DE3701395C2

DE3701395C2 -

Info

Publication number: DE3701395C2
Application number: DE3701395A
Authority: DE
Inventors: Eckhardt 7173 Mainhardt De Gruensch
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1991-04-25
Also published as: DE3701395A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltreglers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Schaltregler ist bekannt aus der DE 27 01 457 A1.

Bei dem Schaltregler gemäß DE 27 01 457 A1 wird mittels einer Meßeinrichtung festgestellt, ob die Eingangsspannung des Schaltreglers einen bestimmten Schwellwert überschreitet. In Abhängigkeit hiervon und in Abhängigkeit des sekundärseitig abgetasteten Stromes wird über eine UND-Schaltung und die Steuerstufe - bistabile Stufe - das Schaltreglerstellglied beeinflußt. Der Primärstrom des Schaltreglers wird ebenfalls erfaßt. Bei Erreichen eines bestimmten Stromschwellwertes wird das Schaltreglerstellglied gesperrt.

Schaltregler mit einer Steuerschaltung in Verbindung mit einem astabilen Multivibrator zur Blockierung bzw. Freigabe des Schaltreglerstellgliedes sind prinzipiell bekannt (z. B. DE- OS 15 63 058; DE-OS 25 28 662). Bei Betrieb solcher Schaltregler über einen Vorwiderstand, insbesondere den Leitungswiderstand eines Kommunikationsnetzes, kann der Schaltregler in einen Reglerarbeitspunkt gelangen, aus dem er selbständig nicht mehr herauskommen kann. Dieser Fall tritt beispielsweise dann ein, wenn die Belastung des Schaltreglers so groß wird, daß die Eingangsspannung des Schaltreglers kleiner wird als die halbe Speisespannung U_E und damit ein Hochlaufen des Schaltreglers nicht mehr möglich ist. Als Speisespannung U_E sei hier jene Spannung definiert, die am leitungsfernen Ende des Schaltreglers beispielsweise zwischen den Klemmen der Amtsbatterie auftritt. Um einen solchen unerwünschten Reglerarbeitspunkt zu vermeiden, ist es prinzipiell möglich, einen Komparator zu verwenden, der eine Freigabe des Schalttransistors nur dann zuläßt, wenn eine Eingangsschwelle größer als U_E/2 überschritten wird (vgl. z. B. auch DE 27 01 457 A1). Ein solcher Komparator müßte für Kleinleistungswandler, insbesondere im ISDN-Netz, in teuerer C-MOS-Technik realisiert werden. Der dazu erforderliche Meßspannungsteiler an der Eingangsspannung des Schaltreglers würde zusätzliche Verluste verursachen.

Aus der JP 61-35 163 (A) ist es prinzipiell bekannt, über einen Längsregler aus der Speisespannung des Schaltreglers die Versorgungsspannung für die Steuerschaltung des Schaltreglers zu gewinnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltreglers anzugeben, bei dem ein unerwünschter Reglerarbeitspunkt vermieden wird, ohne daß hierzu eine zusätzliche Auswerteeinrichtung zur Feststellung eines Schwellwertes für die Eingangsspannung nötig ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Schritte des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen Ausgestaltungen dieses Verfahrens auf.

Das Verfahren nach der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß keine verlustleistungserzeugende und teuere Auswerteeinrichtung zur Feststellung eines Schwellwertes für die Eingangsspannung nötig ist. Ein an einem Vorwiderstand betriebener Schaltregler zur Speisung der Teilnehmer über die Kommunikationsleitung funktioniert normalerweise nur bis zur Leistungsanpassung. Bei noch stärkerer Belastung würde der Schaltregler noch mehr Strom aufnehmen, was zur Folge haben würde, daß der Spannungsabfall am Leitungswiderstand größer werden würde als die Eingangsspannung U_ce am Schaltregler. Der Schaltregler würde in diesem Zustand verharren (U_ce<U_E/2), und es wäre keine Reglung mehr möglich. Mit den Maßnahmen der Erfindung wird ein solches Verhalten wirksam unterbunden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nun anhand eines Schaltregler-Stromlaufplanes näher erläutert. Der Schaltregler ist vom Typ eines Sperrwandlers mit galvanischer Trennung zwischen Primär- und Sekundärkreis. Dazu ist die Speicherdrossel L des Schaltreglers mit drei getrennten Wicklungen w1, w2 und w3 versehen. Er weist ein Schaltreglerstellglied - Feldeffekttransistor T1 - auf, welches über eine Steuerschaltung St in seinen Einschaltzustand gesteuert wird. Die Steuerschaltung St enthält einen Vierfach-Schmitt-Trigger, bestehend aus den Baugruppen D11, D12, D13, D14.

Insgesamt wirken diese Baugruppen als Pulsfrequenzmodula tionsstufe mit Puls-Pausen-Regelung über die Ausgangsspannung U_A für den Feldeffekttransistor T1, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird. Die Amplitude der Aus gangsgleichspannung U_A des Schaltreglers wird über den Spannungsteiler R1, R2 festgestellt und über den Regelver stärker RV und den Optokoppler - Fotodiode FD und Foto transistor FT - in die Steuerschaltung St übertragen. Die Speisespannung U_E wird über den Leitungswiderstand R_L des Kommunikationsnetzes zum Eingangskondensator C_e des Schalt reglers geführt. Die Eingangsspannung U_ce für den Schalt regler ist demnach die Spannung am Kondensator C_e. Dem Eingangskondensator C_e ist die Serienschaltung, bestehend aus Primärwicklung w1 der Speicherdrossel L, Schaltstrecke des Feldeffekttransistors T1 und Strommeßwiderstand R3, parallelgeschaltet. Der Längsregler LR, bestehend aus dem Feldeffekttransistor T2 den Widerständen R4, R5, R6 und dem Transistor T3, ist an den Eingangskondensator C_e angeschlossen und erfaßt die Ladespannung des Kondensators C_e. Der Widerstand R4 ist der Drain-Gate-Widerstand des Feldeffekt transistors T2. Die Widerstände R5 und R6 liegen in Serie zur Schaltstrecke des Feldeffekttransistors T2 und bilden einen Spannungsteiler für die Ansteuerung des Transistors T3.

Das Schaltspiel der Steuerschaltung St ist folgendermaßen: Nach Anlegen der Speisespannung U_E geht der Längsregler LR in Betrieb. Der astabile Multivibrator AM, bestehend aus dem Schmitt-Trigger D11, dem Widerstand R8 und dem Kondensator C1 als frequenzbestimmendes Glied, schaltet am Ausgang auf Low-Potential, da der Kondensator C1 entladen ist und beide Eingänge von D11 H-Potential führen. Das L-Potential am Ausgang von D11 bewirkt, daß der nachgeschaltete Schmitt- Trigger D12 an seinem Ausgang H-Potential führt. Über die Diode V1 wird der Kondensator C2 geladen. Über den Wider stand R7 gelangt vom Ausgang des Bausteins D11 L-Potential zum einen Eingang des Schmitt-Triggers D13. Der Ausgang von D13 führt daher H-Potential und ermöglicht ein Laden des Kondensators C3 über die Diode V2. Der Schmitt-Trigger D14 führt am Ausgang L-Potential, welches den Feldeffekttransistor T1 blockiert hält. Die Blockierung wird so lange aufrechterhalten, bis sich der Eingangskondensator C_e auf die Speisespannung U_E aufgeladen hat. Über den leitend gesteuerten Längsregler-Transistor T2 kann sich der Konden sator C1 über den Widerstand R8 aufladen. Nach Unterschrei ten der Schmitt-Trigger-Schwelle von D11 springt das Aus gangspotential von D11 von L auf H. Über den Widerstand R7 erhält der Schmitt-Trigger D13 H-Potential. Damit springt sein Ausgang auf L-Potential. Der Schmitt-Trigger D12 führt nun an beiden Eingängen H-Potential. Sein Ausgang springt auf L-Potential, was zur Freigabe des Anlaufkondensators C2 ("Soft Start") führt.

Der Kondensator C3 kann sich zunächst noch nicht entladen, weil über den sich jetzt erst entladenden Kondensator C2 das Emitter-Potential des Transistors T4 so weit angehoben ist, daß dieser noch sperrt. Mit dem weiteren Entladen von C2 kann der Transistor T4 allmählich mit sehr kleinem Strom leitend werden und mit diesem Strom den Kondensator C3 langsam entladen. Diese Entladung führt dazu, daß die Schmitt-Trigger-Schwelle von D14 unterschritten wird und T1 leitend gesteuert wird. Bei leitendem Schaltregler-Stell glied - Feldeffekttransistor T1 - fließt ein ansteigender Energieaufnahmestrom i_E über w1 in die Speicherdrossel L. Mit dem Strommeßwiderstand R3 wird dieser Energieaufnahme strom i_E erfaßt. Sobald der Spannungsabfall an R3 einen vorgegebenen Maximalwert erreicht, wird der Transistor T5 leitend. Am Ausgang des Schmitt-Triggers D13 erscheint H-Potential und demzufolge am Ausgang des Schmitt-Triggers D14 L-Potential, was zum Abschalten des Feldeffekttran sistors T1 führt. Die Energieaufnahmestromamplitude ist daher immer gleich. Wenn am Ausgang des Schmitt-Triggers D13 H-Potential erscheint, kann der Kondensator C3 schlagartig geladen werden. Der maximale Entladestrom J_max des Konden sators C3 und damit die maximale Schaltfrequenz des Schalt reglers ergibt sich zu:

da der Fototransistor FT hierbei nicht leitend ist und der Ausgang von D13 weiter L-Potential führt. Die Spannung U_R10 fällt am Widerstand R10 ab, der zwischen dem Ausgang des Transistors T3 und dem Basiseingang des Transistors T4 angeordnet ist. Dieser Widerstand R10 entkoppelt den Kondensator C4 von der Zenerdiode ZD1. Es gilt:

U_R10 « U_{BE (T4)}.

Der Transistor T4 wirkt als gesteuerte Stromquelle. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit der Ausgangsspannung U_A des Schaltreglers über den Fototransistor FT des Optokopp lers. Der parallel zum Fototransistor FT angeordnete Kondensator C4 integriert die Welligkeit der Ausgangsspannung. Die gesteuerte Stromquelle entlädt den Kondensator C3, der das Puls-Pausenverhältnis zur Ansteuerung des Feldeffekttransistors T1 bestimmt. Zu Beginn - Kondensator C3 voll geladen - ergibt sich eine lange Pausenzeit, die sich mit fortlaufender Entladung bei weiteren Schaltspielen verkürzt (Soft- Start). Nach dem Anlaufen wird der Entladestrom des Kondensators C3 durch den Spannungsabfall am Fototransistor FT bestimmt, der wiederum von der Höhe der Ausgangsspannung U_A des Schaltreglers abhängt. Somit wird die Pausenzeit in Abhängigkeit der Ausgangsspannung U_A gesteuert. Durch den in seiner Höhe konstanten Energieaufnahmestrom i_E wird die aufgenommene Leistung begrenzt und eine Kurzschlußfestigkeit des Schaltreglers erreicht.

Befindet sich der Schaltregler im Betriebszustand U_ce U_E/2, so befindet sich sowohl die Ausgangsspannung U_A als auch die Hilfsspannung U_H unterhalb ihres Nennwertes und der Längsregler LR regelt die Hilfsspannung U_H auf einen etwas kleineren Wert. Dies bedeutet, daß der astabile Multivibrator AM aktiv wird und den Schaltregler für eine bestimmte Zeit blockiert, so daß ein Anlaufen wie zuvor beschrieben stattfinden kann. Nach dem Anlaufen wird die Hilfsspannung U_H über die Hilfswicklung w3 der Speicherdrossel L und der Diode V2 auf einen etwas höheren Wert geregelt. Dies hat zur Folge, daß der Transistor T3 voll leitend wird und den astabilen Multivibrator außer Betrieb setzt. Gleichzeitig wird der Transistor T2 gesperrt und die Stromentnahme aus der Eingangsspannung unterbrochen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Schaltreglers über einen Vorwiderstand, insbesondere den Leitungswiderstand (R_L) eines Kommunikationsnetzes, wobei eine Steuerschaltung zur Blockierung bzw. Freigabe des Schaltreglerstellgliedes (T1) vorgesehen ist und wobei nach Anlegen der Eingangsspannung (U_E) der Schaltregler so lange blockiert wird, bis sichergestellt ist, daß sich der Eingangskondensator (C_e) des Schaltreglers auf die angelegte Eingangsspannung aufgeladen hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- die Blockierung bzw. die Freigabe des Schaltreglerstellgliedes (T1) wird durch einen astabilen Multivibrator (AM) vorgenommen, der über einen mit der Spannung am Schaltreglereingang (U_ce) beaufschlagten Längsregler (LR) gesteuert wird,
- nach dem Anlegen der Eingangsspannung (U_E) wird das Schaltreglerstellglied (T1) durch den Multivibrator (AM) so lange blockiert, wie durch dessen schaltzeitbestimmende Glieder (R8, C1) festgelegt ist,
- anschließend wird der Schaltregler durch den astabilen Multivibrator (AM) zum Anlaufen freigegeben,
- wenn der Schaltregler in einen Regelbereich kommt, bei dem die Spannung (U_ce) am Schaltreglereingang kleiner wird als die halbe Speisespannung (U_E), blockiert der astabile Multivibrator (AM) wiederum das Schaltreglerstellglied (T1) so lange, wie durch dessen schaltzeitbestimmenden Glieder (R8, C1) festgelegt ist,
- anschließend wird der Schaltregler durch den astabilen Multivibrator (AM) wieder zum Anlaufen freigegeben,
- nach dem Anlaufen wird über eine Hilfsspannung (U_H) des Schaltreglers der Längsregler (LR) gesperrt und damit der astabile Multivibrator (AM) außer Betrieb gesetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierzeit des astabilen Multivibrators (D11) über eine Spannung an der Hilfswicklung (w3) der Schaltregler- Speicherdrossel (L) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Energieaufnahmestrom (i_E) des Schaltreglers gemessen wird, daß bei Erreichen eines bestimmten Energieaufnahmestromes (i_E) das Schaltreglerstellglied (T1) abgeschaltet wird und somit immer eine konstante Energieaufnahme des Schaltreglers erreicht wird, und daß das Puls-Pausen-Verhältnis des Schaltreglerstellgliedes (T1) durch die Ausgangsspannung (U_A) des Schaltreglers bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Längsreglers (LR) aus der Speisespannung (U_E) des Schaltreglers eine konstante Versorgungsspannung gewonnen wird, die für die Steuerschaltung des Schaltreglers zur Verfügung gestellt wird.