DE3420033A1 - Selbsterregter gleichspannungswandler mit spannungsregelung - Google Patents

Description

• Selbsterregter Gleichspannungswandler mit Spannungsregelung Die Erfindung betrifft einen selbsterregten Gleichspannungswandler mit einem Übertrager und einem Schalttransistor, dessen Kollektor über die Primärspule des Übertragers am positiven Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis über eine primärseitige Rückkopplungswicklung des Übertragers mit dem Abgriff eines zwischen dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle und Masse eingeschalteten Spannunqsteilers verbunden ist, sowie einer Reqelschaltung zur Konstanthaltung und Begrenzung der ;im därseitigen Lastwiderstand anliegenden Ausgangsspannung.
• Bei derartigen Gleichspannungswandlern, wie sie beispielsweise als selbstschwingender Sperrwandler n<'ich Ficlur ntis der Pr.3xii bekEinnt sind und z.B. zur Erzeugung der Hochspannung in batteriegespeisten Blitzgeräten Verwendung finden, ist für einen sinnvollen Einsatz zumeist eine konstante und begrenzte Ausgangsspannung am Lastwiderstand erforderlich, einerseits etwa zur Sicherstellung stets gleicher Blitzleistung von Blitzleuchten oder zur Betriebsspannungsstabilisierung elektischer Geräte und andererseits als Schutz insbesondere des Schalttransistors und des Ladekondensators vor Überspannungen.
• Die zu diesem Zweck vorgesehene Regelschaltung besteht im einfachsten bekannten Fall aus einer zum Lastwiderstand paralellgeschalteten Zenerdiode. Diese Lösung ist zwar billig, bewirkt jedoch bei ansprechender Schutzschaltung eine in vielen Fällen untragbar hohe Leistungsaufnahme und bedingt eine sehr große Zenerdiode mit hoher zulässiger Verlustleistung.
• In der Praxis werden daher zumeist Regelschaltungen benutzt, bei denen die Regelung mittels eines am Lastwiderstand oder am Kollektor des Schalttransistors abgenommenen, das Ein-/Ausschaltverhältnis des Schalttransistors steuerenden Regelkriteriums erfolgt. Diese Regelschaltungen-in Figur 1 ist das Prinzip einer derartigen, in ihrem tatsächlichen Aufbau noch wesentlich komplizierteren Schaltung (RS) dargestellt - weisen zwar eine geringe Verlustleistung jedoch durchweg einen hohen Bauteileaufwand auf und sind daher im Verhältnis zum Gesamtgerät insbesonderc'. bei einfacheren Ausführtingen oft unvertretbar teuer.
• Der Erfindung lie(lt die Aufgabe zugrunde, einen G ei Gleichspannungswandler der eingangs qenannten Art mit einer Regelschaltung zu schaffen, die einfach und kostengünstig ausgebildet ist, zuverlässig funktioniert und eine geringe leistungsaufnahme aufweist.
• Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Regelschaltung aus einer zwischen der Basis des Schalttransistors und Masse eingeschalteten, entsprechend der gewünschten Ausgangsspannung bemessenen Serienschaltung einer Zenerdiode und eines Kondensators besteht.
• Dabei erfüllt die Zenerdiode in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktior: eireerseits dient sie in Durchlaßrichtung zur Erzeugung der Sperrspannung für die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors und zum andern ist durch ihre Zenerspannung die Höhe der Ansprechschwelle der Transistorabschaltung bestimmbar. Trotz des dadurch ermöglichten äußerst einfachen und kostengünstigen Aufbaus, bei dem die Steuergröße und die zur Steuerung nötige Schaltenergie unter Verwendung einer einzigen Zenerdiode niedrige Verlustleistung erzeugt wird, ist bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung für alle Varianten selbsterregter Gleichspannungswandler eine dauerhaft zuverlässige Stabilisierung der Ausgangsspannung erreicht. Außerdem sind durch den minimalen Bauteileaufwand und die geringe Größe der Zenerdiode auch die räumlichen Abmessungen des gesamten Gleichspannungswandlers klein, sodaß eine weitere Kostensenkung und eine handliche Ausführung der Geräte ermöglicht ist.
• Figur 2 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des als selbstschwingender Sperrwandler ausgebildeten erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers /ur Anwendung in einer Warnblit/leuchte für Meldeanlagen.
• Der positive Pol der Betriebsspannungsquelle +UB liegt einerseits an einem gegen Masse yeschalteten, aus zwei Widerständen R1 , R2 aufgebauten Spannungsteiler und andererseits an der Primärwicklung W1 eines Übertragers Ü, deren anderer Anschluß mit dem Kollektor eines Schalttransistors T verbunden ist, der mit seinem Emitter an Masse liegt.
• Die Basis des Schalttransistors T ist über eine primärseitige Rückkopplungswicklung W2 des Übertragers Ü mit dem Abgriff A des Spannungsteilers R1 , R2 und über eine aus der Serienschaltung einer Zenerdiode DZ und eines Kondensators CZ bestehenden Regelschaltung mit Masse verbunden. Die Sekundärwicklung W3 des Übertragers Ü ist über eine Längsdiode D und einen ladekondensalor CL im Quer/weig an einen Lastwiderstand RL angeschlossen.
• Beim Einschalten des Gerätes wird der Schalttransistor T durch die Spannung am Abgriff A des Spannungsteilers Rl , R2 leitend. Dadurch nimmt der durch die Primärwicklung W1 fließende Strom zu und erzeugt durch die Induktion an der Rückkopplungswicklung W2 eine Spannung, die den Schalttransistor T weiter öffnet bzw. geöffnet hält. Nach Erreichen des Kollektorsättigungsstroms nimmt die Änderung des Magnetfeldes ab. Die Spannung an der Rückkopplungswicklung W2 kehrt sich um, wodurch der Schalttransistor T sehr rasch gesperrt wird. Dies bewirkt ein schnelles Zusammenbrechen des Magnetfeldes und dadurch eine hohe Spannunqsinduktion in a i len drei Wicklungen. Über die Sekundärwicklung W3 und die Diode D wird der Kondensator Cl aufgeladen. Nach dem Öffnen der Diode D begrenzt die Spannung an dem Kondensator CL den weiteren Spannungsanstieg und damit auch die entsprechenden Spannungsanstiege an den Wicklungen W1 und W2 Der Kondensator Cz der Regelschaltung wird entsprechend dem Übersetzung.averhäItnis der Übertragerwicklungen W3 : W2 proportional zur Ausgangsspannung über die zunächst in Durchlaßrichtung wirkende Zenerdiode DZ in Sperrichtung des Schalttransistors T geladen. Die mit der Schwingfrequenz des Sperrwandlers erfolgenden Ladungsstöße bewirken eine treppenähnliche Zunahme der Spannung am Kondensator Cz bis die Zenerspannung der Zenerdiode Dz durch einen letzten Energiestoß überschritten wird. Die Zenerdiode Dz ist dann im Zenerdurchbruch leitend und sperrt ab diesem Zeitpunkt die Basis-Emitter-Diode des Schalttransistors T, wodurch ein Nachlaufen der Schwingung unterbunden ist. Über den Spannungsteiler wird der Kondensator Cz der Regelschaltung langsam entladen, nach Unterschreiten der Zenerspannung der Zenerdiode Dz und der Antaufspannung des Schalttransistors T (ca. 0,6 V) setzt die Schwingung wieder ein. Wird, z.B. infolge eines defekten Lastwiderstandes R1, dem Sperrwandler keine Leistung entnommen, kann entspreeherid der durch die Werte der Widerstände R1 , R2 und des Kondensators C7 bestimmten Nachladezeitkonstante ein einziger Schwingungszyklus zum Einleiten des Sperrvorganges ausreichen. Das Gerät nimmt damit kaum mehr Leistung auf.
• Mit der Regelschaltung Dz , Cz ist auf einfache und kosten- sowie platzsparende Weise ein Gleichspannungswandler geringer Leistungsaufnahme mit wirkungsvoller Spannungsstabilisierung geschaffen.
• - L e e r s e i t e -

Claims (1)

1. Patentanspruch Selbsterregter Gleichspannungswandler mit einem Übertrager und einem Schalttransistor, dessen Kollektor über die Primärspule des Übertragers am positiven Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis über eine primärseitige Rückkopplungswicklung des Übertragers mit dem Abgriff eines zwischen dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle und Masse eingeschalteten Spannungsteilers verbunden ist, sowie einer Regelschaltung zur Konstanthaltung und Begrenzung der am sekundärseitigen Lastwiderstand anliegenden Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung aus einer zwischen der Basis des Schalttransistors (T) und Masse eingeschalteten, entsprechend der gewünschten Ausgangsspannung bemessenen Serienschaltung einer Zenerdiode (Dz ) und eines Kondensators (Cz ) besteht.