DE3335398A1 - DC voltage converter - Google Patents
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Abstract
Description
GleichspannunqswandlerDC voltage converter
Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.The invention relates to a DC voltage converter in the generic term of claim 1 described Art.
Moderne Gleichspannungswandler besitzen elektronische Leistungsschalter, die den Eingangskreis periodisch mit dem Ausgangskreis bzw. einem zwischen Eingangs- und Ausgangskreis vorgesehenen Transformator zur galvanischen Trennung verbinden, so daß eine Ausgangsgleichspannung entsteht, deren Höhe wesentlich vom Tastverhältnis des Leistungsschalter, d.h. von dem zeitlichen Verhältnis Einschaltphase zu Ausschaltphase bestimmt ist.Modern DC voltage converters have electronic circuit breakers, the input circuit periodically with the output circuit or between input Connect the transformer provided and the output circuit for galvanic isolation, so that a DC output voltage is created, the level of which depends largely on the pulse duty factor of the circuit breaker, i.e. the time ratio of the switch-on phase to the switch-off phase is determined.
Gleichspannungswandler arbeiten mit relativ hohen Schaltfrequenzen, um Raumbedarf und Gewicht der beteiligten magnetischen Komponenten, wie Speicherdrosseln und Trenntransformator, so klein wie möglich zu halten. Die hohen Schaltfrequenzen können andererseits Quelle von Störgeräuschen sein, die durch geeignete Siebmittel im Eingangs-und/oder Ausgangskreis unterdrückt werden müssen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Wandler im Eingangs- und/ oder Ausgangskreis nicht kontinuierlich sondern impulsweise Strom aufnimmt bzw. abgibt. Daher geht ein Bestreben dahin, Gleichspannungswandler zu entwickeln, die sowohl im Eingangskreis als auch im Ausgangskreis ständig Strom führen. Ein solcher Wandler ist beispielsweise durch die DE-OS 28 42 262 bekannt. Dieser bekannte Wandler erreicht das Ziel kontinuierlichen Eingangs- und Ausgangsstromes dadurch, daß ein Wandler mit kontinuierlichem Eingangsstrom strom, nämlich ein sogenannter Aufstockwandler, kombiniert wird mit einem solchen der kontinuierlichen Ausgangsstrom liefert.DC voltage converters work with relatively high switching frequencies, space requirements and weight of the magnetic components involved, such as storage chokes and isolating transformer to keep it as small as possible. The high switching frequencies can, on the other hand, be a source of interfering noises which are filtered through suitable screening means must be suppressed in the input and / or output circuit. This is especially true when the converter in the input and / or output circuit is not continuous instead it absorbs or emits current in pulses. Hence there is an endeavor To develop DC-DC converters, both in the input circuit and in the output circuit always carry electricity. Such a converter is described, for example, in DE-OS 28 42 262 known. This well-known converter achieves the goal of continuous input and output current in that a converter with continuous input current electricity, namely a so-called boost converter, combined will with such the continuous output current supplies.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler zu schaffen, der ebenfalls sowohl im Eingangsals auch im Ausgangskreis einen stetigen Gleichstrom führt.The invention is based on the object of a DC voltage converter to create a constant both in the input and output circuit Direct current leads.
Diese Aufgabe wird durch einen Gleichspannungswandler mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This task is performed by a DC / DC converter with the characteristics of claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.Advantageous refinements and developments of the invention are Subject of the subclaims, to which hereby expressly to shorten the description is referred.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers gemäß der Erfindung, Fig. 2 zeigt einen weiteren Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung mit einem Trenntransformator zur galvanischen Trennung von Eingangs- und Ausgangskreis, Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers gemäß der Erfindung, Fig. 4 zeigt einen Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung mit einem Transformator zur Spannungsübersetzung und/oder zur quasigalvanischen Trennung von Eingangs- und Ausgangskreis.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings: Fig. 1 shows a first embodiment of a DC voltage converter according to of the invention, Fig. 2 shows a further DC voltage converter according to the invention with an isolating transformer for galvanic separation of the input and output circuit, Fig. 3 shows a further embodiment of a DC voltage converter according to of the invention, Fig. 4 shows a DC voltage converter according to the invention a transformer for voltage translation and / or for quasi-galvanic isolation of input and output circuit.
Der in Fig. 1 dargestellte Gleichspannungswandler besitzt einen mit einer Speisespannungsquelle Ue verbindbaren Eingangskreis und einen mit einem Lastwiderstand R verbindbaren Ausgangskreis. Es besteht keine galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangskreis. In den Längszweig zwischen Eingangs- und Ausgangskreis ist ein Leistungsschalter T eingefügt, der von einer externen Taktquelle ein- und ausschaltbar ist. Der Tastgrad, d.h. das Verhältnis zwischen Einschalt- und Ausschaltzeit des Leistungsschalters T ist vorzugsweise nach Maßgabe des Lastwiderstandes R und/oder der Eingangsspannung Ue regelbar, um die mit Ua bezeichnete Ausgangsspannung konstant zu halten.The DC voltage converter shown in Fig. 1 has a with a supply voltage source Ue connectable input circuit and one with a load resistor R connectable output circuit. There is no galvanic isolation between input and output circle. There is a in the series branch between the input and output circuit Circuit breaker T inserted from an external clock source can be switched on and off. The duty cycle, i.e. the ratio between the switch-on and switch-off time of the circuit breaker T is preferably in accordance with the load resistance R and / or the input voltage Ue adjustable to the output voltage designated with Ua keep constant.
In den zwischen dem Eingang und dem Leistungsschalter T liegenden Abschnitt des Längszweiges ist eine Drossel L1 eingefügt. Eine weitere Drossel L2, die mit der Drossel L1 induktiv gekoppelt sein kann, ist in Reihe mit einem Gleichrichter D in einen Querzweig des Ausgangskreises geschaltet. Ein Koppelkondensator Ck verbindet den dem Eingang abgewandten Wicklungsanschluß der Drossel L1 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Drossel L2 und dem erwähnten Gleichrichter D.In the lying between the input and the circuit breaker T. A throttle L1 is inserted into the section of the series branch. Another choke L2, which can be inductively coupled to the choke L1 is in series with a rectifier D connected to a shunt branch of the output circuit. A coupling capacitor Ck connects the winding connection of the choke L1 facing away from the input with the connection point between the choke L2 and the mentioned rectifier D.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet folgendermaßen: Wenn die Eingangsspannung Ue eingeschaltet wird, lädt sich der Koppelkondensator Ck über die Wicklungen der beiden Drosseln L1 und L2 auf. Sobald der Leistungsschalter T in seinen leitenden Zustand gelangt, fließt einerseits von der Speisequelle Strom über die Drossel L1 und den Leistungsschalter T in den Lastwiderstand R. Andererseits fließt ein Strom gleicher Richtung über die Drossel L2, den Koppelkondensator Ck und den Leistungsschalter T ebenfalls in den Lastwiderstand R. Wenn der Leistungsschalter T sperrt, liefert die in der Drossel L2 gespeicherte magnetische Energie in üblicher Weise über den Gleichrichter D Strom in den Lastwiderstand R. Gleichzeitig liefert die in der Drossel L1 gespeicherte magnetische Energie über den Koppelkondensator Ck und den Gleichrichter D ebenfalls Strom an den Lastwiderstand R.The circuit shown in Fig. 1 operates as follows: If the input voltage Ue is switched on, the coupling capacitor Ck overcharges the windings of the two chokes L1 and L2. As soon as the circuit breaker T reaches its conductive state, on the one hand, current flows from the supply source Via the choke L1 and the circuit breaker T into the load resistor R. On the other hand A current flows in the same direction via the choke L2, the coupling capacitor Ck and the circuit breaker T also into the load resistor R. If the circuit breaker T blocks, supplies the magnetic energy stored in the throttle L2 in the usual way Way through the rectifier D current in the load resistor R. At the same time supplies the magnetic energy stored in the choke L1 via the coupling capacitor Ck and the rectifier D also current to the load resistor R.
Es fließt also ständig, d.h. während der Einschaltphase und während der Ausschaltphase des Leistungsschalters T, Strom sowohl im Eingangs- als auch im Ausgangskreis.So it flows constantly, i.e. during the switch-on phase and during the switch-off phase of the circuit breaker T, current both in the entrance as well as in the starting circle.
In der dargestellten Schaltung sind die beiden Drosseln L1 und L2 magnetisch gekoppelt. Voraussetzung hierzu ist, daß an den mit dem Koppelkondensator Ck verbundenen Wicklungsanschlüssen gleiche Induktionsspannung und Phasenlage gegeben sind. Dies ist dann der Fall, wenn die Wicklungen beider Drosseln auf einem gemeinsamen Kern aufgebracht sind und im wesentlichen gleiche Windungszahl haben.In the circuit shown, the two chokes are L1 and L2 magnetically coupled. The prerequisite for this is that the with the coupling capacitor Ck connected winding connections given the same induction voltage and phase position are. This is the case when the windings of both chokes are on a common Core are applied and have essentially the same number of turns.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Schaltung gemäß Fig. 1 dadurch, daß der Koppelkondensator Ck nicht unmittelbar mit dem Ausgangskreis verbunden sondern mit einer weiteren Drosselwicklung L3 in Reihe geschaltet ist, die mit den Drosseln L1 und L2 magnetisch gekoppelt ist. Voraussetzung für diese magnetische Kopplung ist wieder, daß an den mit dem Leistungsschalter T bzw. dem Gleichrichter D verbundenen Wicklungsenden jeweils gleiche Induktionsspannung und Phasenlage herrschen, d.h. daß alle Drosselwicklungen bei Anordnung auf einem gemeinsamen Kern annähernd gleiche Windungszahl besitzen.The embodiment of the invention shown in FIG. 2 differs differs from the circuit according to FIG. 1 in that the coupling capacitor Ck is not directly connected to the output circuit but with another inductor winding L3 is connected in series, which is magnetically coupled to the chokes L1 and L2 is. A prerequisite for this magnetic coupling is again that the with the Circuit breaker T or the rectifier D connected winding ends, respectively the same induction voltage and phase position prevail, i.e. all inductor windings when arranged on a common core have approximately the same number of turns.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung arbeitet in folgender Weise: Bei Einschaltung der Speisespannung Ue lädt sich der Koppelkondensator Ck an dieser auf. Wenn der Leistungsschalter T leitend wird, fließt über die Drossel L1 und den Leistungsschalter T Strom in den Ausgangskreis. Gleichzeitig fließt aus dem Kondensator Ck über die Drosselwicklung L3 und den Leistungsschalter T ebenfalls Strom in den Ausgangskreis. Wenn der Leistungsschalter T sperrt, baut sich die in der Drossel L2 gespeicherte magnetische Energie über den Gleichrichter D in den Ausgangskreis ab, d.h. die Drossel L2 liefert weiter Strom zu dem Lastwiderstand R.The circuit shown in Fig. 2 operates in the following way: When the supply voltage Ue is switched on, the coupling capacitor Ck charges on it on. When the circuit breaker T becomes conductive, flows through the choke L1 and the Circuit breaker T current in the output circuit. At the same time flows out of the condenser Ck through the inductor winding L3 and the circuit breaker T also current into the Output circle. When the circuit breaker T blocks, it builds up in the choke L2 stored magnetic energy via the rectifier D into the output circuit from, i.e. the choke L2 continues to supply current to the load resistor R.
Gleichzeitig fließt jedoch die in der Streuinduktivität von L1 und L3 gespeicherte magnetische Energie in den Koppelkondensator Ck ab, so daß dieser nachgeladen wird.At the same time, however, flows in the leakage inductance of L1 and L3 stored magnetic energy in the coupling capacitor Ck, so that this is reloaded.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator Tr zur Spannungsanpassung vorgesehen. Man kann sich diese Schaltung zusammengesetzt denken aus einem Sperrwandler und einem Durchflußwandler, deren Eingangskreise in Reihe und deren Ausgangskreise parallelgeschaltet sind. Die miteinander gekoppelten Drosseln L1 und L2 bilden den Übertrager des Sperrwandlers. Um möglichst geringe Stromwelligkeit im Ausgangskreis zu erzielen, ist das Übersetzungsverhältnis zwischen den Wicklungen der Drosseln L1 und L2 dem Ubersetzungsverhältnis des Transformators Tr angepaßt. Wenn dieses Ubersetzungsverhältnis von Primär- zur Sekundärseite mit n bezeichnet ist, sollte der Quotient L2/L1 der Drosselinduktivitäten ungefähr dem Wert n2 entsprechen. Der Koppelkondensator Ck ist - ebenfalls in Anpassung an das Ubersetzungsverhältnis n - mit einer Anzapfung der Drossel L1 und/oder der Drossel L2 verbunden. Da Eingangs- und Ausgangskreis durch den Koppelkondensator Ck direkt miteinander verbunden sind, ist eine echte galvanische Trennung beider Kreise nicht gegeben. Falls Eingangs- und Ausgangskreis unterschiedliche Bezugspotentiale haben sollen, können die entsprechenden Anschlußklemmen, die in der dargestellten Schaltung mit "-" bezeichnet sind, über einen weiteren mit Ck1 bezeichneten Koppelkondensator miteinander verbunden sein.In the embodiment shown in Fig. 3 is a transformer Tr intended for voltage adjustment. One can put this circuit together think of a flyback converter and a forward converter, whose input circuits are in Series and their output circuits are connected in parallel. The coupled with each other Chokes L1 and L2 form the transformer of the flyback converter. To the lowest possible To achieve current ripple in the output circuit, the transformation ratio between the windings of the chokes L1 and L2 the transmission ratio of the transformer Tr adapted. If this transmission ratio from the primary to the secondary side with n, the quotient L2 / L1 of the choke inductances should be approximately the Correspond to value n2. The coupling capacitor Ck is - also in adaptation to the Transmission ratio n - with a tapping of the throttle L1 and / or the throttle L2 connected. Since the input and output circuit through the coupling capacitor Ck directly are connected to each other, there is no real galvanic separation of the two circuits given. If the input and output circuit have different reference potentials should, the corresponding terminals in the circuit shown are designated by "-", via a further coupling capacitor designated by Ck1 be connected to each other.
Es sei noch erwähnt, daß der von den Induktivitäten L1 und L2 gebildete Sperrwandler-Ubertrager im Interesse guter magnetischer Speicherfähigkeit einen vergleichsweise grossen Luftspalt aufweisen sollte, während der Ubertrager Tr des Durchflußwandlerteiles - wie üblich - einen kleinen Luftspalt und damit geringe Streuinduktivitäten aufweisen sollte.It should also be mentioned that the formed by the inductances L1 and L2 Flyback converter transformer in the interest of good magnetic storage capacity should have a comparatively large air gap, while the transformer Tr des Flow converter part - as usual - a small air gap and thus small Should have leakage inductances.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine echte galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangskreis gegeben ist. Zu diesem Zweck ist eine weitere Induktivität L2' vorgesehen, die in Reihenschaltung mit dem Gleichrichter D im Querzweig des Ausgangskreises angeordnet und mit der Drossel L1 und/oder L2 magnetisch gekoppelt ist.Fig. 4 shows an embodiment of the invention in which a real galvanic separation between the input and output circuit is provided. To this Purpose, another inductance L2 'is provided, which is connected in series with the Rectifier D arranged in the shunt arm of the output circuit and with the choke L1 and / or L2 is magnetically coupled.
Der Funktionsmechanismus der in Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltungen entspricht - soweit es die erfindungsgemäße Ausgestaltung betrifft - im wesentlichen der Schaltung gemäß Fig. 1, so daß sich eine eingehende Beschreibung derselben erübrigt. Ein wesentlicher Vorteil der Schaltung nach Fig. 4 ist, daß durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses sowohl des Sperrwandlerübertragers als auch des Durchflußwandlerübertragers eine nahezu beliebige Spannungs- und Stromanpassung im Sekundärkreis vorgenommen werden kann.The mechanism of operation of the circuits shown in Figs corresponds - as far as the embodiment according to the invention is concerned - essentially the circuit of FIG. 1, so that a detailed description of the same is unnecessary. A major advantage of the circuit according to FIG. 4 is that by suitable choice the transmission ratio of both the flyback converter transformer and the forward converter transformer almost any voltage and current adjustment made in the secondary circuit can be.
Es sei noch erwähnt, daß der Transformator Tr zur Erzeugung einer Mehrzahl gleicher oder auch unterschiedlicher voneinander unabhängiger Ausgangsspannungen eine entsprechende Vielzahl von Sekundärwicklungen aufweisen kann. In diesem Fall ist in jedem der Ausgangskreise eine der Drossel L2' entsprechende Drosselwicklung vorzusehen, die sämtlich mit der Drossel L1 und/oder L2 magnetisch gekoppelt sind.It should also be mentioned that the transformer Tr to generate a Multiple output voltages that are identical or different from one another and are independent of one another may have a corresponding plurality of secondary windings. In this case is in each of the output circuits an inductor winding corresponding to inductor L2 ' to be provided, all of which are magnetically coupled to the throttle L1 and / or L2.
7 Patentansprüche 4 Figuren - Leerseite -7 claims 4 figures - blank page -
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833335398 DE3335398A1 (en) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | DC voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19833335398 DE3335398A1 (en) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | DC voltage converter |
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DE3335398A1 true DE3335398A1 (en) | 1985-04-18 |
Family
ID=6210481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19833335398 Ceased DE3335398A1 (en) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | DC voltage converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3335398A1 (en) |
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1983
- 1983-09-29 DE DE19833335398 patent/DE3335398A1/en not_active Ceased
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