DE4222851A1

DE4222851A1 - Flusswandler-schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE4222851A1
Application number: DE19924222851
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Liegl
Original assignee: Siemens AG Oesterreich
Current assignee: Siemens AG Oesterreich
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-07-11
Publication date: 1993-02-04
Also published as: AT397320B; ATA154391A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flußwandler-Schaltungsanordnung, vorzugsweise für Sshaltnetzgeräte, mit einem Primärstromkreis, der aus einer Serienschaltung einer Primärwicklung eines Transformators, eines ersten Schaltelementes zur Impulsdauer modulation der Spannung an der Primärwicklung und einer ersten Strommeßeinrichtung gebildet wird, mit einer ersten Regel schaltung zur Steuerung des ersten Schaltelementes, mit n Sekundärstromkreisen, von denen jeder jeweils aus einer Sekun därwicklung des Transformators, einer seriell zur Sekundär wicklung geschalteten Speicherdrossel, einer parallel zur Sekundärwicklung angeordneten Freilaufdiode sowie aus einem parallel zu einer Ausgangsgleichspannung des Sekundärstrom kreises liegenden Glättungskondensator gebildet wird.

Schaltungen dieser Art sind beispielsweise aus der Zeitschrift Siemens Components 26 (1988), Heft 3, Seite 114 ff bekannt. Sie werden vorzugsweise als Stromversorgungseinheiten für elektronische Geräte, beispielsweise für Personalcomputer oder Fernsehapparate eingesetzt. Insbesondere der Einsatz in einem Personalcomputer erfordert jedoch meist mehrere Schaltnetz teil-Ausgangsspannungen wie z. B. +5 V und ±12 V. Dabei kann nur eine dieser Ausgangsspannungen in herkömmlicher Weise über den Primärstromkreis des Flußwandlers geregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flußwandler-Schaltungs anordnung anzugeben, die mehrere, voneinander unab hängig geregelte Ausgangsspannungen aufweist.

Diese Aufgabe wird von der Flußwandler-Schaltungsanordnung er findungsgemäß dadurch gelöst, daß in jeden Sekundärstromkreis zwischen die Sekundärwicklung und die Speicherdrossel ein zweites Schaltelement zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Speicherdrossel eingefügt ist, und daß zur Steuerung dieses zweiten Schaltelementes in Abhängigkeit von dem Betrag der Ausgangsgleichspannung und von dem Betrag des Stromes im Sekundärstromkreis eine zweite Regelschaltung, sowie eine zwischen der Sekundärwicklung und dem Minuspol der Ausgangs spannung angeordnete zweite Strommeßeinrichtung vorgesehen sind.

Dadurch ist eine einfache, voneinander unabhängige Regelung der einzelnen Ausgangsspannungen möglich. Die Lösung zeichnet sich darüberhinaus durch geringen Verlustleistungsverbrauch aus.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.

Die dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt einen Primärstrom kreis PSK und eine erste Regelschaltung RS1, sowie zwei iden tisch aufgebaute Sekundärstromkreise SSK1, SSK2 mit jeweils einer zweiten Regelschaltung RS2.

Der Primärstromkreis PSK wird aus der Reihenschaltung einer Primärwicklung PW eines Transformators, eines ersten Schalt elementes SE1, einer ersten Strommeßeinrichtung SME1 und einer Spannungsquelle gebildet, wobei die Spannungsquelle die Ein gangsgleichspannung Ue abgibt.

An die Spannungsquelle ist eine erste Regelschaltung RS1 ange schlossen, die der Steuerung des ersten Schaltelementes SE1 dient. Es ist aber auch denkbar, die erste Regelschaltung RS1 durch eine weitere, von der Flußwandler-Schaltungsanordnung weitgehend unabhängige Spannungsquelle zu versorgen. Ein Ein gang der ersten Regelschaltung RS1 ist mit einem Ausgang der ersten Strommeßeinrichtung SME1 verbunden. Der Hufbau der ersten Regelschaltung RS1 erfolgt mittels eines integrierten Bauteiles des Typs TDA 4919A der Firma Siemens. Die Beschal tung dieses Bauteils ist einer Typenbeschreibung entnehmbar.

Die erste Strommeßeinrichtung SME1 ist mit einem Shunt (Strom meßwiderstand) im Primärstromkreis realisiert. Die an dem Shunt abfallende Spannung ist dem Strom im Primärstromkreis proportional und bildet eine Eingangsgröße der Regelschaltung RS1. Eine weitere Realisierungsmöglichkeit bieten beispiels weise elektromagnetische Übertrager.

Als Schaltelement SE1 ist ein MOS-Feldeffekttransistor vom Typ BUZ 357 der Firma Siemens eingesetzt.

Der Aufbau des Transformators mit der Primärwicklung PW und den Sekundärwicklungen SW1 erfolgt in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz der Schaltungsanordnung und der zu übertra genden Leistung.

Jeder Sekundärstromkreis SSK1 bzw. SSK2 umfaßt eine Sekundär wicklung SW1 des Transformators T, eine zweite Strommeßein richtung SME2, eine Freilaufdiode D1, eine Speicherdrossel DR, einen Ladekondensator C, ein zweites Schaltelement SE2 und eine weitere Diode D2. Die Steuerung des zweiten Schaltele mentes SE2 erfolgt durch eine zweite Regelschaltung RS2. Am Ausgang des Sekundärstromkreisen SSK1, SSK2, der als Schal tungsausgang dient, tritt die Ausgangsspannung Ua auf.

Die Freilaufdiode D1, die Speicherdrossel DR und der Ladekon densator C sind handelsübliche Bauteile. Das zweite Schalt element SE2 ist, wie das erste Schaltelement SE1 mittels MOS-Feld effekttransister aufgebaut. Die Verwendung eines Feld effekttransistors als zweites Schaltelement SE2 erfordert eine weitere Diode D2 zur Gleichrichtung der in der Sekundärwick lung SW1 induzierten Wechselspannung.

Die zweite Regelschaltung RS2 zur Steuerung des zweiten Schaltelementes SE2 ist - so wie die erste Regelschaltung RS1 - mit einem integrierten Bauteil des Typs TDA 4919A der Firma Siemens aufgebaut. Das Bauteil wird durch unterschiedliche Beschaltung an die verschiedenen Aufgaben der ersten und zwei ten Regelschaltung RS1, RS2 angepaßt.

Die grundlegenden Parameter für die Steuerung des zweiten Schaltelementes SE2, nämlich die Ausgangsgleichspannung Ua, der Betrag des Stromes im Sekundärstromkreis und eine Referenzspannung U_ref sowie die Information über den zeit lichen Verlauf der Spannung an der Sekundärwicklung erhält die zweite Regelschaltung RS2 über Eingangsleitungen, die mit einem Anschluß der Sekundärwicklung SW1, dem Pluspol der Aus gangsgleichspannung Ua, einer Referenzspannung U_ref und der zweiten Strommeßeinrichtung SME2 verbunden sind.

Die Funktion der Schaltungsanordnung ist wie folgt:
Das durch die erste Regelschaltung RS1 gesteuerte erste Schaltelement SE1 wandelt die Eingangsgleichspannung Ue des Primärstromkreises PSK in eine Reihe von Spannungsimpulsen an der Primärwicklung PW um. Die Wiederholfrequenz der Spannungs impulse liegt bei 120 kHz. Die Spannungsimpulse bewirken einen Strom durch die Primärwicklung PW, der in der Sekundärwick lung SW1 eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannung wird mittels der Diode D2 gleichgerichtet. Die Dauer der Gleichspannungsimpulse, welche die Höhe der Ausgangsspannung Ua bestimmt, wird durch die zweite Regelschaltung RS2 in Ver bindung mit dem zweiten Schaltelement SE2 begrenzt. Die Spannungsimpulse am Ausgang des zweiten Schaltimpulses werden durch die Speicherdrossel DR und den Glättungskondensator c geglättet, so daß am Ausgang der Schaltung, am Glättungskon densator C eine weitgehend konstante Ausgangsgleichspannung Ua vorliegt.

Die Dauer der Spannungsimpulse wird aufgrund der Ergebnisse eines Vergleichs der Ausgangsgleichspannung Ua mit einer ein stellbaren Referenzspannung U_ref und eines Vergleichs eines vorgegebenen Stromsollwertes mit dem durch die zweite Strom meßeinrichtung SME2 gemessenen Sekundärstrom durch die zweite Regelschaltung RS2 festgelegt.

Für eine ordnungsgemäße Funktion ist ein synchrones Schalten der beiden Schaltelemente SE1, SE2 notwendig. Die Information über den Beginn eines Spannungsimpulses im Sekundärstromkreis SSK1 erhält die zweite Regelschaltung RS2 über einen Eingang, der mit der Anode der Diode D2 verbunden ist.

Mit der Freilaufdiode D1 wird in bekannter Weise eine Span nungsüberhöhung bei Unterbrechung des Stromkreises durch das Schaltelement SE2, welche durch die hohe Induktivität der Speicherdrossel DR bedingt ist, verhindert.

Mit der angegebenen Schaltung ist es möglich, die Spannung und den Strom eines Sekundärstromkreises SSK1 unabhängig von weiteren Sekundärstromkreisen SSK2 zu regeln, ohne daß in die Regelung des Primärstromkreises PSK eingegriffen wird. Durch den Einsatz von zweiten Schaltelementen SE2 zur Pulsdauermodu lation der Spannung an der Speicherdrossel DR ist auch der Verlustleistungsverbrauch der Regelung gering gegenüber Regelungen mit kontinuierlich arbeitenden Längsreglern.

Bei entsprechender Dimensionierung der Elemente der Sekundär stromkreise SSK1, SSK2 kann die durch den Primärstromkreis PSK aufgenommene Leistung wahlweise an einem Schaltungsausgang, oder verteilt auf mehrere Schaltungsausgänge abgegeben werden.

Weiterhin ist es möglich, die Reihenfolge des Zusammenbruchs der einzelnen Ausgangsspannungen im Fehlerfall (beispielsweise bei Überlastung der Schaltungsanordnung) gezielt vorzugeben. Dies geschieht durch entsprechende Dimensionierung der Sekun därwicklungen SW1 und die damit erfolgte Festlegung der Über setzungsverhältnisse zwischen der Primärwicklung PW und den Sekundärwicklungen SW1 des Transformators.

Damit wird beispielsweise im Fehlerfall eine Notabschaltevor richtung eines Gerätes länger als die übrigen Bestandteile des Gerätes ordnungsgemäß mit Spannung versorgt.

Claims

Flußwandler-Schaltungsanordnung, vorzugsweise für Schalt netzgeräte,
mit einem Primärstromkreis (PSK), der aus einer Serienschal tung einer Primärwicklung (PW) eines Transformators, eines ersten Schaltelementes (SE1) zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Primärwicklung (PW) und einer ersten Strommeß einrichtung (SME1) gebildet wird,
mit einer ersten Regelschaltung (RS1) zur Steuerung des ersten Schaltelementes (SE1),
mit n Sekundärstromkreisen (SSK1), von denen jeder jeweils aus einer Sekundärwicklung (SW1) des Transformators, einer seriell zur Sekundärwicklung geschalteten Speicherdrossel (DR), einer parallel zur Sekundärwicklung angeordneten Freilaufdiode (D1) sowie aus einem parallel zu einer Ausgangsgleichspannung (Ua) des Sekundärstromkreises (SSK1) liegenden Glättungskondensator (C) gebildet wird, dadurch gekennzeich net, daß in jeden Sekundärstromkreis zwischen die Sekun därwicklung (SW1) und die Speicherdrossel (DR) ein zweites Schaltelement (SE2) zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Speicherdrossel (DR) eingefügt ist, und daß zur Steuerung dieses zweiten Schaltelementes (SE2) in Abhängigkeit von dem Betrag der Ausgangsgleichspannung (Ua) und von dem Betrag des Stromes im Sekundärstromkreis (SSK1) eine zweite Regelschaltung (RS2), sowie eine zwischen der Sekundärwicklung (SW1) und dem Minuspol der Ausgangsspannung (Ua) angeordnete zweite Strommeß einrichtung (SME2) vorgesehen sind.