DE3609731C2

DE3609731C2 - Verfahren zur Regelung der Ausgangsspannung eines Schaltreglers sowie Anordnung hierzu

Info

Publication number: DE3609731C2
Application number: DE19863609731
Authority: DE
Inventors: Siegfried Lechler
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-03-22
Filing date: 1986-03-22
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2006-03-23
Also published as: DE3609731A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Ausgangsspannung eines Schaltreglers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung hierzu.

Ein solches Verfahren, bzw. eine Anordnung zum Durchführen eines solchen Verfahrens ist aus der DE 24 61 654 B2 bekannt.

Eingangsspannungsänderungen wirken beim Schaltregler stark auf die Regelschleife ein. Beim Abwärtsregler (Buck-Regler) gilt folgende Gleichung für die Regelung:

mit Ua = Ausgangsspannung und Uo = Eingangsspannung. Zur Erzielung einer großen Genauigkeit der Ausgangsspannung ist eine relativ hohe Verstärkung im Regelkreis notwendig. Dies bringt jedoch Stabilitätsprobleme mit sich.

Bei dem Schaltregler gemäß DE 24 61 654 B2 wird eine Kompensation von Änderungen der Eingangsspannung aufgezeigt. Durch Aufladen eines Kondensators wird eine Sägezahnspannung erzeugt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse für das Stellglied liefert. Der Kondensator wird dort zusätzlich mit einem sich zu dem der Eingangsspannung proportionalen Ladestrom summierenden konstanten Ladestrom beaufschlagt.

Bei einem Schaltregler gemäß DE 26 21 763 A1 wird aus den Schwankungen der Eingangsgleichspannung eine Störgröße abgeleitet. Diese Störgröße wird dort benutzt, um den Pegel des tastverhältnisbestimmenden Sägezahnsignals invers zur Eingangsspannung zu ändern. Ein Ansteigen der Eingangsspannung hat eine Verringerung des Tastverhältnisses zur Folge, während ein Absinken der Eingangsspannung ein vergrößertes Tastverhältnis bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Ausgangsspannung eines Schaltreglers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, der eine relativ konstante Ausgangsspannung auch bei variierender Eingangsgleichspannung liefert, ohne daß Stabilitätsprobleme auftreten.

Außerdem soll eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst und bezüglich der Schaltungsanordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 2. Der Anspruch 3 zeigt eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 2 auf.

Das Prinzip der Vorwärtsstellung bei einem Gleichspannungswandler ist an sich bekannt, beispielsweise aus der EP 30 026 A1. Dort sind zwei Halbleiterschalter vorgesehen. Ein erster Halbleiterschalter wird in Abhängigkeit des primärseitigen Energieaufnahmestroms gesteuert und ein zweiter Halbleiterschalter in Abhängigkeit der Spannung der Eingangsspannungsquelle. Eine Anregung hinsichtlich der Beeinflussung der Amplitude eines Sägezahngenerators gibt diese Veröffentlichung nicht.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine Regelung der Ausgangsspannung, wobei der Einfluß der Eingangsgleichspannung kompensiert ist.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltreglers,

Fig. 2 die lineare Annäherung der Übertragungsfunktion des Funktionsverstärkers und

Fig. 3 die Beschaltung eines Operationsverstärkers zur linearen Nachbildung der Übertragungsfunktion.

Das Verfahren der Erfindung wird anhand eines Abwärts- bzw. Aufwärtsreglers (Buck/Boost regulator) erläutert. Der Eingang des Schaltreglers - Eingangsspannung Uo - ist über das Stellglied TS, bestehend aus einem Leistungstransistor und der Speicherdrossel L, mit dem Ausgang - Ausgangsgleichspannung Ua - verbunden. Das Stellglied wird von einem Pulsdauermodulator PDM gesteuert. Der Pulsdauermodulator PDM besteht üblicherweise aus einem Komparator, der ein Sägezahnsignal mit einem Signal Ust proportional zur Höhe der Ausgangsspannung Ua vergleicht. Das Signal USt erscheint am Ausgang des Regelverstärkers RV. Das Sägezahnsignal wird von einem Sägezahngenerator SZ erzeugt. Zwischen die potentialführende Eingangsklemme 1 des Schaltreglers und den Steuereingang S des Sägezahngenerators SZ ist ein Funktionsverstärker FV geschaltet. Seine Übertragungsfunktion wird näherungsweise zu (Boost) gewählt; F ist hierbei eine Konstante.

Wird der Funktionsverstärker FV eingangsseitig mit der Eingangsgleichspannung Uo beaufschlagt, so erscheint an seinem Ausgang das Signal Uz = . Da für das Tastverhältnis Δt/T des Stellglieds ST gilt:

ist, ergibt sich für die Ausgangsspannung ΔUa und damit der Frequenzgang des Stellgliedes:

Der Einfluß der Eingangsspannung Uo ist somit eliminiert. Da in der Praxis der Bereich der Eingangsspannung Uo begrenzt ist, kann die Kompensation des Einflusses der Eingangsspannung mittels eines Operationsverstärkers OP erfolgen, wobei die Kennlinie F/Uo² über dem Eingangsspannungsbereich durch eine Gerade angenähert wird (Fig. 2). Für einen größeren Eingangsspannungsbereich kann ein an sich bekannter Funktionsverstärker verwendet werden, der die Funktion F/Uo² nachbildet.

Fig. 3 zeigt den durch einen Operationsverstärker OP nachgebildeten Funktionsverstärker mit Beschaltung, sowie den Sägezahngenerator SZ und den Pulsdauermodulator PDM.

Um die gleichen Baugruppen von Fig. 1 und 3 einfacher identifizieren zu können, sind in beiden Zeichnungen Be zugspunkte A bis D (umkreist) eingetragen. Der Operations verstärker OP mit der Verstärkung Vo ist an seinem nicht invertierenden Eingang mit der Referenzgleichspannung Ur beaufschlagt. Sein invertierender Eingang ist über den ersten Widerstand R1 mit der potentialführenden Eingangs klemme 1 des Schaltreglers verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP ist an den Amplitudensteuerein gang S des Sägezahngenerators SZ angeschlossen. Zwischen Ausgang und invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP ist der zweite Widerstand R2 geschaltet. Ein dritter Widerstand R3 ist zwischen der nicht potentialführenden Eingangsklemme 2 des Schaltreglers und dem invertierenden Eingang vorgesehen. Die Widerstände R1, R2 und R3 sind so bemessen, daß für den Eingangsgleichspannungsbereich gemäß Fig. 2 eine lineare Annäherung der Funktion F/Uo² er reicht wird. Wenn der Widerstand R1 den Wert R aufweist und R2 zu R·b sowie R3 zu R/a bezüglich ihrer Werte gewählt sind, gelten die folgenden Beziehungen (vgl. Fig. 2):

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Ausgangsspannung (Ua) eines Schaltreglers, dessen Stellglied (TS) über einen Pulsdauermodulator (PDM) betrieben wird, wobei der Pulsdauermodulator (PDM) ein von der Ausgangsspannung (Ua) des Schaltreglers abgeleitetes Signal mit einem von der Eingangsgleichspannung beeinflußten Ausgangssignal (Uz) eines Sägezahngenerators (SZ) vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Sägezahngenerators (SZ) in reziproker Abhängigkeit von der Höhe der Eingangsgleichspannung (Uo) des Schaltreglers verändert wird.

2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einen Steuereingang (S) des Sägezahngenerators (SZ) und die potentialführende Eingangsklemme (1) des Schaltreglers ein Funktionsverstärker (FV) geschaltet ist, dessen Übertragungsfunktion gewählt ist zu:
, wobei F eine Konstante und Uo die Höhe der Ein gangsgleichspannung ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Funktionsverstärker (FV) durch einen Operationsverstärker realisiert ist, daß der nichtinver tierende Eingang des Operationsverstärkers mit einer Referenzspannung (Ur) beaufschlagt ist, daß der inver tierende Eingang des Operationsverstärkers über einen ersten Widerstand (R1) mit der potentialführenden Ein gangsklemme des Schaltreglers verbunden ist, daß der Ausgang des Operationsverstärkers an den einen Ampli tudensteuereingang des Sägezahngenerators (SZ) ange schlossen ist, daß zwischen Ausgang und invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein zweiter Widerstand (R2) geschaltet ist, daß zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und der nichtpotential führenden Eingangsklemme des Schaltreglers ein dritter Widerstand (R3) vorgesehen ist, und daß die Beschaltungs widerstände (R1, R2, R3) des Operationsverstärkers derart bemessen sind, daß für den Eingangsgleichspannungs bereich des Schaltreglers eine lineare Annäherung der Funktion erreicht wird.