitt ist in Fig. 4 in vergrößertem Zeitmaßstab abgebildet. Man erkennt, daß während jeder Periode der Spannung U1 zahlreiche Abtast- bzw. Übertragungsvorgänge durchgeführt werden, so daß während eines Abtastvorganges die Spannung U1 als gleichbleibend angesehen werden kann. Während die Spannung U1 eine Frequenz von 100 Hz hat,erfolgt die Ein- und Ausschaltung des Transistors 16 mit einer Frequenz, die über 20 kHz liegt. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, daß die Ein- und Ausschaltung des Transistors - wie oben dargelegt.- nicht jeweils mit einer festgelegten Zeitspanne erfolgt. In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der dem Ubertrager 19 zugeführten Leistung P1 und der von dem übertrager 19 zum Kondensator 23 abgeführten Leistung P2 dargestellt. Die schraffierten Flächen AW1 und AW2 stellen jeweils die aufgenommene bzw. abgegebene Energie dar. Während der Einschaltphase t des Transistors 16 lädt sich die Spule 15 auf. Wird der Transistor 16 abgeschaltet, dann entlädt sich die Spule 19 während der Zeit toff.
  • Die bei dieser Entladung frei werdende und auf den Kondensator 23 übertragene Energie ist in Fig. 4 schraffiert dargestellt. Während einer Periode der Spannung U1 ändert sich die auf den Kondensator 23 übertragene Energie in Abhängigkeit von der jeweiligen Amplitude der Spannung U1. Die Darstellung in Fig. 4 gilt für die oben geschilderte zweite Betriebsart, bei der die Einschaltzeit t des Transistors 16 in Abhängigkeit von dem on Strom durch die Spule 15 gesteuert ist.
  • Fig. 5 zeigt den Verlauf der mittleren Leistung P, der bei einer Zerhackerschaltung nach dem Stand der Technik und bei den beiden oben erläuterten Betriebsarten der erfindungsgemäßen Zerhackerschaltung entsteht. In allen Fällen ist eine Spannung U1 mit dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf zugrunde gelegt. Kurve 31 zeigt den Verlauf der während einer Periode auf den Kondensator 23 übertragenen Leistung bei einer Zerhackerschaltung nach dem Stand der Technik, bei der die Einschaltzeit t und on die Ausschaltzeit toff beide konstant sind. Hierbei ist angenommen, daß die Ausschaltzeit toff SO gewählt ist, daß sie für den Abbau des maximal auftretenden Sekundärstromes ausreicht. Diese Kurve 31 ist der Halbwelle einer Sinusguadrat-Kurve relativ gut angenähert,jedoch erkennt man, daß die übertragene Leistung nicht sehr hoch ist.
  • Kurve 32 bezieht sich auf die oben geschilderte erste Betriebsart der Zerhackerschaltung, bei der die Einschaltzeit ton konstant ist und die Aus schaltzeit toff jeweils mit dem Abklingen des Ladestromes auf Null beendet wird.
  • Die bei dieser Betriebsart übertragene mittlere Leistung liegt um etwa 10% höher als diejenige, die durch die Kurve 31 repräsentiert wird.
  • Kurve 33 in Fig. 5 bezieht sich auf die oben erläuterte zweite Betriebsart der erfindungsgemäßen Zerhackerschaltung, bei der t ausschließlich in Abhängigkeit von dem on die Spule 15 durchfließenden Strom bestimmt wird, wobei ton immer dann beendet wird, wenn der Spulenstrom einen vorgegebenen Wert erreicht hat. t ist auch hier nicht on konstant.
  • Mit der zweiten Betriebsart (Kurve 33) ist eine um etwa 45% vergrößerte Leistungsübertragung gegenüber Kurve 31 verbunden. Die Schaltunq ermöqlicht es, zwischen den Kurven 32 und 33 wahlweise verschiedene Zwischenstadien einzustellen, indem die Laufzeit der monostabilen Kippstufe 27 verändert wird. Dies kann zweckmäßig sein, um den Anteil der erzeugten Oberwellen zu verändern.
  • Die Schaltung nach Fig. 6 entspricht weitgehend der Schaltung nach Fig. 2, so daß die nachfolgende Beschreibung sich im wesentlichen auf die Unterschiede beschränken kann. In Fig. 6 ist der Widerstand 17 aus Fig. 2 entfallen. Der Übertrager 18 weist eine dritte Wicklung 34 auf, die zusammen mit einem Verstärker 35 mit hochohmigem Eingang den Stromfühler bildet. Der Ausgang des Verstärkers 35 ist einerseits mit dem A-Eingang des Komparators 26 und andererseits mit einem Integrator 36 verbunden. Der Ausgang des Integrators 36 ist an den A-Eingang des Komparators 28 angeschlossen. Der Verstärker 35 liefert ein dem Ladestrom der Kondensators 23 entsprechendes Ausgangs signal. In dem Integrator 36 wird das Integral dieses Stromsignals über die Zeit gebildet.
  • Das Ausgangs signal des Integrators 36 ist dem Strom durch die Spule 15 proportional. Auf diese Weise wird über die Spule 34 nicht nur der Entladestrom der Sekundärspule 19 sondern auch der Ladestrom der Spule 15 gemessen.
  • Die bisherigen Ausführungsbeispiele bezogen sich auf Sperrwandlerschaltungen, bei denen die Energie von der Primärseite eines Ubertragers 18 auf die Sekundärseite "geschaufelt" wird. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Ladestromkreis des Kondensators 23 direkt an den Verbindungspunkt der Spule 15 mit dem Transistor 16 geschaltet ist. Der Ladestromkreis besteht aus der Reihenschaltung des Stromfühlers 21 und der Gleichrichterdiode 22, die in Reihe mit dem Kondensator 23 parallel zu dem Transistor 16 und dem Widerstand 17 liegen.
  • Der Transistor 16 wird hierbei in gleicher Weise gesteuert wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2.
  • Während der Leitend-Phase t des Transistors 16 lädt on sich die Spule 15 auf und sie entlädt sich während der Sperrphase toff auf den Kondensator 23. Bei der Schaltung nach Fig. 7 ist die Ausgangs spannung U2 stets größer als die Eingangsspannung U1.
  • Bei einer ausgeführten Schaltung nach der Erfindung beträgt bei einer Netzspannung U von 220 V und 50 Hz die Spuleninduktivität L = 3,11 mH, der maximale Eingangsstrom, bei dem die Abschaltung des Transistors 16 erfolgt, beträgt 1 A und die am Kondensator 23 entstehende Ausgangsgleichspannung beträgt 311 V.

Claims (10)

  1. ANSPRUCHE f Schaltungsanordnung zur Erzeugung-einer Gleichspannung aus einer Spannung gleichbleibender Polarität nach dem Zerhackerprinzip, mit einer mit einem elektronischen Schalter in Reihe geschalteten Spule, die mit dem Ladestromkreis eines Kondensators gekoppelt ist,und mit einer den elektronischen Schalter abwechselnd ein- und ausschaltenden Steuerschaltung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein den Strom im Ladestromkreis messender erster Stromfühler (21) die Steuerschaltung (25) in der Weise steuert, daß diese den elektronischen Schalter (16) öffnet, wenn der Strom im Ladestromkreis Null geworden ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (25) in Abhängigkeit von dem die Spule (15) durchfließenden Strom den elektronischen Schalter (16) schließt, wenn dieser Strom einen vorgegebenen Schwellwert erreicht.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Spule (15) in Reihe geschalteter zweiter Stromfühler (17) mit dem einen Eingang eines Komparators (28) verbunden ist, dessen anderer Eingang ein Schwellwertsignal empfängt, und daß die Steuerschaltung (25) ein Signal zum Sperren des elektronischen Schalters (16) erzeugt, wenn das Ausgangssignal des zweiten Stromfühlers (17) dem Schwellwertsignal gleich ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromfühler (34,35,36) einen Integrator (36) aufweist, der mit dem einen Eingang eines Komparators (28) verbunden ist, dessen anderer Eingang ein Schwellwertsignal empfängt, und daß die Steuerschaltung (25) ein Signal zum Sperren des elektronischen Schalters (16) erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Integrators (36) dem Schwellwertsignal entspricht.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (25) ein Zeitglied (27) enthält, das beim öffnen des elektronischen Schalters (16) angestoßen wird und bei Ablauf seiner Laufzeit ein den Schalter (16) zwangsweise sperrendes Signal erzeugt, wenn die Sperrung bis dahin noch nicht durch das Ausgangssignal des Komparators (28) erfolgt ist.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied aus einer monostabilen Kippstufe (27) besteht, deren Setzeingang (S) ein Signal empfängt, wenn der Strom im Ladestromkreis den Wert Null erreicht hat, und deren Rücksetzeingang (R) das Signal des Komparators (28) empfängt.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromfühler (34,35,36) eine Hilfswicklung (34) aufweist, die Bestandteil eines Übertragers (18) ist, der eine von dem Ladestrom durchflossene Wicklung (19) aufweist.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (15) die Primärspule des Ubertragers (18) ist.
  9. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (15) mit der Parallelschaltung aus dem Ladestromkreis und dem elektronischen Schalter (16) in Reihe geschaltet ist (Fig. 7).
  10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwert signal in Abhängigkeit von der an dem Kondensator (23) anstehenden Spannung geregelt ist.
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