DE3644012A1 - Gleichspannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler mit einem an eine Speisegleichspannungsquelle anschließbaren Eingangs­ kreis und einem mit einem Lastwiderstand verbindbaren Ausgangskreis und mit einem einer Trennung von Eingangskreis und Ausgangskreis dienenden Übertrager und mit einem Leistungs­ schalter zu periodischen Anschaltung des Eingangskreises an die Speisegleichspannungsquelle und mit einer auf die betreffende Eingangswicklung des Übertragers im Eingangskreis wirksamen Eingangsinduktivität und mit einer am Ausgangskreis angeordneten Übertragerwicklung, die über einen in der Ausschaltphase sperrend wirkenden ersten Gleichrichter während der Einschalt­ phase dem Lastwiderstand den betreffenden Stromfluß zuführt, sowie mit einer im Ausgangskreis angeordneten Speicherdrossel­ wicklung zur Aufrechterhaltung des Stromflusses in dem Last­ widerstand während der Ausschaltphase des Leistungsschalters, wobei der betreffende Stromfluß zu dem Lastwiderstand über einen in der Einschaltphase des Leistungsschalters sperrend wirkenden zweiten Gleichrichter verläuft.

Ein Gleichspannungswandler dieser Art ist bereits durch die in der DE-OS 33 35 398 dargestellte und beschriebene Anordnung gemäß FIG 3 bekannt. In diesem Zusammenhang ist auch auf das Konferenzpapier CH2328-3/86/0000-0241 Q 01.00 1986 IEEE zu verweisen. Die Anordnung gemäß der zuvor genannten Offenlegungs­ schrift stellt einen Durchflußumrichter dar. Er enthält eine Speicherdrossel mit einer im Eingangskreis liegenden und einer im Ausgangskreis liegenden Wicklung sowie einen Übertrager, der ebenfalls eine Wicklung im Eingangskreis und eine Wicklung im Ausgangskreis aufweist. Die im Ausgangskreis befindlichen Wicklungen einerseits der Speicherdrossel und andererseits des Übertragers sind hinsichtlich des Wicklungssinnes antiparallel geschaltet. Mit jeder der beiden Wicklungen ist je ein Gleichrichter in Reihe geschaltet. Jede der beiden, je mit einem dieser Gleichrichter in Reihe geschalteten Wicklungen ist mit einem Lastwiderstand verbunden. Während der Einschalt­ phase eines im Eingangskreis in Reihe mit den beiden in Serie geschalteten Wicklungen der Speicherdrossel einerseits und des Übertragers andererseits ist ein Leistungsschalter angeordnet, durch den die Reihenschaltung der betreffenden beiden Eingangs­ wicklungen mit einer Gleichspannungsspeisequelle intermittierend verbunden wird. Während der Einschaltphase des Eingangskreises liefert die Ausgangswicklung des Übertragers eine für den betreffenden Gleichrichter durchlässige Ausgangsspannung, wodurch ein Stromfluß zu dem Lastwiderstand herbeigeführt wird. Während der Ausschaltphase des Eingangskreises liefert die Ausgangswick­ lung der Speicherdrossel eine Spannung, für die der betreffende andere Gleichrichter durchlässig ist, wodurch während der Aus­ schaltphase ein entsprechender Stromfluß ebenfalls zu dem Last­ widerstand herbeigeführt wird.

Für die Erfindung besteht die Aufgabe, einen Gleichspannungswand­ ler gemäß der eingangs angegebenen Art bei möglichst weitgehend gleicher Funktionsweise mit geringerem Aufwand zu realisieren.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die auf die Eingangswicklung des Übertragers wirksame Eingangsinduktivität durch eine hierfür mittels entsprechende Aufbaues des Übertragers vorgesehene Streuinduktivität des Übertragers bzgl. seiner Ausgangswicklung realisiert ist, daß die Speicherdrossel wicklung in den Übertrager integriert ist, und daß mit ihr die Ausgangswicklung des Übertragers in Reihe und hinsichtlich des Wicklungssinnes dieser beiden Wicklungen antiseriell in Reihe geschaltet ist.

Die Erfindung erzielt den Vorteil, daß der Aufwand an magnetischen Bauelementen wesentlich verringert wird, indem für die Übertrager­ wirkung und die Speicherdrosselwirkung ein und dasselbe Bauelement verwendet wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nur im wesentlich zu ihrem Verständnis beitragenden Bestandteilen dargestellt, worauf dieselbe jedoch keineswegs beschränkt ist. Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist einen Eingangskreis e und einen Aus­ gangskreis a auf. Der Eingangskreis ist an eine Speisegleich­ spannungsquelle U anschaltbar, und zwar mit Hilfe eines Leistungsschalters T zur periodisch und stetig wiederholten Einschaltung und Ausschaltung in an sich bekannter Weise. Der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Transistor realisierte Leistungsschalter T kann auf vielerlei Weise realisiert sein. Er wird in bekannter Weise über eine Klemme t gesteuert, wobei er also den Eingangskreis fortlaufend schließt und öffnet. Die hierbei zum Tragen kommende Frequenz möge gleichbleibend sein. Durch Veränderung des Verhältnisses von jeweiliger Schließungs­ zeit und jeweiliger Öffnungszeit ist die Ausgangsspannung V des Gleichspannungswandlers in an sich bekannter Weise regelbar.

Der Gleichspannungswandler enthält einen Übertrager mit einer Eingangswicklung L und einer ausgangsseitigen Übertragerwick­ lung R, sowie einer ebenfalls ausgangsseitigen Speicherdrossel­ wicklung P.

Während der Einschaltphase im Eingangskreis wird in die Aus­ gangswicklung R eine Spannung induziert, für die ein erster Gleichrichter D 1 durchlässig ist. Dieser Gleichrichter hat also während der Ausschaltphase im Eingangskreis eine sperrende Wirkung. Die Übertragerwicklung R führt über diesen ersten Gleichrichter D 1 während der Einschaltphase einem Last­ widerstand W (Verbraucher) den betreffenden Stromfluß zu.

Ferner befindet sich im Ausgangskreis die Speicherdrosselwick­ lung P. Während der Ausschaltphase des Leistungsschalters T im Eingangskreis erhält eine in diese Speicherdrosselwicklung P während der Ausschaltphase induzierte Spannung den Stromfluß in dem Lastwiderstand W aufrecht. Dieser verläuft über einen in der Einschaltphase des Leistungsschalters T sperrend wirkenden zwei­ ten Gleichrichter D 2.

Während der Einschaltphase ist also die in die Ausgangswick­ lung R induzierte Spannung maßgebend für die dem Lastwiderstand zugeführte Spannung W. Der Kondensator C dient in an sich bekannter Weise zur Glättung. Da während der Einschaltphase der Gleichrichter D 2 sperrend wirkt, hat die während der Einschaltphase in die Speicherdrosselwicklung P induzierte Spannung keine praktische Auswirkung auf den Stromfluß zu dem Lastwiderstand W.

Während der Ausschaltphase des Leistungsschalters T wird in die Speicherdrosselwicklung P eine Spannung induziert, die mit der gleichzeitig in die Ausgangswicklung R induzierten Spannung antiseriell in Reihe wirksam ist. Dadurch wird eine Differenz­ bildung erzielt, indem sich von der in die Speicherdrosselwick­ lung P induzierten Spannung die gleichzeitig in die Ausgangs­ wicklung R induzierte Spannung subtrahiert. Während der Aus­ schaltphase ist der Gleichrichter D 1 sperrend wirksam. Die betreffende Differenzspannung von den Wicklungen R und P teilt sich über den während der Ausschaltphase D 2 durchlässigen Gleich­ richter D 2 dem Ausgangskreis a mit, bewirkt also in dem Last­ widerstand W den erwähnten Stromfluß.

Die beiden Wicklungen P und R sind antiseriell hinsichtlich des Wicklungssinnes dieser beiden Wicklungen in Reihe geschaltet.

Der Übertrager K enthält einen Magnetkern M mit einem Luftspalt, wie dies durch die gestrichelte Darstellung des Magnetkerns angedeutet ist. Die Speicherdrosselwicklung P ist mit der gemein­ samen Eingangswicklung L relativ eng gekoppelt. Bei B ist ein magnetischer Nebenschluß an sich bekannter Art angedeutet, wo­ durch eine relativ lose Kopplung der Ausgangswicklung R bzgl. der Eingangswicklung L erzielt ist. Die auf die Eingangswicklung des Übertragers im Eingangskreis wirksame Eingangsinduktivität ist durch eine hierfür mittels des zuvor angegebenen Aufbaues des Übertragers vorgesehene Streuinduktivität des Übertragers bzgl. seiner Ausgangswicklung realisiert. Diese Streuinduktivi­ tät wirkt sich also während der Einschaltphase auf den Eingangs­ kreis aus.

Wie bereits erläutert wurde, ist die Speicherdrosselwicklung P in den Übertrager integriert. Dadurch ergibt sich ein gemein­ sames Bauteil sowohl für die Übertragerwirkung, als auch für die Speicherdrosselwirkung.

Durch die Erfindung wird also der Vorteil erzielt, daß alle Wicklungen der erforderlichen Speicherdrossel und des Über­ tragers auf einem Magnetkern M angeordnet sind. Dies wird erreicht, durch einen streureichen Aufbau der kombinierten Spule, dergestalt, daß die Eingangsinduktivität, die für den Eingangskreis erforderlich ist, durch die Streuindukti­ vität der Eingangswicklung realisiert wird, die Ausgangs­ spannung des Übertragers in der für streuungsreiche Übertra­ ger üblichen Weise durch eine entsprechend der zuvor gegebe­ nen Darstellung angeordnete Wicklung und die Ausgangsspannung des Drosselteiles durch eine Differenzbildung in der angegebenen Weise im Ausgangskreis, in welchem die gleichzeitig in die Wick­ lungen P und R während der Ausschaltphase des Eingangskreises induzierten Spannungen einander entgegengesetzt gerichtet (antiseriell) sind. Hierdurch ergibt sich die genannte Differenzbildung.

Claims (3)

1. Gleichspannungswandler mit einem an einer Speisegleich­ spannungsquelle anschließbaren Eingangskreis und einem mit einem Lastwiderstand verbindbaren Ausgangskreis und mit einem einer Trennung von Eingangskreis und Ausgangskreis dienenden Übertrager und mit einem Leistungsschalter zur periodischen Anschaltung des Eingangskreises an die Speisegleichspannungs­ quelle und mit einer auf die betreffende Eingangswicklung des Übertragers im Eingangskreis wirksamen Eingangsinduktivität und mit einer am Ausgangskreis angeordneten Übertragerwicklung, die über einen in der Ausschaltphase sperrend wirkenden ersten Gleich­ richter während der Einschaltphase dem Lastwiderstand den be­ treffenden Stromfluß zuführt, sowie mit einer im Ausgangskreis angeordneten Speicherdrosselwicklung zur Aufrechterhaltung des Stromflusses in dem Lastwiderstand während der Ausschaltphase des Leistungsschalters, wobei der betreffende Stromfluss zu dem Lastwiderstand über einen in der Einschaltphase des Leistungs­ schalters sperrend wirkenden zweiten Gleichrichter verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Eingangswicklung des Übertragers wirksame Eingangsinduktivität durch eine hierfür mittels entsprechenden Aufbaues des Übertra­ gers vorgesehene Streuinduktivität des Übertragers bezüglich seiner Ausgangswicklung realisiert ist, daß die Speicherdrossel­ wicklung in den Übertrager integriert ist, und daß mit ihr die Ausgangswicklung des Übertragers in Reihe und hinsichtlich des Wicklungssinnes dieser beiden Wicklungen antiseriell geschaltet ist.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuinduktivität des Übertragers durch einen magnetischen Nebenschluß zu dessen von der Ausgangswicklung umfaßten Kernschenkel bewirkt ist.

3. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Einschalt­ phase zu Ausschaltphase einstellbar ist und zur Regelung der an dem Lastwiderstand wirksamen Ausgangsspannung dient.