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Stromversorgungsschaltung
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Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung mit mindestens
zwei Spannungswandlern, deren Eingänge mit einer gemeinsamer Spannungsquelle verbuneden
sind.
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In FOWER CONVERSION INTERNATIONAL, Volume 8, Nr. 6, Nov./ Dec. 1980
sind auf Seite 14 is eO Stromversorgungsschaltungen beschrieben. So zeigen die Figurer
auf Seite 14 der genannten Literaturstelle Stromversorungsschaltungen mit einer
Sperrwandler, der mehrere Ausgänge mit verschiedenen Spannungen aufweist. An die
Ausgänge sind mehrere Verbraucher angeschlossen. Um die verschiedenen Spannunger
für die Vernraucher zu erzeugen, ist auf der Sekundärseite oes Übertragcrs im Sperrwandler
für jeden Verbraucherwiderstand eine Sekundärwicklung vorgesehen. Der Eingang des
Sperrwandlers ist mit einer Batterie verbunden. In seinem Eingangskreis liegen ein
Schalttransistor und die Primärwicklung des Übertragers. Für denjenigen Ausgang,
der am stärksten belastet wird, ist ein Regler vorgesehen, der das Tastverhältnis
des Schalttransistors regelt. Deshalb kann diese Regelung nur die betreffende Ausgangsspannung
auf einen konstanten Wert regeln. Die restlichen Ausgangsspannungen werden innerhalb
ge@isser Grenzen mitgeführt. Werden an die Konstanz dieser mitgeführten Ausgangsspanungen
höhere Anforgerunger gestellt, so msf für Jeden mitgeführte Ausgangskreise ein Serierenregler
nachgeschaltet werden, wie auf der Seiten 36 und 37 der gennanten Literaturstelle
vorgeschlager wird.
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Diese Kaßnahme verschlechtert jedoch den Wirkungsgrad der gesamter
Anordnung. Wenn der Schalttransistor leitet, fliesse@. hohe Ströme, dagegen fließt
der kein Strom, wenn er sperrt. Deshalb liegt ein hoher Wachselstromanteil auf der
Leitung, der einerseits hochfrequente Störungen verursaht und andererseits im Eingangskreis
der Stromversorgungsschaltung liegende Glättungskondensatoren stark belastet.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Ausgangsspannungen für jeden
Verbraucher getrennt zu regeln, dabei einen hohen WIrkungsgrad zu erzielen und die
hohen Wechselstromanteile im Eingangskreis der Stromversorgungsschaltung zu verringern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Anspruches
1 stehenden Merkmalen.
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Es zelger die Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung die Figur 2 Impulsdiagramme zu dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
und die Figur 3 ein Beispiel einer Sychronisationsschaltung der erfindungsgemäßen
Stromversorgungsschaltung.
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Tn der Figur 1 sind die Eingärge von sechs Eleichspannungswandler
W1 bis W6 mit der gemeinsamen Spannungsquelle U verbunden. An den Ausgängen der
Gleichspannungswandler W1 bis W6 liegen Verbraucherwiderstände V1 bis V6. Die Wandler
W1 bis W3 bilden eine erste Gruppe G1, währen die Wandler W4 bis W6 zu einer zweiter
Gruppe G2 gehören. Die Einstilung der Wandler in die zwei Gruppen Gi unc GZ ist
so es
wählt, daß im Betriebszustand jede Gruppe ernähernt gleich
vil Leistung benötigt. Deswegen muß die Anzahl der Wandler Er den beiden Gruppen
nicht groß sein. Jeder Wandler W1 bis W6 ist eine der Steuerschaltungen S1 bis S6
zugeordnet, die das Testverhältnis des in jedem Wander symbolisch eingezeichneter
Schalttransistors regelr. Der Auspang eines Taktgebers TG ist unmittelbar mit den
Steurschaltungen 53 und über einer Inverter I mit den Steuerschaltungen 34 bis 86
verbunden. Der Taktgeber TG und der Inverter I bilden die Synchronisationsschaltung
SY.
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Anhand oer in der Figur 2 gezeigten Impulsdiagramme wird die Funktion
des in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispieles erläutert. Die Figur 2 zeigt
den Takt T des Taktgebers TG uno den Gegentakt T, der mittels des Inverters 1 aus
dem Takt T erzeugt wird. AuBerdem sind die Sperr- und Leitphasen der Schalttransistoren
z.B. bei dem Wandler W1 der ersten Gruppe EG und bei dem Wandler W4 der zweiten
Gruppe G2 angedeutet.
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Zusätzlich sind noch die zeitlichen Verläufe der Eingangsströme i1,
i4 des Wandlers W1 und des Wandlers W4 eingetrager. Die Steuerschaltungen 61 bis
63 der Wandler W1 bis W3 ernalter vom Taktgeber TG den Takt T, während der Steuerschaltungen
94 bis S6 der Wandler W4 bis WE- der Gegentakt T zugeführt wird. Die Synchronisationsschaltung
SY synchronisiert alle Steuerschaltungen 51 bis SE, so da die Schaltfrequenz aller
Schalttransistoren mit der Frequenz des Taktes T und somit auch mit der des Gegentaktes
T übereinstimmt.
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Die Testverhältnisse der einzelnen Schalttransistoren sind zwischen
0 und 1/2 regelbat. Während die Steuerschaltungen ris 53 einen Taktimpuls des Taktes
T erhalten, dürfen die angehörender Wandler W1 bis W3 in der Leitphase sein, dageger
sind alle dar@ler W4 die W6, die während dieser Zeit wei-
gen Taktimpuls
des Gegentaktes # erhalten, in der Sperrphase. In Abhängigheit von der Größe der
Verbraucherwiderstände W1 bis W6 werden die Steuerschaltungen S61 bis S3 die St@elttransistoren
der Wandler W1 bis W5 aufsteuern, so daß der Tastverhältnisse zwischen 0 und 1/2
einstellen. Wenn die Steuerschaltungen S4 bis S6 einen Taktimpuls des Gegentaktes
T erhalten, dürfen die Wandler W4 bis W6 in der Leitphase sein, während die Wandler
W1 bis W3 sich in der Sperrphase befinden. Ebenso wie bei Wandlern W1 bis W3 zuvor,
werden nun die Steuerschaltungen S4 bis S6 in Abhängigkeit von der Größe der Verbraucherwiderstände
W4 bis W5 die Schalttransistoren der Wandler WO bis W6 aufsteuern, so daß sich Testverhältnisse
zwischen 0 und 1/2 einstellen. Es ist auch möglich, die Steuerschaltungen so aufzubauen,
daß sich die Wandler dann in der Leitphase befinden dürfen, wenn sie keinen Taktimpuls
bzw. Gegentaktimpuls erhalten, und Eie in der Sperrphase sein müssen, wenn sie einen
Taktimpuls bzw. Gegentaktimpuls erhalten. Die-Wandler arbeiter in diesem Fall auch
bei Ausfall der Synchronisationsschaltung SY.
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Weil alle Wandler mit der gleichen Frequenz betrieben erden, treten
keine niederfrequenten Mischprodukte auf.
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Dadurch, daß beide Gruppen von Werdlern rie gleichzeitig Strom aus
der Gleichspannungswelle entnehmen, werden hohe Spitzenströme vermieden. Die Wechselstrommäßige
Belastung eingangsseitiger Glättungskondensatoren wird dem entsprechend geringer,
und es können auch die cr HF-Entstörung vorgeschalteten Filter in der Regel kleiner
dimensioniert werde Die Erfindung ist jedoch sicht er ein Tastverhältnis ist
O
und 1/2 ge@erden. Es kann z.B. auch das Tastverhältnis der eines Gruppe der Wandler
zwishen O und 3/4 geregelt werden und das der anderen zwischen O und 1/4, denn nicht
in aller Fällen ist es möglich, die Wandler so in zwei Grupper einzuteilen, daß
jede Gruppe annähernd die gleiche Leistung aufwird. Welche Tastverhältnisse günstig
sind und wieviele und leiche Wandler zur einen und welche zur anderen Gruppe gehören,
hängt davor ab, wieviel Leistung jeder Wandler im Betriebszustand benötigt, und
welcher Wandlertyp verwendet wird.
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Wenn z.B. drei Eintaktdurchflußewandler, von deher der eine 6 W, die
anderen Leiden je 1 W Leistung aufnehmer, von einer gemeinsamen Spannungsquelle
versorgt werden, ist es sinnvoll, den Wandler mit der Leistungsaufnahme 6 W der
einen Gruppe nd die beiden Wandler mit der Leistungsaufnahme 1 W der anderen Gruppe
zuzuordnen. Bei der ersten Gruppe mit dem Wandler der größeren Leistungsaufnahme
wird das Tastverhältnis zwischen 0 und 3/a geregelt, während es bei ncr zweiten
Gruppe zwischen 0 und 1/4 geregelt wird, denn der Wandler mit E W nimmt 3/4 und
die Wandler mit je 1 W nehmen zusammen 1/4 der gesamten Leistung, die der Spannungsquelle
entnommen wird, auf.
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Als Wandler für die erfindungagemäBe Stromversorgungsschaltung kommen
alle Typen von Wandlern in Frage, die nach dem Eintaktverfahren arbeiten, wie z.B.
Sperr-und Eintaktdurchflußwandler.
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In der Fig. 3 ist eine Synchronisationsschaltung SY gezeigt.
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Ein Taktgeber TG ist mit dem Takteingang eines einflankengetriggerten
J-k-Flip-Flops FF1 verbunden, dessen J-und K-Eingang auf "H-Pegel" liegen. Well
nach jedem Taktimpuls vom Taktgenerator TG das Flip-Flop FF1 seinem Zustand ändert,
liegenden seinem @-Ausgang der Takt- und an seinem @-Ausgang
der
Gegentakt 1 an. Der Takt T wird den Steuerschaltunge- der einen Gruppe, der Gegentakt
T den Steuerschaltungen der anderen Gruppe zugeführt. Der Takt T und der Gegentakt
# haben ein Tastverhältnis von genau 1/2.
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Fa@l@ eine galvanische Trennung gewünscht ist, konnen, wie in der
Fig. 3 gezeigt, z.B. zwei getrennte Übertrager Ü1 und Ü2 oder ein Gegentaktübertrager
an den Ausgängen des Flip-Flops FF1 vorgesehen sein. Anstelle der Übertrager können
aus- Opto-Koppler zur galvanischen Trennung benutzt werden.