DE3712230C1

DE3712230C1 - DC voltage forward converter for a plurality of output voltages

Info

Publication number: DE3712230C1
Application number: DE19873712230
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr-Ing Hoffmann
Original assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Current assignee: Wandel and Golterman GmbH and Co
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1988-10-20

Abstract

In the case of known converters, a main module supplies a stabilised main output voltage and an AC voltage for supplying auxiliary modules which emit auxiliary output voltages. The auxiliary modules necessitate a relatively large outlay, and the auxiliary voltages produced by them are severely load-dependent. Both are intended to be reduced. The AC voltage is picked off a series circuit formed by the secondary winding of the converter transformer of the main module and that of the winding of an inductor which is magnetised by a current flowing from the rectifier to the energy-storage capacitor of the main module and by the input currents of the auxiliary modules. This results in significant reductions in the load dependency of the auxiliary voltages and in the outlay for the auxiliary modules. Supply of electronic apparatuses having freely selectable combinations of regulated, floating operating voltages. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungs-Durchflußwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a direct current flow converter according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Wandler ist aus J. WÜSTEHUBE, "Schaltnetzteile", ex pert verlag/ VDE-Verlag, Reihe Kontakt & Studium, 1979, Band 33, be kannt. Dort ist auf Seite 35 in Bild 1.10 ein Sperrwandler für mehrere Ausgangsspannungen dargestellt, und im zugehörigen Text ist angegeben, daß bei einem entsprechenden Durchflußwandler für jede Ausgangsspannung zusätzlich noch je eine Freilaufdiode und eine Drossel nötig wären.Such a converter is from J. WÜSTEHUBE, "switching power supplies", ex pert verlag / VDE-Verlag, series Kontakt & Studium, 1979, volume 33, be knows. There is a flyback converter for on page 35 in Figure 1.10 several output voltages are shown, and in the accompanying text it is stated that with a corresponding flow converter for each output voltage additionally a free-wheeling diode and a throttle would be necessary.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines derartigen Durchflußwandlers mit Regelung dargestellt, der mit der Reihen schaltung einer Primärwicklung 1 und eines Schalttransistors 2 an einer durch nicht näher dargestelltes Gleichrichten einer Netz spannung gebildeten Eingangsspannung U 1 liegt und der eine gere gelte Hauptausgangsspannung U 2 und eine mitgeführte Nebenaus gangsspannung U 3 abgibt. Die Basis des Schalttransistors 2 ist mit einem Steuerbaustein 3 verbunden, der eine Pulsbreitensteue rung derart vornimmt, daß er bei zu großer Hauptausgangsspannung U 2 kürzere Steuerimpulse und bei zu kleiner Hauptausgangsspannung längere Steuerimpulse abgibt. Hierzu wird ein zur Hauptausgangs spannung U 2 proportionales Signal über ein potentialtrennendes Glied 4 zum Steuerbaustein 3 zurückgeführt. Zwei Sekundärwicklun gen 5, 6 speisen jeweils eine Gleichrichterschaltung für die Hauptausgangsspannung U 2 und die Nebenausgangsspannung U 3, die aus einem Gleichrichter 7 bzw. 8, einer Freilaufdiode 9 bzw. 10 , einer Drossel 11 bzw. 12 und einem Kondensator 13 bzw. 14 besteht. Bei der dargestellten Anordnung werden zwar Schwankungen der Ein gangsspannung U 1 von der geregelten Hauptausgangsspannung U 2 und auch von der mitgeführten Nebenausgangsspannung U 3 weitgehend ferngehalten. Doch ist die Nebenausgangsspannung U 3 von der Bela stung wesentlich stärker abhängig als die Hauptausgangsspannung U 2. Die Nebenausgangsspannung U 3 steigt im Leerlauf bis auf den Spitzenwert der gleichgerichteten Spannung an, weil die dann stromlose Drossel 12 nicht mehr den Mittelwert der Nebenausgangs spannung U 3 bilden kann.In Fig. 1, a simplified circuit diagram of such a forward converter with control is shown, which is connected to the series circuit of a primary winding 1 and a switching transistor 2 at a voltage formed by not shown rectification of a network voltage input voltage U 1 and a gere main output voltage U 2 and emits an accompanying output voltage U 3 . The base of the switching transistor 2 is connected to a control module 3 , which performs a pulse width control in such a way that it delivers shorter control pulses when the main output voltage U 2 is too large and longer control pulses when the main output voltage is too small. For this purpose, a signal proportional to the main output voltage U 2 is fed back to the control module 3 via a potential-separating element 4 . Two secondary windings 5, 6 each feed a rectifier circuit for the main output voltage U 2 and the secondary output voltage U 3 , which consist of a rectifier 7 or 8 , a freewheeling diode 9 or 10 , a choke 11 or 12 and a capacitor 13 or 14 consists. In the illustrated arrangement, although variations of the output voltage U A are 1 from the main regulated output voltage U 2 and also from the entrained secondary output voltage U largely kept. 3 However, the secondary output voltage U 3 is much more dependent on the load than the main output voltage U 2 . The secondary output voltage U 3 rises in idle to the peak value of the rectified voltage, because the then currentless choke 12 can no longer form the mean value of the secondary output voltage U 3 .

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung ist aus Hewlett Packard Journal, July 1985, Seite 14, Fig. 1, bekannt und vermeidet weitgehend den zuletzt genannten Nachteil durch Verwenden einer beiden Gleichrichterkreisen gemeinsamen Drossel mit zwei Wicklun gen 15, 16, deren Windungszahlverhältnis demjenigen der Sekundär wicklungen 5 a, 5 b entspricht und von denen jeweils eine Wicklung in einem der beiden Gleichrichterkreise liegt. Dadurch entsteht an beiden Spannungsausgängen der Mittelwert der gleichgerichteten Spannung, auch wenn nur ein Ausgang belastet ist.The arrangement shown in Fig. 2 is known from Hewlett Packard Journal, July 1985, page 14, Fig. 1, and largely avoids the last-mentioned disadvantage by using a choke common to two rectifier circuits with two windings 15, 16 , the number of turns ratio of which the Corresponds to secondary windings 5 a , 5 b and each of which has a winding in one of the two rectifier circuits. This results in the mean value of the rectified voltage at both voltage outputs, even if only one output is loaded.

Verschiedenartige elektronische Geräte benötigen oft dieselbe Hauptausgangsspannung (z. B. 5 Volt) mit großer Leistung, aber gerätespezifisch unterschiedliche Nebenausgangsspannungen mit kleinerer Leistung. Daher muß mit den beschriebenen Anordnungen für jede Anwendung ein anderer Wandler entwickelt, gefertigt und im Service bereitgehalten werden. Die verschiedenen, für eine bestimmte Hauptausgangsspannung ausgelegten Wandler unterscheiden sich bezüglich der Übertragerwicklungen für die Nebenausgangs spannungen, und sie benötigen soviele weitere Drosseln, als Ne benausgangsspannungen vorhanden sind, oder eine Drossel mit ent sprechend vielen Wicklungen.Different types of electronic devices often need the same Main output voltage (e.g. 5 volts) with great power, however device-specific different auxiliary output voltages with less power. Therefore, with the arrangements described developed, manufactured and manufactured a different converter for each application be kept ready in the service. The different, for one distinguish certain main output voltage designed converter yourself regarding the transformer windings for the secondary output voltages, and they need as many more chokes than Ne output voltages are present, or a choke with ent speaking a lot of windings.

Gegen eine solche Typenvielzahl schafft ein aus baukastenartig zusammensetzbaren Modulen bestehendes System Abhilfe, das einem Hauptmodul, der eine geregelte Hauptausgangsspannung erzeugt und der außerdem einen Wechselspannungsausgang aufweist, und ver schiedene an diesen Wechselspannungsausgang anschließbare Gleichrichter-Nebenmodule aufweist, die mit Hilfe von entspre chenden Transformatoren die unterschiedlichen Nebenausgangsspan nungen erzeugen.Against such a variety of types one creates a modular system Composable modules existing system remedy that one Main module that generates a regulated main output voltage and which also has an AC voltage output, and ver different connectable to this AC voltage output Rectifier secondary modules, which correspond with the help of suitable transformers the different auxiliary output chips generate responses.

Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild eines derartigen, einer Kombination der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen entsprechenden Wandlers, bei dem ein Gleichrichter kreis 8 a, 10 a, 12 a, 14 a zur Erzeugung der Nebenausgangsspannung U 3 nicht, wie dies in Fig. 1 der Fall ist, an eine zweite Se kundärwicklung 6 des Wandlers, sondern über einen potentialtren nenden Hilfstransformator 17 an die den Gleichrichter für die Hauptausgangsspannung U 2 a speisende Hauptsekundärwicklung 5 a des Wandlerübertragers angeschlossen ist. Diese Anordnung weist aber dieselben Nachteile auf wie die in Fig. 1 dargestellte Anord nung. An Klemmen 18 des Wechselspannungsausgangs, die mit der Hauptsekundärwicklung 5 a verbunden sind, können noch weitere, nicht näher dargestellte Gleichrichter-Nebenmodule zur Erzeugung weiterer Nebenausgangsspannungen angeschlossen werden. Fig. 3 shows the basic circuit diagram of such a, a combination of the arrangements shown in FIGS. 1 and 2 corresponding converter, in which a rectifier circuit 8 a , 10 a , 12 a , 14 a for generating the secondary output voltage U 3 not like this in Fig. 1 is the case to a second Se secondary winding 6 of the converter, but via a potential-isolating auxiliary transformer 17 to the rectifier for the main output voltage U 2 a feeding main secondary winding 5 a of the converter transformer is connected. However, this arrangement has the same disadvantages as the arrangement shown in FIG. 1. At terminals 18 of the AC voltage output, which are connected to the main secondary winding 5 a , further rectifier secondary modules, not shown in more detail, can be connected to generate further secondary output voltages.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen modular aufgebauten Durchflußspannungswandler anzugeben, der einen Hauptmodul zur Erzeugung einer geregelten Hauptausgangsspannung und unterschiedliche, an einen Wechselspannungsanschluß des Hauptmoduls trransformatorisch in beliebiger Kombination an schließbare Gleichrichter-Nebenmodule besitzt, deren Nebenaus gangsspannungen ebenfalls weitgehend unabhängig von der Last und von der Eingangsspannung sind.The invention is therefore based on the object of a modular constructed flow voltage converter to specify the one Main module for generating a regulated main output voltage and different, to an AC connection of the Main module transformer in any combination has lockable rectifier auxiliary modules, their auxiliary components also largely independent of the load and of the input voltage.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merk male gelöst.This object is characterized by the marked in claim 1 times solved.

Auf diese Weise kann aus nur wenigen unterschiedlichen Modultypen eine Vielzahl geregelter Wandler mit den unterschiedlichsten Kom binationen sehr konstanter Haupt- und Nebenausgangsspannungen zusammengestellt werden, wodurch sich große Ersparnisse an Ent wicklungszeit und bei der Lagerhaltung ergeben.This way you can choose from just a few different module types a large number of regulated converters with the most varied com combinations of very constant main and secondary output voltages can be put together, resulting in large savings in Ent development time and storage.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen gekennzeichnet.Appropriate developments of the invention are in the Unteran sayings marked.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Fig. 4 bis 6 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei zeigtThe invention is explained below with reference to the embodiments shown in FIGS. 4 to 6 of the drawing. Here shows

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Drossel mit zwei Wicklungen, Fig. 4 shows a first embodiment with a choke with two windings,

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Einfachdrossel und Fig. 5 shows a second embodiment with a single throttle and

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel in Gegentaktausführung der Sekundärseite. Fig. 6 shows a third embodiment in push-pull version of the secondary side.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel lie fert ein Gleichrichterkreis des Hauptmoduls A die Hauptausgangs spannung U 2 b. Er ist mit einer Doppeldrossel 19 versehen, deren zweite Wicklung 20 zusammen mit einer Sekundärwicklung 5 b des Wandlerübertragers des Hauptmoduls eine Reihenschaltung bildet, die an den Wechselspannungsanschluß bildenden Klemmen 21, 22 liegt. Daran ist ein selbst ungeregelter, aber eine stabile Ne benausgangsspannung U 3 b liefernder Nebenmodul B angeschlossen, der einen die Größe der Nebenausgangsspannung U 3 b bestimmenden Potentialtrenntransformator 23 und einen einfachen Spitzengleich richter mit Diode 24 und Kondensator 25 enthält. Ein weiterer, ebenfalls an den Klemmen 21, 22 liegender Nebenmodul C liefert eine weitere stabile Nebenausgangsspannung U 4 b.In the first embodiment shown in FIG. 4, a rectifier circuit of the main module A produces the main output voltage U 2 b . It is provided with a dual coil 19, the second winding 20, together with a secondary winding 5b of the Wandlerübertragers of the main module forms a series circuit forming the alternating voltage terminals 21, is the 22nd Is it a self unregulated, but a stable Ne benausgangsspannung U connected 3 b-forming auxiliary module B which includes a size of the secondary output voltage U 3 b-determining potential isolation transformer 23, and a simple peak rectifier with diode 24 and capacitor 25th Another secondary module C , also located at terminals 21, 22 , provides a further stable secondary output voltage U 4 b .

Das in Fig. 5 in einem Ausschnitt dargestellte zweite Ausfüh rungsbeispiel ist elektrisch der in Fig. 4 dargestellten Anord nung gleichwertig. Es unterscheidet sich von letzterer im wesent lichen durch Verwendung einer einfachen Drossel, deren Wicklung 26 ebenso wie bei der Anordnung gemäß Fig. 4 zusammen mit einer Sekundärwicklung 5 c des Wandlerübertragers des Hauptmoduls eine Reihenschaltung zur Speisung von Klemmen 21 c, 22 c eines Wechsel spannungsanschlusses bildet. Die Drossel 26 liegt hier jedoch in der anderen Zuleitung zum Kondensator 13 c, die von diesem zum Verbindungspunkt der Freilaufdiode 9 c mit dem von der Gleichrich terdiode 7 c abgewandten Anschluß der Sekundärwicklung 5 c führt, so daß dieselbe Reihenschaltung sowohl die Nebenmodule als auch die Gleichrichterschaltung des Hauptmoduls speisen kann. An die Klemmen 21 c, 22 c können beliebig viele Nebenmodule angeschlossen werden, die wie der in Fig. 4 dargestellten Anordnung im wesentlichen nur einen Transformator, eine Gleichrichterdiode und einen Ladekondensator enthalten. The second example shown in a detail in FIG. 5 is electrically equivalent to the arrangement shown in FIG. 4. It differs from the latter essentially by using a simple inductor, the winding 26 of which, just as in the arrangement according to FIG. 4, together with a secondary winding 5 c of the converter transformer of the main module, a series connection for supplying terminals 21 c , 22 c of an AC voltage connection forms. However, the inductor 26 is in the other supply line to the capacitor 13 c , which leads from this to the connection point of the freewheeling diode 9 c with the connection of the secondary winding 5 c facing away from the rectifier diode 7 c , so that the same series connection both the secondary modules and the Rectifier circuit of the main module can feed. Any number of secondary modules can be connected to the terminals 21 c , 22 c which, like the arrangement shown in FIG. 4, essentially only contain a transformer, a rectifier diode and a charging capacitor.

Das in Fig. 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel zeigt ei nen Durchflußwandler, dessen Hauptmodul einen Wandlerübertrager 5 d mit sekundärseitiger Gegentaktwicklung besitzt, deren äußere Anschlüsse jeweils mit einer Klemme 28 bzw. 29 zweier Wechsel spannungsanschlüsse 27, 28 und 27, 29 und mit den einen Anschlüs sen zweier Gleichrichterdioden eines Hauptmoduls verbunden sind und deren Mittelanschluß über die einzige Wicklung 26 d der Dros sel mit einer gemeinsamen Klemme 27 der beiden Wechselspannungs anschlüsse und mit dem einen Anschluß eines Ladekondensators 13 d verbunden ist, dessen anderer Anschluß an den anderen Anschlüssen der Gleichrichterdioden liegt. An die Wechselspannungsanschlüsse 27, 28 und 27, 29 sind jeweils beliebig viele Nebenmodule an schließbar, die einen Transformator, einen Gleichrichter und ei nen Ladekondensator enthalten. Hier ist es möglich, aber nicht nötig, auch die Module für die Nebenausgangsspannungen jeweils mit zwei einzelnen, im Gegentakt arbeitenden Trenntransformatoren zu versehen.The third exemplary embodiment shown in FIG. 6 shows a forward converter, the main module of which has a converter transformer 5 d with a push-pull winding on the secondary side, the outer connections of which are connected to one terminal 28 and 29, two alternating voltage connections 27, 28 and 27, 29 and one connection sen two rectifier diodes of a main module are connected and the center connection via the single winding 26 d of the Dros sel with a common terminal 27 of the two alternating voltage connections and is connected to the one terminal of a charging capacitor 13 d , the other terminal of which is connected to the other terminals of the rectifier diodes . Any number of auxiliary modules can be connected to the AC voltage connections 27, 28 and 27, 29 , which contain a transformer, a rectifier and a charging capacitor. Here it is possible, but not necessary, to provide the modules for the secondary output voltages with two separate isolating transformers working in push-pull mode.

Claims

1. Primarily clocked DC voltage flow converter for the supply of electronic devices, with a main module for generating a constant regulated main output voltage, in which a capacitor and a choke are charged via a main rectifier in a flow phase and in which the charged choke the capacitor via a in a blocking phase Freewheeling diode continues to charge, and with at least one transforming and rectifying auxiliary module that generates a secondary output voltage and that is connected to an AC voltage output of the main module, characterized in that the AC voltage output of the main module is connected in series to a secondary winding of the converter transformer of the main module with a winding of the choke lies and that the secondary module contains only a transformer, a rectifier diode and a charging capacitor.

2. Converter according to claim 1, characterized in that the Dros sel has two windings 19, 20 , of which one winding 19 is connected on the one hand to a main rectifier and a freewheeling diode and on the other hand to a storage capacitor of the main module and of which the other Winding 20 in the connected with the terminals 21, 22 of the AC voltage connection NEN series connection with the secondary winding 5 b of the converter transformer.

3. Converter according to claim 1, characterized in that the Dros sel has only one, directly with the secondary winding 5 c of the converter transformer in series winding 26 and one hand with a connection of the storage capacitor 13 c and one of the AC voltage connections 22 c and the other is connected to a connection of the freewheeling diode 9 c and a connection of the secondary winding 5 c of the converter transformer, the other connection of which is connected to the other AC connection 21 c .

4. Converter according to claim 1, characterized in that the secondary winding of the converter transformer 5 d is a push-pull winding, the outer connections of which are each connected to one terminal 28 or 29 of two AC voltage connections 27, 28 and 27, 29 and to the one connection of two rectifier diodes Main module are connected and the center connection via the single winding 26 d of the inductor with a common terminal 27 of the two alternating voltage connections and with one connection of a charging capacitor 13 d is connected, the other connection of which is connected to the other connections of the rectifier diodes, and that Any number of auxiliary modules can be connected to the AC voltage connections 27, 28 and 27, 29 , which contain a transformer, a rectifier and a charging capacitor.