DE3907410C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltregler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Schaltregler ist bekannt aus Electronics, Nov. 8, 1971, vol. 44, Heft 23, S. 79.

Schaltregler werden häufig mit Strombegrenzungseinrichtungen ausgestattet, die bei zu hohen Lastströmen das Schaltregler-Stellglied ausschalten, vgl. beispielsweise DE 34 02 479 A1. Beim Schaltregler gemäß DE 34 02 479 A1 wird im Lastkreis eine dem Laststrom entsprechende Spannung gebildet, die auf den Pulsfrequenzmodulator steuernd einwirkt. Beim Schaltregler gemäß EP 27 847 A1 wird ein Signal in Abhängigkeit des Stromes durch das Stellglied erfaßt und zusammen mit einem laststromproportionalen Signal zur Steuerung des Pulsbreitenmodulators verwendet.

Beim Schaltregler, gemäß Electronics, s. o., ist eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen, die den Strom durch das Stellglied erfaßt und das Stellglied über einen Steuereingang des Pulsbreitenmodulators sperrt, wenn ein aus dem Strom durch das Stellglied abgeleitetes Stromistwertsignal eine als Stromgrenzwert dienende Bezugsgröße überschreitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Schaltregler ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so fortzubilden, daß die Strombegrenzung hinsichtlich ihres Ansprechwertes genau arbeitet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 4 zeigen Weiterbildungen auf.

Die Erfindung besitzt folgende Vorteile:
Durch die Auswertung der Steuerimpulse des Stellgliedes für die Strombegrenzung ist eine schnelle Abschaltung des Stellgliedes bei plötzlicher Laständerung möglich. Aus diesem Grunde eignet sich die Anordnung gemäß der Erfindung für hohe Schaltfrequenzen. Durch die direkte Auswertung des Stromes durch das Stellglied wird diese schnelle Reaktion noch unterstützt. Verzögerungen durch eine sekundärseitige Stromauswertung, wie etwa beim Schaltregler gemäß DE 34 02 479 A1, treten nicht auf. Mit der Erfindung läßt sich ein Schaltregler mit rücklaufender Kennlinie ohne großen Aufwand realisieren. Für Schaltregler mit Potentialtrennung (Transformator zwischen Speisequelle und Last) ist die Erfindung vorteilhaft einsetzbar, da die Strombegrenzung allein im Primärkreis erfolgen kann. Lastproportionale Signale müssen für die Strombegrenzung nicht in den Primärkreis übertragen werden. Die Erfindung ist auch vorteilhaft einsetzbar, wenn für die Strombegrenzung ein genauer Ansprechwert gefordert ist, d. h. ein exakt reproduzierbarer Wert für den Umkehrpunkt der rücklaufenden Kennlinie. Für Schaltregler mit konstanter Energieabgabezeit - DE 34 02 479 A1, EP 2 05 630 A1 - ist die Erfindung sehr vorteilhaft einsetzbar.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nun näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltreglers nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der Strombegrenzungseinrichtung.

Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 stellt einen Schaltregler mit Pulsbreitensteuerung dar. An die eingangsseitige Gleichspannungsquelle QE mit der Eingangsspannung UE ist in Serie das Stellglied, hier ausgebildet als Bipolar-Leistungsschalttransistor TS, mit der Schaltregler-Induktivität LS geschaltet. Im dargestellen Beispiel ist der Schaltregler als Flußwandler ausgebildet. Die Freilaufdiode DF liegt im Lastkreis mit der Last RL. Der Kondensator CG ist ein ausgangsseitiger Glättungskondensator. Die an der Last RL abfallende Ausgangsspannung UA wird über einen Spannungsteiler R 1, R 2 erfaßt. Der Spannungsteilerabgriff ist mit einem Vergleichseingang eines Fehlerverstärkers FV verbunden. An den anderen Eingang des Fehlerverstärkers FV ist eine Referenzspannungsquelle QR angeschlossen. Je nach Höhe der Ausgangsspannung UA liefert der Fehlerverstärker FV ein Eingangssignal für einen Pulsbreitenmodulator PBM. Ein Taktgenerator TG liefert an einem seiner Ausgänge ein Sägezahnsignal zur Steuerung des Pulsbreitenmodulators PBM. Den Einschaltzeitpunkt des Stellgliedes bestimmt ein Taktgenerator TG, wohingegen der Auschaltzeitpunkt vom Pulsbreitenmodulator bestimmt wird. Es kann der integrierte Baustein DA 1060 verwendet werden, der den Pulsbreitenmodu? lator PBM, den Taktgenerator TG, den Fehlerverstärker FV so­ wie die dazugehörige Verknüpfungslogik enthält.

Zur Strombegrenzung des Laststromes IO ist erfindungsgemäß eine Strombegrenzungseinrichtung SB in Form eines Komparators K 2 vorgesehen, dessen einer Vergleichseingang mit dem Strommeßfühler SMF mittelbar oder unmittelbar und dessen anderer Vergleichseingang mit dem Steuereingang des Transistors TS über einen Signalumsetzer SU 1 verbunden ist. Der Strommeßfühler SMF erfaßt den Strom I 1 durch den Transistor TS. Er umfaßt beispielsweise einen Strommeßwandler SMW, dessen Primärwicklung in der Verbindungsleitung von der Gleichspannungsquelle QE zum Transistor TS oder vom Transistor TS zur Induktivität LS liegt. Seine Sekundärwicklung ist mit der Antiseriellschaltung einer Diode D 1 mit einer Zenerdiode ZD 1 überbrückt. Über eine Diode D 2 zur Gleichrichtung der Spannung an der Sekundärwicklung ist der Strommeßfühler SMF unmittelbar oder mittelbar über einen nachfolgend noch erläuterten weiteren Signalumsetzer SU 2 mit dem anderen Vergleichseingang des Komparators K 2 verbunden. Die Strombegrenzungseinrichtung SB verarbeitet so ein Signal in Abhängigkeit der Einschaltimpulse für den Transistor TS und ein Signal in Abhängigkeit des Stromes durch den Transistor TS. Die Strombegrenzungseinrichtung SB spricht an, d. h. sie sperrt den Transistor TS, wenn das Signal U 1 in Abhängigkeit des Stromes I 1 durch den Transistor TS größer wird als das Signal in Abhängigkeit der Einschaltimpulse für den Transistor TS. Damit genau dieses Verhalten erreicht wird und der Pulsbreitenmodulator PBM sowie der Taktgenerator TG in üblicher Weise arbeiten, ist der Ausgang des Pulsbreitenmodulators PBM über einen Entkopplungswiderstand R 9 an ein Verknüpfungsglied in Form eines D-Flip-Flops FF 1 und zwar an dessen negierten Takteingang angeschlossen. Ebenso ist der Ausgang des Komparators K 2 mit diesem negierten Takteingang über eine Entkoppeldiode DE verbunden. Die Entkoppeldiode DE ist dabei so gepolt, daß das Ausgangssignal des Komparators K 2 den Takteingang nur in Richtung negativen Potentials beeinflussen kann. Der zweite Ausgang des Taktgenerators TG, welcher Nadelimpulse mit Taktfrequenz führt, setzt das Flip-Flop FF 1 über den S-Eingang. Der Ausgang Q des Flip-Flops FF 1, der mit dem Steuereingang des Transistors TS verbunden ist, nimmt den logischen Wert 0 an und sperrt damit den Transistor TS, wenn am negierten Takteingang eine negative Flanke vom Ausgang des Komparators K 2 oder vom Ausgang des Pulsbreitenmodulators PBM erscheint.

Die Schaltungseinzelheiten für ein Ausführungsbeispiel der Strombegrenzungseinrichtung SB sind in Fig. 2 dargestellt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes FF 1 also das Steuersignal für das Stellglied wird einem Transistor T 1, der Bestandteil des Signalumsetzers SU 1 ist, basisseitig zugeführt. Der Kollektor dieses Transistors ist mit einer Versorgungsspannung von z. B. +12 V beaufschlagt. In der Emitterleitung des Transistors T 1 liegt die Serienschaltung bestehend aus einer Diode D 3, einem Widerstand R 3 und einem Kondensator C 1. Über der Serienschaltung:
Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T 1, Diode D 3 und Widerstand R 3 liegt ein Widerstand R 4 und über dem Kondensator C 1 der Widerstand R 5. Der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände R 4, R 5 ist mit dem einen Eingang des Komparators K 2 verbunden. Am Kondensator C 1 tritt zusammen mit seinem Ladewiderstand R 5 die Spannung U 2 gegen Bezugspotential GND auf. Sie stellt den arithmetischen gewichteten Mittelwert der Einschaltimpulse für das Stellglied dar. Die Wicklung wird drch das Spannungsteilerverhältnis R 3 : R 4/R 5 erreicht. Durch die Wichtung läßt sich der Gleichspannungswandler an verschiedene Betriebsverhältnisse anpassen.

Der Diode D 2 ist ein Spannungsteiler R 6, R 7 als Bestandteil des weiteren Signalumsetzers SU 2 nachgeschaltet, der wiederum von einem hochohmigen Widerstand R 8, beispielsweise 1 Megohm, überbrückt ist. Die Kathode der Diode D 2 ist mit dem einen Eingang des Komparators K 2 verbunden. Am Kondensator C 2 mit einem Ladewiderstand bestimmt durch die Parallelschaltung der Widerstände R 6 und R 7 tritt die Spannung U 1 gegen Bezugspotential GND auf. Der Spannungsteiler R 6, R 7 wirkt für das Ausgangssignal des Strommeßfühlers SMF im Sinne einer Dynamikreduzierung. Nur der am Widerstand R 7 abfallende Anteil wird zum arithmetischen Mittelwert hinzuaddiert, der am Kondensator C 2 erscheint.

Für das Laden des Kondensators ist der relativ niederohmige Widerstand R 7, z. B. 100 Ohm, maßgabend. Für das Entladen hingegen ist der hochohmige Widerstand R 6 parallel mit R 8 maßgebend.

Bisher wurde das Verfahren nach der Erfindung anhand eines Schaltreglers mit Pulsbreitenmodulation erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich natürlich auch bei Schaltreglern mit Pulsfrequenzmodulation, insbesondere bei dem Schaltregler gemäß EP 2 05 630 A1 mit konstanter Energieabgabephase, vorteilhaft einsetzen. Das Ausgangssignal des Pulsfrequenzmodulators oder ein davon abgeleitetes Signal wird dann dem einen Eingang des Komparators der Strombegrenzungseinrichtung zugeführt. Der andere Eingang wird entsprechend mit einem Signal in Abhängigkeit des Stromes durch den Stelltransistor beaufschlagt.

Claims (4)

1. Schaltregler, bei dem dem Stellglied (TS) mittels einer Steuereinrichtung (ST) pulsbreiten- oder frequenzmodulierte Steuerimpulse zugeführt werden, mit einer Strombegrenzungseinrichtung (SB), die das Stellglied (TS) sperrt, wenn ein aus dem Strom durch das Stellglied (TS) abgeleitetes Stromistwertsignal eine als Stromgrenzwert dienende Bezugsgröße überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsgröße aus den Steuerimpulsen gewonnen wird.

2. Schaltregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - einen Signalumsetzer (SU 1) zwischen dem Steuereingang des Stellgliedes (TS) und einem Vergleichseingang der Strombegrenzungseinrichtung (SB) zur Ermittlung des gewichteten arithmetischen Mittelwertes der Steuerimpulse für das Stellglied (TS).

3. Schaltregler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

• - einen Spannungsteiler (R 6, R 7) zur Gewinnung eines dynamikreduzierten Signals aus dem über einen Strommeßfühler (SMF) erfaßten Strom durch das Stellglied (TS),
• - einem weiteren Signalumsetzer (SU 2) zur Verarbeitung des dynamikreduzierten Signals am Spannungsteiler (R 6, R 7) in dem Sinne, daß das dynamikreduzierte Signal auf den Mittelwert des vom Strommeßfühler (SMF) abgebbaren Signals aufaddiert werden kann.

4. Schaltregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch

• - ein Verknüpfungsglied (FF 1) zwischen den Ausgängen eines Pulsbreiten-/Pulsfrequenzmodulator (PPM) und eines Taktgenerators (TG) zur Steuerung des Stellgliedes (TS) und der Strombegrenzungseinrichtung (SB) einerseits und dem Steuereingang des Stellgliedes (TS) andererseits.