DD240634A1

DD240634A1 - Schaltregler zur wandlung einer gleichspannung in eine andere

Info

Publication number: DD240634A1
Application number: DD28013085A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Schneider; Volkhard Richter
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1986-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schaltregler zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere, z. B. fuer Stromversorgungseinrichtungen oder Motorsteuerungen. Ziel ist die Verbesserung der Schaltreglereigenschaften, wie Wirkungsgrad, Lastschwankungsausregelung, Erhoehung des Eingangsspannungsbereiches und Verbesserung der Betriebsspannungsausfallueberbrueckung. Aufgabengemaess soll das maximale Tastverhaeltnis des Schaltreglers ueber das begrenzte maximale Tastverhaeltnis der Impulsbreitenmodulation hinaus bis auf 100% gesteigert werden. Mit der Erfindung wird ab einer definierten Lasterhoehung ein vom Impulsbreitenmodulator getaktetes D-Flip-Flop geschaltet, das fuer die Dauer der Lasterhoehung den Schalttransistor unabhaengig vom Impulsbreitenmodulator-Ausgangssignal durchschaltet. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Schaltregler zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere und ist vorrangig vorgesehen zur Anwendung in Stromversorgungseinrichtungen sowie bei Motorsteuerungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Ansteuerung von geschalteten Stromversorgungen sind folgende Möglichkeiten bekannt geworden:

1. Pulsbreitenmodulatoren (fremd gesteuert)

2. Frequenzmodulatoren (fremd gesteuert)

3. Selbstschwingende Schaltungen

Dabei erweisen sich fremdgesteuerte Modulatoren bei erhöhten Anforderungen (geschaltete Netzspannung) als vorteilhaft (z. B. Radio Fernsehen elektronik 1982, Heft 2). Hierfür sprechen die günstigere Ansteuerung des Schalttransistors (steilere Flanken der Ansteuerimpulse), gesteuertes Abschaltregime und bessere Prüfmöglichkeiten im Fertigungsprozeß (Prüfung in Funktionsgruppen). Diese genannten Vorteile wiegen den erhöhten BE-Aufwand bei fremdgesteuerten Modulatoren auf. Bei Pulsbreitenmodulatoren läßt sich auf einfache Weise ein großer Bereich der Ausregelung von Last-und Eingangsspannungsschwankungen realisieren, deren Ausregelung bei FM einen sehr großen Frequenzhub bedeutet. Dies würde sich nachteilig auf die Funkentstörung und auf die Schaltverluste (hohe Frequenzen) auswirken. Als Beispiel für die verbreitet eingesetzten Pulsbreitenmodulatoren nach dem Sägezahnprinzip kann die Is B260 angesehen werden (s. auch DDR-Standard TGL 37514!).

Ein verbleibender Nachteil des hier angewendeten Sägezahnprinzips ist die obere Begrenzung des Tastverhältnisses (kein Tastverhältnis von 100% möglich), da die Rückführung des Sägezahnes immer eine endliche Zeit in Anspruch nimmt, für die die Endstufe des Modulators gesperrt werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Schaltreglereigenschaften; insbesondere sollen der Wirkungsgrad, die Ausregelgeschwindigkeit von Lastschwankungen und der Eingangsspannungsbereich erhöht sowie die Eingangsspannungsausfallüberbrückung verbessert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln und unter Beibehaltung des unveränderten Arbeitsprinzips der Impulsbreitenmodulation über Sägezahnsteuerung das maximale Tastverhältnis des Schaltreglers über das maximale Tastverhältnis des Impulsbreitenmodulators hinaus zu erhöhen. Das Tastverhältnis soll bis auf 100% gesteigert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schaltregler zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere, bei dem ein Impulsbreitenmodulator nach dem Sägezahnprinzip ggf. über eine Treiberstufe mit dem Steuereingang eines Schalttransistors zum Schalten der Eingangsspannung in Verbindung steht und mit mindestens einer Reglerstufe dadurch gelöst, daß der Ausgang des Impulsbreitenmodulators weiterhin mit dem Takteingang eines Flipflops verbunden ist, dessen Ausgang entkoppelt vom Ausgang des Impulsbreitenmodulators ebenfalls auf den Steuereingang des Schalttransistors geführt ist und daß der Ausgang der Reglerstufe über eine Digitalisierstufe mit dem Dateneingang des Flipflops in Verbindung steht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Ausgänge des Impulsbreitenmodulators und des Flipflops über Dioden voneinander entkoppelt

Die ohnehin im Schaltregler meist vorhandene analog arbeitende Reglerstufe, die den Impulsbreitenmodulator steuern kann, erkennt eine Belastungsähderung des Schaltreglers und steuert über eine Digitalisierstufe (Schwellwertstufe) zusätzlich den Dateneingang des Flipflops an. Entsprechend dem jeweiligen Belastungsfall stellt sich das Tastverhältnis des Schaltreglers ein.

Erkennt die Reglerstufe eine statische bzw. dynamische Lasterhöhung, die ein Tastverhältnis des Impulsbreitenmodulators von

z. B. 95% erfordern würde, wird mit der nächsten H-L-Flanke des Ausgangssignäls des Impulsbreitenmodulators für den Schalttransistor das besagte Flipflop getaktet, dessen Ausgangssignal entkoppelt vom Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators ebenfalls auf den Steuereingang des Schalttransistors gelangt und diesen für die Dauer dieses

erhöhten Lastzustandes ständig durchschaltet (Tastverhältnis 100%). Ändert sich die Lastbedingung (registriert über den Dateneingang des Flipflops) so wird mit der nächsten taktbedingten Schaltflanke des Impulsbreitenmodulator-Ausgangssignals der Ausgang des Flipflops wieder inaktiv, so daß dieser keinen Einfluß auf das Schaltverhalten des Schalttransistors besitzt. Die ODER-funktionsmäßige Entkopplung der Ausgänge des Impulsbreitenmodulators sowie des Flipflops erfolgt zweckmäßigerweise über zwei Dioden.

Mit der Erfindung kann somit das Tastverhältnis des Schaltreglers unter unveränderter Anwendung der Impulsbreitenmodulation nach dem Sägezahnprinzip und damit ohne Eingriff in die an sich bekannten sowie technisch als Schaltkreise ausgeführten Modulationsstufen über das normalerweise durch die Impulsbreitenmodulationsstufen auf z.B. 95% begrenzte Tastverhältnis hinaus durch minimalen Aufwand auf ein Tastverhältnis von 100% erhöht werden. Damit kann der Schaltregler schneller auf Lasterhöhungen reagieren, er hat durch den Wegfall der Schaltvorgänge einen höheren Wirkungsgrad und die Eingangsspannung kann für diese Betriebsart die Größenordnung der Ausgangsspannung einnehmen. Durch das höhere Tastverhältnis ist darüber hinaus eine längere Eingangsspannungsausfallüberbrückung zu verzeichnen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: erfindungsgemäße Prinzipanordnung des Schaltreglers

Fig.2: Impulsdiagramme der Prinzipanordnung nach Fig. 1

Fig.3: Schaltungsanordnung mit Schaltkreis B260 als Impulsbreitenmodulator

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Prinzipanordnung des Schaltreglers dargestellt. Ein Schalttransistor 1 schaltet eine an seinem Emitter anliegende gegen Masse positive Eingangsspannung U_E. Am Kollektor-Ausgang des Schalttransistors 1 ist die Ausgangsspannung Ua angedeutet. Der Ausgang eines Impulsbreitenmodulators 2 steht zur Tastung des Schalttransistors 1 über eine Diode 3 mit dessen Basis in Verbindung und ist außerdem mit dem Takteingang T eines D-Flipflops 4 verbunden, dessen Q-Ausgang über eine Diode 5 ebenfalls mit der Basis des Schalttransistors 1 gekoppelt ist. Eine analoge Regelstufe 6 des Schaltreglers, die den Impulsbreitenmodulator 2 steuert, ist ausgangsseitig ferner mit einer Schwellwertstufe 7, realisiert z. B. als Optokoppler, verbunden, deren Ausgang mit dem Dateneingang D des D-Flipflop 4 verbunden ist.

Die Wirkungsweise des Schaltreglers soll anhand der in Fig. 2 dargestellten Impulsdiagramme dargestellt werden. Diagramm a) zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des Impulsbreitenmodulators 2. Solange der Ausgangswert der Regelstufe 6 unter der Referenzschwelle der Schwellwertstufe 7 bleibt (bis zum Zeitpunktti) ist der Q-Ausgang des D-Flipflops 4 inaktiv, d.h. der Schalttransistor 1 wird ausschließlich vom Impulsbreitenmodulator 2 gesteuert, der lastabhängig das Tastverhältnis des Schalttransistors 1 bestimmt.

Zum Zeitpunkt t-i tritt z. B. während der high-Phase der Impulsbreitenmodulator-Ausgangsspannung (s. Diagramm a)!) eine Lasterhöhung ein, die durch die Reglerstufe 6 die Schwellwertstufe 7 schaltet und einen L-Pegel an den Dateneingang D des Flipflops 4 legt (Diagramm b) in Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Daten-Eingangsspannung des D-Flipflops 4). Mit der nächsten taktbedingten H-L-Schaltflanke der Impulsbreitenmodulator-Ausgangsspannung (Zeitpunkt t₂) wird das D-Flipflop 4 von dieser umgeschaltet, so daß sein Q-Ausgang aktiven L-Pegel aufweist. Dieser aktive L-Pegel wird über die Diode 5 an die Basis des Schalttransistors 1 übertragen (Diagramm c) in Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Basisspannung des Schalttransistors 1) und steuert diesen unabhängig vom Impulsbreitenmodulator-Ausgangssignal (das maximal ein Tastverhältnis von ca. 95% forcieren würde) ständig auf. Das entspricht einem Tastverhältnis von 100%. Dieser Zustand bleibt für die Dauer der erhöhten Lastbedingung erhalten. Sinkt bei Laständerung der Ausgangswert der Reglerstufe unter den Schwellwert der Schwellwertstufe 7 (Zeitpunkt t₃), so schaltet das D-Flipflop 4 mit der nächsten taktbedingten H-L-Schaltflanke der Impulsbreitenmodulator-Ausgangsspannung (s. Diagramm a) in Fig.2!) zum Zeitpunkt t₄ in seinen anderen Zustand zurück, sein Q-Ausgang wird inaktiv und die Ansteuerspannung fürden Schalttransistor 1 (vgl. Diagramm c) in Fig.2!) wird wiederum ausschließlich durch die Ausgangsspannung des Impulsbreitenmodulators 2 bestimmt.

An den Setzeingang 9 des D-Flipflops4 ist eine an sich bekannte RC-Kombination mit einem Kondensator 8 gegen Masse und mit einem Widerstand 9 gegen eine Betriebsspannung Ub des D-Flipflops angeschlossen. Mit dieser RC-Kombination wird beim Einschalten der Betriebsspannung Ub ein kurzzeitiger Spannungsimpuls zum definierten Setzen des D-Flipflops 4 erzeugt. Fig.3 zeigt die gleiche Schaltungsanordnung wie Fig. 1, nur daß der Impulsbreitenmodulator 2 konkret durch einen Schaltkreis B260, der über Pin 3 und über einen Widerstand 11 von der Reglerstufe 6 angesteuert wird, realisiert ist. Zwischen den Pins 14 und 15 liegt die Emitter-Kollektor-Strecke des schaltkreisinternen Endtransistors. Das Diagramm a) entspricht dem zeitlichen Verlauf der Spannung am Pin 15. Pin 14 liegt an Masse; am Pin 1 ist eine Versorgungsspannung U, angeschlossen. Es ist zweckmäßig, den Schalttransistor 1 nicht direkt, sondern über eine (in der Zeichnung aus Übersichtsgründen nicht dargestellte) Treiberstufe anzusteuern.

Claims

— I — £<4U DO4

Patentansprüche:

1. Schaltregler zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere, bei dem ein Impulsbreitenmodulator nach dem Sägezahnprinzip ggf. über eine Treiberstufe mit dem Steuereingang eines Schalttransistors zum Schalten der Eingangsspannung in Verbindung steht, und mit mindestens einer Reglerstufe, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des Impulsbreitenmodulators weiterhin mit dem Takteingang eines Flipflops verbunden ist, dessen Ausgang entkoppelt vom Ausgang des Impulsbreitenmodulators ebenfalls auf den Steuereingang des Schalttransistors geführt ist, und daß der Ausgang der Reglerstufe über eine Digitalisierstufe mit dem Dateneingang des Flipflops in Verbindung steht.
2. Schaltregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgänge des Impulsbreitenmodulators und des Flipflops über Dioden voneinander entkoppelt sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen