DE2123855A1 - Stabilisiertes Gleichspannungs-Stromversorgungsteil - Google Patents

Description

Dr. Waiter Langhoff

Patentanwalt »*·ί ·: j r, ^₁ ~ _{Λ η}*_ΛΛ

. .. , München, den 7» Max 19/1

8München81

14 _Un3ez, _Zeichen: 45 ~ 822

Stabilisiertes Gleichspannungs^Stromversorgungsteil

Die Erfindung betrifft ein stabilisiertes Gleichspannungs^Strom·-= versorgungsteil mit einer Unterbrecherschalturtg mit zwei im Gegen-= takt angeordneten Transistoren und einem Leistungstransformator, mit einer von den Transistoren gespeisten Primärwicklung und einer Sekundärwicklung mit Vorrichtungen zum Gleichrichten und Filtern der Sekundärspannung, einer logischen Entriegelungsschaltung mit zwei jeweils mit der Basis der Transistoren verbundenen Gattern, einem mit diesen Gattern verbundenen Steueroszillator, einer bistabilen Kippschaltung» einem Differentialverstärker,■ der die gleichgerichtete und gefilterte Spannung mit einer Bezugs-* spannung vergleicht» sowie mit Vorrichtungen zum Erzeugen von rechteckigen Steuersignalen für die Gatter, wobei die Impulsbreite dieser Steuersignale gemäß dem Abctand dieser Spannungen moduliert

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ist, und wobei zwischen der bistabilen Kippschaltung und dem Differentialverstärker eine Vorrichtung zur Gewährleistung einer vollkommenen statischen Isolierung vorgesehen ist, nach Patent No„ (Patentanmeldung P 20 15 245_o8)₀

Derartige Vorrichtungen dienen insbesondere zum Speisen ver~ schiedener Arten elektronischer Schaltungen«

Es wurde schon vorgeschlagen» die Kopplungsschleife, die den Differentialverstärkst' mit der Unterbrecherschaltung verbindet, so auszubilden, daß die Zeit der Leitfähigkeit der beiden Tran» sistoren während dieser Kommutierungsperiode geregelt wlrd₉. wobei die Periodendauer der Kommutierung festliegt und durch einen Steueroszillator vorbestimmt ist ο

Gemäß einer bekannten Schaltung wird die Zeit der Leitfähigkeit der Transistoren mittels zweier Thyristoren gesteuert, an deren Steuerelektroden Fehlersignale in Form von lagemodulierten Irapul~ sen anliegenο

Diese Lösung hat den wesentlichen Nachteil, daß sie sich nicht für hohe Kommutierungsfrequenzen (oberhalb 20 kHz) verwenden läßt, die in einigen Anwendungsbereichen unumgänglich sind, insbesondere bei der Speisung eines Fernsprechnetzes, bei der keine vom Gehör wahrnehmbare Frequenz zulässig ist»

Bei einer anderen bekannten Schaltung wird dia Dau^r des Le it«· zustandes der Transistoren durch eine Entriegelungsfschaltung ge-^j steuert, und zwar mitteLs eines Fehlersignalgenerators, tief -vfnan Mono vibrator mnfaüst, der¹ durch ein Signal in seinen xnBfcd.bi.laii Zustand versetzt wird, da« von den Signalen des S I: aileron:«. 1.1. λ tors ge Liefert wird, und der» Ln seinen stabilen Zuütand nach «Lneia Zeitintervall, vers".t^t wu'd, welches crlne Funktion der» D.iffer-en/ä dar Ausgangs Bpanmmg und de.?; Sol U/er tea tat.

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Ein wesentlicher Nachteil dieser letztgenannten Schaltung liegt darin, daß sie eine ungenügende elektrische Isolierung zwischen der Batterie und den Ausgangsanschlüssen aufweist, indem die Regelschaltungen und die Leistungsschaltungen eine gemeinsame Masse haben

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromversorgungsteil der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß dieses eine hohe Leistung bei hohem Wirkungsgrad aufweist ^

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Vorrichtung- zum Erzeugen von rechteckigen, impulsbreitenmodulierten Steuersignalen für die Gatter einen Halbleiter-Lichtkuppler um« fasst, der zugleich zur statischen Isolierung dient, einen Sägezahngenerator, einen ersten Transistor, dessen Basis mit dem Sägezahngenerator verbunden ist und dessen Kollektor mit dem Ausgang des Lichtkupplers verbunden ist, einen zweiten Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist und dessen Kollektor auf die beiden Gatter geschaltet ist, und eine zwischen Basis und Emitter des zweiten Transistors geschaltete Diode, wobei der Emitter des ersten Transistors durch eine höhere Spannung vorgespannt ist als der Emitter des zweiten Transistors.

Die Schaltung nach der Anmeldung ist platzsparend, weist eine hervorragende elektrische Isolierung zwischen der Eingangsbatteme und den Ausgangsanschlüssen auf und funktionniert bei Schaltfre= quenzen über 20 kHz ^

Die Erfindung ist im. folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben„

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Prinzipschaltbild des Gleichspannungswandlers nach der Erfindung, und

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*· If «.

Figur 2 zeigt die Schaltung des Steueroszillators und des Generators für die Rechtecksteuersignale der Gatter der Schaltung nach Fig_!: 1 in Einzelheiten

Der Gleichspannungsgenerator nach Figo 1 umfasst einen Lei« stungstransformator mit einer Primärwicklung 45 und einer ersten Sekundärwicklung 46, die an eine Gleichrichterzelle

47 angeschlossen ist, welche wiederum mit dem Ausgang 48 der Schaltung verbunden ist_c Die Mittelanzapfung der Primär™ wicklung 45 ist mit dem positiven Pol einer Batterie von

48 Volt Spannung verbunden= Es sind ferner zwei Transis= toren 49 und 50 vorgesehen, die einen Unterbrecher bilden<, Die Emitter dieser Transistoren sind über die Leitung 51 an den negativen Pol der Batterie angeschlossen= Die Schaltung umfasst ferner zwei Leistungsgatter 52 und 53, eine bistabile Kippschaltung 54 und einen Differentialver« stärker 55, Dieser erhält einerseits eine Bezugsspannung, die von einem Konstantstromgenerator 56 herrührt, der eine Ze/rterdiode 57 speist ,und andererseits einen Teil der Aus~ gangsspannung, die von einem Spannungsteiler mit den Wider« ständen 58 und 59 geliefert wird.. Es sind ferner Sicherheits«*= einrichtungen vorgesehen, nämlich ein Strombegrenzer 60 und eine Oberspannungsschutzvorrichtung 60a,

Schließlich ist wie bei der Vorrichtung nach dem Hauptpatent eine Hilfsgleichrichter- und Filterschaltung 81 vorgesehen, die mit einer Hilfssekundärwicklung 62 des Leistungstransfor*= mators verbunden ist und die Leistungsgatter mit einer Spannung von beispielsweise 6 Volt speist .

Eine Anlasschaltung 62 leitet die Batteriespannung während des Einschaltens eine kurze Zeit lang zu den Gattern«

Die vorstehend genannten Baueinheiten können entsprechend den im Hauptpatent beschriebenen Baueinheiten aufgebaut sein_Q

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Das öffnen der Gatter wird zu von dem Steueroszillator Bh bestimmten Zeitpunkten durch die Kippschaltung Sh gesteuert_α Der Steueroszillator besteht vorzugsweise aus einem einfachen Legierungstransistor (6Ul in Fig. 2), der in bekannter Weise so geschaltet ist, daß eine sägezahnförndg abklxngende Spannung mit beispielsweise einer Frequenz von 48 kHz erzeugt wird. Diese Schwingung kann durch ein Signal synchronisiert werden» das von einer äußeren, an die Klemmen 65 angeschlossenen Stromquelle stammt» Der Oszillator 64 erzeugt unter anderem Impulse der gleichen Frequenz» die zur Steuerung der Um« schaltung der Kippschaltung dienen_n Letztere öffnet abwechselnd die beiden Gatter, wobei die Unterbrecherfrequenz in diesem Ausführungsbeispiel 24 kHz beträgt.

Das Schließen der Gatter wird durch breitenmodulierte Recht- -ecksignale gesteuert_/ und zwar als Funktion der Differenz zwischen der Bezugsspannung (beispielsweise 5 Volt an den Anschlüssen der Ze/nerdiodeS7) und des Teiles der gleichgerichteten und gefilterten Ausgangsspannung des Spannungsteilers 48, 59 η Hierbei wird ein Fehlersignal, welches proportional dieser Spannungsdifferenz ist, über den Differentialverstärker ^5 an die Lumineszenzdiode 6Ea des Lichtkupplers 66 gelegt, und zwar über zwei Verstärkertransistoren 67 und 68, wobei der letztere mit seiner Basis über einen Widerstand an den Kollektor des zur Strombegrenzung dienenden Transistors geschaltet ist. Der Fototransistor 66b des Lichtkupplers dient als Stromgenerator, dessen Strom eine Funktion der Fehierspannung ist. Dieser Strom« generator ist, wie weiter unten noch erläutert wird, in eine Schaltung 6 9 mit zwei Transistoren eingefügt, deren Funktion darin besteht, ein Schließen dor Gatter in einem solchen Augenblick des Komrautierungszykluf; zu bewirken, welcher eine umgekehrte Funktion der Fehierspannung int:

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schaltung selbst umgekehrt proportional zur Fehlerspannung, so daß diese auf 0 zurückgeführt wird»

Es sei erwähnt, daß der Lichtkuppler eine hervorragende Isolierung zwischen dem Ausgang der Schaltung (Sekundärwicklung des Transformators₉ Differentialverstärker und Lumineszenz«· diode 66a) und der mit der Batterie verbundenen Leistungsschaltung bewirkt, die mit der Primärwicklung des Transformators und dem Fototransistor 66b in Verbindung steht. Diese Schaltung ist sehr einfach und nimmt wenig Platz in Ansprüche

Der Strombegrenzungstransistor 60 gelangt bei Oberschreiten der Stromschwelle in den Leitzustand, so daß der Kollektorstrom des Transistors 68 steigt« Daher steigt auch der von der Lumineszenzdiode 66a ausgesandte Lichtstrom, wodurch letzten Endes die Öffnungszeit der Gatter verringert wird und also der ,. Ausgangsstrom der Schaltung begrenzt wirdo

Figo 2 zeigt einen Steueroszillator, der im wesentlichen einen Unijunktiontransistor 6m umfasst, dessen eine Basis an Masse angeschlossen ist und dessen andere an eine Spannung von plus 15 Volt angeschlossen ist* Der Emitter des Transistors ist über einen Kondensator 6H2 und einen Widerstand 613 mit Masse verbunden und andererseits über einen Widerstand 6H5 an die Basis eines ersten pnp-Transistors 691 angeschlossen^ Die Basis liegt ferner über einen Widerstand 6^6 an einer Spannung von plus 15 Volt an» Der Emitter des Transistors 691 liegt ebenfalls an einer Spannung von puls 15 Volt, während dessen Kollektor einerseits an die Basis eines zweiten pnp-TrnriBliifctn's 692 und andererseits an den Kollektor· des Phototransistor^; 6Sb angeschlossen ist. Der Emittar desselben Lfit geerdet, während die Basis freigelassen ist Der KoILektor¹ des sweeten Tx'anSLBtorB 696 ist mit dem Anschluß 69a der» HnUaLtVmK von Fig.. 2 verbunden» und den.· Emitter deßselbtm an auto poij.i.:;j.^:/n Spannung , wileha merklich niedriger L&t._ win dir» Spur-jung

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am Emitter des Transistors 691 „ Die Basis des zweiten Tran~ sistors 692 ist über eine Diode 693 ebenfalls mit der positiven, niedrigen Spannung von beispielsweise plus 6 Volt gespeist-

Die Schaltung nach Fig,> 2 hat folgende Wirkungsweise«

Am Beginn jedes Funktionszyklüs des Wandlers wird der Kondensator 6H2 aufgeladen und entlädt sich in außergewöhnlich kurzer Zeit ira Vergleich zu der Periodendauer der Schaltung über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 641, die Masse und den Widerstand 643. Darauf wird an der Stelle 64 a ein negativer Impuls erzeugt, der die Umschaltung der Kippschaltung 54 bewirkt„ Letztere gelangt dann in einen Zustand, der dem öffnungszustand der Gatter entspricht, d<h. der Anwesenheit einer Spannung zwischen den Kollektoren der Transistoren 49, 50 und also an den Anschlüssen der Primärwicklung 45« Diese Spannung ist abwechselnd positiv und negativ in aufeinanderfolgenden Perioden_o

Der Kondensator beginnt sich dabei langsam von dem positiven Pol der Spannungsquelle von 15 Volt über die Widerstände 646, 645 und 643 aufzuladenα Der Transistor 641 ist in diesem Augenblick gesperrt. Der Transistor 691 leitet und dessen Ausgangssignal gelangt über die Diode 693.

Wenn keine Fehlerspannung vorhanden ist, erzeugt der Fototran~ sistor 66b keinen Stronu Sobald der Transistor 691 leitet, d„ho bis zum Ende der sägezahnförmigen Aufladung des Kondensators 642, der mit dem Auftreten eines neuen Impulses an dem Anschluß 64a zusammenfällt, gelangt das Ausgangssignal über die Diode 693 und sperrt den Transistor 692 ο Dieser wird erst am Ende des Sägezahnsignals wieder geöffnet, während die Gatter während der gesamten Periode geöffnet bleiben,

Beim Auftreten einer Fehlerspannung erzeugt der Fototransistor 66b einen Strom I₂, der um so größer ist, je höher die Fehler« Spannung ist» In dem Maße, wie sich der Kondensator auflädt,

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verringert sich der Kollektorstrom I₁ des Transistors 691 sowie auch der Strom I₃ = I^ ·» I„, der zum Transistor 692 und zur Diode 693 fließt, bis dieser Strom 0 wird und seine Richtung änderte Bei der Richtungsuntkehrung des Stromes I₃ wird der Transistor 692 leitend, so daß die Gatter geschlossen werden» Die Schließzeit der Gatter ist also umgekehrt propor~ tional der Fehlerspannung*

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Ein stabilisiertes Gleichspannungs^Stromversorgungsteil mit einer Unterbrecherschaltung mit zwei im Gegentafct an« geordneten Transistoren und einem Leistungstransformator mit einer von den Transistoren gespeisten Primärwicklung und einer Sekundärwicklung^mit Vorrichtungen zum Gleichrichten und Filtern der Sekundärspannung, einer logischen Entriegelungsschaltung mit zwei jeweils mit der Basis der Transistoren verbundenen Gattern, einem mit diesen Gattern verbundenen Steueroszillator, einer bistabilen Kippschaltung» einem Differentialverstärker, der die gleichgerichtete und ge— filterte Spannung mit einer Bezugsspannung vergleicht, sowie mit Vorrichtungen zum Erzeugen von rechteckigen Steuersignalen für die Gatter, wobei di.& Impulsbreite dieser Steuersignale gemäß dem Abstand dieser Spannungen moduliert ist, und wobei zwischen der bistabilen Kippschaltung und dem Differentialverstärker eine Vorrichtung zur Gewährleistung einer vollkommen statischen Isolierung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen von rechteckigen, impulsbreitenmodulierten Steuersignalen für die Satter einen Halbleiter-Lichtkuppler umfasst, der zugleich zur statischen Isolierung dient, einen Sägezahngenerator, einen ersten Transistor, dessen Basis mit dem Sägezahngenerator verbunden ist und dessen Kollektor mit dem Ausgang des Lichtkupplers verbunden ist, einen zweiten Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist und dessen Kollektor auf die beiden Gatter geschaltet ist, und eine zwischen Basis und Emitter des zweiten !transistors geschaltete Diode, wobei de? Emitter des ersten Transistors durch eine höhere Spannung vorgespannt ist als der Emitter des zweiten Transistors,
2. 2. Stromversorgungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter während ihres Stromflusses von einer Spannung gespeist werden, die aus einer Hilfsgleichrichter- und Filterschaltung stammt, welche an eine Hilfswicklung des Leistungstransformators angeschlossen ist, und daß die Satter bei*

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   Anlassen des Wandlers an eine andere Hilfsschaltung ange« schlossen sind» die von der Speisestroraquelle gespeist wird*

   Stromversorgungsteil nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator gleichzeitig als Steuergenerator geschaltet 1st und einen Unijunktiontransistor umfasst, der derart mit einem Kondensator zusammengeschaltet ist» daß dieser bei einer bestimmten Spannung sich plötzlich entlädt und Kommutierungsimpulse an die bistabile Kippschaltung gegeben werden» und äa& der Kondensator Über einen Widerstand zwecks Erzeugung einer Sägezahnspannung langsam aufladbar

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