DE3328840A1

DE3328840A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum geregelten ansteuern des schalttransistors eines schaltreglers

Info

Publication number: DE3328840A1
Application number: DE19833328840
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing.(grad.) 7154 Althütte Lechler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1983-08-10
Filing date: 1983-08-10
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE3328840C2

Description

•^:"""" " 33288A0

- 3 - BK 82/12

Verfahren und Schaltungsanordnung zum geregelten Ansteuern des Schalttransistors eines Schaltreglers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten Ansteuern des Schalttransistors eines Schaltreglers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Verfahren sind beispielsweise bekannt aus Frequenz, Jg. 30 (1977) 4, S. 96 bis 100; 5, S. 153 °5 bis 156, oder aus der Silicon General Applikationsschrift "Lineare ICS zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Schaltreglern".

Zur Umwandlung der Ausgangsspannung eines Schaltreglers in ein Schaltkriterium für dessen Schalttransistor bedient man sich üblicherweise eines !Comparators, der ein von der Ausgangsspannung abgeleitetes Signal mit einem Vergleichssägezahnsignal vergleicht. Je nach Höhe der Ausgangsspannung entsteht so ein pulsbreitenmoduliertes Schaltsignal, welches das Tastverhältnis des Schalttransistors bestimmt. (Frequenz Jg. 30 (1977); Silicon General Applikationsschrift).

Der auszuwertenden Ausgangsspannung des Schaltreglers ist jedoch ein aus der Spannungswandlung stammender Wechselspannungsanteil gleicher Frequenz wie dem Vergleichssägezahnsignal überlagert. Dieser Wechselspannungsanteil darf eine bestimmte Größe nicht überschreiten, um die Regelung nicht zu gefährden (Frequenz, Jg 30 (1977), Silicon General). Aus diesem Grunde ist es üblich (Silicon General, Bild 10, nebst zugehöriger Beschreibung), diese Wechselspannungsanteile vor dem Vergleich mit dem Komparator mittels eines.

integrierenden Filters auszusieben.· Der Nachteil dieser Maßnahme ist eine auf den Regelkreis destabilisierend wirkende negative Phase von ca. 25 bis 50 Grad, was zu relativ langsamen oder komplexen Reglern führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, welches das Auftreten ungünstiger negativer Phasendrehungen weitgehendst vermeidet.

- 4 - BK 82/12

Erfindungsgeraäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Patentanspruch 2 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden dem zur Ausgangsspannung proportionalen Spannungssignal lediglich einzelne Abtastproben mittels der kurzen Vergleichssägezahnspannung entnommen. Der durch den Vergleich entstehende Impuls wird um einen Faktor verbreitert. Dies kann, wie in der Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens beschrieben, durch einen Integrator mit verschiedenen Integrationszeiten realisiert sein.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Schaltungsanordnung

zum Durchführen des Verfahrens, Fig. 2 ein Impulsschema für in dieser Schaltungsanordnung auftretende Signale,

Fig. 3 a und b einen qualitativen Vergleich der Totzeiten nach Anlegen eines Spannungssprunges bei einem herkömmlichen dem erfindungsgemäßen Schaltregler und Fig. ¹J a und b einen Vergleich des Phasenverlaufs für einen herkömmlichen und den erfindungsgemäßen Scha-ltregler. 25

In Fig. 1 wird anhand eines Sperrwandlers die Schaltungsanordnung näher beschrieben. Die Eingangsgleichspannung des Schaltreglers ist mit U„ bezeichnet. In Serie zu dieser Eingangsgleichspannung Up liegt die Schaltstrecke des Schalttransistors Ts und die Primärwicklung des Wandlertransformators Tr. Die Sekundärwicklung des Wandlertransformators Tr ist über den Gleichrichter D an den Lastwiderstand Ry. angeschlossen. Parallel zum Lastwiderstand R,_r liegt der Glättungskondensator C. Zwischen Kathode des Gleichrichters D und dem Lastwiderstand Ry. wird die Ausgangsspannung U*.

des Schaltreglers abgegriffen, über den Widerstand R4 wird

- 5 - BK 82/12

Uy dem zweiten Eingang E2 des Komparators K1 zugeführt. Ein Taktgenerator TG, der bezüglich der Frequenz mit einem Sägezahngenerator SZ synchronisiert ist, ist mit dem Setzeingang S des Flip-Flops FF verbunden. Der Rücksetzeingang R des Flip-Flops FF führt zum Ausgang des Komparators A1. Der nichtinvertierende Ausgang Q des Flip-Flops FF steuert einen elektronischen Schalter S1, welcher das Ausgangssignal U _f des Sägezahngenerators SZ über den Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R1 und R2 an den Integrator IN weiterleitet. Als Integrator IN·wird ein Operationsverstärker verwendet, in dessen Gegenkopplungszweig sich ein Kondensator befindet. Der Ausgang AI des Integrators IN ist jeweils über einen Widerstand R3 bzw. R5 mit dem ersten Eingang El des ersten Komparators K1 und dem ersten Eingang E3 des zweiten Komparators K2 verbunden. Der zweite Eingang E4 von K2 ist mit einem auf Masse gelegten Widerstand R6 beschaltet.

Anhand des Impulsschemas von Fig. 2 wird nun die Funktionsweise der Schaltungsanordnung erläutert. Das den Schaltregler in der Frequenz steuernde Ausgangssignal des Taktgenerators -TG Fig. 2, Zeile a - startet über das Flip-Flop FF - Ausgangssignal des Flip-Flops in Fig. 2, Zeile b - den Integrator IN. Dieser Integrator IN - Signalverlauf am Ausgang in Fig. 2, Zeile c - gibt seine kurzzeitige Sägezahnspannung für die Zeit t- (Einschaltzeit von S1) an die Komparatoren K1 und K2 ab. Nach dem Start des Integrators IN gibt K2 sofort einen Ausgangsimpuls ab - Fig. 2, Zeile e. Nach Erreichen der zur Ausgangsspannung des Schaltreglers proportionalen Spannung Uy, wird das Flip-Flop FF über K1 - Ausgangssignal in Fig. 2, Zeile d - zurückgesetzt - Fig. 2, Zeilen c und b und der Integrator IN läuft wesentlich langsamer wieder auf Null zurück - Fig. 2, Zeile c. Nach Erreichen der Ausgangslage geht der Ausgangsimpuls über K2 zurück - Fig. 2, Zeile e.

Der erfindungsgemäße Pulsbreitenmodulator ist zwar nicht

- 6 - BK 82/12

verzögerungsfrei, jedoch kann der bisher übliche vorgeschaltete Integrator entfallen. In den Figuren 3a und 3b sind die Totzeiten einer bisher üblichen und der erfindungsgeraäßen Schaltung gegenübergestellt. Während, wie Fig. 3a für das Anlegen eines Spannungssprunges der Ausgangsspannung ü„ zeigt, bei einem bisher üblichen Pulsbreitenmodulator die maximale Totzeit t.p gleich einer Periodendauer T ist, besitzt der erfindungsgemäße Pulsbreitenmodulator, wie Fig. 3b für das Anlegen des gleichen Spannungssprunges zeigt, eine maximale Totzeit t_T von 2T. Da der Integrator jedoch entfallen kann, ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Gesamtsituation im Regelkreis, wie die Phasenverläufe in den Figuren 4a und 4b zeigen. In Fig. 4a ist der Phasenverlauf eines herkömmlichen Pulsbreitenmodulators K^ mit vorgeschaltetem Integrator dargestellt. Die Gesamtphase setzt sich hier aus der Phase des Integrators und des !Comparators - Pulsbreitenmodulators - zusammen. In Fig. 4b ist die Gesamtphase des erfindungsgemäßen Pulsbreitenmodulators Mod dargestellt. Insbesondere im kritischen Bereich von T/10 ergibt sich eine wesentliehe Verbesserung. Da die Totzeit des Pulsbreitenmodulators hier noch kaum wirksam ist, wird die Phase des Integrators gewonnen. Weiterhin ist im Gegensatz zu bisher üblichen Schaltungen mit vorgeschaltetem Integrator und weiteren analogen Kompensationsmaßnahmen die Phase des erfindungsgemäßen Pulsbrei· tenmodulators frei von Toleranzen.

Die Erfindung wurde vorstehend nur anhand eines Sperrwandlers erläutert. Natürlich ist die Erfindung bei allen Arten vor Schaltreglern anwendbar.
30

Claims

ANT Nachrichtentechnik GmbH E7/Spe/sch Gerberstr. 33 BK 82/12 D-7150 Backnang Patentansprüche

1. Verfahren zum geregelten Ansteuern des Schalttransistors eines Schaltreglers mittels eines als Schwellwertkomparators arbeitenden Pulsbreitenmodulators, welcher die
Einschaltdauer des Schalttransistors in Abhängigkeit der Ausgangsspannung des Schaltreglers bestimmt, wobei eine zur Ausgangsspannung des Schaltreglers proportionale Spannung mit einer Vergleichssägezahnspannung im Pulsbreitenmodulator verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
dem Pulsbreitenmodulator zugeführte Vergleichssägezahn-

spannung von sehr kurzer Dauer bezüglich der Schaltperiode des Schalttransistors gewählt wird, und einmal pro Schaltperiode dem Pulsbreitenmodulator zugeführt wird und daß
der durch den Vergleich der zur Ausgangsspannung proportionalen Spannung und der Vergleichssägezahnspannung entstehende Impuls vor Weitergabe an den Schalttransistor

elektronisch verlängert wird, wobei die Verlängerung jeweils um einen Betrag vorgenommen wird, der proportional ist zur Impulslänge des durch den Vergleich entstehenden

Impulses.
20

- 2 - BK 82/12

2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flip-Flop (FF) vorgesehen ist, dessen Setzeingang (S) mit einem Taktgenerator (TG) verbunden ist, daß das Referenzsägezahnsignal (U -) über einen elektronischen Schalter (S1) an den Eingang eines Integrators (IN) geführt ist, daß der Ausgang (AI) des Integrators (IN) mit je einem ersten Eingang (E1, E3) eines ersten und zweiten Komparators (K1, K2) verbunden ist, daß die zur Ausgangsspannung des Schaltreglars proportionale Spannung (U„) an den zweiten Eingang (E2) des ersten Komparators (K1) geführt ist, daß der zweite Eingang (E²O des zweiten Komparators (K2) mit einem an Masse führenden Widerstand (R6) beschaltet ist, daß der Ausgang (A1) des ersten Komparators (K1) mit dem Rücksetzeingang (R) des Flip-Flops (FF) verbunden ist, daß ein Ausgang (Q) des Flip-Flops (FF) an den Steuereingang des elektronischen Schalters (S1) führt und daß der Ausgang des zweiten Komparators (K2) den Ausgang des Pulsbreitenmodulators bildet.