DE3940956A1 - Verfahren zur steuerung eines gegentaktwandlers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steue­ rung eines stromgespeisten Gegentaktwandlers.

Ein solcher stromgespeister Gegentaktwandler ist aus Elektronik 1978, Heft 4, Seite 102 bis 107 (Druck­ schrift 1), insbesondere Seite 106, Bild 13 und zuge­ hörigem Text bekannt. Der bekannte Gegentaktwandler ent­ hält einen Transformator mit primär- und sekundärseiti­ gen Mittelanzapfungen. Primärseitig wird über eine Dros­ selspule an der Mittelanzapfung ein Strom eingespeist, der durch eine erste oder eine zweite Teilwicklung der Primärwicklung in Abhängigkeit von der Schaltstellung von an den Wicklungsenden angeschlossenen elektronischen Schaltern fließt. Der Druckschrift 1, Seite 106, ist zu entnehmen, daß bei einem solchen Wandler mit primärsei­ tiger Drosselspule die Steuerung der beiden elektroni­ schen Schalter unkritisch ist, weil eine Überlappung der Einschaltzeiten wegen der strombegrenzenden Wirkung der Drosselspule nicht zu einem Kurzschluß führt.

Die Leistungsaufnahme des Gegentaktwandlers richtet sich nach dem Lastwiderstand, wodurch eine naturliche Lastre­ gelung von Lastschwankungen erzielt wird.

Bei dem bekannten Gegentaktwandler ist sekundärseitig lediglich ein Spannungsabgriff vorgesehen; es wird aber in Druckschrift 1, Seite 106, darauf hingewiesen, daß auch mehrere, z. B. zwei Ausgänge, sekundärseitig möglich sind. Allerdings unterscheiden sich die sekundärseitigen Spannungen lediglich im Verhältnis der sekundärseitigen Windungszahlen von Teilwicklungen und sie können bei üblicher Steuerung des Wandlers nur gemeinsam in Abhän­ gigkeit von der Einschaltdauer des in Druckschrift 1, Bild 13, dargestellten Transistors T 1 verändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines stromgespeisten Gegentaktwandlers mit zwei Ausgangsspannungen anzugeben, welches eine von der ersten Ausgangsspannung unabhängige Regelung der zweiten Ausgangsspannung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steue­ rung eines stromgespeisten Gegentaktwandlers, welcher

• - einen Transformator mit primärseitigen und sekun­ därseitigen Mittelanzapfungen enthält, dessen pri­ märseitige Teilwicklungen über zwei elektronische Schalter abwechselnd während einer Takteinschalt­ dauer eingeschaltet werden und welcher sekundärsei­ tig Anzapfungen für die Ausgabe einer ersten, höhe­ ren Ausgangsspannung (U ₁) und einer zweiten, nie­ drigeren Ausgangsspannung (U ₂) hat, und
• - sekundärseitig eine Schaltungsanordnung zur Bildung der höheren Ausgangsspannung (U ₁) durch Spitzen­ wertbildung und eine Schaltungsanordnung zur Bil­ dung der niedrigeren Ausgangsspannung (U ₂) durch Mittelwertbildung aufweist, wobei,
• - um eine unabhängig von der höheren Ausgangsspannung (U ₁) veränderbar einstellbare niedrigere Ausgangs­ spannung (U ₂) zu erzielen, die beiden elektroni­ schen Schalter jeweils während einer um eine verän­ derbare Überlappungsdauer (tx) gegenüber einer Takteinschaltdauer (T) verlängerte Dauer einge­ schaltet werden, so daß sich die Einschaltzeiten der elektronischen Schalter um die Zeitdauer (tx) überlappen.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, sekundärseitig zur Bildung einer ersten höheren Ausgangsspannung eine An­ ordnung mit Spitzenwertbildung und für die zweite nie­ drigere Ausgangsspannung eine Anordnung zur Mittelwert­ bildung vorzusehen und durch betriebsmäßige veränderbare Überlappung der primärseitigen Einschaltzeiten ohne ei­ nen besonderen Schaltungsaufwand die niedrigere Aus­ gangsspannung veränderbar zu machen. Es ist vorteilhaft, daß die primärseitige Drosselspule klein bemessen werden kann, da sie nur für kleine Spannungszeitflächen ausge­ legt werden muß, direkt proportional dem gewünschten Regelbereich der niedrigeren Ausgangsspannung.

Eine ausführlichere Beschreibung erfolgt nachstehend anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 primär- und sekundärseitige Spannungsimpulse.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit einem durch eine Gleichrichterdiode 13 und einen ersten Glättungs­ kondensator 14 gebildeten Eingangsgleichrichter, dessen Pluspol über einen durch Eingangstransistor T r ₁ mit Freilaufdiode 17 und eine primärseitige Speicherdrossel­ spule 15 gebildeten Tiefsetzsteller in die Mittelanzap­ fung 11 ₃ der Primärwicklung eines Transformators 10 ein­ speist. Die Primärwicklung 11 ist durch die Mittelanzap­ fung 11 ₃ unterteilt in Teilwicklungen 11 ₁ und 11 ₂, wel­ che über Schalttransistoren Tr ₂ und Tr ₃ mit dem Minuspol verbunden sind.

Die Sekundärwicklung 18 des Transformators 10 weist ebenfalls eine Mittelanzapfung 18 ₁ auf, welche mit Masse verbunden ist. Die gesamte Sekundärwicklung 18 ist in aus Druckschrift 1, Bild 13, bekannter Weise zur Bildung einer ersten, höheren Ausgangsspanung U ₁ über Gleich­ richterdioden 21, 22 und einen zweiten Glättungskonden­ sator 24 genutzt. Die erste Ausgangsspannung U ₁ ist über einen ersten Ausgang 20 herausgeführt.

Die Sekundärwicklung 18 hat außerdem symmetrisch zur Mittelanzapfung 18 ₁ noch je eine Anzapfung 29 und 30, welche über Gleichrichterdioden 26, 28 und eine sekun­ därseitige Speicherdrosselspule 27 mit drittem Glät­ tungskondensator 31 eine zweite, niedrigere Ausgangs­ spannung U ₂ auf einen zweiten Ausgang 25 führen.

Die beschriebene Schaltungsanordnung ist an sich als stromgespeister Gegentaktwandler mit zwei Ausgangsspan­ nungen bekannt, wobei jedoch hier im Hinblick auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Betriebsweise für die Bildung der Ausgangsspannung unterschiedliche Schal­ tungsanordnungen gewählt wurden: die höhere Ausgangs­ spannung wird durch Spitzenwertbildung, die niedrigere Ausgangsspannung durch Mittelwertbildung erzeugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Gegen­ taktwandlers wird nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert, in welcher Spannungsimpulse, also Spannungen U in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt sind.

Fig. 2a zeigt den üblichen Betrieb des Tiefsetzstellers und Gegentaktwandlers, wobei in Zeile a 1 eine Ausgangs­ spannung am Eingangstransistor Tr ₁ während einer Ein­ schaltzeit t ₁ dargestellt ist und in den Zeilen a 2 und a 3 der übliche überlappungsfreie Betrieb der Schalttran­ sistoren Tr ₂ und Tr ₃ des Gegentaktwandlers. Das heißt, während der Taktzeit T ist jeweils einer der Schalt­ transistoren Tr₂, Tr₃ eingeschaltet.

In diesem Betriebsfall wird der höchste Spannungswert der zweiten Ausgangsspannung U ₂ erreicht, welcher sich von der ersten Ausgangsspannung U ₁ lediglich durch das mit Alpha bezeichnete Verhältnis der Zahl der Spulenwin­ dungen zwischen den Abgriffen 29 und 30 zur Gesamtwin­ dungszahl unterscheidet.

Um - unter Beibehaltung einer eingestellten ersten Aus­ gangsspannung U ₁ von z. B. 12 V - die zweite Ausgangs­ spannung U ₂ gegenuber ihrem höchsten Wert von z. B. 5 V zu verringern, wird die Einschaltdauer der Schalttransi­ storen Tr ₂ und Tr ₃ um eine Überlappungsdauer tx länger als die Taktzeit T gewählt, so daß die elektronischen Schalter Tr ₂, Tr ₃ jeweils für eine Dauer T+tx einge­ schaltet sind. Ein solcher Betriebszustand ist in Fig. 2b dargestellt. Zeile b 1 zeigt, daß der Eingangs­ transistor T r ₁ unverändert während einer Dauer t ₁ einge­ schaltet ist. In den Zeilen b 2 und b 3 ist die verlänger­ te Einschaltdauer der Schalttransistoren Tr ₂, Tr ₃ ge­ zeigt. Während der Überlappungsdauer tx wird wegen des gegensinnigen Stromflusses in den primärseitigen Teil­ wicklungen die sekundärseitige Spannung zu Null. Trotz der dadurch gegebenen Lücken im Verlauf der Sekundär­ spannung, welche in Fig. 2c dargestellt ist, bleibt die erste Ausgangsspannung U ₁ praktisch unverändert, da der zweite Glättungskondensator 24 bei richtiger Dimensio­ nierung die erste Ausgangsspannung U ₁ stützt.

Die sekundärseitige Speicherdrosselspule 27 bewirkt je­ doch in Verbindung mit dem dritten Glättungskondensator 31 eine Mittelwertbildung, wodurch die zweite Ausgangs­ spannung U ₂ jetzt verringert ist. Somit kann die zweite Ausgangsspannung U ₂ unabhängig von der ersten Ausgangs­ spannung U ₁ durch Wahl einer entsprechenden Überlap­ pungsdauer tx eingestellt werden.

Den mathematischen Zusammenhang der Sekundärspannungen gibt nachstehende Gleichung wieder:

U₂ = Alpha×U₁×(T-tx)

Darin bedeuten:
U ₁ = erste, höhere Ausgangsspannung,
U ₂ = zweite, niedrigere Ausgangsspannung,
T = Taktdauer,
tx = Überlappungsdauer,
Alpha = sekundärseitiges Verhältnis der Windungszahl zwischen den Abgriffen 29 und 30 zur Windungs­ zahl der gesamten Sekundärwicklung.

Die zweite Ausgangsspannung U ₂ kann nach dem beschriebe­ nen Verfahren zweckmäßig im Bereich von etwa 10 bis 20% unabhängig von der ersten Ausgangsspannung U ₁ verändert werden. Die primärseitige Speicherdrosselspule 15 braucht vorteilhaft nur für eine kleine Spannungszeit­ fläche proportional zum gewählten Regelbereich für die zweite Ausgangsspannung U ₂ dimensioniert zu werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Steuerung eines stromgespeisten Gegentaktwandlers, welcher

   • - einen Transformator mit primärseitigen und sekun­ därseitigen Mittelanzapfungen enthält, dessen pri­ märseitige Teilwicklungen über zwei elektronische Schalter abwechselnd während einer Takteinschalt­ dauer eingeschaltet werden und welcher sekundärsei­ tig Anzapfungen für die Ausgabe einer ersten, höhe­ ren Ausgangsspannung (U ₁) und einer zweiten, nie­ drigeren Ausgangsspannung (U ₂) hat, und
   • - sekundärseitig eine Schaltungsanordnung zur Bildung der höheren Ausgangsspannung (U ₁) durch Spitzen­ wertbildung und eine Schaltungsanordnung zur Bil­ dung der niedrigeren Ausgangsspannung (U ₂) durch Mittelwertbildung aufweist, wobei,
   • - um eine unabhängig von der höheren Ausgangsspannung (U ₁) veränderbar einstellbare niedrigere Ausgangs­ spannung (U ₂) zu erzielen, die beiden elektroni­ schen Schalter jeweils während einer um eine verän­ derbare Überlappungsdauer (tx) gegenüber einer Takteinschaltdauer (T) verlängerte Dauer einge­ schaltet werden, so daß sich die Einschaltzeiten der elektronischen Schalter um die Zeitdauer (tx) überlappen.