DE3809090A1 - Sperrwandler mit einem pulsbreitenmodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sperrwandler mit einem Puls­ breitenmodulator, der zwei pulsbreitenmodulierte Schalttakte abgibt, die gegeneinander um eine halbe Peri­ ode eines unmodulierten Taktes verschoben sind, und mit einem Ausgangsfilter.

Zur Regelung der Ausgangsspannung von Gleichspannungs­ wandlern - unter anderem auch von Sperrwandlern - (zu den verschiedenen Wandlertypen vergleiche z.B.: Schaltnetz­ teile. Wüstehube, J. et al., 2. Auflage, VDE-Verlag, 1000 Berlin 12, 1982, Seiten 178 bis 180) werden auf dem Markt erhältliche Regelschaltungen verwendet. Die Regelschal­ tungen werden häufig auch Pulsbreitenmodulatoren genannt, je nachdem, welche ihrer Funktionen durch die Bezeichnung betont werden soll.

Die Pulsbreitenmodulatoren verkürzen in Abhängigkeit von der Regeldifferenz der Ausgangsspannung eines Gleichspan­ nungswandlers die Impulsbreiten eines (unmodulierten) Taktes mit einem Tastverhältnis, das geringfügig kleiner als 0,5 ist; dieser Unterschied soll jedoch im vorliegen­ den Zusammenhang nicht beachtet werden. Das Ergebnis der Impulsverkürzung ist ein pulsbreitenmodulierter Schalt­ takt, mit dem der Schalttransistor eines Gleichspannungs­ wandlers angesteuert wird. Mit dem pulsbreitenmodulierten Schalttakt werden die Einschalt- bzw. Ausschaltzeiten des Schalttransistors gesteuert und damit die Ausgangsspan­ nung des Gleichspannungswandlers auf einen Sollwert gere­ gelt, denn diese Zeiten legen die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers fest (vergleiche hierzu Wüste­ hube, l.c.). Unter den im Handel erhältlichen Pulsbrei­ tenmodulatoren gibt es Typen, die im Betriebsfall zwei verschiedene pulsbreitenmodulierte Schalttakte abgeben. Zu solchen Typen gehören z.B. die Bausteine UC3524A, SG3524B und UC3525A. Der Unterschied der beiden Schalt­ takte besteht darin, daß sie um eine halbe Periode des oben schon erwähnten (unmodulierten) Taktes mit dem Tast­ verhältnis 0,5 gegeneinander verschoben sind. Im allge­ meinen wird für einen Gleichspannungswandler nur einer dieser pulsbreitenmodulierten Schalttakte verwendet; bei­ de werden z.B. gebraucht, um die Oszillatoren mehrerer Pulsbreitenmodulatoren, die jeweils einen Gleichspan­ nungswandler regeln, zu synchronisieren (vergleiche z.B. DE 35 24 768).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sperr­ wandler der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die räumlichen Abmessungen der potentialtrennenden Mittel zwischen Primär- und Sekundärseite sowie der Aufwand an Mitteln für das Ausgangsfilter gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen mit gleichen Betriebsdaten verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch folgende Mittel gelöst:

1.1. zwei Schalttransistoren, die je von einem der beiden Schalttakte angesteuert werden,

1.2. zwei Überträger, deren Primärwicklung in Serie mit der Kontaktstrecke jeweils eines der beiden Schalttran­ sistoren geschaltet ist,

1.3. zwei Serienschaltungen, jeweils bestehend aus der Sekundärwicklung eines der Überträger und einer Diode, die parallel an den Eingang des Ausgangsfilters ange­ schlossen sind.

Das Ausgangsfilter des erfindungsgemäßen Sperrwandlers kann so bemessen werden, als sei es für einen Wandler mit doppelter Taktfrequenz gedacht, d.h., die Kapazitäten und die Induktivitäten können kleiner bemessen werden.

Da die geforderte Ausgangsleistung bei einem erfindungs­ gemäßen Sperrwandler über zwei Übertrager übertragen wird, kann jeder Übertrager z.B. eine geringere Höhe ha­ ben, als einer, der die Gesamtleistung zu übertragen hat.

Eine vorteihafte Ausgestaltung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Figur zeigt ein Prinzipschaltbild des erfindungsge­ mäßen Sperrwandlers.

Der in der Figur gezeigte Sperrwandler enthält einen Pulsbreitenmodulator PWM vom Typ UC3525A. Wird der Sperr­ wandler an einer Eingangsspannung UE angeschlossen, so wird der Pulsbreitenmodulator während der Anlaufphase über eine Anlaufschaltung AS mit einer Spannung V ver­ sorgt. Durch einen Widerstand RT und einen Kondensa­ tor CT, mit denen der Pulsbreitenmodulator PWM beschaltet ist, läßt sich die Taktfrequenz eines internen Oszilla­ tors einstellen. Auf Leitungen LA und LB gibt der Puls­ breitenmodulator PWM seine Schalttakte ab. Die Leitung LA ist an die Steuerelektrode eines ersten Schalttransis­ tors S 1 und die Leitung LB an die eines zweiten Schalt­ transistors S 2 angeschlossen. Die pulsbreitenmodulierten Schalttakte auf den Leitungen LA und LB unterscheiden sich lediglich durch eine zeitliche Verschiebung gegen­ einander. Die Verschiebung beträgt eine halbe Periode ei­ nes unmodulierten Taktes. Dieser Takt ergibt sich aus ei­ nem der pulsbreitenmodulierten Takte für den Grenzfall eines verschwindenden Modulationsgrades; er hat das Tast­ verhältnis 0,5, steht jedoch als solcher an keiner Stelle der Gesamtschaltung zur Verfügung.

Die Kontaktstrecke des Schalttransistors S 1 ist mit der Primärwicklung n 1 eines ersten Übertragers U 1 in Serie geschaltet. Diese Serienschaltung ist mit einem Anschluß auf Bezugspotential gelegt; der andere Anschluß ist an einen Punkt gelegt, dessen Potential um die Spannung UE über Bezugspotential liegt. Entsprechendes gilt für die Primärwicklung m 1 eines zweiten Übertragers U 2 und den Schalttransistor S 2.

Jeder der beiden Übertrager U 1, U 2 hat eine Sekundärwick­ lung n 2 bzw. m 2, die zum Sekundärkreis des gezeigten Sperrwandlers gehört. Die Serienschaltung aus der Sekun­ därwicklung n 2 mit einer Schottky-Diode D 2 ist an den Eingang eines Ausgangsfilters C 2, L 1, C 3 angeschlossen, an dessen Ausgang die geregelte Ausgangsspannung UA des Wandlers anliegt. Ebenso ist die Serienschaltung aus der Sekundärwicklung m 2 und der Schottky-Diode D 3 an den Ein­ gang des Ausgangsfilters C 2, L 1, C 3 angeschlossen. Die Schalter S 1, S 2 werden im Gegentakt geschlossen und ge­ öffnet, so daß im Betriebsfall die Ausgangskondensato­ ren C 2, C 3 in einer Halbperiode des unmodulierten Taktes über die Sekundärspule n 2 und in der nächstfolgenden Halbperiode über die Sekundärspule m 2 geladen werden.

Über Tertiärwicklungen n 3 und m 3 der Übertrager U 1, U 2 wird die Versorgungsspannung für den Pulsbreitenmodula­ tor PWM auf der Primärseite des Wandlers gewonnen. Die in diesen Wicklungen induzierten Spannungen werden durch Di­ oden D 1, D 4 gleichgerichtet und mit einem Kondensator C 1 gesiebt. Ist nach Ablauf der Anlaufphase der Kondensa­ tor C 1 geladen, so wird die Anlaufschaltung AS automa­ tisch abgeschaltet und die Versorgung des Pulsbreitenmo­ dulators PWM allein über die Tertiärwicklungen n 3 und m 3 vorgenommen.

Der für eine Spannungsregelung notwendige Istwert wird üem Mittenabgriff eines Spannungsteilers R 1, R 2 entnom­ men, über dem die Spannung des Kondensators C 1 abfällt.

Als Übertrager U 1 und U 2 sind beim Ausführungsbeispiel zwei Übertrager mit Kernen des Typs RM6 mit den Abmessun­ gen 14,7 × 14,7 × 12,5 mm³ eingesetzt. Die maximale Aus­ gangsleistung des Wandlers beträgt 40 W bei einer auf 5 V geregelten Ausgangsspannung UA. Die Eingangsspannung UE muß mindestens 8 V betragen.

Claims (2)

1. Sperrwandler mit einem Pulsbreitenmodulator, der zwei pulsbreitenmodulierte Schalttakte abgibt, die gegeneinan­ der um eine halbe Periode eines unmodulierten Taktes ver­ schoben sind, und mit einem Ausgangsfilter, gekennzeichnet durch 1.1. zwei Schalttransistoren (S 1, S 2), die je von einem der beiden Schalttakte (LA, LB) angesteuert werden,
1.2. zwei Übertrager (U 1, U 2), deren Primärwicklung (n 1, m 1) in Serie mit der Kontaktstrecke jeweils eines der beiden Transistoren (S 1, S 2) geschaltet ist,
1.3. zwei Serienschaltungen, jeweils bestehend aus der Sekundarwicklung (n 2, m 2) eines der Übertrager (U 1, U 2) und einer Diode (D 2, D 3), die parallel an den Eingang des Ausgangsfilters (C 2, L 1, C 3) angeschlossen sind.

2. Sperrwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Dioden (D 2, D 3) um Schottky-Dioden handelt.