DE4427188A1

DE4427188A1 - Forward convertor with a controlled output voltage

Info

Publication number: DE4427188A1
Application number: DE19944427188
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Phys Dr Berthe; Karl-Heinz Kramer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1995-02-16

Abstract

Forward convertor with a control arrangement (7, 8) connected to an output and with limiting of the duty factor to a predetermined upper limit value. In order to supply the control arrangement (7, 8) with an auxiliary voltage (U4) which is larger than the output voltage (U3), an arrangement having a half-wave rectifier (41), a filter capacitor (43) and a device (42, 44) for voltage stabilization is connected to the secondary winding (22) of the transformer (2). The forward convertor is particularly suitable for the supply of ASICs [application-specific integrated circuits], which require a relatively small supply voltage. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Durchflußumrichter.The invention relates to a as in the preamble of Flow converter specified.

Ein derartiger Durchflußumrichter ist bereits aus dem Buch von Joachim Wüstehube: "Schaltnetzteile: Grundlagen, Entwurf, Schaltungsbeispiele", expert-verlag 1979, Seite 41 bis 47 be kannt.Such a flow converter is already out of the book von Joachim Wüstehube: "Switching power supplies: basics, design, Circuit examples ", expert-verlag 1979, pages 41 to 47 be knows.

Übliche Durchflußumrichter haben im ausgangsseitigen Haupt stromkreis eine Speicherdrossel, die während der Einschalt zeit eines im primärseitigen Hauptstromkreis liegenden Lei stungsschalters Energie aufnimmt und wenigstens während eines Teiles der Sperrphase des Leistungsschalters Energie abgibt. Dabei wird im allgemeinen ein nicht lückender Betrieb der Speicherdrossel angestrebt, da die ungeregelte Ausgangsspan nung dann in relativ geringem Maße vom Ausgangsstrom abhängt und sich so günstige Voraussetzungen für die Regelung der Ausgangsspannung ergeben.Usual flow inverters have in the main outlet circuit a storage inductor, which during the switch-on time of a Lei in the primary-side main circuit power switch absorbs energy and at least during one Part of the blocking phase of the circuit breaker releases energy. In general, the operation of the Storage choke aimed for, because the unregulated output span voltage then depends to a relatively small extent on the output current and so favorable conditions for the regulation of Output voltage result.

Die Ausgangsspannung des Durchflußumrichters ist eine. Gleich spannung, deren Größe ein Bruchteil der Amplitude der sekun därseitigen Impulsspannung ist. Bei nicht lückendem Betrieb und einem Tastverhältnis von 0,5, auf das der Stellbereich des Leistungsschalters häufig begrenzt wird, ist die Aus gangsspannung des Durchflußumrichters etwa halb so groß wie die Amplitude der sekundärseitigen Impulsspannung.The output voltage of the flow converter is one. Soon voltage whose size is a fraction of the amplitude of the sekun is the impulse voltage on the side. If the operation is not perfect and a duty cycle of 0.5 to which the adjustment range of the circuit breaker is often limited, is the off output voltage of the flow converter about half as large as the amplitude of the secondary pulse voltage.

Ferner sind ist aus dem Buch: "Motorola Linear and Interface Integrated Circuits", 2. Auflage, 1988, Seite 5-17 bis 5-24 bereits Referenzelemente bekannt, die als Regler Verwendung finden können. Derartige Referenzelemente weisen einen Be zugsspannungsanschluß, einen Istwerteingang und einen Stellspannungsausgang auf. Also from the book are: "Motorola Linear and Interface Integrated Circuits ", 2nd edition, 1988, pages 5-17 to 5-24 already known reference elements that use as a controller can find. Such reference elements have a Be tension voltage connection, an actual value input and a Control voltage output on.

Man kann die Ausgangsspannung eines Durchflußumrichters mit Hilfe einer Regelanordnung auf einen konstanten Wert regeln. Allerdings können sich dabei dann Schwierigkeiten ergeben, wenn mit Hilfe des Durchflußumrichters eine vergleichsweise kleine Ausgangsspannung erzeugt werden soll. Reicht die vom Durchflußumrichter abgegebene geregelte Ausgangsspannung nicht als Hilfsspannung für die Regelanordnung aus, so muß die benötigte Hilfsspannung zusätzlich zur geregelten Aus gangsspannung erzeugt werden.You can use the output voltage of a flow converter Regulate to a constant value using a control arrangement. However, difficulties can arise if a comparative with the help of the flow converter small output voltage should be generated. Ranges from Flow regulated output voltage not as an auxiliary voltage for the control arrangement, so must the required auxiliary voltage in addition to the regulated off output voltage are generated.

Weist der Durchflußumrichter an sich keinen geeigneten Aus gangskreis auf, so kann man eine solche Hilfsspannung mittels einer auf dem Übertragerkern oder auf der Drossel zusätzlich angebrachten Wicklung erzeugen. Dies erfordert einen Übertra ger oder eine Drossel mit erhöhtem Aufwand an Wicklungen so wie erhöhtem Bedarf an Wickelraum, was darüber hinaus auch zu thermischen Problemen beim Übertrager oder bei der Drossel führen kann.If the flow converter does not have a suitable indicator gear circle on, you can use such an auxiliary voltage one on the transformer core or on the choke in addition generate attached winding. This requires a transfer ger or a choke with increased effort on windings like this such as increased need for baby changing space, which in addition also thermal problems with the transformer or the choke can lead.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, als Hilfsspannung eine Ausgangsspannung eines anderen vorhandenen Umrichters zu ver wenden. Bei einer derartigen Kopplung zweier Umrichter können sich jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Konstanz der Hilfsspannung im Strombegrenzungsfall des zusätzlichen Um richters oder in der zeitlichen Abfolge des Hochlaufens von Hilfsspannung und Ausgangsspannung des Durchflußumrichters ergeben.Another possibility is to use an auxiliary voltage Ver output voltage of another existing converter turn. With such a coupling two converters can However, there are difficulties regarding the constancy of the Auxiliary voltage in case of current limitation of the additional order richters or in the chronological order of the ramp-up of Auxiliary voltage and output voltage of the flow converter surrender.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Durchflußumrichter mit geregelter Ausgangsspannung derart auszubilden, daß die Hilfsspannung mit geringem Aufwand am Durchflußumrichter selbst erzeugt wird.The object of the invention is therefore a flow converter with regulated output voltage so that the Auxiliary voltage with little effort on the flow converter is generated itself.

Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, daß bei einem Durchflußumrichter am Eingang des ausgangsseitigen Hauptstromkreises eine Rechteckspannung zur Verfügung steht, deren Amplitude bei üblicher Bemessung des Durchflußumrich ters etwa das Doppelte der geregelten Ausgangsgleichspannung beträgt und daß eine für eine Regelanordnung benötigte Hilfsspannung im Hinblick auf die vergleichsweise geringe Strombelastung der Hilfsspannungsquelle mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung gewonnen werden kann, deren Ausgangs spannung etwa dem Spitzenwert der Rechteckspannung ent spricht.Considerations within the scope of the invention have shown that at a flow converter at the input of the output Main circuit a square wave voltage is available, their amplitude with the usual design of the flow converter ters about twice the regulated DC output voltage is and that one required for a control arrangement Auxiliary voltage in view of the comparatively low Current load of the auxiliary voltage source using a Rectifier circuit can be obtained, its output voltage is about the peak value of the square wave voltage speaks.

Gemäß der Erfindung wird der Durchflußumrichter zur Lösung der gestellten Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet.According to the invention, the flow converter becomes a solution of the task set in the part of Pa Tent claims 1 trained way.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich in vorteil hafter Weise ein Durchflußumrichter, bei dem aus ein und der selben Sekundärspannung des Übertragers mit besonders gerin gem Aufwand und großer Zuverlässigkeit sowohl eine ver gleichsweise kleine geregelte Ausgangsspannung für einen re lativ großen Laststrom und eine demgegenüber größere Hilfs spannung für einen vergleichsweise kleinen Strombedarf er zeugt wird.The measures according to the invention advantageously result a flow converter in which one and the other same secondary voltage of the transformer with particularly low both a ver equally small regulated output voltage for a re relatively large load current and a larger auxiliary voltage for a comparatively small power requirement is fathered.

Der Einweggleichrichter der Gleichrichterschaltung kann dabei Teil des sekundärseitigen Hauptstromkreises sein oder zusätz lich zu den Schaltmitteln des sekundärseitigen Hauptstrom kreises vorgesehen sein.The one-way rectifier of the rectifier circuit can Be part of the secondary-side main circuit or additional Lich to the switching means of the secondary-side main current circle should be provided.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 bezieht sich auf den Fall, daß die Gleichrichterschaltung zusätzlich zum sekundärseiti gen Hauptstromkreis an die Sekundärwicklung des Übertragers angeschlossen ist.The further training according to claim 2 relates to the case that the rectifier circuit in addition to the secondary side main circuit to the secondary winding of the transformer connected.

In Anspruch 3 ist eine zweckmäßige Ausgestaltung des sekun därseitigen Hauptstromkreises angegeben. Aus Anspruch 4 geht eine vorteilhafte Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 hervor, bei der die Gleichrichterschaltung als Gleichrichter die im sekundärseitigen Hauptstromkreis liegen de Gleichrichterdiode enthält und als Vorrichtung zur Span nungsstabilisierung eine Anordnung mit einem Transistor ent hält. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die Gleichrichter schaltung, mit deren Hilfe die Hilfsspannung erzeugt wird, ohne eigenen Gleichrichter auskommt und bei der Konstanthal tung der Hilfsspannung in einem vergleichsweise großen Be reich der Eingangsspannung mit einer besonders kleinen Ver lustleistung auskommt.In claim 3 is an appropriate embodiment of the sekun indicated on the main circuit. From claim 4 goes an advantageous development of the circuit arrangement according to Claim 3, in which the rectifier circuit as Rectifiers located in the secondary main circuit de Rectifier diode contains and as a device for chip voltage stabilization an arrangement with a transistor ent holds. This has the advantage that the rectifier circuit with the help of which the auxiliary voltage is generated, does without its own rectifier and at the Konstanthal device of the auxiliary voltage in a comparatively large loading range of the input voltage with a particularly small Ver pleasure comes out.

Aus Anspruch 5 geht eine Weiterbildung der Schaltungsanord nung hervor, bei der die zur Stabilisierung der Hilfsspannung benötigte Bezugsspannung auf zweckmäßige Weise aus der Sekun därspannung des Übertragers abgeleitet wird.A further development of the circuit arrangement results from claim 5 in which the auxiliary voltage is stabilized required reference voltage in a suitable manner from the second där voltage of the transformer is derived.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen 6 bis 10 hervor.Further advantageous embodiments of the invention are based dependent claims 6 to 10.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is illustrated in the figures Exemplary embodiments explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen Durchflußumrichter mit einer einen Operationsverstärker enthaltenden Regelschaltung, Fig. 1 shows a forward converter with an operational amplifier control circuit comprising,

Fig. 2 einen Durchflußumrichter mit einer ein Referenzelement enthaltenden Regelanordnung, Fig. 2 shows a forward converter with a reference element containing regulating device,

Fig. 3 einen Durchflußumrichter mit einer Stabilisierungsschaltung für positive Ausgangsspannung und Fig. 3 shows a flow converter with a stabilizing circuit for positive output voltage and

Fig. 4 einen Durchflußumrichter mit einer Stabilisierungsschaltung für negative Ausgangsspannung. Fig. 4 shows a flow converter with a stabilizing circuit for negative output voltage.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung liegt der elektrische Verbraucher 9 am Ausgang b, c des Durchflußum richters. Dieser Verbraucher 9 ist insbesondere ein ASIC, d. h. eine anwenderspezifische integrierte Schaltung, die eine Versorgungsspannung unterhalb von 5 V benötigt.In the circuit arrangement shown in Fig. 1, the electrical consumer 9 at the output b, c of the Durchflußum converter. This consumer 9 is in particular an ASIC, ie a user-specific integrated circuit which requires a supply voltage below 5 V.

Der primärseitige Hauptstromkreis 1 verläuft vom Eingang für die Gleichspannung U1 der Gleichspannungsquelle 11 über die Primärwicklung 21 des Transformators 2 und den dazu in Serie liegenden elektronischen Schalter 12.The primary-side main circuit 1 runs from the input for the DC voltage U1 of the DC voltage source 11 via the primary winding 21 of the transformer 2 and the electronic switch 12 which is in series with it.

Der sekundärseitige Hauptstromkreis 3 verläuft vom einen Ende der Sekundärwicklung 22 des Transformators 2 über die Gleich richterdiode 31 und die Drossel 33 zum Ausgangsanschluß b. In einem auf die Gleichrichterdiode 31 folgenden Querzweig ist die Freilaufdiode 32 angeordnet. In einem auf die Drossel 33 folgenden Querzweig befindet sich der Speicherkondensator 34, an dem die Gleichspannung U3 auftritt. Das andere Ende der Sekundärwicklung 22 liegt wie der andere Ausgangsanschluß c an Bezugspotential.The secondary-side main circuit 3 runs from one end of the secondary winding 22 of the transformer 2 via the rectifier diode 31 and the choke 33 to the output terminal b. The freewheeling diode 32 is arranged in a transverse branch following the rectifier diode 31 . The storage capacitor 34 , on which the direct voltage U3 occurs, is located in a transverse branch following the choke 33 . The other end of the secondary winding 22 is like the other output terminal c at reference potential.

Der elektronische Schalter 12 ist insbesondere ein Feldef fekttransistor als Leistungsschalter. Der elektronische Schalter 12 wird mit Hilfe der taktgesteuerten Steuervorrich tung 5 mit Hilfe von Einschaltimpulsen periodisch leitend ge steuert und bildet das Stellglied einer Regelstrecke. Der Tastgrad der Steuerspannung, die den elektronischen Schalter 12 steuert, ist auf einen vorgegebenen oberen Grenzwert be grenzt. Der obere Grenzwert des Tastgrades der Steuerspannung beträgt vorzugsweise etwa 0,5. Dabei ist unter dem Tastgrad das Verhältnis von Impulsdauer zur Periodendauer zu verstehen.The electronic switch 12 is in particular a field effect transistor as a circuit breaker. The electronic switch 12 is periodically conductive with the aid of the clock-controlled control device 5 with the aid of switch-on pulses and forms the actuator of a controlled system. The duty cycle of the control voltage that controls the electronic switch 12 is limited to a predetermined upper limit. The upper limit of the duty cycle of the control voltage is preferably about 0.5. The duty cycle is the ratio of the pulse duration to the period.

Im Hinblick auf den endlichen, nicht vernachlässigbaren Span nungsabfall an der lichtemittierenden Diode 62 des Optokopp lers 6 und mit Rücksicht auf die Versorgungsspannung, die von dem durch einen Operationsverstärker gebildeten Regler 72 be nötigt wird, reicht die Ausgangsspannung U3 des Durchflußum richters nicht als Hilfsspannung für die Regelanordnung 7 aus. In view of the finite, non-negligible voltage drop at the light-emitting diode 62 of the optocoupler 6 and with regard to the supply voltage, which is required by the regulator 72 formed by an operational amplifier, the output voltage U3 of the flow converter is not sufficient as an auxiliary voltage for the control arrangement 7 .

An die Sekundärwicklung 22 des Übertragers 2 ist zusätzlich zum sekundärseitigen Hauptstromkreis 3 die Gleichrichter schaltung 4 angeschlossen. Die Gleichrichterschaltung 4 ent hält als Einweggleichrichter die Gleichrichterdiode 41 und den Siebkondensator 43. Der eine Anschluß des Kondensators 43 ist mit dem gegenüber Bezugspotential die Spannung U3 führen den Anschluß b des Ausgangs b, c verbunden. Der andere An schluß des Kondensators 43 ist über die aus der Gleichrich terdiode 41 und dem Widerstand 42 bestehende Serienschaltung an den gegenüber dem Bezugspotential Spannung führenden An schluß der Sekundärwicklung 22 angeschlossen.To the secondary winding 22 of the transformer 2 , the rectifier circuit 4 is connected in addition to the secondary-side main circuit 3 . The rectifier circuit 4 includes the rectifier diode 41 and the filter capacitor 43 as a one-way rectifier. The one connection of the capacitor 43 is connected to the voltage U3 with respect to the reference potential, the connection b of the output b, c is connected. The other connection to the capacitor 43 is connected via the rectifier diode 41 and the resistor 42 to the series circuit connected to the voltage leading to the reference potential to the secondary winding 22 .

Die Gleichrichterdiode 41 und der Siebkondensator 43 sind Be standteil einer Serienschaltung, die aus der Gleichrichter diode 41, dem ohmschen Widerstand 42, dem Siebkondensator 43 und dem Siebkondensator 34 besteht und die an die Sekundär wicklung 22 des Übertragers 2 angeschlossen ist. Parallel zum Kondensator 43 liegt die Z-Diode 44, die zusammen mit dem Widerstand 42 eine Vorrichtung zur Spannungsstabilisierung bildet und die am Kondensator 43 liegende Spannung U43 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.The rectifier diode 41 and the filter capacitor 43 are part of a series circuit, which consists of the rectifier diode 41 , the ohmic resistor 42 , the filter capacitor 43 and the filter capacitor 34 and which is connected to the secondary winding 22 of the transformer 2 . Parallel to the capacitor 43 is the Zener diode 44 , which together with the resistor 42 forms a device for voltage stabilization and limits the voltage U43 across the capacitor 43 to a predetermined value.

Die Hilfsspannung U4 wird unter Mitverwendung der zu regeln den Ausgangsspannung U3 gebildet, und zwar durch Addition der Spannung U43 zur Ausgangsspannung U3.The auxiliary voltage U4 is to be regulated using the the output voltage U3 formed, by adding the Voltage U43 to output voltage U3.

Läßt man die Z-Diode 44 außer acht, so würde der Kondensator 43 während der Durchlaßphase des elektronischen Schalters 12 auf die SpannungIf the Zener diode 44 is disregarded, the capacitor 43 would be on the voltage during the pass phase of the electronic switch 12

U43 = U2-U3-U41-I₁×R42U43 = U2-U3-U41-I₁ × R42

aufgeladen werden, wobei
U43 die Gleichspannung am Kondensator 43,
U2 die Impulsspanung an der Sekundärwicklung 22,
U3 die Gleichspannung am Ausgang b, c,
U41 die Durchlaßspannung der Gleichrichterdiode 41,
I1 der durch den Widerstand 42 fließende Strom und
R42 der Widerstandswert des Widerstandes 42 ist.be charged with
U43 the DC voltage at capacitor 43 ,
U2 the pulse voltage on the secondary winding 22 ,
U3 the DC voltage at output b, c,
U41 the forward voltage of the rectifier diode 41 ,
I1 the current flowing through resistor 42 and
R42 is the resistance value of resistor 42 .

Durch die Z-Diode 44 und den Widerstand 42 wird die Spannung U43 jedoch auf die Zenerspannung der Z-Diode 44 begrenzt. Die Zenerspannung ist so bemessen, daß der angeschlossene Span nungsregler vor zu hoher Betriebsspannung geschützt wird. Im Bereich kleiner bis mittlerer Eingangsspannungen führt sie vorzugsweise keinen Strom. Die Höhe der zur Ausgangsspannung U3 addierten Spannung U43 entspricht etwa der Ausgangsspan nung U3, d. h. es steht eine Hilfsspannung U4 zur Verfügung, die etwa gleich dem Doppelten der Ausgangsspannung U3 ist.However, the voltage U43 is limited to the Zener voltage of the Zener diode 44 by the Zener diode 44 and the resistor 42 . The Zener voltage is dimensioned so that the connected voltage regulator is protected against excessive operating voltage. It preferably does not carry any current in the range of small to medium input voltages. The level of the voltage U43 added to the output voltage U3 corresponds approximately to the output voltage U3, ie an auxiliary voltage U4 is available which is approximately equal to twice the output voltage U3.

Die Kapazität des Kondensators 43 ist zweckmäßigerweise we sentlich kleiner als die Kapazität des Kondensators 34. Dabei ergibt sich, daß sich die Hilfsspannung U4 früher aufbaut als die zu regelnde Ausgangsspannung U3. Damit wird die frühzei tige Versorgung des Reglers 72 nach Fig. 1 oder des Referenzelements 86 und der Optokopplerdiode 62 nach Fig. 2 bei Beginn des Regelvorgangs sowie eine genügende Spannungs reserve für die Regelung gewährleistet.The capacitance of the capacitor 43 is expediently substantially smaller than the capacitance of the capacitor 34 . The result is that the auxiliary voltage U4 builds up earlier than the output voltage U3 to be regulated. This ensures the early supply of the controller 72 according to FIG. 1 or the reference element 86 and the optocoupler diode 62 according to FIG. 2 at the start of the control process, as well as a sufficient voltage reserve for the control.

Die vergleichsweise große Hilfsspannung U4 ermöglicht ferner unabhängige und definierte Reglereigenschaften.The comparatively large auxiliary voltage U4 also enables independent and defined controller properties.

Von Vorteil ist ferner, daß der Speicherkondensator 34 des sekundärseitigen Hauptstromkreises als Teil einer am Ausgang der Gleichrichterschaltung 4 liegenden Kapazität mit ausge nutzt wird, indem der Wechselstromanteil der Hilfsspannung über die Serienschaltung der Kondensatoren 34 und 43 zum Be zugspotential abgeleitet wird, und daß die Zenerspannung der Z-Diode 44 nur die Differenz aus Hilfsspannung U4 und Aus gangsspannung U3 ist.It is also advantageous that the storage capacitor 34 of the secondary-side main circuit is used as part of a capacitor located at the output of the rectifier circuit 4 by the AC component of the auxiliary voltage is derived via the series circuit of the capacitors 34 and 43 to the reference potential, and that the Zener voltage the Zener diode 44 is only the difference between the auxiliary voltage U4 and the output voltage U3.

Eine zweckmäßige Abwandlung des Durchflußumrichters darin, daß anstelle des Kondensators 43 der Kondensator 430 und/oder an die Stelle der Z-Diode 44 die Z-Diode 440 tritt. Der Kon densator 430 und die Z-Diode 440 liegen jeweils zwischen dem Anschluß a für die Hilfsspannung U4 und dem Bezugspotential c.A convenient modification of the forward converter that / or 44, the Zener diode takes the place of the capacitor 43, the capacitor 430 and the place of the Z-diode 440th The Kon capacitor 430 and the Z-diode 440 are each between the terminal a for the auxiliary voltage U4 and the reference potential c.

Am Ausgang des Durchflußumrichters liegt eine Anordnung zur Istwertbildung. Diese enthält einen zwischen den Ausgangsan schlüssen b und c liegenden und aus den Widerständen 73 und 74 bestehenden Spannungsteiler. Am Abgriff des ohmschen Span nungsteilers 73, 74 wird ein Teil der Ausgangsspannung U3 ab gegriffen und dem Istwerteingang e1 der Regelanordnung 7 zu geführt.At the output of the flow converter there is an arrangement for actual value formation. This contains a lying between the output connections b and c and consisting of the resistors 73 and 74 voltage divider. At the tap of the ohmic voltage divider 73 , 74 , part of the output voltage U3 is tapped off and the actual value input e1 of the control arrangement 7 is passed to.

Die Regelanordnung 7 ist somit über den Spannungsteiler 73, 74 an den Ausgang b, c des Durchflußumrichters angeschlossen.The control arrangement 7 is thus connected via the voltage divider 73 , 74 to the output b, c of the flow converter.

Der Hilfsspannungseingang d1, f1 der Regelanordnung 7 liegt am Ausgang a, c der Gleichrichterschaltung 4.The auxiliary voltage input d1, f1 of the control arrangement 7 is at the output a, c of the rectifier circuit 4 .

Der Versorgungsspannungseingang des Reglers 72 ist mit dem Hilfsspannungseingang d1, f1 der Regelanordnung 7 verbunden.The supply voltage input of the controller 72 is connected to the auxiliary voltage input d1, f1 of the control arrangement 7 .

Der Regler 72 der Regelanordnung 7 ist mit seinem invertie renden Eingang an die Referenzspannung U7 und mit seinem nicht invertierenden Eingang an den Istwerteingang e1 ange schlossen.The controller 72 of the control arrangement 7 is connected with its inverting input to the reference voltage U7 and with its non-inverting input to the actual value input e1.

Die aus der lichtemittierenden Diode 62 des Optokopplers 6 und dem Widerstand 71 bestehende Serienschaltung liegt zwischen dem Ausgang des Reglers 72 und dem Hilfsspannungseingang d1 der Regelanordnung 7.The series circuit consisting of the light-emitting diode 62 of the optocoupler 6 and the resistor 71 is located between the output of the controller 72 and the auxiliary voltage input d1 of the control arrangement 7 .

Der in Fig. 2 gezeigte Durchflußumrichter stimmt mit dem nach Fig. 1 weitgehend überein. Abweichend ist anstelle der Regel anordnung 7 die Regelanordnung 8 vorgesehen. Der Regler der Regelanordnung 8 ist durch das Referenzelement 86 gebildet. The flow converter shown in FIG. 2 largely corresponds to that of FIG. 1. Deviating from the rule arrangement 7, the control arrangement 8 is provided. The controller of the control arrangement 8 is formed by the reference element 86 .

Das Referenzelement 86 ist ein handelsüblicher integrierter Schaltkreis, z. B. vom Typ TL 431 der Fa. Motorola, und zwar ein dreipoliger integrierter Schaltkreis, der wie ein Opera tionsverstärker mit integrierter Referenzspannungsquelle mit einer Referenzspannung von z. B. 2,49 V hoher Stabilität funktioniert. Ein derartiger Regler weist einen Bezugsspan nungsanschluß i, einen Istwerteingang h und einen Stellspan nungsausgang g auf. Der Regler 86 enthält eine Referenzspan nungsquelle und gibt am Stellspannungsausgang g die Stellspannung U5 ab.The reference element 86 is a commercially available integrated circuit, for. B. of the type TL 431 from Motorola, namely a three-pole integrated circuit, which functions as an operational amplifier with an integrated reference voltage source with a reference voltage of z. B. 2.49 V high stability works. Such a controller has a reference voltage connection i, an actual value input h and a control voltage output g. The controller 86 contains a reference voltage source and outputs the control voltage U5 at the control voltage output g.

Am Ausgang des sekundärseitigen Hauptstromkreises liegt der aus den Widerständen 87 und 88 bestehende Spannungsteiler. Der Verbindungspunkt der Widerstände 87 und 88 ist an den Istwerteingang f der Regelanordnung 7 geführt. Der Istwerteingang h des Referenzelementes 86 ist mit dem Istwerteingang e2 der Regelanordnung 8 verbunden.The voltage divider consisting of resistors 87 and 88 is located at the output of the secondary-side main circuit. The connection point of the resistors 87 and 88 is led to the actual value input f of the control arrangement 7 . The actual value input h of the reference element 86 is connected to the actual value input e2 of the control arrangement 8 .

Der Stellspannungsausgang g des Referenzelementes 86 ist über den Widerstand 82 an den Hilfsspannungseingang d der Regelan ordnung 8 angeschlossen. Parallel zum Widerstand 82 liegt die aus dem Widerstand 81 und der lichtemittierenden Diode 62 des Optokopplers 6 bestehende Serienschaltung. Zwischen dem Ist werteingang e der Regelanordnung und der lichtemittierenden Diode 62 liegt der aus dem Widerstand 83 und dem dazu paral lel angeordneten RC-Glied 84, 85 bestehende Zweipol.The control voltage output g of the reference element 86 is connected via the resistor 82 to the auxiliary voltage input d of the Regelan arrangement 8 . The series circuit consisting of the resistor 81 and the light-emitting diode 62 of the optocoupler 6 is parallel to the resistor 82 . Between the actual value input e of the control arrangement and the light-emitting diode 62 is the two-pole consisting of the resistor 83 and the RC element 84 , 85 arranged in parallel therewith.

Der Stellspannungsausgang g des Reglers 87 ist über den Opto koppler 6 an den A/D-Wandler 51 geführt, auf den der Steuer teil 52 zur Steuerung des elektrischen Schalters 12 folgt.The control voltage output g of the controller 87 is guided via the opto-coupler 6 to the A / D converter 51 , to which the control part 52 for controlling the electrical switch 12 follows.

Die Regelanordnung 8 regelt die Ausgangsspannung U3 des Durch flußumrichters so, daß die Spannung U6 gleich der internen Referenzspannung U_Ref des Referenzelementes 86 ist.The control arrangement 8 controls the output voltage U3 of the flow converter so that the voltage U6 is equal to the internal reference voltage U _{Ref of} the reference element 86 .

Die Versorgungsspannung des Spannungsreferenzelementes 86 ist größer als die Summe aus der Referenzspannung U6 und dem Spannungsabfall U7 an der lichtemittierenden Diode 62 des Optokopplers 6. So kann insbesondere bei einem Referenzele ment 86 mit einer Referenzspannung von 2,5 V bei einer Aus gangsspannung U3 unterhalb von 5 V nicht mehr ohne eine zu sätzlich erzeugte Hilfsspannung gearbeitet werden.The supply voltage of the voltage reference element 86 is greater than the sum of the reference voltage U6 and the voltage drop U7 at the light-emitting diode 62 of the optocoupler 6 . Thus, in particular with a reference element 86 with a reference voltage of 2.5 V at an output voltage U3 below 5 V, it is no longer possible to work without an additional auxiliary voltage generated.

Fig. 3 zeigt einen Durchflußumrichter, bei dem an die Sekun därwicklung 22 des Übertragers 2 zusätzlich zum sekundärsei tigen Hauptstromkreis 3 die Vorrichtung 40 zur Erzeugung der Hilfsspannung U4 angeschlossen ist. Die Gleichrichterdiode 31 liegt mit ihrer Anode am Anfang der Sekundärwicklung 22. Zwi schen der Kathode der Gleichrichterdiode 31 und Masse liegt die Freilaufdiode 32. Die Anode der Freilaufdiode 32 ist mit Masse bzw. Bezugspotential verbunden. Zwischen der Gleich richterdiode 31 und dem Anschluß für die Ausgangsspannung U3 liegt die Drossel 33. Fig. 3 shows a flow converter in which the device 40 for generating the auxiliary voltage U4 is connected to the secondary winding 22 of the transformer 2 in addition to the secondary circuit 3 in the main circuit 3 . The rectifier diode 31 lies with its anode at the beginning of the secondary winding 22 . Between the cathode of the rectifier diode 31 and ground is the freewheeling diode 32nd The anode of the freewheeling diode 32 is connected to ground or reference potential. The choke 33 lies between the rectifier diode 31 and the connection for the output voltage U3.

Die Vorrichtung zur Erzeugung der Hilfsspannung U4 enthält eine Vorrichtung zur Spannungsstabilisierung, die an die Freilaufdiode 32 angeschlossen ist. Die im sekundärseitigen Hauptstromkreis liegende Gleichrichterdiode 31 dient daher zugleich als Gleichrichter zur Erzeugung der Hilfsspannung U4.The device for generating the auxiliary voltage U4 contains a device for voltage stabilization, which is connected to the freewheeling diode 32 . The rectifier diode 31 located in the secondary-side main circuit therefore also serves as a rectifier for generating the auxiliary voltage U4.

Die Vorrichtung zur Spannungsstabilisierung enthält eine An ordnung mit dem bipolaren Transistor 46. Der npn-Transistor 46 ist mit seinem Kollektor mit der Kathode der Gleichrich terdiode 31, mit seinem Emitter an den Kondensator 430 und mit der Basis an die Kathode der Z-Diode 47 angeschlossen. Die Anode der Z-Diode 47 liegt am Anschluß für die Ausgangs spannung U3. Zwischen der Basis und dem Kollektor des Transi stors 46 liegt der Widerstand 45. Der dem Emitter des Transi stors 46 abgewandte Anschluß des Kondensators 430 liegt an Masse.The device for voltage stabilization includes an arrangement with the bipolar transistor 46 . The npn transistor 46 is connected with its collector to the cathode of the rectifier terdiode 31 , with its emitter to the capacitor 430 and with the base to the cathode of the Zener diode 47 . The anode of the Zener diode 47 is connected to the output voltage U3. The resistor 45 lies between the base and the collector of the transistor 46 . The connection of the capacitor 430 facing away from the emitter of the transistor 46 is connected to ground.

An die Stelle des Kondensators 430 kann gegebenenfalls der Kondensator 43 treten, der dann zwischen dem Emitter des Transistors 46 und dem Anschluß für die Ausgangsspannung U3 liegt.In place of the capacitor 430, where appropriate, the capacitor 43 can occur, which then is connected between the emitter of the transistor 46 and the terminal for the output voltage U3.

Der Spitzenwert der an der Freilaufdiode 32 auftretenden Spannung ändert sich proportional mit der Gleichspannung U1. Er beträgt insbesondere das Zwei- bis Vierfache der Eingangs spannung U1. Aus dieser Spannung wird mit Hilfe der Stabili sierungsschaltung 45, 46, 47 die konstante Hilfsspannung U4 gewonnen. Die Hilfsspannung U4 ergibt sich als Summe aus der konstanten Ausgangsspannung U3, der Zenerspannung der Z-Diode 47 und der Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 46. Diese Stabilisierung der Hilfsspannung U4 ergibt im Ver gleich zu einer Stabilisierung mittels Widerstand und Z-Diode allein eine erhebliche Einsparung an Verlustleistung. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn wegen einer kleinen Ausgangsspannung U3 die Hilfsspannung U4 vergleichs weise groß ist. Die Stabilität und Wechselstromentkopplung der Spannung U4 wird durch die Wirkung des Transistors 46 ebenfalls verbessert.The peak value of the voltage occurring at the freewheeling diode 32 changes proportionally with the direct voltage U1. It is in particular two to four times the input voltage U1. The constant auxiliary voltage U4 is obtained from this voltage with the aid of the stabilization circuit 45 , 46 , 47 . The auxiliary voltage U4 is the sum of the constant output voltage U3, the Zener voltage of the Zener diode 47 and the base-emitter threshold voltage of the transistor 46 . This stabilization of the auxiliary voltage U4 results in comparison to stabilization by means of a resistor and Z-diode alone, a considerable saving in power loss. This is particularly important if the auxiliary voltage U4 is comparatively large because of a small output voltage U3. The stability and AC decoupling of the voltage U4 is also improved by the action of the transistor 46 .

Bei dem Durchflußumrichter nach Fig. 3 führt der Anschluß für die Ausgangsspannung U3 positives Potential gegenüber Masse.In the flow converter according to FIG. 3, the connection for the output voltage U3 has a positive potential with respect to ground.

In Abwandlung des Durchflußumrichters nach Fig. 3 kann an stelle der Z-Diode 47 gegebenenfalls die Z-Diode 470 treten. Die Z-Diode 470 liegt zwischen der Basis des Transistors 46 und dem Bezugspotential und hat eine entsprechend der Aus gangsspannung U3 größere Zenerspannung als die Z-Diode 47.In a modification of the forward converter of Fig. 3 of the Z-diode can 47 in place, if appropriate, the Zener diode contact 470th The Zener diode 470 lies between the base of the transistor 46 and the reference potential and has a Zener voltage greater than the Zener diode 47 in accordance with the output voltage U3.

Ein Durchflußumrichter mit Erzeugung einer Hilfsspannung U4 für negative Ausgangsspannungen U3 ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser Durchflußumrichter stimmt mit dem nach Fig. 3 weitge hend überein. Abweichend ist der gegenüber Bezugspotential Spannung führende und die Drossel 33 enthaltende Längszweig des ausgangsseitigen Hauptstromkreises an die Anode der Frei laufdiode 32 angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen der Gleichrichterdiode 31 und der Freilaufdiode 32 ist mit Masse bzw. Bezugspotential verbunden. Zwischen der mit dem Ende der Sekundärwicklung 22 verbundenen Anode der Freilaufdiode 32 und dem Anschluß für die Ausgangsspannung U3 liegt die Dros sel 33.A flow converter with generation of an auxiliary voltage U4 for negative output voltages U3 is shown in FIG. 4. This flow converter agrees with that of FIG. 3 largely. Deviating from the reference potential voltage and the choke 33 containing longitudinal branch of the output-side main circuit is connected to the anode of the free-wheeling diode 32 . The connection point between the rectifier diode 31 and the freewheeling diode 32 is connected to ground or reference potential. Between the end of the secondary winding 22 connected anode of the freewheeling diode 32 and the connection for the output voltage U3 is the Dros sel 33rd

Durch die angegebene Anordnung der Bauteile im ausgangsseiti gen Hauptstromkreis ergibt sich, daß die durch parasitäre Ka pazitäten, insbesondere durch die zwischen dem Gehäuse der Gleichrichterdiode 31 und Masse liegende Kapazität 48 verur sachten Störströme und die überlagerte Wechselspannung am Kondensator 34 besonders klein sind.Due to the specified arrangement of the components in the main circuit on the output side, it follows that the capacitances caused by parasitic Ka, in particular by the capacitance 48 lying between the housing of the rectifier diode 31 and ground, cause interference currents and the superimposed AC voltage on the capacitor 34 are particularly small.

Bei den Durchflußumrichtern nach Fig. 3 und Fig. 4 wird der im primärseitigen Hauptstromkreis liegende elektronische Schalter 12 zweckmäßigerweise jeweils durch eine Vorrichtung zur Spannungsregelung gesteuert, wie sie Bestandteil des Durchflußumrichters nach Fig. 1 oder Fig. 2 ist.In the Durchflußumrichtern of FIG. 3 and FIG. 4, the in-primary-side main circuit of electronic switch 12 is suitably controlled respectively by an apparatus for voltage regulation, as it is part of the forward converter of FIG. 1 or FIG. 2.

Bei den Durchflußumrichtern nach Fig. 3 und 4 kann an die Stelle des bipolaren Transistors 46 jeweils ein Feldeffekt transistor treten, wobei dem Kollektor das Drain, dem Emitter die Source und der Basis das Gate entspricht.In the Durchflußumrichtern according to Fig. 3 and 4, a field effect transistor can take the place of the bipolar transistor 46, respectively, wherein the collector of the drain, the emitter the source and the base corresponds to the gate.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Durchflußumrichter sind vorzugsweise so bemessen, daß die Ausgangsspannung U3 jeweils kleiner als 5 V ist und die Hilfsspannung U4 jeweils minde stens 5 V beträgt.The forward converter shown in Figs. 1 to 4 are preferably dimensioned so that the output voltage U3 is in each case less than 5 V, and the auxiliary voltage U4 each minde is least 5V.

Claims

1. Flow converter with a primary circuit in a primary circuit in series with a primary winding ( 21 ) of a transformer ( 2 ), by means of a control device controllable electronic switch ( 12 ), with a secondary winding ( 22 ) of the transformer ( 2 ) connected to the secondary side Main circuit ( 3 ) and with a connected to an output (b, c) of the flow converter control arrangement ( 7 , 8 ), the duty cycle of the control voltage controlling the electronic switch ( 12 ) being limited to a predetermined upper limit value, characterized that to the secondary winding (22) of the transformer (2) has a rectifier circuit (4) with a half-wave rectifier (41), a filter capacitor (43) and a device for voltage stabilization (42, 44) is connected and that, the auxiliary voltage input (d, f) the control arrangement ( 7 , 8 ) is connected to the output (a) of the rectifier circuit.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the rectifier circuit ( 4 ) in addition to the secondary-side main circuit ( 3 ) is connected to the secondary winding ( 22 ) of the transformer ( 2 ) and one in series with the output (b, c) of Flow converter lying capacitor ( 43 ) with parallel Z-diode ( 44 ), one terminal of which is connected to the reference potential voltage (U3) terminal (b) of the output (b, c) and the other terminal via one a rectifier diode ( 41 ) and a resistor ( 42 ) existing series circuit is connected to the voltage-carrying connection of the secondary winding ( 22 ) of the transformer ( 2 ).

3. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 2, characterized in that the secondary-side main circuit ( 3 ) a rectifier diode ( 31 ) arranged in a longitudinal branch, a freewheeling diode ( 32 ) lying in a transverse branch, an inductor arranged in a longitudinal branch ( 33 ) and contains a capacitor ( 34 ) parallel to the output.

4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the rectifier circuit ( 40 , 400 ) as a rectifier in the secondary-side main circuit rectifier terdiode ( 31 , 310 ) and as a device for voltage stabilization an arrangement with a bipolar transistor ( 46 ) or field effect transistor contains , whose collector or drain is connected to the connection of the rectifier diode ( 31 , 310 ) facing away from the secondary winding ( 22 ), the emitter or source of which is guided to a capacitor arrangement arranged in parallel with the auxiliary voltage output, and the base or gate of which is connected to a reference voltage source is.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the reference voltage source is formed by a series circuit consisting of a resistor ( 45 ) and a Zener diode ( 47 ), which on the side of the resistor ( 45 ) is connected to the between the freewheeling diode ( 32 ) and the choke ( 33 ) lying connec tion point and on the side of the Zener diode is connected to the reference potential.

6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the supply voltage input of a controller ( 72 ) of the control arrangement ( 7 ) with the auxiliary voltage input (d) of the re gel arrangement ( 7 ) is connected.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light-emitting diode ( 82 ) of an optocoupler ( 6 ) at the output of the control arrangement ( 7 , 8 ) and that one of the light-emitting diode ( 62 ) of the optocoupler ( 6 ) and a resistor ( 71 , 81 ) existing series circuit is connected to the auxiliary voltage input (d) of the control arrangement ( 7 ).

8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the controller is formed by a reference element ( 86 ) and that the control voltage output (g) of the reference element ( 86 ) via a resistor ( 82 ) to the auxiliary voltage input (d) Control arrangement is connected.

9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized, that the output voltage of the flow converter is less than 5 V and the auxiliary voltage is at least 5 V.

10. Circuit arrangement according to claim 1, characterized, that the limit of the duty cycle is at least approximately Is 0.5.