SE429487B

SE429487B - SPENNINGSREGULATOR

Info

Publication number: SE429487B
Application number: SE7803520A
Authority: SE
Inventors: H Jaggy; P Steiner
Original assignee: Oerlikon Buehrle Ag
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1983-09-05
Also published as: GB1601178A; PL124080B1; RO75948A; TR20476A; HU178374B; FR2386862B1; IT7821948A0; IT1093459B; FI780952A; DE2814254B2; SE7803520L; AU505011B1; AT360122B; FI66267C; NO781215L; IE780685L; NO145288C; PL205825A1; CH596708A5; DK142778A

Description

veosszo-1 2 Ett exempel på utförandet av en spänningsregulator enligt uppfinningen skall i det följande utförligt beskrivas i anslutning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 är ett kopplingsschema för en känd spän- ningsregulator, och _ u fig. 2 är ett kopplingsschema för en spänningsregu- lator enligt uppfinningen. ' _ Enligt fig. l har spänningsregulatorn två ingångs- klämmor för anslutning till ingàngslikspänningen UB och två ut- gångsklämmor, som föra utgángslikspänningen UA. De båda positiva klämmorna äro förbundna med varandra över en effekttransistor T och en seriekopplad drosselspole DR. En komparator LD är ansluten till den positiva utgàngsklämman och till transistorns T bas. veosszo-1 2 An example of the embodiment of a voltage regulator according to the invention will be described in detail in the following in connection with the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a wiring diagram for a known voltage regulator, and Fig. 2 is a wiring diagram for a voltage regulator according to the invention. According to Fig. 1, the voltage regulator has two input terminals for connection to the input DC voltage UB and two output terminals, which carry the output DC voltage UA. The two positive terminals are connected to each other via a power transistor T and a series-connected choke coil DR. A comparator LD is connected to the positive output terminal and to the base of the transistor T.

Denna komparator är vidare ansluten till en hjälpspänning UH och Den referensspänning UR, vilka båda anslutningar endast äro an- tydda med var sin pil. Drosselspolen bildar tillsammans med en 'kondensator C ett filter. En frihjulsdiod D är inkopplad över filtrets ingàngssida. I Verkningssättet av denna kända spänningsregulator är följande. Variationerna i utgångsspänningen UA åstadkomma över komparatorn LD in- eller urkoppling av effekttransistorn T, dvs. så snart utgángsspänningen överskrider ett visst värde, spärras effekttransistorn T genom komparatorn, som ständigt jämför ut- gångsspänningen med referensspänningen UR. Genom spärrningen sjunker utgângsspänningen UA, varigenom komparatorn LD åter gör transistorn T ledande. Sá länge effekttransistorn T är ledande, är filtret, dvs. drosselspolen DR och kondensatorn C anslutet till ingångsspänningen UE, varigenom ingångsströmmen il stiger.This comparator is further connected to an auxiliary voltage UH and the reference voltage UR, both connections of which are only indicated by a separate arrow. The choke coil together with a capacitor C forms a filter. A freewheel diode D is connected across the input side of the filter. The mode of operation of this known voltage regulator is as follows. The variations in the output voltage UA cause the power transistor T to be switched on or off via the comparator LD, i.e. as soon as the output voltage exceeds a certain value, the power transistor T is blocked by the comparator, which constantly compares the output voltage with the reference voltage UR. Through the cut-off, the output voltage UA drops, whereby the comparator LD again makes the transistor T conductive. As long as the power transistor T is conductive, the filter, i.e. the choke coil DR and the capacitor C connected to the input voltage UE, whereby the input current il rises.

När effekttransistorn T är spärrad, kan den i drosselspolen DR lagrade energin avgå genom en ström över dioden D, varvid ström- men il blir mindre. Det är klart, att utgångsspänningen UA är beroende av den tid tl, under vilken effekttransistorn T är ledande, och av systemets svängningsperiod t2. Man har UA/UE = tl/tz, varvid t2 = l/f, där f är systemets frekvens. Det är viktigt, att de olika elementen i denna spänningsregulator äro optimalt anpassade till de föreliggande behoven, eftersom förlusterna och därmed verkningsgraden äro beroende av en lämplig dimensionering av elementen. Speciellt måste drosselspolen DR dimensioneras så, att den förblir omättad över hela området av ingångsspänningar 7803520-1 UE och vid den högsta tillåtna belastningen på spänningsregula- torns utgång. ' Dessa svårigheter undgás genom utförandet enligt föreliggande uppfinning.When the power transistor T is blocked, the energy stored in the choke coil DR can be dissipated through a current across the diode D, whereby the current il becomes smaller. It is clear that the output voltage UA depends on the time t1 during which the power transistor T is conducting and on the oscillation period t2 of the system. You have UA / UE = t1 / tz, where t2 = l / f, where f is the frequency of the system. It is important that the various elements in this voltage regulator are optimally adapted to the present needs, since the losses and thus the efficiency are dependent on a suitable dimensioning of the elements. In particular, the choke DR must be dimensioned so that it remains unsaturated over the entire range of input voltages 7803520-1 UE and at the maximum permissible load on the output of the voltage regulator. These difficulties are avoided by the practice of the present invention.

Enligt fig. 2 har spänningsregulatorn enligt upp- finningen likaledes två klämmor för anslutning till ingàngslik- spänningen UE och två utgángsklämmor för anslutning till för- brukaren, som tillföres en utgângslikspänning UA. De bàda posi- tiva klämmorna är liksom förut förbundna med varandra över en effekttransistor T2. En första komparator LD1 är ansluten till den positiva utgángsklämman och över styrtransistorerna T4, T5 och Tl ansluten till effekttransistorns T2 bas. Komparatorn LD1 är vidare ansluten till en hjälpspânningskälla DDC och till en referensspänning UR. Vidare är som förut anordnat ett filter be- stående av en drosselspole DR, en kondensator C och en över filtrets ingång liggande diod D.According to Fig. 2, the voltage regulator according to the invention likewise has two terminals for connection to the input DC voltage UE and two output terminals for connection to the consumer, which is supplied with an output DC voltage UA. As before, the two positive terminals are connected to each other via a power transistor T2. A first comparator LD1 is connected to the positive output terminal and across the control transistors T4, T5 and T1 connected to the base of the power transistor T2. The comparator LD1 is further connected to an auxiliary voltage source DDC and to a reference voltage UR. Furthermore, as previously arranged, a filter consisting of a choke coil DR, a capacitor C and a diode D lying above the input of the filter is

De hittills beskrivna elementen skilja sig icke från motsvarande element i den kända spänningsregulatorn enligt fig. 1.The elements described so far do not differ from the corresponding elements in the known voltage regulator according to Fig. 1.

Enligt uppfinningen är emellertid regulatorn för- sedd med följande extra anordningar. 1) En andra komparator LD2 är på ena sidan anslu- ten till den positiva utgàngsklämman och pà andra sidan över styr- transistorerna T5 och Tl ansluten till effekttransistorns T2 bas.According to the invention, however, the regulator is provided with the following additional devices. 1) A second comparator LD2 is connected on one side to the positive output terminal and on the other side via the control transistors T5 and T1 connected to the base of the power transistor T2.

Vidare är komparatorn ansluten till drosselspolens ingángsklämma A och till hjälpspänningskällan DDC. 2) Parallellt med effekttransistorn T2 är anord- nad en andra switchtransistor T3, vars bas är förbunden med effekttransistorns T2 kollektor, Vidare är ett första motstånd R3 inkopplat mellan den positiva ingángsklämman och effekttran- sistorns T2 kollektor, ett andra motstånd R4 inkopplat mellan switchtransistorns T3 bas och effekttransistorns T2 kollektor och ett tredje motstånd RS inkopplat mellan switchtransistorns T3 kollektor-och styrtransistorns T4 bas. 3) Vidare är anordnat ett tidorgan TMl, som över en ingángsklämma E och styrtransistorerna T5 och Tl är anslutet till effekttransistorns T2 bas. 4) Parallellt med tidorganet TMl är till ingångs- klämman E ansluten en hastighets- eller spänningsberoende nivå- switch LD3. 7803520-1 Verkningssättet av den beskrivna spänningsregula- torn är följande: 1) Vid normal drift jämföres utgàngsspänningens UA är-värde i komparatorn LD1 med referensspänningen UR. Sá snart utgàngsspänningen UA blir större än referensspänningen UR, slår komparatorn LD1 om från värdet "O" till värdet "l". Detta omslag till värdet "1" medför att styrtransistorn T4 blir ledande. Däri- genom'spärras styrtransistorn T5. Detta medför, att styrtransis- torn Tl och därmed även effekttransistorn T2 bli spärrade. Sá snart utgàngsspänningen UA blir mindre än referensspänningen UR, slår komparatorn LD1 åter om från värdet "l" till värdet “0",_ varigenom styrtransistorn T4 spärras, vilket medför, att styr- transistorerna T5 och T1 liksom även effekttransistorn T2 bli ledande. Detta förlopp uppträder vid stationär eller normal drift dvs. så länge belastningen icke överstiger en viss, maximalt tillàtlig belastning. ' 2) Vid överbelastning eller kortslutning av regu- latorns utgàngssida tenderar effekttransistorns T2 inkopplingstid att bli så stor, att drosseln DR kommer i mättat tillstånd. Där- vid stiger strömmen i effekttransistorn T2 och medför en snabb förstöring av denna. För att hindra denna förstöring är det nöd- vändigt att övervaka strömstegringen. Denna övervakning sker med hjälp av motstánden R3, R4, R5 och switchtransistorn T3. Med dessa element kan effekttransistorn T2 skyddas mot förstöring förorsakad av överström. Enbart denna strömövervakning kan emel- lertid ej förhindra en av termisk överbelastning förorsakad för- störing av effekttransistorn T2, emedan strömövervakningen arbe- tar snabbt, dvs. med mera än 100 kHz och med ett inkopplingsinter- vall av ca 50%. Vid hög ingångsspänning UE bli effektförlusterna i effekttransistorn T2 så stora, att överhettning och förstöring inträda. Dessutom har drosselspolen DR ingen möjlighet att avge den i drosselspolen lagrade energin. Drosselspolen DR arbetar därför praktiskt taget ständigt under mättning. Det är därför också nödvändigt att övervaka drosselspolen DR. Denna övervak- ning sker med hjälp av den andra komparatorn LD2, vilken jämför utgångsspänningen UA med spänningen på drosselspolens DR ingångs- klämma A. Sá länge spänningen pá klämman A är mindre än utgångs- spänningen UA, avger drosselspolen DR fortfarande energi. Effekt- transistorn T2 måste därför spärras. Så länge spänningen på kläm- man A är mindre än utgàngsspänningen UA, förblir komparatorn LD2 7803520-1 i tillståndet ”0", varigenom styrtransistorerna T5 och Tl och därmed även effekttransistorn T2 spärras. När spänningen pà kläm- man A är lika stor som eller större än utgångsspänningen UA, slår komparatorn LD2 om till värdet "l" och gör transistorn T5 ledan- de, varmed även styrtransistorn Tl och effekttransistorn T2 bli ledande.Furthermore, the comparator is connected to the choke coil input terminal A and to the auxiliary voltage source DDC. 2) In parallel with the power transistor T2, a second switch transistor T3 is arranged, the base of which is connected to the collector of the power transistor T2. Furthermore, a first resistor R3 is connected between the positive input terminal and the collector of the power transistor T2, a second resistor R4 is connected between base and the collector of the power transistor T2 and a third resistor RS connected between the collector of the switch of the switching transistor T3 and the control transistor T4. 3) Furthermore, a timer TM1 is arranged, which is connected to the base of the power transistor T2 via an input terminal E and the control transistors T5 and T1. 4) A speed- or voltage-dependent level switch LD3 is connected to the input terminal E1 in parallel with the timer 1.1. 7803520-1 The mode of operation of the described voltage regulator is as follows: 1) During normal operation, the output value of the output voltage UA in the comparator LD1 is compared with the reference voltage UR. As soon as the output voltage UA becomes larger than the reference voltage UR, the comparator LD1 switches from the value "0" to the value "1". This switch to the value "1" causes the control transistor T4 to become conductive. As a result, the control transistor T5 is blocked. This means that the control transistor T1 and thus also the power transistor T2 are blocked. As soon as the output voltage UA becomes less than the reference voltage UR, the comparator LD1 switches back from the value "1" to the value "0", whereby the control transistor T4 is blocked, which causes the control transistors T5 and T1 as well as the power transistor T2 to become conductive. This occurs during stationary or normal operation, ie as long as the load does not exceed a certain, maximum permissible load. '2) In the event of an overload or short circuit of the output side of the controller, the switch-on time of the power transistor T2 tends to be so large The current in the power transistor T2 rises and causes a rapid destruction of it.To prevent this destruction it is necessary to monitor the current rise.This monitoring takes place by means of the resistors R3, R4, R5 and the switch transistor T3. the power transistor T2 is protected against damage caused by overcurrent, however, this current monitoring alone cannot prevent a thermal so-called overload caused disturbance of the power transistor T2, because the current monitoring works quickly, ie. with more than 100 kHz and with a switching interval of about 50%. At high input voltage UE, the power losses in the power transistor T2 become so large that overheating and destruction occur. In addition, the choke coil DR has no possibility of emitting the energy stored in the choke coil. The throttle coil DR therefore works practically constantly during saturation. It is therefore also necessary to monitor the throttle coil DR. This monitoring is performed by means of the second comparator LD2, which compares the output voltage UA with the voltage of the input terminal A of the choke coil DR. As long as the voltage at terminal A is less than the output voltage UA, the choke coil DR still emits energy. The power transistor T2 must therefore be turned off. As long as the voltage on terminal A is less than the output voltage UA, the comparator LD2 7803520-1 remains in the state "0", whereby the control transistors T5 and T1 and thus also the power transistor T2 are blocked. When the voltage on terminal A is equal to or greater than the output voltage UA, the comparator LD2 switches to the value "1" and makes the transistor T5 conductive, whereby also the control transistor T1 and the power transistor T2 become conductive.

Vid stationär eller normal drift är tidslängden för drosselspolens DR energiavgivning kortare än regleringstiden.In stationary or normal operation, the duration of the throttle coil's DR energy output is shorter than the control time.

I detta fall har komparatorn LD2 ingen betydelse.In this case, the comparator LD2 has no significance.

Vid kortslutning insätter först strömövervakningen och därefter övervakningen av drosselspolen. Genom denna kombina- tion av strömövervakning och övervakning av drosselspolen_uppnàs en gynnsam inkopplingstidslängd för effekttransistorn T2, vari- genom spänningsregulatorn blir kortslutningssäker.In the event of a short circuit, first insert the current monitoring and then the monitoring of the choke coil. Through this combination of current monitoring and monitoring of the choke coil, a favorable switch-on time is achieved for the power transistor T2, whereby the voltage regulator becomes short-circuit-proof.

Vid inkopplingen av den i fig. 2 visade spännings- regulatorn måste först hjälpspänningen byggas upp i hjälpspän- -ningskällan DDC, innan regulatorn kan arbeta. Med hänsyn härtill är tidorganet TMl anordnat, vilket spärrar styrtransistorerna T5 och Tl och därmed även effekttransistorn T2, till dess hjälpspän- ningen uppbyggts.When connecting the voltage regulator shown in Fig. 2, the auxiliary voltage must first be built up in the auxiliary voltage source DDC, before the regulator can operate. With this in mind, the timer TM1 is arranged, which blocks the control transistors T5 and T1 and thus also the power transistor T2, until the auxiliary voltage is built up.

Med hjälp av niváswitchen LD3 kan uppnås att spän- ningsregulatorn börjar arbeta först vid en bestämd tillväxthas- tighet eller vid en viss spänning.With the help of the level switch LD3 it can be achieved that the voltage regulator only starts working at a certain growth rate or at a certain voltage.

Claims

1. 'Tßüååël ﬁ š- “i P atentkrav Voltage regulator equipped with input terminals (UE) for connection to a direct voltage energy source, output terminals (UA) for connection to an energy consumer,, a filter with a choke coil (DR), a capacitor (c) and an aioa (n), gia 'a switching device connected between the input terminals (UE) and the output terminals (UA) containing a power transistor (T2) with associated control means (T1, T4, T5) for providing the conducting and blocking state of the transistor, a first comparator (LD1) arranged to compare the voltage across the output terminals (UA) with the reference voltage (UR) and to supply a signal to the control means (T1, T4, T5) when the former deviates from the latter, and a control switch transistor (T3) arranged to monitor the current in a resistor (R4) and to supply a signal to the control means (T1, (m4, TS), characterized by a second comparator (LD2) when exceeding a prescribed value arranged to compare sp the voltage across the output terminals (UA) with the voltage at the input terminal (A) of the choke and to output a signal to the control means (T1, T4, T5) as soon as the voltage across the output terminals (UA) is equal to or less than the voltage of the choke (DR) input terminal (A).