DE2445034A1 - Schaltungsanordnung fuer einen mittelfrequenzumrichter - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für einen Mittelfrequenzumrichter Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Mittelfrequenzumrichter zur Deckung hoher Spitzenlasten, wobei ein im Eingangskreis vorgesehener Schalttransistor mittels tiner Rechte ckwechs ei spannung abwechselnd durchgesteuert und gesperrt wird und damit eine Wechselspannung in der Primäfljicklung eines Übertragers erzeugt, in dessen Sekundärkreis mittels Gleichrichteranordnungen eine oder mehrere stabilisierte Gleichspannungen erzeugt werden.
• Stromversorgungsgeräte dieser Art sind bekannt. Sie werden beispielsweise als Sperrumrichter oder Durchflußumrichter geschaltet und haben gegenüber Netztransformatoren verschiedene Vorteile, beispielsweise in Größe und Gewicht.
• Ein wichtiges Problem bei derartigen geregelten Stromversorgungen stellt die Deckung kurzzeitiger Impulslasten dar. Bei bekannten Schaltungsanordnungen verwendet man zur Lösung dieses Problems große und damit teuere sekundärseitige Speicherkondensatoren.
• Aufgabe der Erfindung war es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der auf große sekundärseitige Speicherkondensatoren und Siebdrosseln verzichtet werden kann. Ein Speicherkondensator auf der Primärseite kann wesentlich kleiner und damit billiger ausgeführt sein, da hier im Gegensatz zur Sekundärseite eine hohe Betriebsspannung vorhanden ist.
• Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Regelkreis mit einer Spannungsvergleichseinrichtung und einer Strommeßeinrichtung vorgesehen ist, in welchen in Jeder Schaltperiode des Transistors der Istwert der sekundären Ausgangsspannung mit einem einstellbaren Sollwert verglichen sowie der verbrauchte Strom gemessen und der Spannungsmeßgr6Qe überlagert wird, wobei mit Hilfe der resultierenden Di fferenz spannung der Transistor derart gesteuert wird, daß in jeder Schaltperiode die sekundär verbrauchte Energie aus einem pri>närseitigen Speicherkondensator nachgeführt wird.
• Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird eine Spannungsregelung geschaffen, welche bereits eine Absenkung der Spannung für eine Periode erkennt und den Umrichter innerhalb dieser Zeit von Leerlast auf Vollast schalten kann.
• Durch die Überlagerung des Stromwertes wird die sekundärseitig verbrauchte Energie ermittelt und zur Ableitung einer Steuergröße für denTransistor ausgewertet. Der sekundärseitige Ladekondensator kann deshalb klein gehalten werden, da auch Belastungsspitzen sofort über den Transistor ausgeglichen werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Umrichter als Sperrumrichter ausgebildet. Dieser kann die benötigte Energie schneller nachführen als beispielsweise ein Durchflußumrichter. Die in Jeder Schaltperiode nachzuführende Energie kann zweckmäßigerweise durch die Einschaltdauer des Transistors bestimmt werden.
• Der Spannungsvergleich zwischen Sollwert und Istwert wird zweckmäßigerweise mit einem Operationsverstärker durchgerührt. Dabei ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, den Spannungswert direkt auf der Sekundärseite des Umrichters abzugreifen und dem Operationsverstärker zuzuführen. Die sekundärseitig verbrauchte Energie wird über eine Strommeßeinrichtung ermittelt und der aus dem Spannungavergleich stammenden Meßgröße überlagert. Für diesen Zweck kann bei geeigneter Dimensionierung der sekundärseitigen Entladezeitkonstante auch der Spannungsabfall während der Entladezeit einer Schaltperiode am sekundärseitigen Speicherkondensator genutzt werden. Über eine geeignete Koppeleinrichtung, beispielsweise einen Optokoppler, wird dann eine Steuergröße auf die Primärseite zurückgeführt und zur Steuerung des Transistors verwendet.
• In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, den Istwert der Sekundärspannung mittels einer mit der Sekundärwicklung streuarm verknüpften Hilfswicklung am Ubertrager abzunehmen. Von dieser Hilfswicklung kann gleichzeitig auch die Stromversorgung des Reglers übernommen werden. Dabei ist es zweckmäßig, daß der Hilfsladekreis für die Spannungsvergleichseinrichtung etwa die gleiche Zeitkonstante aufweist wie der sekundäre Lastkreis.
• Damit ist eine unmittelbare Reaktion auf Laständerungen gewährleistet. Zur Erhöhung der Regelgenauigkeit kann weiterhin in einer Aus führungs form der Erfindung vorgesehen sein, daß der durch die Primärwicklung des Übertragers fließende Spulenstrom während der Einschaltzeit des Transistors dem Regelkreis zugeführt und dort mit ausgewertet wird.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
• Es zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, wobei die Vergleichsspannung direkt auf der.
• Sekundärseite abgenommen wird, Fig. 2 eine andere AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Hilfswicklung zur Abnahme der Sekundärspannung.
• Die Fig. 1 zeigt eine Umrichterschaltung, ausgebildet als Sperrumrichter, mit einem Schalttransistor T, einem Übertrager mit der Primärwicklung L1 und der Sekundärwicklung L2 sowie der sekundärseitigen Diode D2. Die primäre Ubertragerwicklung L1 bildet mit einem parallel zum Transistor geschalteten RC-Glied Ril, C1 einen-gedämpften Schwingkreis.
• Die primärseitige Betriebsspannung UB wird aus der Netzwechselspannung UN über eine Gleichrichterbrücke B gewonnen. Der Kondensator C3 dient als Siebkondensator und als Speicherkondensator zur Nachführung von Belastungsspitzen. Auf der Sekundärseite ist ein relativ kleiner Ladekondensator C2 vorgesehen, um die Sekundärspannung zu glätten. Am sekundären Ausgang ist die Gleichspannung UA abnehmbar.
• Zur schnellen Nachregelung von Spitzenlasten ist ein Regelkreis vorgesehen, der im wesentlichen einen Operationsverstärker V1 enthält, mit welchem die Spannungsdifferenz zwischen einem vorgegebenen Sollwert und dem sekundärseitigen Istwert verglichen wird. Der Spannungs-Sollwert wird mit der Zenerdiode Z und dem Widerstand Rl gebildet.
• Der Istwert wird direkt an der Sekundärseite über den Spannungsteiler aus den Widerständen R2 und R3 abgegriffen.
• Der verbrauchte Strom erzeugt am Widerstand R9 eine Spannung, die mit dem Operationsverstärker V2 verstärkt,mit dem Kondensator C5 integriert und über den Widerstand RIO dem Spannungs-Istwert überlagert wird.
• Am Ausgang des Operationsverstärkers V1 erscheint die Steuergröße, welche über einen Optokoppler, bestehend aus einer Lichtquelle LU und einer Fotodiode PD auf die Primärseite des Umrichters übertragen wird. Anstelle des Optokopplers kann auch eine geeignete andere Koppeleinrichtung verwendet werden. Die Fotodiode bestimmt die Einschaltdauer eines monostabilen Kippgliedes K, welches durch einen Taktgeber TG gesteuert wird. Am Ausgang des Kippgliedes K erscheinen Rechteckimpulse, deren Länge der in der jeweiligen Periode sekundärseitig entnommenen Energie entspricht. Die Rechteckimpulse werden der Basis des Transistors T zugeführt, so daß der Transistor je nach sekundärseitiger Belastung länger oder kürzer durchgesteuert wird.
• Die Fig.2 zeigt eine etwas geänderte Umrichterschaltung, bei der Jedoch der eigentliche Sperrumrichter ebenso aufgebaut ist wie in Fig*1. Die Netzspannung UN wird über die Gleichrichterbrücke B gleichgerichtet, so daß die Gleichspannung UB am Sperrumrichter anliegt. Dieser besteht wiederum aus dem Transistor T, dem Ubertrager mit den Wicklungen Ll und L2 und der Diode D2. Auf der Sekundärseite ist wiederum der Ladekondensator C2 vorgesehen, auf der Primärseite der Schwingkreiskondensator C1, wobei hier auf den zusätzlichen Widerstand R11 verzichtet wurde.
• Im Gegensatz zur Fig. 1 wird nunmehr die Sekundärspannung nicht direkt an der Sekundärseite abgegriffen, sondern über eine zusätzliche Übertragerwicklung L3 abgenommen. Von dieser Wicklung L3 wird über die Diode D1 der Istwert der Spannung an C4 gebildet. Über den Spannungsteiler aus den Widerständen R4 und R5 wird er an den Operationsverstärker V2 angelegt und dort mit dem Sollwert der Zenerdiode Z (mit den Widerständen R6 und R7) verglichen. Die verstärkte Differenz aus V2 wird über ein Kippglied K dem Transistor zugeführt.
• Das Kippglied K wird von einem Taktgeber gesteuert und bildet an seinem Ausgang Rechteckimpulse, deren Länge der sekundärseitigen Belastung entspricht. Der rasche Ausgleich schneller Laständerungen wird hier dadurch erreicht, daß die Spannungen an L2 und L3 und damit auch an C2 und C4 bei enger Kopplung der Wicklungen im Ubertrager proportional und der Spannungsabfall an C2 während einer Periode ein Maß für die entnommene Energie ist.
• Eine unmittelbare Reaktion auf Laständerungen wird dann erreicht, wenn die Zeitkonstante des Ladekreises aus C4, R4 und R5 etwa der Entladezeitkonstante der Siebglieder (C2) am sekundärseitigen Ausgang mit der Last entspricht. Eine hohe Regelgenauigkeit wird außerdem erreicht, wenn die Diode D1 - unter Umständen durch einen Vorwiderstand - etwa die gleichen relativen Verluste aufweist wie die sekundären Gleichrichter D2.
• Eine Verfeinerung der Regelgenauigkeit wird außerdem noch dadurch gewonnen, daß am Transistor T mit dem Emitterwiderstand R8 während der Einschaltzeit des Transistors der durch die Primärwicklung des Übertragers fließende Strom abgenommen und über R5 zum Spannungsvergleich ausgewertet wird.
• 7 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung für einen Mittelfrequenz-Umrichter zur Deckung hoher Spitzenlasten, wobei ein im Eingangskreis vorgesehener Schalttransistor mittels einer Rechteckwechselspannung abwechselnd durchgesteuert und gesperrt wird und damit eine Wechselspannung in der Primärwicklung eines Ubertragers erzeugt, in dessen Sekundärkreis mittels Gleichrichteranordnungen =eine oder mehrere stabilisierte Gleichspannungen erzeugt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Regelkreis mit einer Spannungsvergleichseinrichtung (vI, V2) und einer Strommeßeinrichtung (V3) vorgesehen ist, in welchen in Jeder Schaltperiode des Transistors (T) der Istwert der sekundären Ausgangsspannung (R2, R3; C4, R4, R5) mit einem einstellbaren Sollwert (Z1, R1; Z2; R6, R7) verglichen sowie der verbrauchte Strom (R9) gemessen und der Spannungsmeßgröße verlagert (C5, R?O) wird, wobei mit Hilfe der resultierenden Differenzspannung der Transistor (T) derart gesteuert wird, daß in Jeder Schaltperiode die sekundär verbrauchte Energie aus einem primärseitigen Speisekondensator (C3) nachgeführt wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurth gekennzeichnet, daß der Umrichter als Sperrumrichter ausgebildet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in jeder Schaltperiode nachgeführte Energie durch die Einschaltdauer des Transistors bestimmt wird.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert der Sekundärspannung mittels einer mit der Sekundärwicklung (L2) des Übertragers streuarm verknüpften Hilfswicklung (L3) abgenommen wird.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Primärkreis (L1, T, R8) des Umrichters fließende Strom während der Einschaltzeit des Transistors (T) dem Regelkreis (Vg) zugeführt und dort mit ausgewertet wird.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Regelkreis (V2) zugeführte Strom an einem Emitterwiderstaiid (R8) des Schalttransistors abgreifbar ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsladekreis für die Spannungsvergleichseinrichtung (C4, R4, R5) etwa die gleiche Zeitkonstante aufweist wie der sekundäre Lastkreis (C2).