DE2320229C3

DE2320229C3 - Circuit arrangement for the galvanically separated transmission of a direct voltage

Info

Publication number: DE2320229C3
Application number: DE19732320229
Authority: DE
Inventors: Detlef Kupka; Alfred Oberhuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2320229B2; DE2320229A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur galvanisch getrennten Übertragung einer Gleichspannung mit einem rückkopplungsgesteuerten geregelten Sperrwandler, mit einem Schalttransistor und einem mehrere Wicklungen aufweisenden Übertrager, von denen eine Wicklung eine der Ausgangsspannung an einer Sekundärwicklung proportionale Istwertspannung liefert, die mit einer Sollwertspannung in einer den Schalttransistor beeinflussenden Regelschaltung verglichen wird.The invention relates to a circuit arrangement for electrically isolated transmission of a DC voltage with a feedback-controlled regulated flyback converter, with a switching transistor and a transformer having a plurality of windings, one winding of which is one of the output voltage supplies proportional actual value voltage to a secondary winding, which is compared with a setpoint voltage in a control circuit influencing the switching transistor is compared.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (DD-PS 80 484). Diese bekannte Schaltung dient der Erzeugung einer von der Batteriespannung und von der Belastung unabhängigen konstanten Ausgangsgleichspannung.Such a circuit arrangement is already known (DD-PS 80 484). This known circuit is used to generate a constant that is independent of the battery voltage and the load DC output voltage.

Unter der Bezeichnung »Transistor-Chopper« sind auch bereits Schaltungsanordnungen bekannt, die mit hoher Übertragungsgenauigkeit eine Gleichspannung in eine proportionale galvanisch nicht getrennte Wechselspannung übersetzen (»Schaltungen mit Halbleiterbau- κ elementen« 1961, Siemens & Halske AG, S. 267 bis 269).Circuit arrangements with high transmission accuracy a direct voltage into a proportional, galvanically non-isolated alternating voltage translate ("Circuits with semiconductor components" 1961, Siemens & Halske AG, pp. 267 to 269).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Schaliungsanordnung der eingangs genannten Art die Erzeugung einer der Eingangsgleichspannung proportionalen Gleichspannung hoher Abbildungsgenauigkeit _ho zu ermöglichen.The invention is based on the object of using a formwork arrangement of the type mentioned at the outset to enable a _{direct voltage, proportional to the input direct voltage, to be generated with high imaging accuracy h o.}

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erzeugung einer der Eingangsgleichspannung proportionalen Gleichspannung hoher Abbildungsgenauigkeit zwei Sekundärwicklungen des Über- h^r-, tragers gleiche Windungszahlen aufweisen und die von ihnen beaufschlagten Kreise für die Gewinnung der Ausgangsgleichspannung und der Istwertspannung gleich aufgebaut und bemessen mit je einem konstanten Lastwiderstand abgeschlossen sind und die Istwertspannung mit einer der Eingangsspannung proportionalen Referenzspannung verglichen wird.This object is achieved according to the invention in that two secondary windings of the over- h ^r -, carrier have the same number of turns to generate a DC voltage proportional to the input DC voltage and have the same number of turns for generating the output DC voltage and the actual value voltage are completed with a constant load resistance and the actual value voltage is compared with a reference voltage proportional to the input voltage.

Regelabweichungen die durch Spannungsabfälle auf der Verbraucherseite bei Laständerungen bedingt sind, können bei dieser Schaltungsanordnung nicht auftreten.Control deviations caused by voltage drops on the consumer side with load changes, cannot occur with this circuit arrangement.

Das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangs- und. Ausgangs- bzw. Meßspannung ist an keinen bestimmten WertgebuEden, beträgt jedoch vorzugsweise 1:1.The gear ratio between input and. The output or measurement voltage is not given at any particular Valuables, but is preferably 1: 1.

Die SperrwandlerschaJtung kann gemäß einet weiteren Ausgestaltung vereinfacht werden, wenn die Meßspannungswickhing gleichzeitig als Rückkopplungswicklung für den Steuerkreis des Schalttransistors; benutzt wird.The flyback converter circuit can according to another Design can be simplified if the Meßspannungswickhing at the same time as a feedback winding for the control circuit of the switching transistor; is used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles nähert erläutertFurther details of the invention are based on an embodiment shown in the figure approaching explained

Die im Prinzip bekannte Sperrwandlerschaltung besteht im wesentlichen aus einem SchalttransKtor 7*1, einen Übertrager L1 mit einer Primärwicklung I, einer Rückkopplungswicklung II im Basisstromkreis des Schalttransistors und einer Sekundärwicklung III mit einer Diode £>3, einem Glättungskondensator C3 und einem Verbraucherwiderstand A3. Diese Grundschaltung wird mit einer Gleichspannung UX gespeist Ein Hauptmerkmal des Sperrwandlers besteht darin, daß die im leitenden Zustand des Schalttransistors 7*1 aufgenommene magnetische Energie durch entsprechende Polung der Diode D 3 erst während der Sperrphase des Schalttransistors abgegeben wird. Ein Konstantstromschaltung mit dem Transistor T2 liefert den Basisstrom für den Einschaltvorgang des Schalttransistors. The flyback converter circuit known in principle consists essentially of a switching transistor 7 * 1, a transformer L 1 with a primary winding I, a feedback winding II in the base circuit of the switching transistor and a secondary winding III with a diode £> 3, a smoothing capacitor C3 and a load resistor A3. This basic circuit is fed with a DC voltage UX . A main feature of the flyback converter is that the magnetic energy absorbed when the switching transistor 7 * 1 is conductive is only released during the blocking phase of the switching transistor due to the corresponding polarity of the diode D 3. A constant current circuit with the transistor T2 supplies the base current for the switching on of the switching transistor.

Eine Besonderheit der Schaltung besteht darin, daß die Wicklung II des Übertragers, die eine Rückkopplungsspannung an die Steuerstrecke des Schalttransistors liefert, als Wicklung zur Erzeugung einer Meßspannung U 2 ausgelegt ist Die Windungszahlen der Wicklungen II und III sind gleich groß. Der Meßkreis mit einer GleichrichterHiode D 2, einem Kondensator Cl und einem Anschlußwiderstand R 2 ist identisch mit dem Ausgangskreis D 3, C 3, R 3 aufgebaut Die einander entsprechenden Bauelemente sind gleich.A special feature of the circuit is that winding II of the transformer, which supplies a feedback voltage to the control path of the switching transistor, is designed as a winding for generating a measurement voltage U 2. The number of turns of windings II and III are the same. The measuring circuit with a GleichrichterHiode D 2, a capacitor Cl and a terminal resistor R 2 is made identical to the output circuit D 3, C 3, R 3 The mutually corresponding components are the same.

Ein Regelverstärker R, der als integrierter Operationsverstärker ausgebildet sein kann, ist eingangsseitig über einen Spannungsteiler R 4 bis R 6 an eine der Eingangsspannung UX proportionale Spannung als gleitende Referenzspannung und an die Meßspannung U2 angeschlossen. Sein Ausgang ist über den Widerstand R X mit der Basis des Schalttransistors TX verbunden. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende. Der Schalttransistor TX wird über die Konstantstromschaltung mit dem Transistor Tl angesteuert und schaltet ein. Die Eingangsspannung U X liegt an der Wicklung I des Übertragers L X. Die in der Wicklung II induzierte Spannung treibt zusätzlich Basisstrom in den Schalttransistor TX und der Kollektorstrom steigt wegen der konstanten Induktivität der Primärwicklung des Übertragers linear an. Wenn die Stromverstärkung des Schalttransistors ein weiteres Ansteigen des Stromes verhindert, nimmt der Schalttransistor Spannung auf und schaltet aus. Die Polarität der Spannungen an den Wicklungen II und III wird umgekehrt und die magnetische Energie wird sowohl über die Diode Dl an den Meßkreis mit dem Ladekondensator Cl als auch über die Diode D3 anA control amplifier R, which can be designed as an integrated operational amplifier, is connected on the input side via a voltage divider R 4 to R 6 to a voltage proportional to the input voltage UX as a floating reference voltage and to the measurement voltage U2 . Its output is connected to the base of the switching transistor TX via the resistor RX . The operation of the circuit is as follows. The switching transistor TX is controlled via the constant current circuit with the transistor Tl and switches on. The input voltage UX is applied to winding I of the transformer L X. The voltage induced in winding II also drives base current into the switching transistor TX and the collector current increases linearly because of the constant inductance of the primary winding of the transformer. If the current gain of the switching transistor prevents a further increase in the current, the switching transistor takes up voltage and switches off. The polarity of the voltages at the windings II and III is reversed and the magnetic energy is applied to both the diode Dl to the measuring circuit with the load capacitor C and through diode D 3

Ausgangskreis mit dem Ladekondensator C3 geben.Enter the output circuit with the charging capacitor C3 .

τ integrierte Operationsverstärker R vergleicht die Spannung am Kondensator C2 mit der renzspannung (Führungsgröße), die durch die nung an den Widerständen R 5 und R 6 gebildet und sich mit der Eingangsspannung Ui proportiofidert Wird die Spannung Ü2 am Kondensator C2 iamit die Ausgangsspannung bei einem Übersetsverhältnis 1:1 z.B. größer als die Eingangsspan- UX, so wiird Ober den Operationsverstärker ein ies Basisstromes vom Schalttransistor Tl abgezo-τ integrated operational amplifier R compares the voltage on capacitor C2 to the rence voltage (reference variable) formed by the voltage across the resistors R 5 and R 6 and Will proportiofidert with the input voltage Ui the voltage U2 across the capacitor C2 iamit the output voltage at a positive Sets ratio 1: 1, e.g. greater than the input voltage UX, a base current is drawn from the switching transistor T1 via the operational amplifier.

gen. Die aufgenommene Energie wird kleiner und die Spannungen UI und i/3 werden entsprechend der Eingangsspannung ausgeregelt. Der Widerstand A3 kann durch einen Spannungsteiler ersetzt werden um die Ausgangsspannung i/3 einem Regelkreis anzupassen. gen. The absorbed energy becomes smaller and the voltages UI and i / 3 are regulated according to the input voltage. The resistor A3 can be replaced by a voltage divider in order to adapt the output voltage i / 3 to a control loop.

Da die Last des Sperrwandlers konstant bleiben muß, darf z. B. ein am Ausgang angeschlossener Regelkreis nur einen gegenüber der Vorlast R 3 hochohmigen Lastwiderstand darstellen. Die Schaltfrequenz der Sperrwandlers ist inkonstantSince the load of the flyback converter must remain constant, z. B. a control loop connected to the output represent only a high-resistance load resistance compared to the preload R 3. The switching frequency of the flyback converter is inconsistent

1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1.Circuit arrangement for the galvanically separated transmission of a DC voltage with a feedback-controlled regulated flyback converter, with a switching transistor and a transformer having several windings, one winding of which supplies an actual value voltage proportional to the output voltage on a secondary winding, which is compared with a setpoint voltage in a control circuit influencing the switching transistor is, characterized in that two secondary windings (II, ElI) is of the transformer (LX) have the same number of turns to generate a direct voltage proportional to the input direct voltage with high mapping accuracy and the circuits to which they act to generate the output voltage (U3) and the actual value voltage (U2 ) are constructed identically and dimensioned with a constant load resistance (R 3, R 2) each and the actual value voltage (U 2) is compared to a reference voltage proportional to the input voltage (UX).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary winding (II) for the measuring circuit is also used as a feedback winding.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the gear ratio of the Primary winding (I) to both secondary windings (II, IH) is preferably 1: 1