DE3241668C2

DE3241668C2 -

Info

Publication number: DE3241668C2
Application number: DE19823241668
Authority: DE
Inventors: Roland Spitzner; Werner Ing.(Grad.) 8500 Nuernberg De Woelfel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1992-12-24
Also published as: DE3241668A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen getakteten Gleich spannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a clocked equal Voltage converter according to the preamble of claim 1.

Aus der technischen Mitteilung über "Integrierte Schalt netzteil-Steuerschaltungen TDA 4700/TDA 4718 Funktion und Anwendung" von Siemens, Bestell-Nr. B/2332, ist ein Halbbrücken-Schaltnetzteil (Bild 19) bekannt, das einen Pulsbreitenmodulator und einen Stromwandler aufweist. Der Ausgang des Stromwandlers ist mit einem Komparator (Bild 1) verbunden, an den eine Gleichspannung als Re ferenzspannung angelegt ist und der auf ein Impulsab schalt-Flipflop wirkt, damit bei einem auftretenden über strom eine Abschaltung des Schaltnetzteiles erfolgt.From the technical communication on "Integrated switching Power supply control circuits TDA 4700 / TDA 4718 function and application "from Siemens, Order No. B / 2332, is a Half-bridge switching power supply (Figure 19) known, the one Has pulse width modulator and a current transformer. The output of the current transformer is with a comparator (Figure 1) connected to a DC voltage as Re reference voltage is applied and which is based on a pulse switching flip-flop acts so when an occurring over current is switched off the switching power supply.

Aus dem Fachbuch "Schaltnetzteile" von J. Wüstehube, erschienen im expert-verlag, Grafenau 1979, ist ein Schaltnetzteil mit Überstrom schutz (siehe Seite 441, Bild 12.14) bekannt, in dem im Überlast falle eine zweistufige Strombegrenzung erfolgt. Die Arbeitsweise dieser Strombegrenzung, die der Erfindung am nächsten kommt, ist auf den Seiten 192 bis 194 beschrieben. Hier sind (siehe z. B. Bild 5.21) zwei getrennte Komparatoren vorgesehen, von denen einer bei Er reichen eines ersten Schwellwertes einer dem Ausgangsstrom propor tionalen Spannung durch vorzeitiges Rückstellen eines Ausgangs flipflops das Tastverhältnis des Pulsbreitenmodulators reduziert und der andere bei Erreichen eines zweiten Schwellwertes die Aus gangsstufe abrupt sperrt, indem er für eine nahezu vollständige Entladung des Anlaufkondensators sorgt. Die Tiefentladung des An laufkondensators hat zur Folge, daß vor jedem neuen Anlauf der Schaltung zunächst eine Totzeit abgewartet werden muß, bevor der eigentliche Langsamanlauf beginnt.From the specialist book "Schaltnetzteile" by J. Wüstehube, published in expert-verlag, Grafenau 1979, is a switching power supply with overcurrent protection (see page 441, figure 12.14) known in the overload if there is a two-stage current limitation. The way of working this current limitation that comes closest to the invention described on pages 192 to 194. Here are (see e.g. Figure 5.21) two separate comparators are provided, one of which at Er range of a first threshold value proportional to the output current tional voltage by prematurely resetting an output flipflops reduces the pulse duty factor of the pulse width modulator and the other turns off when a second threshold is reached gears locks abruptly by working for an almost complete Discharge of the starting capacitor ensures. The deep discharge of the An running capacitor has the consequence that before each new start of the Circuit must first wait a dead time before the actual slow start begins.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Mitteln. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen worden.This object is achieved with those in claim 1 labeled means. Advantageous configurations can have been taken from the subclaims.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen von Aus führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention will now be described with reference to drawings from management examples explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Aus führung eines getakteten Gleichspannungswandlers und Fig. 1 is a schematic diagram of a first implementation of a clocked DC converter and

Fig. 2 eine zweite Ausführung des getakteten Gleichspannungs wandlers. Fig. 2 shows a second embodiment of the clocked DC converter.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten getakteten Gleichspannungs wandler handelt es sich um einen Eintakt-Durchflußwandler. Es sei darauf hingewiesen, daß andere Wandlertypen und Gegentaktwandler gleichermaßen verwendet werden können. Es gelangt eine Eingangsgleichspannung Ue, die aus einer Batterie oder einem an einer Netzwechselspannung betriebe nen Gleichrichter stammen kann (nicht dargestellt), über einen elektronischen Schalter, beispielsweise einen Tran sistor 1, auf eine Primärwicklung eines Transformators 2. Der Transistor 1 wird an seiner Basis von einem Pulsbrei tenmodulator 3 gesteuert. An eine Sekundärwicklung des Transformators 2 ist eine Gleichrichter- und Filterschaltung 4 angeschlossen, die eine Ausgangsgleichspannung Ua bereit stellt. Von der Ausgangsgleichspannung Ua ist beispiels weise der negative Pol mit dem Nullpotential verbunden. Der positive Pol ist mit dem Pulsbreitenmodulator 3 durch eine Leitung a verbunden, um den Istwert der Ausgangsgleich spannung Ua dem Pulsbreitenmodulator 3 zur Regelung zuzu führen.In the clocked DC converter shown in Fig. 1 it is a single-ended flow converter. It should be noted that other types of converters and push-pull converters can be used equally. An input DC voltage Ue, which can originate from a battery or a rectifier operated on an AC line voltage (not shown), arrives via an electronic switch, for example a transistor 1 , on a primary winding of a transformer 2 . The transistor 1 is controlled at its base by a pulse width modulator 3 . A rectifier and filter circuit 4 is connected to a secondary winding of the transformer 2 and provides a DC output voltage Ua. From the output DC voltage Ua, for example, the negative pole is connected to the zero potential. The positive pole is connected to the pulse width modulator 3 by a line a in order to supply the actual value of the DC output voltage Ua to the pulse width modulator 3 for regulation.

Zwischen dem Transistor 1 und der Primärwicklung des Trans formators 2 ist ein Stromwandler 11 mit einem Bürdenwider stand R1, einer Gleichrichterschaltung 5 und einer ohm schen Belastung durch einen Widerstand R2 geschaltet. Ein Anschluß des Widerstandes R2 ist mit dem Nullpotential ver bunden. An dem anderen Anschluß kann eine dem Strom durch den Primärkreis aus dem Transistor 1 und der Primärwick lung des Transformators 2 entsprechende Spannung abge nommen werden. Diese Spannung ist bei richtiger Wahl der Beschaltung des Stromwandlers 11 proportional dem Strom im Primärkreis.Between the transistor 1 and the primary winding of the transformer 2 , a current transformer 11 with a load resistor R 1 , a rectifier circuit 5 and an ohmic load through a resistor R 2 is connected. A connection of the resistor R 2 is connected to the zero potential. At the other terminal, a voltage corresponding to the current through the primary circuit from transistor 1 and the primary winding of transformer 2 can be removed. If the circuit of the current transformer 11 is selected correctly, this voltage is proportional to the current in the primary circuit.

An den Pulsbreitenmodulator 3 ist eine Schaltung zum weichen Anlauf 6 angeschlossen, die beim Einschalten wirkt. Die Anlaufschaltung 6 besteht aus einem Komparator 7 und einer nachgeschalteten UND-Schaltung 8. An den nicht invertieren den Eingang des Komparators 7 ist ein Kondensator C1 ange schaltet, der über einen Widerstand R3 von einer positiven Spannung + nach dem Einschalten des Gleichspannungswand lers geladen wird. An den invertierenden Eingang des Kompa rators ist eine sägezahnförmige Spannung angelegt, die aus einer rechteckförmigen Oszillatorspannung abgeleitet ist. Der Ausgang des Komparators ist mit einem Eingang der UND- Schaltung 8 verbunden, an deren anderem Eingang die recht eckförmige Oszillatorspannung angelegt ist.A circuit for soft starting 6 is connected to the pulse width modulator 3 and acts when switched on. The starting circuit 6 consists of a comparator 7 and a downstream AND circuit 8 . At the non-invert the input of the comparator 7 , a capacitor C 1 is switched on, which is charged via a resistor R 3 by a positive voltage + after switching on the DC voltage converter. At the inverting input of the Kompa rators a sawtooth-shaped voltage is applied, which is derived from a rectangular oscillator voltage. The output of the comparator is connected to an input of the AND circuit 8 , at the other input of which the rectangular oscillator voltage is applied.

Nach dem Einschalten des Gleichspannungswandlers wird der Kondensator C1 geladen und erreicht seine Spannung die säge zahnförmige Spannung, so geht der Ausgang des Komparators 7 kurzzeitig auf einen hohen Pegel. Mit steigender Spannung am Kondensator C1 erhöht sich dann die Impulsbreite des hohen Pegels. Ist die Spannung des Kondensators C1 dann gleich oder größer als die sägezahnförmige Spannung, so bleibt der Ausgang des Komparators 7 auf hohem Pegel. Entsprechend erscheinen am Ausgang der UND-Schaltung 8 erst keine, dann schmale Impulse, die breiter werden, bis die Breite der rechteckförmigen Oszillatorspannung erreicht ist. Auf diese Weise wird der Transistor 7 über den Puls breitenmodulator 3 weich eingeschaltet. After the DC-DC converter has been switched on, the capacitor C 1 is charged and its voltage reaches the sawtooth-shaped voltage, so the output of the comparator 7 goes briefly to a high level. With increasing voltage on capacitor C 1 , the pulse width of the high level then increases. If the voltage of the capacitor C 1 is then equal to or greater than the sawtooth-shaped voltage, the output of the comparator 7 remains at a high level. Accordingly, no, then narrow pulses appear at the output of the AND circuit 8 , which become wider until the width of the rectangular oscillator voltage is reached. In this way, the transistor 7 is smoothly switched on via the pulse width modulator 3 .

Auf den Kondensator C1 wirkt eine Schaltung ein, die in Abhängigkeit vom Strom im Primärkreis die Ladung des Kon densators C1 vermindert, und zwar erst dann, wenn in Folge eines Fehlers ein zu großer Strom fließt. Durch die Entladung des Kondensa tors C1 in diesen Fällen wird der weiche Anlauf mit seinem verringerten Strom im Primärkreis hervorgerufen, was einer Regelung zur Strombegrenzung entspricht oder eine Abschal tung im Falle eines Kurzschlusses bedeutet.To the capacitor C 1, a circuit acts which decreased function of the current in the primary circuit the charge of the Kon densators C 1 Although only when a flow, and in consequence of a fault to large current. By discharging the capacitor C 1 in these cases, the soft start with its reduced current is caused in the primary circuit, which corresponds to a regulation for current limitation or means a shutdown in the event of a short circuit.

Die Schaltung besteht aus einem Komparator 9, dessen Ausgang über einen Widerstand R4 mit dem Kondensator C1 verbunden ist, einem zum Widerstand R4 parallel liegenden Kondensator C2 und einem Transistor 10. Der Kollektor des Transistors 10 ist mit Nullpotential verbunden und seine Basis-Emitter strecke liegt parallel zum Widerstand R4. Der invertieren de Eingang des Komparators 9 ist mit dem Widerstand R2 ver bunden und an den nicht invertierenden Eingang ist eine Wechselspannung angelegt. Diese Wechselspannung hat einen dreiecksförmigen, vorzugsweise einen sägezahnförmigen Ver lauf. Diese Sägezahnspannung ist aus der rechteckförmigen Oszillatorspannung abgeleitet und weist deshalb deren Fre quenz auf.The circuit consists of a comparator 9 , the output of which is connected via a resistor R 4 to the capacitor C 1 , a capacitor C 2 parallel to the resistor R 4 and a transistor 10 . The collector of transistor 10 is connected to zero potential and its base-emitter path is parallel to resistor R 4 . The inverting de input of the comparator 9 is connected to the resistor R 2 and an AC voltage is applied to the non-inverting input. This AC voltage has a triangular, preferably a sawtooth-shaped Ver run. This sawtooth voltage is derived from the rectangular oscillator voltage and therefore has its frequency.

Steigt die Spannung am Widerstand R2 an, weil sich der Strom im Primärkreis erhöht, dann erreicht sie die Sägezahnspannung und der Ausgang des Komparators 9 geht kurzzeitig auf einen niedrigen Pegel. Dadurch wird über den Widerstand R4 dem Kondensator C1 kurzzeitig Ladung entnommen. Bei weiter an steigender Spannung am Widerstand R2 erhöht sich die Impuls breite des niedrigen Pegels am Ausgang des Komparators 9, wodurch dem Kondensator C1 mehr Ladung entnommen wird. Da der Widerstand R3 hochohmig ist, sinkt die Spannung am Kon densator C1 und dadurch wird die Pulsbreite zur Aussteuerung des Transistors 1 reduziert. Dies hat zur Folge, daß der Strom im Primärkreis wieder sinkt. If the voltage across the resistor R 2 rises because the current in the primary circuit increases, then it reaches the sawtooth voltage and the output of the comparator 9 goes briefly to a low level. As a result, charge is temporarily removed from capacitor C 1 via resistor R 4 . As the voltage across the resistor R 2 continues to increase, the pulse width of the low level at the output of the comparator 9 increases , as a result of which the capacitor C 1 takes more charge. Since the resistor R 3 has a high resistance, the voltage across the capacitor C 1 drops and the pulse width for controlling the transistor 1 is thereby reduced. As a result, the current in the primary circuit drops again.

Dieser zum beschriebenen weichen Anlauf umgekehrte Vorgang ergibt sich daraus, daß die jeweils steuernde Spannung dem Komparator 9 am invertierenden und dem Komparator 7 am nicht invertierenden Eingang zugeführt wird.This process, which is the reverse of the soft start described, results from the fact that the respective controlling voltage is supplied to the comparator 9 at the inverting input and to the comparator 7 at the non-inverting input.

Im Falle eines Kurzschlusses steigt die Spannung am Wider stand R2 so weit an, daß sie die Sägezahnspannung über steigt. Dann ist der Ausgang des Komparators 9 dauernd auf niedrigem Pegel. Damit wird der Transistor 10 leitend und entlädt dadurch den Kondensator C1 sehr schnell. Das bewirkt, daß von der An laufschaltung 6 keine Impulse mehr abgegeben werden und dadurch der Transistor 1 abgeschaltet wird.In the event of a short circuit, the voltage across the resistor R 2 rises to such an extent that it increases the sawtooth voltage. Then the output of the comparator 9 is constantly at a low level. The transistor 10 thus becomes conductive and thereby discharges the capacitor C 1 very quickly. This causes the on-circuit 6 to no longer emit pulses, thereby turning off transistor 1 .

Die Schaltung weist durch diese Möglichkeit des schnellen Entladens des Kondensators C1 eine geringe Reaktionszeit auf. Durch die Größe der Sägezahnspannung am nicht inver tierenden Eingang des Komparators 9 kann der Proportional anteil der Regelung eingestellt werden. Da der Strom durch den Widerstand R3 und der durch den Widerstand R4 die Spannung am Kondensator C1 bestimmen, ergibt sich ein inte grales Verhalten, wobei der Strom durch den Widerstand R3 im Falle der Strombegrenzung als konstant angenommen wird. Der Komparator 9 arbeitet im Schalterbetrieb, wodurch Stör felder und Störimpulse nur sehr geringe Auswirkungen haben.As a result of this possibility of quickly discharging the capacitor C 1, the circuit has a short response time. Due to the size of the sawtooth voltage at the non-inverting input of the comparator 9 , the proportional portion of the control can be set. Since the current through the resistor R 3 and that through the resistor R 4 determine the voltage across the capacitor C 1 , there is an integral behavior, the current through the resistor R 3 being assumed to be constant in the case of the current limitation. The comparator 9 operates in the switch mode, so that interference fields and interference pulses have very little impact.

Eine noch weiter vereinfachte Schaltung des getakteten Gleichspannungswandlers ist in Fig. 2 dargestellt, in der für gleiche Teile wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen ver wendet werden. Der Ausgang des Komparators 9 ist mit dem Ausgang des Komparators 7 verbunden. Die Arbeitsweise die ser Schaltung ist die gleiche wie die schon beschriebene. Das integrale Verhalten ist bei dieser Schaltung nicht ge geben, auf dieses kann aber in vielen Anwendungsfällen ver zichtet werden, da sehr oft größere Toleranzen für die Strombegrenzung zugelassen sind.A further simplified circuit of the clocked DC-DC converter is shown in Fig. 2, in which the same reference numerals are used for the same parts as in Fig. 1 ver. The output of the comparator 9 is connected to the output of the comparator 7 . The operation of this circuit is the same as that already described. The integral behavior is not given in this circuit, but this can be dispensed with in many applications, since very large tolerances for the current limitation are very often permitted.

Claims

1. clocked DC-DC converter with a pulse width modulator, a starting circuit with a capacitor for soft starting and with a current converter for detecting the current flowing through the primary circuit, in which the voltage proportional to the current is compared in a comparator with a reference voltage, characterized in that the output of the comparator ( 9 ) is connected to the capacitor (C ₁ ) for soft starting via a current limiting resistor (R ₄ ) and that the reference voltage applied to the comparator ( 9 ) is an AC voltage which is synchronous with the clock of the DC / DC converter.

2. Clocked DC-DC converter according to claim 1, there characterized in that the AC voltage is a three has an angular shape.

3. Clocked DC-DC converter according to claim 1, there characterized in that the AC voltage saw a has a tooth-like course.

4. clocked DC-DC converter according to claim 3, characterized in that the resistor (R 4 ) in parallel with a capacitor (C 2 ) and the base-emitter section of a tran sistor ( 10 ), the collector of which is connected to the zero potential.