DE3239678A1

DE3239678A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln der ausgangsspannungen eines gleichspannungwandlers

Info

Publication number: DE3239678A1
Application number: DE19823239678
Authority: DE
Inventors: Thomas George 07960 Morristown N.J. Wilson jun.
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1983-05-11
Also published as: SE8205936L; FR2515896B1; SE8205936D0; GB2108296B; US4419723A; CA1190965A; JPS5884323A; DE3239678C2; GB2108296A; SE460165B; FR2515896A1; JPH028549B2

Description

Western Electric (h. I.-c. Wilson, T. G. 4

-z-

5- Verfaliron und Vorrichtung zum Regeln der Ausgangs spannungen einer. GL ei chspannungswandiers

Die -Erfindung betrifft Gleichspannungswandler mit mehreimi Ausgängen und insbesondere die Regelung der AusgangsfpriTinuiioon solcher Wandler. .

Bui Gl v.i chspannurigwandlern mit einer Vielzahl von Ausgangsspannungon kann eine dieser Ausgangsspannungen

Ib direkt abgofiihlt und zu einer Steuereinrichtung rückgekoppelt werden, um das Tastverhältnis eines an den Wandleroingnng angesdialteten Schalttransistors zu verändern. Die übrigen Ausgangsspannungem werden unter Ausnutzung der magnetischen Kopplung zwischen den sekundären Ausgangsschaltungen geregelt. Ein solches Verfahren zur Regelung dor Ausr.augsspaimungen wird als Kreuzregelung bezeichnet. Da die magnetische; Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen niemals perfekt ist, können sich jedoch, wenn die an eine der Ausgangsschaltungen angeschlossene Last schwankt,

2b die Spannungen der anderen Ausgangsschaltungen ebenfalls schwanken. Hs ist domgemäß erwünscht, jede der Ausgangsspannungen ohne Rücksicht auf Lastschwankungen unabhängig regeln zu können.

Zur Lösung der sich daraus ergebenden Aufgabe

^O gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung" zur Regelung der Spannung jeder Ausgangsschaltung eines Gloichspannungswandlers mit mehreren Ausgängen unabhängig von Änderungen der Belastung an, die an jode andere Ausgangsschaltung angeschlossen ist. Diese

^Si"> Spannungsregelung wird dadurch erreicht, daß die Induktivität jeder Ausgangsschaltung abhängig von LastSchwankungen verändert wird.

Auf vorteilhafte Weise ist dabei eine elektro-

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nisch steuerbare Drossel schaltung in Reihe in jede Ausgangsschaltung, nämlich die Sekundärwicklungsschaltung, gelegt. Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung wird die Lastspannung oder ein Teil davon bei einer der Ausgangs-5· schaltungen mit einer Bezugsspannung verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Abhängig vom Fehlersignal wird ein Steuerstrom in jeder Ausgangsschaltung eingestellt und rückgekoppelt, um den magnetischen Leitwert der elektronisch steuerbaren Drosselspule zu .steuern.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Ausgangsstrom einer der Ausgangsschaltungen so rückgekoppelt, daß er den magnetischen Leitwert der an dieser Ausgangsschaltung angeschlossenen, elektronisch steuerbaren Drosselspule steuert. In jeder der übriger. Ausgangsschaltungen wird die Ausgangs-spannung mit einer Bezugs spannung verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Unter Ansprechen auf das Fehlersignal wird ein Steuerstrom eingestellt und rückgekoppelt, um den magnetischen Leitwert der elektronisch steuerbaren Drosselspule dieser Ausgangsschaltung zu steuern.

Bei jedem der beschriebenem Ausführungsbeispiele wird verhindert, daß Eingangsspannungsänderungen und BeIastungssc.hwankungen einer der Sekundärschaltungen die Lastspannung an jeder der übrigen Sekundärschaltungen eines Gleichspannungswandlors mit mehrorun Ausgängen beeinflußt.

Hin Vorteil der Erfindung ist der hoho Wirkungsgrad des Verfahrens zur Regelung von Gleichspannungswandlern mit mehreren Ausgängen unter Verwendung von !Bauteilen mit kleinen Verlusten, nämlich elektronisch steuerbaren Drosselspulen, wodurch Leistungsverluste auf ein Minimum gebracht, werden.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die Erzeugung einer beliebig genauen Ausgangsspannung an jedem Ausgang eines Gleichspannung wand Jers mit mehreren Ausgängen, unabhängig von Ho] nst imgsschWcinkunp.on an jedem der übrigen Ausgänge.

Nachfolgern! wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:

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-δι Fig. 1 ein bekanntes Vorfahren zur Kreuzregelung

eines (JJ eichspannungswandlers mit mehreren Ausgängen ;

Fig. 2 ein Ausruhrungsboispiol der Erfindung zur 5' Regelung eines Gl eichspannungswandlers mit

mehreren Ausgängt-n ;

Fig. 3 Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels für die elektronisch steuerbare Drosselspule gem έΐ ιΛ Fj g . 2 ;

Fig. 4 zeigt eine Kennlinie für die Abhängigkeit des.

Magnetflusses Φ von der Summe der Amperewindungen ZNi bei der elektronisch steuerbaren Drosselspule nach Fig. 3;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektroriisch steuerbaren Drosselspule nach Fig.3;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Regelung eines Gleichspannungwandlers mit mehreren Ausgängen.

In Fig. 1 ist ein bekannter Energiespeicher-Transformator 10 mit einer Primärwicklung 12 und einer Vielzahl von Sekundärwicklungen 14, 16 gezeigt. Der Wechselstrom der Sekundärwicklung 14 wird durch eine Diode 18 und einen Kondensator 20 in Gleichstrom umgewandelt.. Der gleichgerichtete Strom gelangt an eine Last 22, die an den Kondensator 20 angeschaltet ist. Auf entsprechende Weise wird der Wechselstrom der Sekundärwicklung 16 durch eine Diode 24 und einen Kondensator 26 gleichgerichtet und an eine Last 28 gegeben. Abhängig von der abgofühlten, an die Last 22 angelegten Ausgangsgleichspannung V₀₁ beeinflußt ein Steuergerät 20 das Tastverhältnis eines Schalttransistors 32, der in Reihe zur Primärwicklung 12 geschaltet ist.

Der Transformator 10 ist so ausgelegt, daß er innerhalb eines festgelegten Bereichs Leistung an die Belastungen 22 und 28 liefert. Wenn der von der Last 22 entnominelle Strom sich innerhalb des festgelegten Bereichs ändert, ändert sich auch der der Last 28 zugeführte Strom beträchtlich. Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, innerhalb eines festgelegten üereichs Last ströme an die

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-δι Last 28 unabhängig von Änderungen der Last 22 zu liefern. In Fig. 2 ist ein Transformator 40 mit einer Primärwicklung 42 und mehreren Sekundärwicklungen 44, 46 gezeigt. Mittels der Diode 4 8 und des Kondensators 50 wird 5· ein Gleichstrom an eine Last 5 2 geliefert, die an den Kondensator 50 angeschaltet ist. In entsprechender Weise wird mittels einer Diode 54 und eines Kondensators 56 Gleichstrom an eine Last 58 gegeben. Die sich über der Last 52 einstollende Au=>ßaiigsspannunß Vq, wird durch das Steuergorät 60 abgefühlt. Das Steuergerät stellt das Tastverhältnis des in Reihe mit der Primärwicklung 4 2 liegenden Schalttransistors 62 ein.

In Reihe m.it der Sekundärwicklung 4 4 liegt eine elektronisch steuerbare Drosselspule 64. In entsprechender Weise ist in Reihe mit der Sekundärwicklung 46 eine elektronisch steuerbare Drosselspule 66 geschaltet. Die Ausgangsspannung Vq₄ an der Last 48 wird über Widerstände 68, 70 abgefühlt. An dem aus den Widersländen 68, 70 bestehenden Spannungsteiler wird ein Spannungsabfall erzeugt, der der Ausgangsspannung proportional ist. Die abgefühlte Spannung wird mit einer Bezugsspannung aus der Bezugsspannungsquelle 72 mittels eines !Comparators 74 verglichen, der ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal wird zur Steuerung von Stromquellen 76, 78 benutzt. Die Stromquellen 76 und 78 stellen die flöhe des Steuerstroms ein, der über Leitungen 77 und 79 zu den elektronisch steuerbaren Drosselspulen 66 bzw. 64 fließt.

Der Steuerstrom ändert den magnet i seilen Leit wort der Drosselspulen 66 und 64. Das bedeutet, daß die Induktivität der Lastwicklungen jeder elektronisch steuerbaren Drosselspule in den Ausgangsschaltungen 80 und 82, die den Sekundärwicklungen 44 bzw. 46 entsprechen, so eingestellt wird, daß die Lastspannungen auf angegebene Werte geregelt werden .

Jn Fig. 3 ist ein Ausführungsbei spie 1 einer elektronisch steuerburen Drosselspule 4 4 bzw..66 gezeigt. Die Leitungen in Flg. 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie d.i.0 entsprechenden Leitungen j.n Fig. 2 versehen. Jede

OffiG/NAL

elektronisch steuerbare Drosselspule 64, 66 weist zwei sättig bare Ringkerne 84 und 86 , eine Steuerwicklung 85 und Lastwicklungen 87 und 89 auf. Die Steuerwicklung 85 führt den Rückkopplung^- oder Steucrglejchstrom aus der 5· Stromquelle 76 oder 78 in der Ausgangsschaltung 82 bzw. Wen die Windungszahl der Wicklung 85-groß gemacht wird, ist d.io Höhe; des zur Sättigung der Kerne 84 und 86 erforderlichen Steuerstroms klein. Demgemäß j st die zur Steuerung der Lastsp.innungen erforderliche Leistung sehr niedr.ig. Als Folge davon wird der Wirkungsgrad des Systems erhöht. . ■

Die Sekundärwicklungen 87 und 89 haben je gleiche Windungszahlen. Außerdem sind die Wicklungen 87 und 89 so geschaltet, daß der durch die Wicklungen fließende Wechselstrom einen Magnetfluß in den' Kernen 84 bzw. 86 erzeugt, der entsprechend den gestrichelt gezeichneten Richtungspfeilen in entgegengesetzter Richtung fließt. Aufgrund dieser beiden Bedingungen ist insgesamt kein Wechselfluß mit der Steuerwicklung 85 verkettet, so daß keine Wechsel spannung in der Wicklung 85 induziert wird.

Der Magnetfluß Φ (der durch ausgezogene Richtungspfeile dargestellt ist, wird durch den Steuerstrom der Wicklung 85 in den Kernen 84- und 86 induziert.

In Fig. 4 ist ausgezogen eine typische Kennlinie Φ abhängig von ΣNi (d.h. für den Fluß abhängig von. den Amperewindungen) für joden Kern der elektronisch steurbaren Drossein 64, 66 gezeigt. Die Steigung dieser Kurve an jedem Punkt ist ein Maß für den magnetischen Leitwert der Kerne 84, 86. Wie oben eingegeben, steht der im Kern 84 indur.iertt: magnetische Gloichfluß Φ zu dem in der Wicklung 85 fließenden Steuergleichstorm in Beziehung. Diese Beziehung zeigt die Kurve Φ abhängig von 2Ni in Fig. 4. Für kleine Wechselstromamplituden an einem Gleichstromarbeitspunkt bestimmt der Steuerstrom den magnetischen Leitwert. Dies läßt sich besser unter Bezugnahme auf den Punkt 90 der Kurve für Φ abhängig von INi verstehen. Kleine Änderungen des MagnetfJussos finden als kleine Ausschläge um den Punkt. 90 entlang der Tangente an die Kurve für Φ

IAD ORlüö'ML

In Fig. 5 ist ein alternatives -Ausführungsbeispiel ' der elektronisch steuerbaren Drossel nach Fig. 3 gezeigt. Die Wicklungen der Drosselspule in Fig. 5 tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3. Darüberhinaus arbeitet das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 im wesentlichen auf die gleiche Weise wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.

In Fig- 6 ist ein weiteres Ausführungsboispiel der Erfindung gezeigt. Der Transformator 100 weist eine Primärwicklung 102 und Sekundärwicklungen 104, 106 auf. Für die Ausgangsschaltung 110 sind an die Sekundärwicklung 104 eine Diode 108, eine elektronisch steuerbare Drosselspule 112, Kondensatoren 114, 116 und eine Last 118 angeschaltet. Die Ausgangsspannung der Ausgangsschaltung 110 wird über eine Leitung 119 abgefühlt und einem Steuergerät 120 zugeführt, um das Tastverhältnis des Schalttransistors 122 zu verändern. Der Laststrom wird der Steuerwicklung 124 zugeführt, um den magnetischen Leitwert der elektronisch steuerbaren Drosselspule 112 zu ändern. Der Kondensator 116 stellt sicher, daß gegebenenfalls in der Steuerwicklung 124 induzierte Wechselströme gefiltert werden.

In entsprechender Weise enthält die Ausgangsschaltung 130 eine Diode 126, eine elektronisch steuerbare Drosselspule 128, einen Kondensator 132 und eine Last 134. Die Ausgangsspannung wird durch den Spannungsteiler 136, 138 abgefühlt und zur Urzeugung eines Fohlorsignals durch einen Komparator 140 mit einer Bezugsspannung verglichen.

Dieses Fehlersignal wird zur Einstellung der Stromquelle 149 benutzt, wodurch die Höhe des zur Steuerwicklung 144 zurückgeführten Steuerstroms geregelt wird.

Wenn sich eine Änderung der Last 180 ergibt, so findet wegen der magnetischen Kopplung zwischen den Sekuridärwicklungen 104 und 106 eine Änderung de.-s an die Last 134 gel i ßf Dr ton Last Stroms statt. Diese Änderung wird durch de.· η Komparator 140 fofU'gostel .11. Abhängig davon wird die Stroinquol 1 c 142 ei ngostol 11 und der an die Stcuerwick-

lung 144 gelieferte Rückkopplungsstrom unter Änderung des magnetischen Leitwertes der elektronisch steuerbaren Drosselspule 128 geregelt. Dadurch wiederum wird der durch die Lastwicklungen der elektronisch steuerbaren Drosselspule 128 fließende; Strom für die Last 134 eingestellt und dadurch Änderungen der Last 118 kompensiert.

BAD

Leerseite

Claims

Weitern MLectric Co. Inc. „-.--■; - · Wi.1-sou-, T. G. 4

Patent an spräche

Verfahren zum Regeln der Last .spannung am Ausgang eines Gleichspannungswandlars mit mohreren Ausgangs schaltungen,

-dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannung an einer der Ausgangsschaltungen zur Erzeugung eines Fehlersignals mit einer Bezugsspannung verglichen und abhängig von dem Fehlersignal eJn Steuerstrom l_vh erzeugt wird, der zur Regelung der Ausgangsspannung der Ausgangsschaltung einf Induktivität verändert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für die Regelung von Lastspannungen eines Gleichspannungswandlers mit einem Transformator, dessen

Primärwicklung (42) in Reihe mit einem Schalt transistor (62) liegt und dessen erste (44) und zweite (46) Sekundärwicklung je mit einem Gleichrichter (48, 50; 54, 56) zur Lieferung eines ersten Ausganges i.gna] s (V,..,) und eines zweiton Ausgangssignals (Vq.) versehen sind, und mit einer Steuer-

2b einrichtung (60), die das erste Ausgangssignal (Vq-t ) zur Steuerung des Ta st Verhältnisses des Scha Ittran si störs abfühlt,

gekennzeichnet durch

eine erste steuerbare Drosselspule (61), die an die erste Sekundärwicklung (4 4) angeschaltet ist,

eine zweite steuerbare Drosselspule (66), die an die zweite Sekundärwicklung (46) angeschaltet ist, und
eine Ri η richtung, die mit der zwei ten Drosselspule verbunden ist, um das zweite Ausgangs si /mal d ure Ii Steuerung des magnetischen Leitwertes der zweiten Drosselspule zu regeln.

3. Vorrichtung noch Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, el aß die; liinr i chtung ?.ur Steuerung des Leitwertes der Drosselspule (66) eine Hinrichtung (68,

70) zur Erzeugung einer Spannung proportional dem zweiten Ausgangs.signal CVq-) umfaßt,

ferner eine Vergleichseinrichtung (74) zum Vergleichen der dem zweiten Ausgangssignal proportionalen Spannung mit einer Bezugsspannung (7 2) und eine Stromquelle (76), die unter Ansprechen auf das Vergleichsergebnis den Steuerstrom für die zweite steuerbare Drosselspule einstellt, um den magnetischen Leitwert der zweiten Drosselspule selektiv zu verändern. 10