DE4210817A1

DE4210817A1 - Elektronischer Pulsweitenregler

Info

Publication number: DE4210817A1
Application number: DE19924210817
Authority: DE
Inventors: Josef Rauh; Horst Edel; Hermann Bauer
Original assignee: Gossen GmbH
Current assignee: GMC-I GOSSEN-METRAWATT GMBH, 90471 NUERNBERG, DE
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-10-07

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Pulsweiten regler, insbesondere einen Pulsweitenregler zum Einsatz in strom- und spannungsgeregelten Netzgeräten.

Bekannte elektronische Pulsweitenregler weisen einen Taktgenerator auf, dessen Takteingang durch eine vorgeb bare Taktfrequenz ansteuerbar ist. Die ausgangsseitige Pulsweite ist von einem an seinem Eingang anliegenden Ausgangssignal einer Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schal tung abhängig, die in an sich bekannter Weise über ein Gegenkopplungsnetzwerk gegengekoppelt ist. Die von den Ausgängen des Taktgenerators gewonnenen Ausgangssignale, d. h. Impulssignale unterschiedlicher Impulslänge, werden als Schalter-Ansteuersignale einer nachgeordneten Ver stärkerstrecke zugeführt.

Beispielsweise können die Steuersignale eine Frequenz von 100 kHz aufweisen. Werden sie einer Schaltungsanord nung aus Leistungstransistoren zugeführt, läßt sich dadurch eine vorhandene Gleichspannung zerhacken und über einen Leistungsübertrager auf eine Sekundärseite eines Netzgerätes übertragen, in dem in üblicher Weise noch eine Siebung und Dämpfung der zerhackten Gleich spannung vorgenommen wird. Am Ausgang dieser sekundär seitigen Schaltungsanordnung stehen dann Strom und Span nung in der eingestellten, gewünschten Form zur Verfü gung.

Zur Regelung derartiger Netzgeräte ist es z. B. bekannt, Strom- und Spannungsverstärker vorzusehen, die beide über eine Referenzquelle versorgt werden. In diesen Verstärkern wird die zu regelnde Größe U_A oder I_A, d. h. Ausgangsspannung oder -strom, mit dem jeweiligen Refe renzsignal verglichen. Die aus dem Vergleich gewonnenen Regelsignale x_u und x_i werden einer Oder-Schaltung zuge führt. Das Ausgangssignal wird dem vorhandenen Pulswei tenregler zugeführt und mit dem Ausgangssignal einer üblichen unterlagerten Stromschleife verglichen. Daraus wird die für diesen Arbeitspunkt benötigte Pulsbreite, d. h. die Breite der Steuersignalimpulse abgeleitet.

Eine Regelvorrichtung der im Vorangehenden erläuterten Art läßt sich relativ problemlos dann einsetzen, wenn die getakteten Netzgeräte einfacher Bauart sind, d. h. entweder der Strom oder die Spannung regelbar ist. Für Netzgeräte mit einem sehr weiten Regelbereich für Strom und Spannung treten im Regelkreis nicht unerhebliche Stabilitätsprobleme auf, die mit Regelvorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht mehr zu bewältigen sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Pulsweitenregler zum Einsatz in strom- und spannungsgeregelten Netzgeräten derart weiterzubil den, daß die Regelgrößen über die weiten Einstellberei che ausreichend große Stabilitätsreserven aufweisen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem elektronischen Pulsweitenregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß vom Eingang oder Ausgang der Strecke oder aus der Strecke heraus ein Rückkopplungszweig zu einem Eingang der im Pulsweiten regler enthaltenen Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schal tung zusätzlich vorgesehen ist, derart, daß das an einem Ausgang der Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung vor liegende Signal eine Sägezahnfunktion ist, deren Stei gung von der Pulsweite der Ausgangssignale des Pulswei tenreglers abhängig ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahmen (ins besondere ungewöhnliche Addition digitaler Signale mit analogen Signalen) ergibt sich eine Erhöhung der Stabi lität im weiten Arbeitsbereich. Derart rückgekoppelte Pulsweitenregler können aber nicht nur in Schaltnetz teilen, sondern auch beispielsweise in Motor-Steue rungen eingesetzt werden, die mittels Pulsweitenmodula tion geregelt werden. Auch dort treten Probleme auf, wenn weite Regelbereiche angestrebt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche erreicht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das durch den zusätz lichen Rückkopplungszweig gewonnene Einkoppelsignal am Eingang der Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung aus rechteckigen Impulsen mit fester Taktfrequenz besteht. Darüber hinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn die negative Flanke der Sägezahnfunktion, welche das am Ausgang der Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung vor liegende Signal darstellt, wesentlich steiler ist als die positive Flanke dieser Sägezahnfunktion.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält der zusätzlich vorgesehene Rückkopplungszweig steuerbare Halbleiter, über die die Ausgänge des Pulsweitenreglers miteinander verknüpft sind.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn bei klei nen Pulsbreiten zur Vermeidung eines Impuls-Gruppenbe triebes einem Eingang des Pulsweitenreglers ein zusätz liches, von der Steigung eines Rampensignals abhängiges Einschalt-Impulssignal überlagert wird.

Ein derartiges Einschalt-Impulssignal läßt sich vorzugs weise durch einen Kondensator erzeugen, über den die steile negative Flanke des Rampensignals auf das Abbild des Stroms des Schalttransistors eingekoppelt wird. Auf der anderen Seite besteht die vorteilhafte Möglichkeit, daß bei großen Pulsbreiten, und zwar kurz vor Erreichen der maximalen Pulsweitenbegrenzung, zur Vermeidung von Instabilitäten zusätzlich dem Eingang der Fehler-Ver stärker-Vergleichs-Schaltung ein der Steigung des Ram pensignals proportionales Signal überlagert wird.

Die Einkopplung dieses zur Stabilisierung dienenden Signals erfolgt vorzugsweise über einen zwischen den Rampensignalausgang und den Eingang der Fehler-Verstär ker-Vergleichs-Schaltung geschalteten, weiteren Konden sator.

Darüber hinaus läßt sich gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Einfluß der Rückkopplung über einen im Rückkopplungszweig liegenden Widerstand durch die Spitzenspannung und die Pulsweite der an den Ausgängen des Pulsweitenreglers liegenden Pulsspannung bestimmen. Letztendlich ist es auch vorteilhaft, wenn der erste Ausgang und der zweite Ausgang des Pulsweiten reglers über diesen beiden Ausgängen nachgeschaltete Dioden am Eingang des Rückkopplungszweiges miteinander verknüpft sind.

Die Erfindung wird im Rahmen von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Regelkreises mit unter lagerter Stromschleife für die Spannungs- und Stromregelung in getakteten Netzgeräten;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zu einer im wesentlichen aus einer Verstärkerstrecke, einer Rege lungsvorrichtung und einem Pulsweitenregler bestehenden Schaltungsanordnung zum Regeln von Ausgangsspannung und -strom der Verstär kerstrecke;

Fig. 3 ein Schaltbild eines erfindungsgemäß ausge bildeten, elektronischen Pulsweitenreglers, der z. B. bei Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 oder Fig. 2 eingesetzt werden kann.

Aus der Fig. 1 ist ein Schaltbild zu einer Schaltungs anordnung 90 eines Regelkreises ersichtlich, der für die Spannungs- und Stromregelung in einem getakteten Netz gerät dient. Der hier gezeigte Regelkreis entspricht dem Stand der Technik. Das getaktete Netzgerät weist eine Primärseite 71 sowie eine Sekundärseite 72 auf. An einer ersten Eingangsklemme 73 und an einer zweiten Eingangs klemme 74 auf der Primärseite 71 steht eine ankommende Gleichspannung U_G. Die Schaltungsanordnung der Primär seite 71 enthält ferner zwei Schalttransistoren 76 und 77 über welche die ankommende Gleichspannung U_G zerhackt und anschließend über einen Leistungsübertrager 75 auf die Sekundärseite 72 des Netzgerätes übertragen wird. Im Anschluß an den Leistungsübertrager 75 weist die Sekun därseite 72 noch Dioden 78 und 78′ auf, ferner noch einen Induktivität 79, wobei diese Schaltelemente als Sieb- und Dämpfungsglieder dienen, um die auf der Sekundär seite 72 nunmehr vorhandene Gleichspannung in üblicher Weise einer Siebung und Dämpfung zu unterwerfen.

Letztendlich stehen an einer ersten Ausgangsklemme 91 sowie an einer zweiten Ausgangsklemme 92 der Sekundär seite 72, d. h. also praktisch am Ausgang des Netzgerätes eine Ausgangsspannung U_A sowie ein Ausgangsstrom I_A zur Verfügung, wobei es sich um die durch den Regelkreis gemäß Fig. 1 zu regelnden Größen U_A und I_A handelt. Zum Zwecke einer derartigen Regelung von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom weist nun die Schaltungsanordnung 90 gemäß Fig. 1 zunächst die folgenden Schaltungskomponen ten auf: Einen mit der Sekundärseite 72 gekoppelten Stromverstärker 61 sowie einen ebenfalls mit der Sekun därseite 72 gekoppelten Spannungsverstärker 62. Somit werden dem Stromverstärker 61 die Ist-Werte des Aus gangsstromes I_A einerseits und dem Spannungsverstärker 62 die Ist-Werte der Ausgangsspannung U_A andererseits zugeführt, wobei diese jeweiligen Ist-Werte auf der Sekundärseite 72 des Netzgerätes abgegriffen werden.

Mit dem Stromverstärker 61 ist nun eine Referenzquelle 61′ verbunden, welche einen Referenzstrom I_ref an den Stromverstärker 61 liefert. Andererseits ist mit dem Spannungsverstärker 62 eine Referenzquelle 62′ verbun den, von welcher aus eine Referenzspannung U_ref an den Spannungsverstärker 62 geliefert wird. Die Werte des Referenzstromes bzw. der Referenzspannung werden in üblicher Weise z. B. aus Hilfsversorgungen gewonnen, beispielsweise dadurch, daß ein Potentiometer entspre chend eingestellt wird. Auf der anderen Seite ist aber auch eine externe Ansteuerung über einen Rampengenerator oder über einen D/A-Wandler oder dgl. möglich, um dem Stromverstärker 61 bzw. dem Spannungsverstärker 62 die erforderlichen Referenzen zur Verfügung zu stellen.

In dem Stromverstärker 61 wird infolgedessen der zu regelnde Ausgangsstrom I_A mit einem entsprechenden Refe renzwert verglichen. Ebenfalls wird in dem Spannungsver stärker 62 die zu regelnde Ausgangsspannung U_A mit dem entsprechenden Referenzwert verglichen, so daß einer seits an einem Ausgang 61′′ des Stromverstärkers 61 ein Regelsignal x_i und andererseits an einem Ausgang 62′′ des Spannungsverstärkers 62 ein Regelsignal x_u steht. Bei diesen Regelsignalen x_i und x_u handelt es sich um die durch den Vergleich festgestellten Regelabweichungen.

Die beiden Regelsignale x_u und x_i werden sodann einer Oder-Schaltung 63 zugeführt und in dieser Oder-Schaltung 63 miteinander verknüpft, so daß entsprechend dem Soll- Arbeitspunkt auf die Größe x_u oder x_i geregelt wird.

Im Anschluß an die Oder-Schaltung 63 wird das resultie rende und vorhandene Regelsignal, d. h., entweder das Regelsignal x_i oder x_u, auf einen ersten Eingang 67 (positiver Eingang) eines Komparators 70 gegeben. Der zweite Eingang 68 (negativer Eingang) des Komparators 70 wird mit einem dem Schalterstrom I_p im Primärkreis, d. h. auf der Primärseite 71, proportionalen Signal beauf schlagt, welches von einer unterlagerten Stromschleife 60 herrührt. Diese unterlagerte Stromschleife 60 ist mit der Primärseite 71 über einen Transformator 60′ gekop pelt, wobei der Schalterstrom I_p an einem ersten Ab griffpunkt 64 sowie an einem zweiten Abgriffpunkt 65 auf der Primärseite 71 abgegriffen wird. Das Schaltbild einer derartigen unterlagerten Stromschleife ist im einzelnen noch aus der Fig. 3 ersichtlich. In der Fig. 1 ist dargestellt, daß an einem Ausgang 66 der unterlager ten Stromschleife 60 das dem Schalterstrom I_p im Primär kreis proportionale Signal steht, welches sodann über eine Leitung 66′ dem zweiten Eingang 68 des Komparators 70 zugeführt wird.

In diesem Komparator 70 wird somit das über seinen ersten Eingang 67 zugeführte Regelsignal mit dem über seinen zweiten Eingang 68 zugeführten Signal verglichen und aus diesem Vergleich resultiert die für diesen Ar beitspunkt benötigte Pulsbreite des nachfolgend zu er zeugenden Steuersignales für die Schalttransistoren 76 und 77 auf der Primärseite 71 des getakteten Netzgerä tes.

Zu diesem Zweck ist ein Ausgang 69 des Komparators 70 mit einem Eingang 81 eines Pulsweitenreglers 80 verbun den, so daß diesem Pulsweitenregler 80 (PWM) das Aus gangssignal des Komparators 70 zugeleitet wird. In die sem Pulsweitenregler 80 wird nunmehr die für den Soll- Arbeitspunkt benötigte Pulsweite des Steuersignals für die Schalttransistoren 76 und 77 eingestellt, wobei dieses Steuersignal beispielsweise eine konstante Fre quenz von 100 kHz aufweist. Das resultierende Steuersig nal wird von einem ersten Ausgang 82 sowie einem zweiten Ausgang 83 des Pulsweitenreglers 80 aus zu einem ersten Steuersignaleingang 84 sowie zu einem zweiten Steuer signaleingang 85 der Primärseite 71 des Netzgerätes geleitet, so daß das Steuersignal anschließend für eine entsprechende Steuerung der Schalttransistoren 76 und 77 weiterverarbeitet werden kann, wie dies an sich bekannt ist.

Letztendlich stehen auf der Ausgangsseite der Schaltungsanordnung 90 gemäß Fig. 1 die geregelte Aus gangsspannung U_A bzw. der geregelte Ausgangsstrom I_A in der gewünschten Größe und Form zur Verfügung.

Derartige Regelkreise - wie im vorangehenden geschildert - sind so lange relativ gut brauchbar, als sie in getak teten Netzgeräten bzw. in Konstantern einfacherer Bauart eingesetzt werden, welche einen verhältnismäßig engen Regel- oder Einstellbereich für den Strom und die Span nung aufweisen.

Beim Einsatz von solchen bekannten Regelkreisen in Gerä ten mit verhältnismäßig weitem Einstellbereich für Span nung und Strom tritt nun das Problem auf, daß die Ver stärkung der Regelstrecke weite Veränderungen erfährt. Besonders groß sind solche Veränderungen oder Schwan kungen, wenn der Ausgang für eine Leistungskennlinie ausgelegt ist, beispielsweise mit einer zu begrenzenden Ausgangsleistung von 1000 W mit weitem Einstellbereich für Spannung und Strom.

Infolgedessen kann die Verstärkung bei extremen Arbeits punkten bis zu 30 dB schwanken. In solchen Fällen ent stehen erhebliche Stabilitätsprobleme, die mittels Re gelkreisen herkömmlicher Art nicht mehr bewältigt wer den.

Fig. 2 zeigt nun ein Blockschaltbild eines Regelkreises, welcher in der Weise schaltungsmäßig ausgebildet ist, daß die im vorangehenden geschilderten Stabilitätspro bleme gelöst werden können.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 weist im wesent lichen eine Verstärkerstrecke 40, eine Regelungsvorrich tung 44 sowie einen Pulsweitenregeler 10 auf. In ent sprechender Weise, wie dies bereits anhand Fig. 1 er läutert wurde, übernimmt der Pulsweitenregler 10 die Aufgabe der Erzeugung von Steuersignalen für die An steuerung von Schalttransistoren innerhalb der Verstär kerstrecke 40, so daß wiederum Ausgangsspannung U_A und Ausgangsstrom I_A auf der Ausgangsseite der Verstärker strecke 40 in entsprechender Weise eingestellt bzw. geregelt werden können. Im einzelnen werden der Rege lungsvorrichtung 44 über einen ersten Eingang 47 die Ist-Werte von Spannung und Strom sowie über einen zwei ten Eingang 47′ die Soll-Werte für Spannung und Strom zugeführt. An einem Ausgang 49 der Regelungsvorrichtung 44 stehen sodann die durch Soll-/Ist-Wert-Vergleich gewonnenen Regelsignale x_i sowie x_u, welche über eine Leitung 48 zu einem ersten Eingang 45 des Pulsweitenreg lers 10 geschickt werden.

Die Schaltungs-Details eines solchen elektronischen Pulsweitenreglers 10 sind im einzelnen aus der Fig. 3 ersichtlich. Im wesentlichen weist der Pulsweitenregler 10 einen Taktgenerator 15 auf, dessen Takteingang 18 durch eine vorgebbare Taktfrequenz ansteuerbar ist. Die ausgangsseitige Pulsweite des Pulsweitenreglers 10 ist von einem an einem weiteren Eingang 19 des Taktgenera tors 15 anliegenden Ausgangssignal einer Fehler-Verstär ker-Vergleichs-Schaltung 4 abhängig, die über ein Gegen kopplungsnetzwerk gegengekoppelt ist. Die von einem ersten Ausgang 20 und einem zweiten Ausgang 21 des Takt generators 15 gewonnenen Ausgangssignale werden als Schalter-Ansteuerungssignale von dem Pulsweitenregler 10 aus, wie dies nunmehr wiederum aus der Schaltungsanord nung gemäß Fig. 2 ersichtlich ist, über eine Leitung 50 sowie über einen Eingang 41 der nachgeordneten Verstär kerstrecke 40 zugeführt. Im Unterschied zum Stand der Technik ist nun bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 vorgesehen, daß von dem Eingang 41 oder von einem Aus gang 42 der Verstärkerstrecke 40 oder aus der Verstär kerstrecke heraus ein Rückkopplungszweig zu einem Ein gang 46 der im Pulsweitenregler 10 enthaltenen Fehler- Verstärker-Vergleichs-Schaltung 4 (Fig. 3) zusätzlich vorgesehen ist. In der Fig. 2 sind diese drei Möglich keiten der zusätzlichen Rückkopplung angedeutet, und zwar eine erste Möglichkeit eines Rückkopplungszweiges, bei welcher von dem Eingang 41 der Verstärkerstrecke 40 Leitungen 51 und 54 zu dem Eingang 46 des Pulsweitenreg lers 10 zurückführen, ferner eine zweite Möglichkeit, gemäß der ein Rückkopplungszweig dadurch gebildet ist, daß von dem Ausgang 42 der Verstärkerstrecke 40 Leitun gen 55, 56, 53 und 54 zu dem Eingang 46 führen; schließ lich besteht eine dritte Möglichkeit darin, daß aus der Verstärkerstrecke 40 selbst heraus, genauer gesagt von einem im Einzelfalle zu definierenden Signalabgriff 43 in der Verstärkerstrecke 40 ausgehend, ein Rückkopp lungszweig mit den Leitungen 52, 53 und 54 zu dem Ein gang 46 des Pulsweitenreglers 10 gebildet ist.

Aufgrund derartiger (alternativ wählbarer) Rückkopp lungs-Schaltungsmaßnahmen wird erreicht, wie im folgen den anhand der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 erläu tert wird, daß das an einem Ausgang 3 der Fehler-Ver stärker-Vergleichs-Schaltung 4 vorliegende Signal eine Sägezahnfunktion ist, deren Steigung von der Pulsweite der Ausgangssignale des Taktgenerators 15 abhängig ist.

Die erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahmen führen, wie weiter unten noch näher erläutert wird, zu einer Beruhi gung innerhalb der Verstärkerstrecke und damit praktisch zu einer Vermeidung von Stabilitätsproblemen, selbst dann, wenn von vornherein bei den zugehörigen Netzgerä ten ein weiter Einstell- bzw. Regelbereich für Spannung und Strom gewählt wird.

Aus dem Schaltbild nach Fig. 3 ergeben sich u. a. Einzel heiten des elektronischen Pulsweitenreglers 10, welcher an sich in bekannter IC-Schaltungstechnik aufgebaut ist.

Der Pulsweitenregler 10 enthält außer dem bereits oben erwähnten Taktgenerator 15 einen Fehler-Verstärker 13 sowie einen Komperator 14. Der Fehler-Verstärker 13 und der Komparator 14 bilden gemeinsam die Fehler-Verstär ker-Vergleichs-Schaltung 4. Der Fehler-Verstärker 13 weist zwei Eingänge 1 und 2 auf, nämlich einen ersten, invertierenden Eingang 1 sowie einen zweiten Eingang 2.

Der Ausgang des Fehler-Verstärkers 13 ist mit 13′ be zeichnet. Von diesem Ausgang 13′ führt eine Leitung 9 zu einem ersten Eingang 14′ des Komparators 14. Von einem Leitungspunkt 9′ der Leitung 9 aus führt eine abgezweig te Leitung 9′′ zu einem Ausgang 3 der Fehler-Verstärker- Vergleichs-Schaltung 4. Es ist ferner ein Eingang 7 vorgesehen, von welchem aus eine Leitung 7′ zu einem zweiten Eingang 14′′ des Komparators 14 führt. Ein Aus gang 14′′′ des Komparators 14 ist über eine Leitung 19′ mit dem zweiten Eingang 19 des Taktgenerators 15 verbun den. Weiterhin ist ein Frequenzgenerator 8 vorgesehen, von welchem aus ein Eingang 17 des Pulsweitenreglers 10 mit einer festen, vorgegebenen Taktfrequenz ansteuerbar ist. Dieser Eingang 17 ist über eine Leitung 17′ mit dem Takteingang 18 des Taktgenerators 15 verbunden.

Ferner führt der erste Ausgang 20 des Taktgenerators 15 zu einem ersten Ausgang 11 des Pulsweitenreglers 10, d. h. zu dem Q-Ausgang 11, während der zweite Ausgang 21 des Taktgenerators 15 zu dem zweiten Ausgang 12 des Pulsweitenreglers 10, d. h. zu dem -Ausgang 12 führt. An einem Anschluß U_o′ des Pulsweitenreglers 10 steht die Versorgungsspannung für den Taktgenerator 15.

Wie sich aus der Fig. 3 weiterhin ergibt, ist die Feh ler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung 4 über ein Gegen kopplungsnetzwerk 16 gegengekoppelt, wobei dieses Gegen kopplungsnetzwerk 16 eine Kapazität C1 sowie einen pa rallel geschalteten Widerstand R1 aufweist und einer seits an den Ausgang 3 der Fehler-Verstärker-Ver gleichs-Schaltung 4 und andererseits über eine Leitung 30 an den invertierenden Eingang 1 des Fehler-Verstär kers 13 angeschlossen ist.

Derartige Gegenkopplungen sind bei Operationsverstärkern an sich bekannt.

Entsprechend der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 werden die aus dem Soll/Ist-Wert-Vergleich gewonnenen Regelsig nale x_i oder x_u über eine einen Widerstand R2 enthalten de Leitung 31 zu dem invertierenden Eingang 1 des Feh ler-Verstärkers 13 geleitet.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 enthält wiederum die bereits anhand der Fig. 1 erläuterte, unterlagerte Stromschleife 60, welche ein dem Schalterstrom I_p im Primärkreis proportionales Signal liefert. Zu diesem Zweck ist die unter lagerte Stromschleife 60 wiederum mit einem ersten Abgriffpunkt 64 sowie einem zweiten Ab griffpunkt 65 der Primärseite gekoppelt, in analoger Weise, wie dies bereits in Fig. 1 dargestellt ist.

Im übrigen enthält die unterlagerte Stromschleife 60 als weitere Schaltungskomponenten Widerstände R5, R6, R7, R8 sowie einen Kondensator C2. Die Funktion derartiger unterlagerter Stromschleifen ist an sich bekannt.

Von der unterlagerten Stromschleife 60 aus führt eine Leitung 66′ (entsprechend der Darstellung gem. Fig. 1) zu einem Eingang 7 des Pulsweitenmodulators 10, welcher seinerseits über die Leitung 7′ mit dem zweiten Eingang 14′′ des Komparators 14 verbunden ist. Ferner ist der invertierende Eingang 1 des Fehler-Verstärkers 13 über eine Leitung 33 mit einem Widerstand R4 verbunden, wel cher seinerseits an Masse liegt.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist nun zusätz lich ein Rückkopplungszweig für den Pulsweitenregler 10 vorgesehen, wobei die Ausgänge des Pulsweitenreglers 10 (Q-Ausgang 11, -Ausgang 12) derart auf den invertieren den Eingang 1 des Fehler-Verstärkers 13 rückgekoppelt sind, daß am Ausgang 3 des Fehler-Verstärkers bzw. der Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung 4 ein Signal in Gestalt einer Sägezahnfunktion entsteht, dessen Steigung von der Pulsweite der Ausgangssignale des Taktgenerators 15 abhängig ist.

Im einzelnen besteht dieser Rückkopplungszweig darin, daß von einer ersten Abzweigung 22 im Anschluß an den Ausgang 11 und von einer zweiten Abzweigung 23 im An schluß an den Ausgang 12 des Pulsweitenreglers 10 paral lel liegende Leitungen 26 und 27 zu einer weiteren Lei tung 28 führen, wobei in die Leitung 26 eine Diode D1 und parallel hierzu in die Leitung 27 eine Diode D2 geschaltet sind. Die Leitung 28 führt sodann zu einem Widerstand R3, an welchen sich eine weitere Leitung 29 anschließt, die zu dem invertierenden Eingang 1 des Fehler-Verstärkers 13 zurückführt. Mit der Leitung 28 ist noch ein parallel zu den Dioden D1 und D2 geschalte ter Abschlußwiderstand R9 verbunden, und zwar an einem Einkopplungspunkt U′_o′ womit das Einkoppelsignal be zeichnet ist.

Aufgrund dieser Rückkopplung zwischen dem Ausgang des Pulsweitenmodulators 10 und dem invertierenden Eingang 1 des Fehler-Verstärkers 13 ergibt sich eine Beruhigung innerhalb der nachfolgenden Regelstrecke, d. h. der Re gelstrecke, die sich an den Ausgang des Pulsweitenmodu lators 10 anschließt, wobei durch die erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahmen die Verstärkungsänderungen der Strecke verringert wird, wodurch sich die angestrebte Stabilitätserhöhung ergibt.

Vorzugsweise besteht das durch den zusätzlichen Rückkopplungszweig, wie oben erläutert, gewonnene Einkoppelsignal am invertierenden Eingang 1 der Fehler- Verstärker-Vergleichs-Schaltung 4 aus rechteckigen Impulsen mit einer festen Taktperiode und variabler Pulsbreite.

Der Einfluß der Rückkopplung läßt sich über den im Rück kopplungszweig liegenden Widerstand R3 durch die Spitzenspannung und die Pulsweite der an den Ausgängen 11 und 12 des Pulsweitenreglers 10 liegenden Pulsspan nung bestimmen. Wie Fig. 3 ferner zeigt, sind der Q- Ausgang 11 und der -Ausgang 12 des Pulsweitenreglers 10 über die beiden, in den Leitungen 26 und 27 liegenden Dioden D1 und D2 am Eingang des Rückkopplungszweiges miteinander verknüpft. Bei diesen Dioden D1 und D2 kann es sich auch um steuerbare Halbleiter handeln, über welche die Ausgänge 11 und 12 des Pulsweitenreglers 10 miteinander verknüpft sind. Darüber hinaus ergibt sich aus der Fig. 3, daß zusätzlich noch ein Rampensignal generator 5 vorgesehen sein kann, dessen Signale zu einem Rampensignalausgang 6 des Pulsweitenreglers 10 gegeben werden. Der Rampensignalausgang 6 ist über eine Leitung 34 mit einem Kondensator C3 verbunden, von wel chem andererseits aus eine Verbindungsleitung zur Lei tung 66′ zu dem Eingang 7 führt. Aufgrund dieser zu sätzlichen Schaltungsmaßnahmen kann bei kleinen Puls breiten zur Vermeidung eines Impuls-Gruppenbetriebes dem Eingang 7 des Pulsweitenreglers 10 ein zusätzliches, von der Steigung des Rampensignales 6 abhängiges Einschalt- Impuls-Signal überlagert werden. Dieses Einschalt- Impuls-Signal wird durch den Kondensator C3 erzeugt, über welchen die steile negative Flanke des Rampensignals 6 auf das Abbild des Stroms des Schalttransistors einge koppelt wird. Darüber hinaus kann auch noch vorgesehen sein, daß bei großen Pulsbreiten, und zwar kurz vor Erreichen der max. Pulsweitenbegrenzung zur Vermeidung von Instabilitäten zusätzlich dem invertierenden Eingang 1 des Fehler-Verstärkers 13 ein Signal überlagert wird, welches der Steigung des Rampensignals am Rampensignal ausgang 6 proportional ist. Zu diesem Zweck ist ein weiterer Kondensator C4 vorgesehen, welcher in eine zwischen den Rampensignalausgang 6 und den invertieren den Eingang 1 des Fehler-Verstärkers 13 gelegte Leitung 32 geschaltet ist und zur Einkopplung des zur Stabili sierung dienenden Signales in den Eingang 1 dient.

Schließlich ergibt sich aus der Fig. 3 noch, daß der Pulsweitenregler 10 ausgangsseitig eine erste Ausgangs- Klemme 24 sowie eine zweite Ausgangs-Klemme 25 aufweist, an welche sich, übertragen auf die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, die Steuersignaleingänge 84 und 85 der Primärseite 71 eines getaketeten Netzgerätes anschließen, wenn davon ausgegangen wird, daß nunmehr der Pulsweiten regler 80 gemäß Fig. 1 durch den Pulsweitenregler 10 gemäß Fig. 3 ersetzt wird.

Bezugszeichenliste

1 invertierender Eingang (von 13)
2 Eingang (von 13)
3 Ausgang (von 4)
4 Fehler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung
5 Rampengenenerator
6 Rampensignalausgang
7 Eingang
7′ Leitung
8 Frequenzgenerator
9 Leitung
9′ Leitungspunkt
9′′ Leitung
10 Pulsweitenregler
11 Q-Ausgang
12 Q-Ausgang
13 Fehler-Verstärker
13′ Ausgang (von 13)
14 Komparator
14′ 1. Eingang (von 14)
14′′ 2. Eingang (von 14)
14′′′ Ausgang (von 14)
15 Taktgenerator
16 Gegenkopplungsnetzwerk
17 Eingang für feste Taktfrequenz
17′ Leitung
18 Takteingang (von 15)
19 2. Eingang (von 15)
19′ Leitung
20 1. Ausgang (von 15)
21 2. Ausgang (von 15)
22 1. Abzweigung (von 11)
23 2. Abzweigung (von 12)
24 1. Ausgangsklemme (von 10)
25 2. Ausgangsklemme (von 10)
26 Leitung
27 Leitung
28 Leitung
29 Leitung
30 Leitung
31 Leitung
32 Leitung
33 Leitung
34 Leitung
40 Strecke
41 Eingang (von 40)
42 Ausgang (von 40)
43 Signalabgriff (aus der Verstärkerstrecke 40)
44 Regelungsvorrichtung
45 1. Eingang (von 10)
46 2. Eingang (von 10)
47 1. Eingang (von 44)
47′ 2. Eingang (von 44)
48 Leitung
49 Ausgang (von 44)
50 Leitung
51 Leitung
52 Leitung
53 Leitung
54 Leitung
55 Leitung
56 Leitung
60 unterlagerte Stromschleife
60′ Transformator
61 Stromverstärker
61′ Referenzquelle (für I_ref)
62 Spannungsverstärker
62′ Referenzquelle (für U_ref)
61′′ Ausgang (von 61)
62′′ Ausgang (von 62)
63 Oder-Schaltung
64 1. Abgriffspunkt (der Primärseite)
65 2. Abgriffspunkt (der Primärseite)
66 Ausgang (von 60)
66′ Leitung
67 1. Eingang (von 70)
68 2. Eingang (von 70)
69 Ausgang (von 70)
70 Komparator
71 Primärseite
72 Sekundärseite
73 1. Eingangsklemme (von 71)
74 2. Eingangsklemme (von 71)
75 Leistungsübertrager
76 Schalttransistor
77 Schalttransistor
78 Diode
78′ Diode
79 Induktivität
80 Pulsweitenregler
81 Eingang (von 80)
82 1. Ausgang (von 80)
83 2. Ausgang (von 80)
84 1. Steuersignalleitung (von 71)
85 2. Steuersignalleitung (von 71)
90 Schaltungsanordnung eines Regelkreises
91 1. Ausgangsklemme (von 72)
92 2. Ausgangsklemme (von 72)

Claims

1. Elektronischer Pulsweitenregler, insbesondere zum Einsatz in strom- und spannungsgeregelten Netzgerä ten mit einem Taktgenerator, dessen Takteingang durch eine vorgebbare Taktfrequenz ansteuerbar ist, wobei die ausgangsseitige Pulsweite von einem an einem Eingang des Taktgenerators anliegenden Aus gangssignal einer Fehler-Verstärker-Vergleichs- Schaltung abhängig ist, die über ein Gegenkopplungs netzwerk gegengekoppelt ist, und wobei die von den Ausgängen des Taktgenerators gewonnenen Ausgangssig nale als Schalter-Ansteuerungssignale einer nachge ordneten Verstärkerstrecke zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß vom Eingang (41) oder Ausgang (42) der Strecke (40) oder aus der Strecke (40) heraus ein Rückkopp lungszweig (51, 54 bzw. 55, 56, 53, 54 bzw. 52, 53, 54) zu einem Eingang (1; 46) der im Pulsweitenregler (10) enthaltenen Fehlerverstärker-Vergleichs-Schal tung (4) zusätzlich vorgesehen ist, derart, daß das an einem Ausgang (3) der Fehler-Verstärker-Ver gleichs-Schaltung (4) vorliegende Signal eine Säge zahnfunktion ist, deren Steigung von der Pulsweite der Ausgangssignale des Taktgenerators (15) abhängig ist.

2. Pulsweitenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den zusätzlichen Rückkopplungszweig gewonnene Einkoppelsignal am Eingang (1) der Feh ler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung (4) aus recht eckigen Impulsen mit fester Taktperiode und verän derlicher Pulsweite besteht.

3. Pulsweitenregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Flanke der Sägezahnfunktion wesent lich steiler als die positive Flanke ist.

4. Pulsweitenregler nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Rückkopplungszweig steuerbare Halbleiter enthält, über die die Ausgänge (11, 12) des Pulsweitenreglers (10) miteinander verknüpft sind.

5. Pulsweitenregler nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Pulsbreiten zur Vermeidung eines Impuls-Gruppenbetriebes einem Eingang (7) des Puls weitenreglers (10) ein zusätzliches, von der Stei gung eines Rampensignales (6) abhängiges Einschalt- Impulssignal überlagert wird.

6. Pulsweitenregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalt-Impulssignal durch einen Kondensa tor (C 3) erzeugt wird, über den die steile negative Flanke des Rampensignals (6) auf das Abbild des Stroms des Schalttransistors (77) eingekoppelt wird.

7. Pulsweitenregler nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei großen Pulsbreiten, kurz vor Erreichen der maximalen Pulsweitenbegrenzung zur Vermeidung von Instabilitäten, zusätzlich dem Eingang (1) der Feh ler-Verstärker-Vergleichs-Schaltung (4) ein der Steigung des Rampensignals (6) proportionales Signal überlagert wird.

8. Pulsweitenregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung des zur Stabilisierung dienenden Signals über einen zwischen den Rampensignalausgang (6) und den Eingang (1) der Fehler-Verstärker-Ver gleichs-Schaltung (4) geschalteten Kondensator (C 4) erfolgt.

9. Pulsweitenregler nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Rückkopplung über einen im Rück kopplungszweig liegenden Widerstand (R 3) durch die Spitzenspannung und die Pulsweite der an den Aus gängen (11, 12) des Pulsweitenreglers (10) liegenden Pulsspannung bestimmt wird.

10. Pulsweitenregler nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (Q-Ausgang 11) und der Ausgang (Q- Ausgang 12) des Pulsweitenreglers (10) über diesen Ausgängen (11, 12) nachgeschaltete Dioden (D1, D2) am Eingang des Rückkopplungszweigs miteinander ver knüpft sind.

11. Anwendung eines elektronischen Pulsweitenreglers nach einem der Ansprüche 1-10 bei Strom- und/oder Spannungs-Konstantern, insbesondere für Labor- oder Einbau-Stromversorgungen.

12. Anwendung eines elektronischen Pulsweitenreglers nach einem der Ansprüche 1-10 bei elektronischen Motor-Steuerungen.