DE3521805A1 - Getakteter gleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen getakteten Gleichspannungs­ wandler mit Potentialtrennung, bei dem auf der Primärsei­ te eine Regelschaltung zur Steuerung der Einschaltzeiten eines Schalttransistors angeordnet ist.

Derartige Gleichspannungswandler sind z.B. in der von J. Wüstehube herausgegebenen Monographie "Schaltnetzteile" (Schaltnetzteile. Wüstehube, J. u.a. 2. Auflage, VDE-Ver­ lag, 1000 Berlin 12, 1982) auf Seite 175 bis 180 erwähnt. In der zitierten Literaturstelle wird eine grobe Eintei­ lung von Gleichspannungswandlern mit Potentialtrennung vorgenommen: Bei Gleichspannungswandlern der ersten Kate­ gorie befindet sich die Regelschaltung auf der Primärsei­ te, bei Wandlern der zweiten Kategorie auf der Sekundär­ seite. Zur ersten Kategorie von Wandlern gehören auch solche, bei denen der Vergleich zwischen der Ausgangs­ spannung des Wandlers und ihrem Sollwert auf der Sekun­ därseite vorgenommen wird und eine Information über die Differenz der beiden Größen mit einem Optokoppler an die Regelschaltung auf der Primärseite übertragen wird.

Wandler der ersten Kategorie gehören zu jenen, deren Realisierung mit geringstmöglichem Aufwand durchführbar ist, wie z.B. ein Artikel von W. Rößler zeigt (Rößler, W.: Flußwandler-Schaltnetzteile mit Minimalaufwand, Sie­ mens Komponents 23 (1985) Heft 1, Seite 11 bis 13). Der in diesem Artikel beschriebene Wandler wird in zwei Ver­ sionen vorgestellt: Eine Standardschaltung und eine Schaltung mit sogenanntem Foldback-Verhalten. Die Stand­ ardschaltung enthält eine Strombegrenzung für den Schalt­ transistor, die den Wandler vor Zerstörung schützt, wenn er ausgangsseitig überlastet oder kurzgeschlossen wird. Am Ausgang des Wandlers macht sich die Strombegrenzung derart bemerkbar, daß beim Erreichen eines bestimmten Ausgangsstromes die Ausgangsspannung stark abfällt, der Eingangsstrom jedoch wegen der parasitären Kapazitäten des Schalttransistors weiter ansteigt (Stromschwanz).

Bei einem Wandler mit Foldback-Verhalten fällt nach Über­ schreiten einer Grenze der Ausgangsstrom mit der Aus­ gangsspannung (rückläufige Ausgangskennlinie).

Die rückläufige Ausgangskennlinie wird nach nach dem oben zitierten Artikel dadurch erreicht, daß auf der Primär­ seite des Wandlers der Sekundärkreis nachgebildet wird. Dadurch stehen auf der Primärseite Informationen über die Ausgangsgrößen zur Verfügung, mit denen die Schwellspan­ nung für die Strombegrenzung herabgesetzt wird.

Die Nachbildung des Sekundärkreises ist jedoch aufwendig relativ zum Gesamtaufwand des Wandlers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wand­ ler der eingangs genannten Art eine Möglichkeit aufzuzei­ gen, wie eine rückläufige Kennlinie mit möglichst ge­ ringem Aufwand zu erreichen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß über einen Opto­ koppler dann ein Steuersignal von der Sekundärseite an die Regelschaltung übertragen wird, wenn die Ausgangs­ spannung des Wandlers unter einen vorbestimmten Bruchteil ihres Sollwertes absinkt und daß mit diesem Steuersignal die Einschaltzeiten des Schalttransistors verkürzt werden.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß zur Erzeugung einer rückläufigen Kennlinie keine Steuergröße erforderlich ist, die zur Ausgangsspannung stets proportional ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Figuren soll ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsge­ mäßen Gleichspannungswandlers,

Fig. 2 zeigt Ausgangskennlinien von Gleichspannungs­ wandlern.

Bei dem Sperrwandler nach Fig. 1 wird eine Eingangsspan­ nung UE in eine Ausgangsspannung UA mit einem Sollwert von 24 V umgewandelt; als Mittel für die Potentialtren­ nung zwischen Primär- und Sekundärseite des Wandlers sind ein Übertrager Ü und zwei Optokoppler O 1 und O 2 einge­ setzt.

Auf der Primärseite liegen neben einem Schalttransistor T 1 eine Regelschaltung RS, sowie ein weiterer Transistor T 2 mit einem Kollektorwiderstand R 2 und einem Basiswider­ stand R 3.

Auf der Sekundärseite sind in bekannter Weise eine Diode D 1, ein Kondensator C 1 und ein Vergleicher V angeordnet; der Vergleicher V führt den Sollwert - Istwert - Ver­ gleich der Ausgangsspannung UA durch. Das Ergebnis des Vergleichs wird über den Optokoppler O 1 an die Steuer­ schaltung ST übertragen. Über einer Serienschaltung der Leuchtdiode des Optokopplers O 2 und einer Zener-Diode Z fällt die Ausgangsspannung UA ab.

Die Regelschaltung RS enthält einen handelsüblichen inte­ grierten Steuerbaustein SB (z.B. den TDA 1060 von Philips/Valvo), dessen Wirkungsweise unter anderem durch äußere Beschaltung festgelegt wird. Die Fig. 1 zeigt als äußere Beschaltung einen Kondensator C 2 einer sogenannten Softstartschaltung oder Anlaufschaltung, die den Schalt­ transistor T 1 in der Anlaufphase des Gleichspannungswand­ lers vor Überströmen schützen soll; ein Widerstand R 1 dient als Meßfühler für den Emitter-Strom des Schalt­ transistors T 1. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist unterstellt, daß der Steuerbaustein SB die Einschalt­ zeiten des Schalttransistors verlängert, wenn die Span­ nung am Kondensator C 2 gegenüber Punkten mit Bezugspoten­ tial ansteigt.

Ausführlichere Darstellungen der Softstartschaltung sowie Varianten von ihr findet man z.B. in den deutschen Offen­ legungsschriften DE-OS 28 11 634 und DE-OS 31 31 272.

Fällt nun die Ausgangsspannung UA unter den Wert, der im wesentlichen durch die Durchbruchspannung der Zener-Diode Z vorbestimmt ist, so wird der Photo-Transistor des Opto­ kopplers O 2 gesperrt. Da die Kollektor-Emitter-Strecke des Photo-Transistors zur Basis-Emitter-Strecke eines Transistors T 2 parallel geschaltet ist, wird jetzt der Transistor T 2 geöffnet, weil sein Kollektor über einen Widerstand R 2 und seine Basis über einen Widerstand R 3 mit dem auf positivem Potential liegenden Anschluß des Kondensators C 2 verbunden ist und sein Emitter auf Be­ zugspotential gelegt ist.

Über den geöffneten Transistor T 2 und seinen Kollektor- Widerstand R 2 entlädt sich darauf der Kondensator C 2. Die Folge davon ist ein beschleunigtes und weitergehendes Herabsetzen der Einschaltzeiten des Schalttransistors T 1 gegenüber dem Fall, in dem z.B. die Strombegrenzung über die Spannung am Widerstand R 1 allein wirksam ist.

Die Verhältnisse am Ausgang des Wandlers sind in Fig. 2 dargestellt. Die durchgezogene Kurve zeigt die Ausgangs­ kennlinie des Wandlers ohne die erfindungsgemäße Zusatz­ schaltung, die aus der Zener-Diode Z, dem Optokoppler O 2 und dem Transistor T 2 mit den Widerständen R 2 und R 3 be­ steht. Trotz Herabsetzen der Einschaltzeiten steigt mit abfallender Ausgangsspannung der Strom durch einen nicht eingezeichneten Verbraucherwiderstand weiter an.

Mit der erfindungsgemäßen Zusatzuschaltung wird - wie die punktiert eingezeichnete Kurve in Fig. 2 zeigt - die Aus­ gangskennlinie rückläufig, wenn die Ausgangsspannung UA den Wert von etwa 12 V erreicht hat. Die Durchbruchspan­ nung der Zener-Diode Z beträgt im Beispiel 12 V.

Wichtig ist, die Widerstände der Zusatzschaltung so zu bemessen, daß die rückläufige Kennlinie die Stromachse bei Werten größer null schneidet, damit ein sicheres An­ laufen des Gleichspannungswandlers gewährleistet ist.

Statt den Eingriff am Kondensator C 2 vorzunehmen, ist es auch möglich, das vom Optokoppler O 2 abgegebene Signal mit der Spannung über dem Widerstand R 1 oder dem Aus­ gangssignal des Optokopplers O 1 zu überlagern und auf diese Weise der Regelschaltung RS einen wesentlich höheren Eingangsstrom oder eine wesentlich höhere Aus­ gangsspannung UA "vorzutäuschen". In beiden Fällen würden die Einschaltzeiten des Schalttransistors T 1 erheblich verkürzt werden und zu rückläufigen Kennlinien führen.

Claims (5)

1. Getakteter Gleichspannungswandler mit Potentialtren­ nung, bei dem auf der Primärseite eine Regelschaltung zur Steuerung der Einschaltzeiten eines Schalttran­ sistors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß über einen Optokoppler (O 2) dann ein Steuersignal von der Sekundärseite an die Regelschaltung übertragen wird, wenn die Ausgangsspannung (UA) des Wandlers unter einen vorbestimmten Bruchteil ihres Sollwertes absinkt und
daß mit diesem Steuersignal die Einschaltzeiten des Schalttransistors (T 1) verkürzt werden.

2. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung des Steuersig­ nales die Serienschaltung der Leuchtdiode des Optokop­ plers (O 2) und einer Zener-Diode (Z) in einem Quer­ zweig auf der Sekundärseite des Wandlers liegt.

3. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal die Ladung des Kondensators (C 2) einer zur Regelschaltung (RS) gehörigen Softstartschaltung verringert.

4. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal dem Signal überlagert wird, das der Regelschaltung (RS) die Information über die Differenz zwischen der Aus­ gangsspannung (UA) des Gleichspannungswandlers und ihrem Sollwert zuführt.

5. Getakteter Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal dem Signal überlagert wird, das der Regelschaltung (RS) die Information über die Höhe des Stromes durch den Schalttransistor zuführt.