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DE4123634A1 - Switching regulator with push=pull resonant DC=DC converter - Google Patents

Switching regulator with push=pull resonant DC=DC converter

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Publication number
DE4123634A1
DE4123634A1 DE4123634A DE4123634A DE4123634A1 DE 4123634 A1 DE4123634 A1 DE 4123634A1 DE 4123634 A DE4123634 A DE 4123634A DE 4123634 A DE4123634 A DE 4123634A DE 4123634 A1 DE4123634 A1 DE 4123634A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
push
pull
switching regulator
converter
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4123634A
Other languages
German (de)
Inventor
Franz Dipl Ing Ohms
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
ANT Nachrichtentechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ANT Nachrichtentechnik GmbH filed Critical ANT Nachrichtentechnik GmbH
Priority to DE4123634A priority Critical patent/DE4123634A1/en
Priority to JP51036892A priority patent/JP3247108B2/en
Priority to PCT/DE1992/000416 priority patent/WO1992022955A1/en
Priority to US08/167,820 priority patent/US5559684A/en
Priority to DE59203309T priority patent/DE59203309D1/en
Priority to EP92910455A priority patent/EP0589911B1/en
Publication of DE4123634A1 publication Critical patent/DE4123634A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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Abstract

The push-pull converter (GW) is preceded by a buck or boost regulator (BR) whose output inductance is divided (L1, L2) for driving the respective branches of the push-pull circuit. Resonance capacitors (C1, C2) are connected between the driven ends of the push-pull transformer prim. windings (W1, W2) and the common terminals of the push-pull switches (S1, S2). Capacitor voltage is utilised by the buck or boost regulator control circuit (St).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schaltregler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Schaltregler ist bekannt aus der GB-PS 11 72 501.The invention is based on a switching regulator the preamble of claim 1. Such Switching regulator is known from GB-PS 11 72 501.

Schaltregler dieser Art werden verwendet, wenn stark variierende Eingangsspannungen zu verarbeiten sind. Der Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller wird üblicherweise in Abhängigkeit der Schaltregler-Ausgangsspannung pulsbreitenmoduliert. Der nachgeschaltete Gegentaktwandler wird entweder mit Gegentaktimpulsen konstanter Dauer oder ebenfalls mit pulsbreitenmodulierten Impulsen betrieben.Switching regulators of this type are used when strong varying input voltages are to be processed. The Step-up / or step-down converter is usually in Dependency of the switching regulator output voltage pulse width modulated. The downstream push-pull converter is either with push-pull pulses of constant duration or also operated with pulse width modulated pulses.

Aus der DE 29 41 009 C2 ist es bekannt einem herkömmlichen Gegentaktwandler einen Serien-Schaltregler in Form eines Hochsetz-/oder Tiefsetzstellers vorzuschalten insbesondere für den Zweck, daß stark variierende Eingangsspannungen, wie beispielsweise bei Satelliten-Stromversorgungen, zu verarbeiten sind. Der Serien-Schaltregler wird auch dort in Abhängigkeit der Schaltregler-Ausgangsspannung pulsbreitenmoduliert.From DE 29 41 009 C2 it is known a conventional Push-pull converter a series switching regulator in the form of a Step-up / or step-down converter upstream in particular for the purpose that widely varying input voltages, such as for example in the case of satellite power supplies are processed. The series switching regulator is also in there Dependency of the switching regulator output voltage pulse width modulated.

Aufgabe der Erfindung ist es den Schaltregler eingangs genannter Art so auszubilden, daß ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung auf. Aus der US 49 59 765 oder aus der Siemens-Zeitschrift 48 (1974), Heft 11 Seiten 840 bis 846 ist es zwar bekannt, zur Verbesserung des Wirkungsgrades einen Gegentaktwandler durch Zuschalten eines Resonanzkondensators zu einem Resonanzwandler zu ergänzen, jedoch sind die dort aufgezeigten Resonanzwandler nicht ohne weiteres zum Betrieb mit einem vorgeschalteten Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller geeignet. Bei dem aus der EP 77 958 B1 bekannten Gegentaktwandler werden zur Verringerung von Schaltverlusten die Gegentaktschalter mit einer Lückzeit betrieben, die so bemessen ist, daß in dieser Zeit der Gegentaktwandler als Resonanzgebilde mit der ihm eigenen Resonanzfrequenz von selbst umschwingen kann.The object of the invention is the switching regulator at the beginning mentioned type so that a high efficiency is achievable. This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved. The subclaims show advantageous embodiments of the invention. From the US 49 59 765 or from Siemens magazine 48 (1974), issue 11 Pages 840 to 846 it is known to improve the  Efficiency a push-pull converter by connecting one To add a resonance capacitor to a resonance converter, however, the resonance converters shown there are not without further for operation with an upstream step-up or Buck converter suitable. In the case of EP 77 958 B1 known push-pull converters are used to reduce Switching losses the push-pull switches with a gap time operated, which is dimensioned so that the Push-pull converter as a resonance structure with its own Can resonate by itself.

Der Schaltregler nach der Erfindung besitzt den Vorteil, daß die Kapazität des entsprechenden Resonanzkondensators größer gewählt werden kann als bei herkömmlichen Resonanz- oder Quasiresonanzwandlern. Für das Nachladen eines Resonanzkondensators steht ausreichend Zeit zur Verfügung, nämlich jeweils die Zeit während der der jeweilige Gegentaktschalter geöffnet ist und die Lückzeit. Aufgrund dieser Erkenntnis ist es überhaupt erst möglich den Resonanzwandler mit einem Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller als Vorregler sinnvoll zu betreiben. Der Transformator des Gegentaktwandlers wird besser ausgenutzt als bei vergleichbaren anderen Resonanzwandlern, d. h. bei gleicher Leistung kann das Bauvolumen reduziert werden. Dies ist insbesondere für Anwendungen in Satelliten von Vorteil. Die Regelung des Tiefsetzstellers ist sehr zuverlässig, da das Regelkriterium aus getrennten Zweigen des Gegentaktwandlers gewonnen wird. Durch die Addition der Spannungen an den Resonanzkondensatoren für die Regelung des Tiefsetzstellers gemäß Anspruch 6 werden Störsignale (Ripple) stark unterdrückt.The switching regulator according to the invention has the advantage that the capacitance of the corresponding resonance capacitor is larger can be chosen as with conventional resonance or Quasi-resonance transducers. For reloading one There is sufficient time available for the resonance capacitor, namely the time during which the respective Push-pull switch is open and the gap time. Because of this knowledge is only possible in the first place Resonance converter with a step-up or step-down converter as Operate pre-controller sensibly. The transformer of the Push-pull converter is better used than in comparable other resonance converters, d. H. at the same Performance, the construction volume can be reduced. This is particularly advantageous for applications in satellites. The Regulation of the buck converter is very reliable because that Rule criterion from separate branches of the push-pull converter is won. By adding the voltages to the Resonance capacitors for the regulation of the buck converter According to claim 6 interference signals (ripple) are strong suppressed.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nun näher erläutert. Es zeigtUsing the drawings, an embodiment of the Invention now explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltreglers nach der Erfindung, Fig. 1 is a basic circuit diagram of a switching regulator according to the invention,

Fig. 2 zeitliche Verläufe ausgewählter Signale für den Schaltregler nach Fig. 1, Fig. 2 temporal profiles of selected signals for the switching regulator of Fig. 1,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild des Gegentaktwandlers für einen der Gegentaktzweige, Fig. 3 is an equivalent circuit diagram of the push-pull converter for one of the push-pull branches,

Fig. 4 den Umschwingstrom des Gegentaktwandlers für unterschiedliche Bauelemente-Dimensionierungen. Fig. 4 shows the reversing current of the push-pull converter for different component dimensions.

In Fig. 1 ist ein von einer Eingangsgleichspannungsquelle QE gespeister Hochsetzsteller AW dargestellt, dem ein Parallel- Gegentaktgleichspannungswandler GW nachgeschaltet ist. Der Hochsetzsteller AW besteht aus einem Sparübertrager SU, zwei Stellgliedern, hier durch die Schalter S1 und S2 dargestellt, Gleichrichtern D1, D2 sowie den Induktivitäten L1 und L2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wicklungsmittelpunkt des Sparübertragers SU mit dem Pluspol der Eingangsgleichspannungsquelle QE verbunden. Zwischen symmetrisch zum Wicklungsmittelpunkt gelegenen Anzapfungen des Sparübertragers SU und dem Minuspol ist jeweils einer der Schalter S1 bzw. S2 angeordnet. Somit sind die Schalter S1 und S2 jeweils über eine Teilinduktivität LS1 bzw. LS2 des Sparübertragers SU mit der Eingangsgleichspannungsquelle verbunden. Den Sekundärkreis des Hochsetzstellers bilden die Gleichrichter D1 und D2, die jeweils gleichsinnig gepolt an die Wicklungsenden des Sparübertragers SU angeschlossen sind. Im Gegensatz zu bisherigen Hochsetzstellern (vgl. GB-PS 11 72 501 oder US-PS 50 01 413) ist die Ausgangsinduktivität des Hochsetzstellers erfindungsgemäß in die beiden Einzelinduktivitäten L1 und L2 aufgeteilt, die den Gleichrichtern D1 und D2 jeweils in Serie geschaltet sind. Diese Einzelinduktivitäten L1 und L2 können magnetisch voneinander getrennt oder leicht gekoppelt sein.In Fig. 1, a powered from a DC input voltage source QE-up converter AW is shown, to which a parallel push-pull DC-DC converter is connected downstream of GW. The step-up converter AW consists of an energy-saving transformer SU, two actuators, represented here by switches S 1 and S 2 , rectifiers D 1 , D 2 and inductors L 1 and L 2 . In the exemplary embodiment shown, the winding center point of the energy-saving transformer SU is connected to the positive pole of the input DC voltage source QE. One of the switches S 1 and S 2 is arranged between taps of the energy-saving transformer SU located symmetrically to the center of the winding and the negative pole. Thus, the switches S 1 and S 2 are each connected to the input DC voltage source via a partial inductance LS 1 and LS 2 of the energy-saving transformer SU. The secondary circuit of the step-up converter is formed by the rectifiers D 1 and D 2 , which are each connected with the same polarity to the winding ends of the energy-saving transformer SU. In contrast to previous step-up converters (cf. GB-PS 11 72 501 or US-PS 50 01 413), the output inductance of the step-up converter is divided according to the invention into the two individual inductors L 1 and L 2, each of the rectifiers D 1 and D 2 in series are switched. These individual inductors L 1 and L 2 can be magnetically separated from one another or easily coupled.

Der Gegentaktwandler GW umfaßt einen Leistungstransformator Tr mit zwei voneinander galvanisch getrennten Primärwicklungen w1 und w2 und einer Sekundärwicklung w3. Jeweils eine der Serienschaltungen bestehend aus Gleichrichter D1 bzw. D2 und Einzelinduktivität L1 bzw. L2 ist mit einem Gegentaktzweig des Gegentaktwandlers GW verbunden und zwar dadurch, daß den Serienschaltungen D1, L1 bzw. D2, L2 jeweils die Primärwicklung w1 bzw. w2 eines Gegentaktzweiges in Serie geschaltet ist. Im Ausgangskreis des Gegentaktwandlers GW sind zwei Gleichrichterkreise mit Dioden D3, D4 und Glättungskondensatoren Cg1 und Cg2 dargestellt. Die beiden Gegentaktschalter S3 und S4 des Gegentaktwandlers sind jeweils in Serie zu einer der Primärwicklungen w1 bzw. w2 angeordnet. Der Wicklungssinn der Primärwicklungen w1 und w2 ist in Fig. 1 durch Punkte markiert. Zur Ausbildung des Gegentaktwandlers als Resonanzwandler sind im Gegensatz zu üblichen Lösungen zwei Resonanzkondensatoren C1 und C2 vorgesehen. Diese Resonanzkondensatoren C1, C2 bilden zusammen gleichzeitig die Ausgangskapazität der Hochsetzsteller. Sie liegen bezüglich der Gegentaktzweige jeweils parallel zur Serienschaltung gebildet aus Primärwicklung w1 bzw. w2 und Gegentaktschalter S3 bzw. S4. Die Resonanzkondensatoren können als Alternativausführung auch an anderer Stelle in den Gegentaktzweigen angeordnet werden. The push-pull converter GW comprises a power transformer Tr with two galvanically isolated primary windings w 1 and w 2 and a secondary winding w 3 . Each one of the series circuits consisting of rectifiers D 1 and D 2 and individual inductance L 1 and L 2 is connected to a push-pull branch of the push-pull converter GW, namely in that the series circuits D 1 , L 1 and D 2 , L 2 each Primary winding w 1 or w 2 of a push-pull branch is connected in series. Two rectifier circuits with diodes D 3 , D 4 and smoothing capacitors Cg 1 and Cg 2 are shown in the output circuit of the push-pull converter GW. The two push-pull switches S 3 and S 4 of the push-pull converter are each arranged in series with one of the primary windings w 1 and w 2 . The winding direction of the primary windings w 1 and w 2 is marked by dots in FIG. 1. In contrast to conventional solutions, two resonance capacitors C 1 and C 2 are provided to form the push-pull converter as a resonance converter. These resonance capacitors C 1 , C 2 together form the output capacitance of the step-up converter. With respect to the push-pull branches, they are in each case parallel to the series connection, formed from primary winding w 1 or w 2 and push-pull switch S 3 or S 4 . As an alternative, the resonance capacitors can also be arranged elsewhere in the push-pull branches.

Das Schaltspiel der Gegentaktschalter S1 und S2 zeigt die Fig. 2 erste Zeile. Während einer Periodendauer Tp werden die Schalter S1 und S2 abwechselnd eingeschaltet. Während einer Lückzeit TG sind beide Schalter stromlos. Diese Lückzeit TG wird vorzugsweise so gewählt, daß in dieser Zeit das Resonanzgebilde in Form des Gegentaktwandlers gegebenenfalls unter Einbeziehung von parasitären Wicklungskapazitäten oder Gleichrichterkapazitäten umschwingen kann. Zur Aufbereitung der Steuersignale für die Schalter S3 und S4 unter Berücksichtigung der Lückzeit TG kann eine Steuereinrichtung gemäß der EP 77 958 B1 verwendet werden. Die Ströme is1 und is2 in den primärseitigen Gegentaktzweigen sind in Fig. 2 Zeile 2 dargestellt (is2 gestrichelt). Fig. 2, Zeile 3 zeigt die Spannungen Uc1 bzw. Uc2 an den Resonanzkondensatoren C1, C2. Das Ersatzschaltbild für einen Gegentaktzweig zeigt Fig. 3. Der Eingangsstrom Io des Gegentaktwandlers ist durch eine Stromquelle dargestellt. Der Transformator Tr ist durch seine Streuinduktivität Ls repräsentiert. Die Spannung Uo stellt die vom Sekundärkreis aus transformierte Ausgangsspannung dar. Am Resonanzkondensator C1, bzw. C2 liegt dann die Spannung Uo + U(t). Für den Strom iL(t) im Resonanzkreis gilt folgende Beziehung:The switching cycle of push-pull switches S 1 and S 2 is shown in FIG. 2 first line. During a period T p , switches S 1 and S 2 are switched on alternately. Both switches are de-energized during a gap time T G. This gap time T G is preferably chosen so that the resonance structure in the form of the push-pull converter can swing around, possibly including parasitic winding capacitances or rectifier capacitances. A control device according to EP 77 958 B1 can be used to prepare the control signals for the switches S 3 and S 4 , taking into account the gap time T G. The currents i s1 and i s2 in the primary-side push-pull branches are shown in FIG. 2 line 2 (i s2 with dashed lines). Fig. 2, line 3 shows the voltages U c1 and U c2 at the resonance capacitors C 1, C 2. The equivalent circuit diagram for a push-pull branch is shown in FIG. 3. The input current I o of the push-pull converter is represented by a current source. The transformer Tr is represented by its leakage inductance L s . The voltage U o represents the output voltage transformed from the secondary circuit. The voltage U o + U (t) is then present at the resonance capacitor C 1 or C 2 . The following relationship applies to the current i L ( t) in the resonance circuit:

gilt: applies:

Für verschiedene Werte vonFor different values of

ist in Fig. 4 der Umschwingstrom iL(t) dargestellt. Je höher der Wert Z gewählt wird, umso höher ist die Resonanzüberhöhung. Es ist vorteilhaft den Wert Z möglichst groß zu wählen, um einen steilen Nulldurchgang des Stromes zu erhalten und um so ein sicheres Schalten zu erreichen.the swinging current i L (t) is shown in FIG . The higher the value Z, the higher the resonance increase. It is advantageous to choose the value Z as large as possible in order to obtain a steep zero crossing of the current and thus to achieve safe switching.

Zur Erzeugung des Regelsignals für den Hochsetzsteller ist eine gemeinsame Steuerschaltung St vorgesehen mittels derer die Stellglieder S1 und S2 abwechselnd einschaltbar sind. Die Steuerschaltung St enthält einen Pulsbreitenmodulator PBM. Als Steuerkriterien für den Pulsbreitenmodulator PBM werden die Spannungen an den Resonanzkondensatoren C1 und C2 herangezogen sowie der Energieaufnahmestrom iA des Schaltreglers, der zwischen dem Energieaufnahmestrom iA des Schaltreglers, der zwischen der Eingangsgleichspannungsquelle und dem Mittelabgriff des Sparübertragers SU fließt. Alternativ hierzu können auch, wie in Fig. 1 dargestellt, die jeweils über die Stellglieder S1 und S2 fließenden Ströme mittels je eines Stromwandlers SW1 und SW2 erfaßt und mittels der beiden Gleichrichter D5, D6 gleichgerichtet werden. Die Ausgänge der beiden Gleichrichter D5, D6 sind zusammengeschaltet und auf einen gemeinsamen Widerstand RM geführt, der an den invertierenden Eingang des als Komparator ausgebildeten Pulsbreitenmodulators PBM angeschlossen ist. Die getrennte Erfassung der Ströme über die Stellglieder hat den Vorteil, daß Unsymmetrien in den Schaltzeiten der beiden Schalter S1 und S2 nicht zu Fehlern führen können. In Serie zum Widerstand RM liegen drei Signalquellen: eine Sägezahnspannungsquelle QSK, die ein sägezahnförmiges Signal USK konstanter Maximalamplitude erzeugt, eine weitere Sägezahnspannungsquelle QSV, deren Maximalamplitude ÛSV proportional zur aufintegrierten Spannung UE der Eingangsgleichspannungsquelle QE gewählt ist und einer Gleichspannungsquelle QW, deren Spannung UW proportional zur Höhe der Eingangsgleichspannung UE gewählt ist. Der nichtinvertierende Eingang des Pulsbreitenmodulators PBM ist mit dem Ausgang eines Fehlersignalverstärkers FV verbunden, welcher das andere Schaltkriterium - hier die Spannungen an den Resonanzkondensatoren C1, C2 - mit einer Referenzspannung Ur vergleicht. Durch diese Beschaltung ist gewährleistet, daß der arithmetische Mittelwert des Ausgangsstromes des Hochsetzstellers konstant ist und ein stabiler Reglerbetrieb möglich ist. Einzelheiten über die Dimensionierung dieser Beschaltung sind der US 50 01 413 oder der DE 38 28 816 A1 (Fig. 2 nebst Beschreibung) zu entnehmen; ebenso die Funktionsweise der Steuerschaltung St. Die Länge des Steuerpulses für die Schaltregler-Stellglieder S1 und S2 ist demnach von der Höhe des Energieaufnahmestromes iA bzw. der Ströme über die einzelnen Stellglieder S1, S2 und der Höhe des Fehlersignals am Ausgang des Fehlersignalverstärkers FV abhängig. Zur Gewinnung des resonanzkondensatorabhängigen Steuerkriteriums ist ein Summiernetzwerk bestehend aus den Widerständen R1, R2, R3, R4 vorgesehen, mittels dessen eine Spannung UCD gewonnen wird, die proportional zur Summe der addierten Spannungen an den Resonanzkondensatoren C1 und C2 ist. Der Kondensator C3 parallel zum Spannungsteiler R3, R4 dient zur Integration der addierten Spannungen.To generate the control signal for the step-up converter, a common control circuit St is provided, by means of which the actuators S 1 and S 2 can be switched on alternately. The control circuit St contains a pulse width modulator PBM. The control criteria for the pulse width modulator PBM are the voltages at the resonance capacitors C 1 and C 2 and the energy consumption current i A of the switching regulator that flows between the energy consumption current i A of the switching regulator that flows between the input DC voltage source and the center tap of the energy-saving transformer SU. As an alternative to this, as shown in FIG. 1, the currents flowing through the actuators S 1 and S 2 can each be detected by means of a current transformer SW 1 and SW 2 and rectified by means of the two rectifiers D 5 , D 6 . The outputs of the two rectifiers D 5 , D 6 are connected together and led to a common resistor RM which is connected to the inverting input of the pulse width modulator PBM designed as a comparator. The separate detection of the currents via the actuators has the advantage that asymmetries in the switching times of the two switches S 1 and S 2 cannot lead to errors. There are three signal sources in series with the resistor RM: a sawtooth voltage source QSK, which generates a sawtooth-shaped signal U SK of constant maximum amplitude, a further sawtooth voltage source Q SV , whose maximum amplitude Û SV is selected proportional to the integrated voltage UE of the input DC voltage source QE, and a DC voltage source QW, its voltage U W is selected proportional to the level of the input DC voltage UE. The non-inverting input of the pulse width modulator PBM is connected to the output of an error signal amplifier FV, which compares the other switching criterion - here the voltages at the resonance capacitors C 1 , C 2 - with a reference voltage Ur. This circuit ensures that the arithmetic mean value of the output current of the step-up converter is constant and stable controller operation is possible. Details of the dimensioning of this circuit can be found in US 50 01 413 or DE 38 28 816 A1 ( FIG. 2 together with a description); likewise the mode of operation of the control circuit St. The length of the control pulse for the switching regulator actuators S 1 and S 2 is accordingly dependent on the level of the energy consumption current i A or the currents via the individual actuators S 1 , S 2 and the level of the error signal at the output of the error signal amplifier FV. To obtain the control criterion dependent on the resonance capacitor, a summing network consisting of the resistors R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is provided, by means of which a voltage UCD is obtained which is proportional to the sum of the added voltages at the resonance capacitors C 1 and C 2 . The capacitor C 3 parallel to the voltage divider R 3 , R 4 serves to integrate the added voltages.

Zur Gewinnung der Gegentaktimpulse für die Schalter S1 und S2 kann eine gebräuchliche Impulsteilerstufe am Ausgang des Pulsbreitenmodulators PBM benutzt werden, die beispielsweise wie in der US 50 01 413 aus zwei AND-Gattern G1 und G2 sowie aus einem Gegentakt-Flip-Flop FF aufgebaut ist.To obtain the push-pull pulses for the switches S 1 and S 2 , a common pulse divider stage at the output of the pulse width modulator PBM can be used, which, for example, as in US 50 01 413, consists of two AND gates G 1 and G 2 and a push-pull flip Flop FF is built.

Bisher wurde immer ein Hochsetzsteller (Boost) mit Sparübertrager als Vorschaltstufe zum Gegentaktwandler behandelt. Durch Änderung der Anzapfpunkte für die Verbindungsleitungen zu den Schaltern S1 und S2, Verlegung der Anschlüsse der Gleichrichter D1 und D2 am Sparübertrager (Anzapfpunkte) und/oder Änderung der Ansteuersignale für die Schalter S1 und S2 kann auch ein Tiefsetzsteller (Buck) als Vorschaltstufe für den Gegentaktwandler realisiert werden. Hinweise für solche Änderungen finden sich in der DE 29 41 009 C2 oder in der DE 36 28 138 A1.So far, a step-up converter (boost) with an energy-saving transformer has always been treated as a preliminary stage to the push-pull converter. By changing the tapping points for the connecting lines to the switches S 1 and S 2 , laying the connections of the rectifiers D 1 and D 2 on the energy-saving transformer (tapping points) and / or changing the control signals for the switches S 1 and S 2 , a step-down converter ( Buck) can be implemented as a ballast for the push-pull converter. Instructions for such changes can be found in DE 29 41 009 C2 or DE 36 28 138 A1.

Claims (12)

1. Schaltregler bestehend aus
  • - einem Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller (AW) mit einem Sparübertrager (SU) und primärseitigen Schaltern (S1, S2), die jeweils über eine Teilinduktivität (LS1, LS2) des Sparübertragers (SU) mit einer Eingangsgleichspannungsquelle (QE) verbunden sind, sowie sekundärseitigen Gleichrichtern (D1, D2) und einer Ausgangsinduktivität und
  • - einem Gegentaktwandler (GW), der dem Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller (AW) nachgeschaltet ist,
1. Switching regulator consisting of
  • - A step-up / step-down converter (AW) with an energy-saving transformer (SU) and primary-side switches (S 1 , S 2 ), each of which is connected to an input DC voltage source (QE) via a partial inductance (LS1, LS2) of the energy-saving transformer (SU) , and secondary rectifiers (D 1 , D 2 ) and an output inductance and
  • - a push-pull converter (GW), which is connected downstream of the step-up / step-down converter (AW),
dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktwandler (GW) als Resonanzwandler ausgebildet ist und daß die Ausgangsinduktivität des Aufwärts- und/oder Abwärtsstellers (AW) in zwei Einzelinduktivitäten (L1, L2) aufgeteilt ist, wobei diese Einzelinduktivitäten (L1, L2) jeweils zu einem der Gegentaktzweige des Gegentaktwandlers (GW) geführt sind. characterized in that the push-pull converter (GW) is designed as a resonance converter and that the output inductance of the step-up and / or step-down converter (AW) is divided into two individual inductances (L 1 , L 2 ), these individual inductances (L 1 , L 2 ) are each led to one of the push-pull branches of the push-pull converter (GW). 2. Schaltregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelinduktivitäten (L1, L2) magnetisch schwach gekoppelt sind.2. Switching regulator according to claim 1, characterized in that the individual inductors (L 1 , L 2 ) are magnetically weakly coupled. 3. Schaltregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen (w1, w2) des Gegentaktwandler-Transformators (Tr) galvanisch voneinander getrennt sind und daß jeder Gegentaktzweig aus der Serienschaltung einer der Einzelinduktivitäten (L1; L2), einer Primärwicklung des Gegentaktwandler-Transformators (Tr) und einem Gegentaktschalter (S1; S2) besteht, sowie mindestens einen Resonanzkondensator (C1; C2) aufweist.3. Switching regulator according to claim 1 or 2, characterized in that the primary windings (w 1 , w 2 ) of the push-pull converter transformer (Tr) are electrically isolated from each other and that each push-pull branch from the series connection of one of the individual inductors (L 1 ; L 2 ) , a primary winding of the push-pull converter transformer (Tr) and a push-pull switch (S 1 ; S 2 ), and has at least one resonance capacitor (C 1 ; C 2 ). 4. Schaltregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkondensatoren (C1, C2) der Gegentaktzweige an die Verbindungsleitung zwischen einer Einzelinduktivität (L1; L2) und einer Primärwicklung (11; w2) einerseits und an den primärwicklungsfernen Zusammenschaltpunkt der beiden Gegentaktschalter (S1, S2) andererseits angeschlossen sind.4. Switching regulator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the resonance capacitors (C 1 , C 2 ) of the push-pull branches to the connecting line between a single inductor (L 1 ; L 2 ) and a primary winding ( 11 ; w 2 ) on the one hand and on the other hand, are connected to the interconnection point of the two push-pull switches (S 1 , S 2 ) remote from the primary winding. 5. Schaltregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung (St) für den Hochsetz/ oder Tiefsetzsteller als Steuerkriterium mindestens eine der Spannungen an den Resonanzkondensatoren (C1, C2) zuführbar ist.5. Switching regulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control circuit (St) for the step-up / step-down converter as a control criterion at least one of the voltages on the resonance capacitors (C 1 , C 2 ) can be supplied. 6. Schaltregler nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Summiernetzwerk (R1, R2, R3, R3, C3) für die beiden Spannungen an den Resonanzkondensatoren, welches gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Fehlersignalverstärkers (FV) an einen Steuereingang des Pulsbreitenmodulators (PBM) für den Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller (AW) angeschlossen ist.6. Switching regulator according to claim 5, characterized by a summing network (R 1 , R 2 , R 3 , R 3 , C 3 ) for the two voltages on the resonance capacitors, which optionally with the interposition of an error signal amplifier (FV) to a control input of the pulse width modulator ( PBM) for the step-up / step-down converter (AW) is connected. 7. Schaltregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung (St) für den Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller (AW) als weiteres Steuerkriterium der aufgenommene Strom (iA) des Schaltreglers oder ein davon abgeleitetes Signal zuführbar ist, dem gegebenenfalls ein Sägezahnsignal überlagert ist. 7. Switching regulator according to claim 6, characterized in that the control circuit (St) for the step-up / step-down converter (AW) as a further control criterion, the current consumed (i A ) of the switching regulator or a signal derived therefrom can be supplied, which may be a sawtooth signal is superimposed. 8. Schaltregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung (St) für den Hochsetz-/oder Tiefsetzsteller (AW) als weiteres Steuerkriterium jeweils die über die primärseitigen Schalter (S1, S2) fließenden Ströme oder ein davon abgeleitetes Signal zuführbar ist, dem gegebenenfalls ein Sägezahnsignal überlagert ist.8. Switching regulator according to claim 6, characterized in that the control circuit (St) for the step-up / step-down converter (AW) as a further control criterion in each case the currents flowing via the primary-side switch (S 1 , S 2 ) or a signal derived therefrom can be supplied is, where appropriate, a sawtooth signal is superimposed. 9. Schaltregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulsbreitenmodulator (PBM) einerseits das von der Summenspannung an den Resonanzkondensatoren (C1, C2) abgeleitete Signal und andererseits ein Referenzsignal zugeleitet wird, das sich aus einem Signal proportional zum aufgenommenen Strom (iA), einem sägezahnförmigen Signal (USK) konstanter Maximalamplitude und mindestens einem weiteren Signal (USV, Uw) zusammensetzt, dessen Amplitude von der Höhe der Eingangsspannung (UE) des Schaltreglers abhängig ist.9. Switching regulator according to claim 7 or 8, characterized in that the pulse width modulator (PBM), on the one hand, the signal derived from the sum voltage at the resonance capacitors (C 1 , C 2 ) and, on the other hand, a reference signal is supplied which is proportional to the recorded signal Current (i A ), a sawtooth-shaped signal (U SK ) of constant maximum amplitude and at least one further signal (U SV , U w ), the amplitude of which depends on the level of the input voltage (UE) of the switching regulator. 10. Schaltregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Signal ein sägezahnförmiges Signal (USV) ist, dessen Maximalamplitude proportional zur aufintegrierten Eingangsspannung (UE) ist.10. Switching regulator according to claim 9, characterized in that the further signal is a sawtooth-shaped signal (U SV ), the maximum amplitude of which is proportional to the integrated input voltage (UE). 11. Schaltregler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegentaktschalter (S1, S2) mit einer Lückzeit betreibbar sind, während der beide Schalter (S1, S2) gleichzeitig stromlos sind und daß diese Lückzeit (TG) derart bemessen ist, daß einerseits der Gegentaktwandler (GW) als Resonanzgebilde sicher umschwingen kann und andererseits für das Nachladen des jeweiligen Resonanzkondensators (C1; C2) ausreichend Zeit zur Verfügung steht.11. The switching regulator of any of claims 1 to 10, characterized in that the push-pull switches (S 1, S 2) are operated with a blackout time during which both switches (S 1, S 2) are simultaneously energized, and that this blackout time (T G ) is dimensioned such that on the one hand the push-pull converter (GW) can resonate safely as a resonance structure and on the other hand sufficient time is available for recharging the respective resonance capacitor (C 1 ; C 2 ).
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