DE3403282A1

DE3403282A1 - Sekundaerschaltregler mit geringen schaltverlusten

Info

Publication number: DE3403282A1
Application number: DE19843403282
Authority: DE
Inventors: Hubert 8000 München Panse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-01-31
Filing date: 1984-01-31
Publication date: 1985-08-01

Description

Sekundärschaltreler mit erinen Schaltverlusten
Die Erfindung betrifft einen Sekundärschaltregler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Sekundärschaltregler werden zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung aus einer ungeregelten Gleichspannung verwendet. Eine spezielle Anwendung ist die Erzeugung einer Gleichspannung, die niedriger ist als die Eingangsgleichspannung. Ein solcher Sekundärschaltregler wird auch als Tiefsetzsteller bezeichnet. Prinzipiell besteht der Sekundärschaltregler aus einem Schalttransistor, einer Induktivität, einem Glättungskondensator, einer Freilaufdiode und einer Steuereinheit. Der Sekundärschaltregler weist eingangs und ausgangsseitig ein gemeinsames Bezugspotential auf Die Eingangsgleichspannung wird über den abwechselnd voll durchgesteuerten und voll gesperrten Schalttransistor impuls weise in die Induktivität geladen. Die Ausgangsgleichspannung wird an der In-Induktivität abgenommen und durch den Glättungskondensator geglättet. Während der Sperrphase des Schalttransistors wird der Strom fluß über die Freilaufdiode aufrechterhalten. Der Schalttransistor wird mit einer konstanten rrequenz von der Steuereinheit angesteuert wobei das Tastverhältnis in Abhängigkeit von dem Wert der Ausgangsgleichspannung geregelt wird Während des Ausschaltvorganges des Schalttransistors treten Schalt verluste auf, da der Schalttransistor nicht schlagartig von seiner Leitendphase zur Sperrphase wechselt. Um diesen übergang zu beschleunigen ist es allgemein bekannt, zwischen Basis und Emitter des Schalttransistors einen Widerstand zu schalten. Uber diesen werden die freien Ladungsträger aus der Basis ausgeräumt und es wird nur ein geringer Strom aus der Basis gezogen. Die Schalt verluste sind demzufolge immer noch beträchtlich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sekundärschaltregler anzugeben, bei dem die Schaltverluste beim Ausschalten des Schalttransistors deutlich reduziert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Sekundärschaltreglers ist, daß der Ausräumtransistor nur kurzzeitig eingeschaltet wird. Hierdurch muß dieser bei der nächsten Leitendphase des Schalttransistors nicht erst abgeschaltet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
In der Figur ist ein Sekundärschaltregler dargestellt, der eine Eingangsklemme E und eine Ausgangsklemme A, sowie ein gemeinsames Bezugspotential OV aufweist. An der Eingangsklemme E liegt eine Eingangsspannung UE an, und an der Ausgangsklemme A ist eine Ausgangsspannung UA abgreifbar, wobei diese beiden Spannungen jeweils in Bezug zum Bezugs potential OV zu verstehen sind. Zwischen der Eingangs klemme E und der Ausgangsklemme A ist die Serienschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors T1 und einer Induktivität I geschaltet. Am Verbindungspunkt zwischen dem Schalttransistor T1 und der Induktivität I und dem Bezugspotential OV ist eine Freilaufdiode D1, und zwischen der Ausgangsklemme A und dem Bezugspotential OV ist ein Glättungskondensator C1 geschaltet. Zwischen Basis und Emitter des Schalttransistors T1 ist ein Widerstand R1 geschaltet, und die Basis ist weiter mit den Kollektoren eines Transistors T3 und eines Ausräumtransitors T4 verbunden. Der Emitter des Transistors T3 ist mit der Eingangsklemme E und über einen Widerstand R2 mit seiner Basis verbunden. Diese ist zugleich auch über einen Widerstand R3 am Kollektor eines Steuertransistors T2 angeschaltet, dessen Emitter mit dem Bezugspotential OV verbunden ist. Die Ausgangsspannung UA liegt am invertierenden Eingang, und eine Referenzspannung UR liegt an einem nichtinvertierenden Eingang eines Spannungsreglers SP an. Vom Ausgang des Spannungsreglers SP wird ein Pulsbreitenmodulator P angesteuert, der eine pulsbreitenmodulierte Rechteckwechselspannung an die Basis des Steuertransistors T2 gibt.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist die gestrichelt umrahmte Schaltstufe S. Diese besteht im einzelnen aus dem oben schon erwähnten Ausräumtransistor T4, dessen Emitter mit dem Emitter des Schalttransistors T1 verbunden ist. Zwischen dem Emitter des Ausräumtransistors und seiner Basis ist in dieser Reihenfolge in Flußrichtung eine Diode D2 geschaltet. Die Basis des Ausräumtransistors T4 ist über eine Serienschaltung aus einem Widerstand R5, einem Kondensator C2 und einer weiteren Diode D3 mit dem Kollektor des Steuertransistors T2 verbunden. Hierbei ist die Kathode der Diode D3 mit dem Kollektor des Steuertransistors T2, und die Anode über einen Widerstand R4 mit der Ejngangsklemme E verbunden.
Im folgenden wird die an sich bekannte Wirkungsweise des Sekundärschaltreglers ohne die erfindungsgemäß vorgesehenen Bauelemente beschrieben.
In Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Ausgangsspannung UA und der Referenzspannung UR wird über den Spannungsregler SP das Tastverhältnis der vom Pulsbreitenmodulator P abgegebenen Rechteckwechselspannung verändert. Durch einen der logischen Eins entsprechenden Pegel dieser Rechteckwechselspannung wird der Steuertransistor T2 leitend geschaltet, und durch einen der logischen Null entsprechenden Pegel gesperrt. Wenn der Steuertransistor T2 leitend geschaltet ist, wird über die Widerstände R2 und R3 auch der Transistor T3 leitend geschaltet, wodurch die Basis des Schalttransistors T1 einen Strom erhält.
Der Schalttransistor T1 ist damit eingeschaltet. Analog wird das Ausschalten des Schalttransistors T1 durch den gesperrten Steuertransistor T2 bewirkt. Der allgemein bekannte Strom fluß während der Leitend- und der Sperrphase des Schalttransistors T1 wurde in der Einleitung schon beschrieben.
Um nun die Schalt verluste während des Ausschaltens des Schalt transistors T1 zu verringern, ist erfindungsgemäß die Schaltstufe S vorgesehen, mit der erreicht wird, daß aus der Basis des Schalttransistors T1 während dessen Ausschaltvorgang ein negativer Basisstrom gezogen wird. Dies wird beispielsweise durch die in der Zeichnung gestrichelt umrahmten Bauelemente bewirkt. Die Funktion der Schaltung ist im einzelnen folgende.
Während der Leitendphase des Schalttransistors T1 ist der Ausräumtransistor T4 gesperrt. Dies wird durch die im Kondensator C2 gespeicherte Ladung bewirkt. Wenn der Steuertransistor T2 von der Leitendphase in die Sperrphase übergeht, so wird der Ausräumtransistor T4 über den Widerstand R4, den Kondensator C2 und den Widerstand R5 kurzzeitig leitend geschaltet. Der Ausräumtransistor T4 zieht während seiner Leitendphase einen negativen Basisstrom aus dem Schalttransistor T1, wodurch dieser schnell von seiner Leitendphase in die Sperrphase übergeht. Die Leitendphase des Ausräumtransistors T4 ist hierbei kürzer als die Sperrphase des Schalttransistors T1 bzw. des Steuertransistors T2. Damit ist sichergestellt, daß beim Wiedereinschalten des Schalttransistors T1 der Ausräumtransistor T4 nicht erst über den Transistor T3 gesperrt werden muß.
Durch die erfindungsgemäße Schaltstufe S wird bei einem Sekundärschaltregler erreicht, daß der Schalttransistor T1 schnell abgeschaltet wird, wodurch die Schalt verluste deutlich reduziert sind.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Sekundärschaltregler mit einem Schalttransistor (T1), er von einem Steuertransistor (T2) über einen Transistor (T3) schaltbar ist, mit einer ladbaren Induktivität (1), einem Glättungskondensator (C1), einer Freilaufdiode (01), und mit einem Spannungsregler (SP) der über einen Pulsbreitenmodulator (P) den Steuertransistor (T2) ansteuert, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schaltstufe (S), über die aus dem Schalttransistor (T1) während dessen Wechsel von der Leitendphase zur Sperrphase ein negativer Basisstrom gezogen wird.
2. Sekundärschaltregler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltstufe (S) einen Ausräumtransistor (T4) aufweist, der am Ende der Leitendphase des Schalttransistors (T1) kurzzeitig leitend geschaltet wird.
3. Sekundärschaltregler nach Anspruch 2, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltstufe (S) einen Kondensator (C2) aufweist, über den am Ende der Leitendphase des Schalttransistors (T1) der Ausräumtransistor (T4) kurzzeitig leitend geschaltet wird.