DE3402598C2 - Gleichspannungswandler in Brückenschaltung - Google Patents
Gleichspannungswandler in BrückenschaltungInfo
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Abstract
Ein Gleichspannungswandler in Brückenschaltung weist in zwei Brückenseitenzweigen Speicherdrosseln (L1, L2) auf. Die Restenergie dieser Speicherdrosseln nach Entladung an die Last (RL) wird mittels eines Rücklauftransformators (RT) in die Eingangsspannungsquelle (UE) zurückgespeist. Der Rücklauftransformator (RT) ist so mit der Eingangsspannungsquelle (UE) und den Speicherdrosseln (L1, L2) verbunden, daß in der Rückladephase die transformierte Spannung der entsprechenden Speicherdrossel (L1, L2) parallel zur Eingangsspannungsquelle (UE) zu liegen kommt. Durch diese Maßnahme läßt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad des Wandlers erreichen (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein
solcher Gleichspannungswandler ist bekannt aus DE-OS 30 20 745.
Bei dem aus der DE-OS 30 20 745 bekannten Wandler werden zuerst abwechselnd zwei Speicherdrosseln geladen,
dann erfolgt wiederum jeweils abwechselnd eine Entladung der Speicherdrosseln an die Last und schließlich
eine Rückspeisung der in den Speicherdrosseln verbleibenden Restenergie auf die Eingangsgleichspannungsquelle.
Der aus der DE-OS 30 20 745 bekannte Wandler erfüllt folgende Eigenschaften:
- er ist für hohe Transformatorprimärspannungen geeignet,
die primären Schalttransistoren weisen eine niedrige Spannurigsbelastung auf,
durch einen induktiven Eingang für die Eingangsleistung wird nur ein niedriger Eingangsbrummstrom
erzeugt und ein Ausgangsspannungsgleichlauf für Mehrfachspannungen ist gewährleistet,
- durch möglichst kontinuierlichen Ausgangsstrom und Ausgangsspannung ist der sekundärseitige Filteraufwand des Wandlers gering.
- durch möglichst kontinuierlichen Ausgangsstrom und Ausgangsspannung ist der sekundärseitige Filteraufwand des Wandlers gering.
Durch die Serienrückspeisung der Restenergie auf die Eingangsgleichspannungsquelle weist dieser Wandler
nicht immer einen optimalen Wirkungsgrad auf, da der primäre Rückspeisestrom der Speicherdrosseln über die
Speisequelle fließt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend vom Gleichspannungswandler der DE-OS
20 745 mit den eingangs geschilderten Vorteilen, einen Gleichspannungswandler derart auszubilden, daß ein
noch höherer Wirkungsgrad erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Patentanspruch 2 beinhaltet eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Die Erfindung geht davon aus, den Wandler der DE-OS 30 20 745 mit seinen aufgezeigten Vorteilen so zu
modifizieren, daß ein höherer Wandlerwirkungsgrad erreicht wird. Der gegenüber dem Wandler der DE-OS
20 745 höhere Wandlerwirkungsgrad ergibt sich folgendermaßen:
Der Wandler der DE-OS 30 20 745 mit Serienrückspeisung ist während der Rückspeisung - vgl. Ersatzschaltbild
nach Fig. 1 - noch an die Batteriespannung Uoangeschlossen, so daß während der Rückspeisezeit zwar
Energie auf die Eingangsspannungsquelle (Strom J3), bzw. den parallel zu dieser liegenden Kondensator C1,
abgegeben wird, gleichzeitig jedoch noch ein Strom Jl von der Eingangsspannungsquelle durch die Spcichcrdrossel
L 1, die Primärwicklung w/des Rücklauftransformators 7>unddenim Leitendzustand befindlichen elektronischen
Schalter S Hießt. Dies verursacht Verluste, die den Wirkungsgrad des Wandlers verringern. Bei der
erfindungsgemäßen Parallelrückspeisung fließt demgegenüber während der Rückladezeit kein Strom aus der
Batterie. Es wird lediglich eine Speicherdrossel über einen elektronischen Schalter entladen. Demzulblge ist
der Wirkungsgrad des Wandlers höher.
Anhand der weiteren Figuren wird die Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigt
Fig. 2 einen Stromlaufplan des Gleichspannungswandlers,
F i g. 3 den Schaltzyklus für die vier elektronischen Schalter,
Fig. 4 Stromzeit-Diagramme,
Fig. 5 a, b, c Ersatzschaltbilder des Wandlers für verschiedene Betriebszustände,
Fig. 6 die statische Kennlinie des Wandlers.
In Fig. 2 ist die prinzipielle Schaltung des Gleichspannungswandlers nach der Erfindung gezeigt. Die Eingangsspannungsquelle
UE liegt parallel zu einer ersten Serienschaltung, bestehend aus einem ersten elektronischen Schalter 51, einer ersten Speicherdrossel L1 und einem zweiten elektronischen Schalter 52, sowie
parallel zu einer zweiten Serienschaltung, bestehend aus einem dritten elektronischen Schalter 5 3, einer zweiten
Speicherdrossel Ll und einem vierten elel ironischen Schalter54. Ein Ausgangstransformator AT, über
den die iiochtransformierte Ausgangsspannung des Wandlers abnehmbar ist, ist mit seiner Primärwicklung w 1
zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt von Schalter 51 und Speicherdrossel L1 und den gemeinsamen
Verbindungspunkt von Schalter 53 und Speicherdrossel L 2 geschaltet. Die Sekundärwicklung w2 des Ausgangstransformators
ATist über eine Gleichrichterbrücke, bestehend aus gleichen Dioden D mit einem Glättungskondensiitor
C und dem Lastwiderstand RL verbunden. Das eine Ende der Primärwicklung »v· 3 eines
Rückladetransformators RTist über einen für den Entladestsom JL1 der Speicherdrossel L 1 in Flußrichtung
gepolten Gleichrichter D1 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt von Speicherdrossel L 1 und Schalter 52
verbunden. Ebenso ist das andere Ende dieser Primärwicklung w 3 von R Tuber einen für den Entladestrom JL 2
der Speicherdrossel L 2 in Flußrichtung gepolten Gleichrichter D 2 an den gemeinsamen Verbindungspunkt der
Speicherdrossel L 2 und dem Schalter 54 angeschlossen. Die Primärwicklung tv 3 weist einen Mittelabgriff auf,
der mit jener Klemme Kl der Eingangsspannungsquelle UE verbunden ist, die den Schaltern 51 und 53
benachbart ist. Die Sekundärwicklung h>4 des Rückladetransformators RTist an ihren Wicklungsenden jeweils
über eine Diode Z) 3, Z) 4 mit der Klemme K1 der Eingangsspannungsquelle UE verbunden. Die Dioden D 3
und D 4 sind dabei so gepolt, daß ihre Katoden zur Klemme K1 weisen. Die Sekundärwicklung tv 4 des Rückladetransformators
ÄTweist einen mit Masse verbundenen Mittelabgriff auf, welcher über die Masseverbindung
der Klemme K 2 an die Eingangsspannungsquelle UE führt.
Den Schaltzyklus der vier elektronischen Schalter S1,5 2,5 3,5 4 sowie der Dioden D 1 und D 2 zeigt F i g. 3.
Die schraffierten Flächen sollen hierbei den leitenden Zustand wiedergeben. In Fig. 4 sind die zeitlichen Verläufe
der Ströme JL 1 und JL 2 durch die Speicherdrosseln L1 und L 2 sowie der Strom — des Ausgangstrans-
formators dargestellt. Die Funktionsweise des Wandlers nach Fig. 2 wird nun anhand der Fig. 3 und 4 näher
erläutert:
Die Speicherdrossel L I sei an der Versorgungsspannung UEgeladen worden und wird nun in Reihe mit der
Versorgungsspannung mittels 53 und 52 während einer halben Periodendauer r2, über den Ausgangstransformator
ATan die Last RL entladen. Gegen Ende, bis zum Ende dieser Zeit, wird über die Schalter 53 und 5 4, die
Speicherdrossel L 2 an der Versorgungsspannung UEgeladen. Am Ende von J21 wird der Entladevorgang von L\
an die Last RL beendet. Nun wird die Speicherdrossel L 2 für die andere halbe Periodendauer /22 mittels 51 und
5 4 an die Last RL entladen. Der Strom im Ausgangstransformator wird dabei umgepolt. Die Speicherdrossel L 1
entlädt sich währenddessen über die Diode D1, den Rückladetransformator R Tund 51 in die Versorgungsspannungsquelle
UE. Zum Ende der Entladung von L 2 wird L 1 jedoch über 51 und 52 wieder aufgeladen zum
nächsten Zyklus (F i g. 3). Es wird also während jedes Rückladevorganges für den Strom der entsprechenden
Speicherdrosseln Ll, Ll ein nicht über die Eingangsspannungsquelle UE führender Stromkreis geschlossen.
Für die drei Betriebszustände des Wandlers ergeben sich die Ersatzschaltbilder gemäß den Fi g. 5 a, b und c.
Die Induktivität L soll dabei die Ersatzinduktivität des Wandlers darstellen. Fig. 5 a zeigt das Ersatzschaltbild
Tür die Ladung, Fig. 5b für die Entladung und Fig. 5c für die Rückladung in die Eingangsspannungsquelle
UE. Diese drei Betriebszustände seien durch die Zeitabschnitte Z1, i2und r3 definiert. Es gilt gemäß Fig.
5 a, b, c:
_ UE-I1
L
UE-Ii-(UA-UE)I1
J2 - _
UE ■ η ■ h
Da die Induktivität L sehr groß sein soll um einen kontinuierlichen Strom aufrecht zu erhalten gilt: J2 = Ji-Unter
Verwendung der Beziehungen für Ju J2 und /3 ergibt sich somit:
UA = Ml+«)+ Ml-«)
UE I2
Im Falle J1 = J2 wird ein rechteckförmiger Strom an den Ausgang abgegeben und zwar bei:
UA = UE
1 + η
η = Übersetzungsverhältnis des Rückladetransformators
η = Übersetzungsverhältnis des Rückladetransformators
ίο Die statische Kennlinie des Wandlers ist in Fig. 6 dargestellt. Ein Wert von η = 1 wurde dazu angenommen.
Der höchste Wirkungsgrad ergibt sich für t\lti = 1.
Die Speicherinduktivitäten L, und L2 müssen so groß gewählt sein, daß während der Rückladezeit /, keine
Stromlücke entsteht.
Für die Rückladung gilt dann:
| '3 = | h Ί | Z1(I+ /I) + Z2(I-B) | |
| h = | Ji | h | |
| 20 | J\ = | UA | |
|
τ
Ji - |
RL | ti IUA-UE(I-n)] | |
| UE-η U2-tO | UE(\+n) | ||
| 25 |
L
2UA UE- ζ, |
||
| Rl L | |||
| 30 | mit der Beziehung: | ||
| UA | |||
| UE | |||
| 35 | ergibt sich | ||
| Zi — | |||
L > RL ' T[UEQn-I) + UA (l-n)l !·2 ~ 4UA(l
Die notwendige Induktivität ist von der gleichen Größenordnung wie beim herkömmlichen Boostregler. Da
45 aber dort für die Verzögerungsinduktivität des Reglers im Gegensatz zu Lx = 2L gilt:
= L (ι +
UE
und der Glättungskondensator C wesentlich größer sein muß, liegt die Regelgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen
Wandlers wesentlich über der eines Boostwandlers (Aufwandler).
5d Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Gleichspannungswandler in Brückenschaltung mit einer Eingangsspannungsquelle in der einen und der
Primärwicklung eines Ausgangstransformators in der anderen Brückendiagonale, mit Speicherdrosseln in
mindestens zwei parallelen Brückenzweigen, welche in geladenem Zustand in Reihe zur Eingangsspannungsquelle
und zur Primärwicklung des Ausgangstransformators geschaltet werden und nach dem
Abschalten davon ihre Restenergie über einen Rückladetransformator an die Eingangsspannungsquslle
zurückgeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückladetransformator (.RT) derart angeordnet
ist, daß während jedes Rückladevorganges für den Strom der entsprechenden Speicherdrossel (L 1, L 2)
ίο ein nicht über die Eingangsspannungsquelle (UE) führender Stromkreis geschlossen wird.
2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Eingangsspannungsquelle
(UE) erstens die Serienschaltung eines ersten elektronischen Schalters (S 1), einer ersten Speicherdrossel
(L 1) und eines zweiten elektronischen Schalters (52) und zweitens die Serienschaltung eines
dritten elektronischen Schalters (53), einer zweiten Speicherdrossel (L 2) und eines vierten elektronischen
Schalteis (54) liegt, daß die Primärwicklung (w 1) des Ausgangstransformators (AT) zwischen dem Verbindungspunkt
des ersten elektronischen Schalters (51) mit der ersten Speicherdrossel (Z. 1) und dem Verbindungspunkt
des dritten elektronischen Scnalters (53) mit der zweiten Speicherdrossel (L 2) liegt, daß das
«sine Ende der Primärwicklung (w3) des Rückladetransformator (RT) über einen für den Entladesi'om der
ersten Speicherdrossel (L 1) in Flußrichtung gepolten Gleichrichter (D 1) an den Verbindungspunkt zwisehen
erster Speicherdrossel (L Y) und zweitem Schalter (S 2) angeschlossen ist, daß das andere Ende der Primärwicklung
(h>3) des Rückladetransformator (RT) über eine für den Entladestrom der zweiten Speicherdrossel
(L I) in Flußrichtung gepolten Gleichrichter (Dl) an den Verbindungspunkt zwischen zweiter Speicherdrossel
(L 2) und viertem Schalter (54) angeschlossen ist, daß die Primärwicklung (u>3) des Rückladetransformator
(RT) einen Mittelabgriff aufweist, der mit der ersten Klemme (K 1) der Eingangsspannungsquelle
(UE) verbunden ist, daß die Sekundärwicklung (w4) des Rückladetransformators (RT) einen Mittelabgriff
aufweist, der mit der zweiten Klemme (ΑΓ2) der Eingangsspannungsquelle (UE) verbunden ist, und
daß die Enden der Sekundärwicklung (w 4) des Rückladetransformator (RT) jeweils über Gleichrichter (03,
£>4), die für die transformierten Entladeströme der Speicherdrosseln (L 1, L 2) in Flußrichtung gepolt sind,
mit der ersten Klemme (K 1) der Eingangsspannungsquelle (.UE) verbunden sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3402598A DE3402598C2 (de) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | Gleichspannungswandler in Brückenschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3402598A DE3402598C2 (de) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | Gleichspannungswandler in Brückenschaltung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3402598A1 DE3402598A1 (de) | 1985-08-01 |
| DE3402598C2 true DE3402598C2 (de) | 1986-03-06 |
Family
ID=6225937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3402598A Expired DE3402598C2 (de) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | Gleichspannungswandler in Brückenschaltung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3402598C2 (de) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3020745C2 (de) * | 1980-05-31 | 1985-10-10 | ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Fremdgesteuerter Gleichspannungswandler |
-
1984
- 1984-01-26 DE DE3402598A patent/DE3402598C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3402598A1 (de) | 1985-08-01 |
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