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DE2461654B2 - Externally controlled flyback converter with regulated output voltage - Google Patents
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DE2461654B2 - Externally controlled flyback converter with regulated output voltage - Google Patents

Externally controlled flyback converter with regulated output voltage

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DE2461654B2 DE2461654A DE2461654A DE2461654B2 DE 2461654 B2 DE2461654 B2 DE 2461654B2 DE 2461654 A DE2461654 A DE 2461654A DE 2461654 A DE2461654 A DE 2461654A DE 2461654 B2 DE2461654 B2 DE 2461654B2
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Description

Kern einen Luftspalt besitzt und dessen Querinduktivität dadurch im Betriebsbereich vom Strom unabhängig ist Der Gleichrichter Gr sperrt während der Einschaltet M. Ist genügend Energie im Transformator gespeichert, wird der Schalttransistor Ts 1 gesperrt Die Spannung am Transformator polt um, und die gespeicherte Energie wird während der Sperrzeit f2 des Schalttransistors an seinen Kondensator C 2 und den Lastwiderstand R 2 abgegeben.The core has an air gap and its transverse inductance is therefore independent of the current in the operating range. The rectifier Gr blocks while the M is switched on Blocking time f2 of the switching transistor delivered to its capacitor C 2 and the load resistor R 2 .

Das Tastverhältnis des Schalttransistors Ts 1 wird sowohl durch einen Regler für die Ausgangsspannung oder EMK bestimmt entsprechend der Regelabweichung als auch durch eine Störgrößenaufschaltung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung beeinflußt Der Regler übernimmt in diesem Falle nur noch eine Feinkorrektur des durch die Störgrößenaufschaltung grob eingestellten Tastverhältnisses. Dabei kann die Regelverstärkung klein gehalten werden, was die Stabilisierung des Regelkreises vereinfacht Jede Änderung der Eingangsspannung, ob nichtperiodisch oder periodisch, wirkt unverzögert auf das Tastverhältnis und damit stabilisierend auf die Ausgangsspannung. Bei Frequenzen bis zu einigen 100 Hz wird dadurch eine große Durchgangsdämpfung erzieltThe duty cycle of the switching transistor Ts 1 is determined both by a controller for the output voltage or EMF according to the control deviation and also influenced by a disturbance variable depending on the input voltage.In this case, the controller only takes over a fine correction of the duty cycle roughly set by the disturbance feedforward. The control gain can be kept small, which simplifies the stabilization of the control loop. Every change in the input voltage, whether non-periodic or periodic, has an immediate effect on the pulse duty factor and thus has a stabilizing effect on the output voltage. At frequencies up to a few 100 Hz, a high transmission loss is achieved

Ein an den Ausgang des Sperrumrichters angeschlo-sener Regler ÄVund eine der Störgrößenaufschaltung dienende Rampenschaltung R sind an einen Schmitt-Trigger 5 angeschlossen. Ein Taktgenerator Tliefert die Taktspannung für eine Modulationsstufe M und die Rampenschaltung R. Die am Ausgang der Modulationsstufe erhaltenen breitenmodulierten Impulse werden über eine Treiberstufe L V an die Basis des Schalttransistors Ts 1 geführtA regulator ÄV connected to the output of the flyback converter and a ramp circuit R serving for the feedforward control are connected to a Schmitt trigger 5. A clock generator T supplies the clock voltage for a modulation stage M and the ramp circuit R. The width-modulated pulses obtained at the output of the modulation stage are fed to the base of the switching transistor Ts 1 via a driver stage LV

Der Regler R V liefert eine von der Regelabweichung abhängige Bezugsgleichspannung Uy. Diese wird vom Schmitt-Trigger S mit einer in der Rampenschaltung R erzeugten Sägezahnspannung £/„ verglichen. Die Rampenschaltung besteht im wesentlichen aus einem Kondensator Cn an dem eine Sägezahnspannung gebildet wird und eiern ein vom Taktgeber Tgesteuerter Schalttransistor Ts 2 mit seiner Kollektor-Emitterstrekke parallel geschaltet ist. Der Kondensator Cr ist über einen Ladewiderstand R1 und über eine Konstantstromschaltung, gebildet von einem Transistor Ts 3, den Widerständen R 3, R 4 und einer Zenerdiode ZD, an die Eingangsspannung des Sperrumrichters angeschlossen.The controller RV supplies a DC reference voltage Uy that is dependent on the control deviation. This is compared by the Schmitt trigger S with a sawtooth voltage £ / "generated in the ramp circuit R. The ramp circuit consists essentially of a capacitor C n on which a sawtooth voltage is formed and a switching transistor Ts 2 controlled by the clock generator T is connected in parallel with its collector-emitter path. The capacitor C r is connected to the input voltage of the flyback converter via a charging resistor R 1 and a constant current circuit formed by a transistor Ts 3, the resistors R 3, R 4 and a Zener diode ZD.

In jeder Arbeitsperiode steigt die Sägezahnspannung etwa von Null an. Die Anstiegsgeschwindigkeit ändert sich mit der Eingangsspannung Ι/«. Sind die Vergleichsspannungen Uv und die Sägezahnspannung Ua gleich groß, dann gibt der Schmitt-Trigger S ein Sperrsignal über die Modulationsstufe Aiund die Treiberstufe L Van den Schalttransistor Ts 1. Wird die Vergleichsspannung Uv in der Amplitude begrenzt z. B. durch einen Spannungsteiler am Ausgang des Regelverstärkers R V, dann wirkt die eingangsspannungsabhängige Rampenschaltung R auch bei fehlender Reglerwtrkung als Begrenzer für das Tastverhältnis und damit für die Ausgangsspannung des Sperrumrichters. Die Begrenzung des Tastverhältnisses verhindert auch eine übermäßige Induktionsbeanspruchung des Transformators Tr und seiner Sättigung, wenn der Regelverstärker z. B. beim Einschalten und bei plötzlicher Belastung des Sperrumrichters infolge vorübergehend zu kleiner Regelgröße ein zu hohes Tastverhältnis vorgeben wollte.The sawtooth voltage increases approximately from zero in each working period. The rate of rise changes with the input voltage Ι / «. If the comparison voltages Uv and the sawtooth voltage U a are equal, then the Schmitt trigger S emits a blocking signal via the modulation stage Ai and the driver stage L Van the switching transistor Ts 1. If the comparison voltage Uv is limited in amplitude z. B. by a voltage divider at the output of the control amplifier RV, then the input voltage-dependent ramp circuit R acts as a limiter for the duty cycle and thus for the output voltage of the flyback converter, even if there is no controller effect. The limitation of the duty cycle also prevents excessive induction stress on the transformer Tr and its saturation when the control amplifier z. B. wanted to specify a pulse duty factor that was too high when switching on and when there was a sudden load on the flyback converter as a result of the controlled variable being temporarily too small.

Die optimale Wirkung der Rampenschaltung R für Durchgangsdämpfung und Spannungsbegrenzung wird nur bei solcher Bemessung erreicht, daß die Sägezahnspannung in der zur jeweiligen Eingangsspannung Ue passenden Zeil rl die Bezugsgleichspannung Un die während der Periodendauer als konstant angesehen werden kann, erreicht Dazu wird beim Sperrumrichter der Kondensator Cr, der vor jeder Einschaltzeit durch den Schalttransistor Ts 2 entladen ist, von zwei Strömen geladen und zwar von einem konstanten Strom über den Transistor Ts 3 und von einem eingangsspannungsabhängigen Strom über den Widerstand Ri. Durch den zusätzlichen Konstantladestrom läßt sich eine exakte Kompensation des Einflusses insbesondere großer Eingangsspannungsschwankungen auf die Stabilisierung der Ausgangsspannung erreichen. Die Kondensatorspannung steigt nach einer Exponentialfunktion an. Durch geeignete Auslegung der Bauteile wird nur der nahezu lineare Teil der Exponentialfunktion ausgenutztThe optimal effect of the ramp circuit R for throughput attenuation and voltage limitation is only achieved with such a dimensioning that the sawtooth voltage in the Zeil rl matching the respective input voltage U e, the reference DC voltage U n, which can be regarded as constant during the period, is achieved Capacitor Cr, which is discharged through the switching transistor Ts 2 before each switch-on time, is charged by two currents, namely a constant current through the transistor Ts 3 and an input voltage-dependent current through the resistor Ri In particular, the influence of large input voltage fluctuations on the stabilization of the output voltage. The capacitor voltage increases according to an exponential function. With a suitable design of the components, only the almost linear part of the exponential function is used

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Fremdgesteuerter Sperrumrichter mit geregelter Ausgangsspannung, bei dem eine von einem Soiiwert-Istwert-Vergleich abgeleitete Regelabweichung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse für das Schaltglied des Sperrumrichters liefert und bei dem eine eingangsspannungsabhängige Stabilisierung der Ausgangsspannung durch Störgrößenaufschaltung unter Verwendung einer durch Aufladung eines Kondensators erzeugten Sägezahnspannung erfolgt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein zusätzliches Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse liefert, wobei die Zeit vom Beginn des Sägezahnimpulses bis zum Erreichen des Wertes der Bezugsgleichspannung die Einschaltzeit des Schaltgliedes festlegt und der Kondensator von der Eingangsspannung des Sperrumriditers über einen Widerstand mit einem Ladestrom beaufschlagt ist, der der Eingangsspannung proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Steuereinrichtung des Schaltgliiedes (Transistor Ts t) für eine konstante Tastfrequenz der Kondensator (Cr) zusätzlich mit einem sich zu dem der Eingangsspannung (Uc) proportionalen Ladestrom summierenden konstanten Ladestrom beaufschlagt ist und die Bezugsgleichspannung (Ur) von der Regelabweichung der Ausgangsspannung (Ut) abhängig gemacht ist.Externally controlled flyback converter with regulated output voltage, in which a control deviation derived from a comparison of the reference value and actual value provides a criterion for controlling the duty cycle of the control pulses for the switching element of the flyback converter and in which an input voltage-dependent stabilization of the output voltage through feedforward control using a generated by charging a capacitor Sawtooth voltage takes place, which by comparison with a DC reference voltage provides an additional criterion for controlling the duty cycle of the control pulses, whereby the time from the beginning of the sawtooth pulse to reaching the value of the DC reference voltage determines the switch-on time of the switching element and the capacitor determines the input voltage of the barrier via a resistor is charged with a charging current which is proportional to the input voltage, characterized in that when the control device of the switching element (transistor T s t) for a constant sampling frequency, the capacitor (Cr) is additionally charged with a constant charging current that adds up to the charging current proportional to the input voltage (U c ) and the reference DC voltage (U r ) is made dependent on the control deviation of the output voltage (U t ) . Die Erfindung bezieht sich auf einen fremdgesteuerten Sperrumrichter mit geregelter Ausgangsspannung, bei dem eine von einem Sollwert-Istwert-Vergleich abgeleitete Regelabweichung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse für das Schaltglied des Sperrumrichters liefert und bei dem eine eingangsspannungsabhängige Stabilisierung der Ausgangsspannung durch Störgrößenaufschaltung unter Verwendung einer durch Aufladung eines Kondensators erzeugten Sägezahnspannung erfolgt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein zusätzliches Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse liefert, wobei die Zeit vom Beginn des Sägezahnimpulses bis zum Erreichen des Wertes der Bezugsgleichspannung die Einschaltzeit des Schaltgliedes festlegt und der Kondensator von der Eingangsspannung des Sperrumrichters über einen Widerstand mit einem Ladestrom beaufschlagt ist, der der Eingangsspannung proportional istThe invention relates to an externally controlled flyback converter with a regulated output voltage, in which a control deviation derived from a setpoint / actual value comparison is a control criterion the duty cycle of the control pulses for the switching element of the flyback converter delivers and in the one Input voltage-dependent stabilization of the output voltage through feedforward control under A sawtooth voltage generated by charging a capacitor is used, which is determined by comparison with a DC reference voltage an additional criterion for controlling the duty cycle of the control pulses supplies, where the time from the beginning of the sawtooth pulse until the value of the DC reference voltage defines the switch-on time of the switching element and the capacitor determines the input voltage of the flyback converter via a resistor a charging current is applied which is proportional to the input voltage Ein derartiger Sperrumrichter ist bereits bekannt (US-PS 35 90 361). Bei diesem Sperrumrichter wird zur Bestimmung der Einschaltzeit des Schaltgliedes in Abhängigkeit von der Störgrößenaufschaltung die Sägezahnspannung mit der als Bezugsgleichspannung verwendeten Basis-Emitterspannung eines Transistors des Taktgebers des Sperrumrichters verglichen. Der als Multivibrator ausgebildete Taktgeber verändert in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Sperrumrichters sein Tastverhältnis nur durch Ändern der Einschaltzeit. Die Ausschaltzeit wird unabhängig davon durch die Regelabweichung der Ausgangsspannung gesteuert. Änderungen der Eingangsspannung werden also hier durch Steuerung der Einschaltzeit des Schalttransistors in Verbindung mit einer Änderung der Schaltfrequenz unwirksam gemacht Diese Schaltung erfordert wegen der variablen Arbeitsfrequenz des Schalttransistors einen erhöhten Aufwand für die ausgangsseitige Siebschaltung.Such a flyback converter is already known (US-PS 35 90 361). This flyback converter is used for Determination of the switch-on time of the switching element depending on the feedforward Sawtooth voltage with the base-emitter voltage of a transistor used as the DC reference voltage of the clock of the flyback converter compared. The clock, designed as a multivibrator, changes to Depending on the input voltage of the flyback converter, its duty cycle can only be changed by changing the Switch-on time. The switch-off time is independent of this due to the control deviation of the output voltage controlled. Changes to the input voltage are thus made here by controlling the switch-on time of the Switching transistor in conjunction with a change in the switching frequency made this circuit ineffective requires because of the variable operating frequency of the switching transistor, an increased effort for the filter circuit on the output side. Es ist auch bereits ein allein durch eine eingangsspannungsabhängige Störgrößenaufschaltung gesteuerter Sperrumrichter bekannt, dessen Schalttransistor mit einer konstanten Tastfrequenz arbeitet (DE-OS 19 38 342). Es wird bei diesem Sperrumrichter ebenfallsIt is also already a voltage-dependent one solely through an input Disturbance feed-forward controlled flyback converter known whose switching transistor with a constant sampling frequency works (DE-OS 19 38 342). It is also used with this flyback converter ίο durch Aufladung eines Kondensators eine Sägezahnspannung erzeugt, die durch Vergleich mit einer Bezugsgleichspannung ein Kriterium zur Steuerung des Tastgrades der Steuerimpulse liefert, wobei die Zeit vom Beginn des Sägezahnimpulses bis zum Erreichen des Wertes der Bezugsgleichspannung die Einschaltdauer des Schahgliedes festlegt Der Kondensator wird von der Eingangsspannung des Sperrumrichters über einen Widerstund mit einem Ladestrom beaufschlagt, der der Eingangüspannung proportional ist Diese Art der Störgrößenaufschaltung führt aber bei Sperrumrichtern mit konstanter Tastfrequenz zu keinem befriedigenden Ergebnis;. Insbesondere bei größeren Änderungen der Eingangiäspannung stellt sich durch die Störgrößenaufschaltung eine erhebliche Überkompensierung ein.ίο a sawtooth voltage by charging a capacitor generated which, by comparison with a DC reference voltage, is a criterion for controlling the Duty cycle of the control pulses supplies, the time from the beginning of the sawtooth pulse to when it is reached of the value of the DC reference voltage determines the duty cycle of the shifting element. The capacitor is of the input voltage of the flyback converter is applied via a resistor with a charging current that the Input voltage is proportional with a constant sampling frequency does not produce a satisfactory result. Especially with major changes to the Input voltage results from the feedforward control a significant overcompensation. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Sperrumrichter der eingangs genannten Art mit einer für eine konstante Tastfrequenz ausgebildeten Steuereinrichtung des Schaltgliedes die Störgrößenaufschaltung so auszubilden, daß sie auch bei großen Eingangsspannungsschwankungen möglichst exakt arbeitet The invention is based on the object in a flyback converter of the type mentioned with a control device of the switching element designed for a constant sampling frequency, the feedforward control to be trained so that it works as precisely as possible even with large input voltage fluctuations Gemäß der Erfindung wird das dadurch ereicht, daß bei Ausbildung der Steuereinrichtung des Schaltgliedes für eine konstante Tastfrequenz der Kondensator zusätzlich mit einem sich zu dem der Eingangsspannung proportionalen Ladestrom summierenden konstanten Ladestrom beaufschlagt ist und und die Bezugsgleichspannung von der Regelabweichung der Ausgangsspannung abhängig gemacht ist.According to the invention this is achieved in that, when the control device is formed, the switching element for a constant keying frequency the capacitor in addition to that of the input voltage proportional charging current summing constant charging current is applied and and the reference DC voltage is made dependent on the control deviation of the output voltage. Durch die DE-OS 19 61705 ist es bei einem geregelten. Gegentaktumrichter, bei dem der Tastgrad der mit konstanter Tastfrequenz arbeitenden Schalttransistoren sowohl in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Ausgangsspannung als auch von einerBy DE-OS 19 61705 it is with one regulated. Push-pull converter in which the duty cycle of the switching transistors working with a constant duty cycle both as a function of the control deviation of the output voltage and of a eingangsspannungsabhängigen Störgrößenaufschaltung gesteuert wird und bei dem die Einschaltdauer der Schalttransistoren durch Vergleich einer Bezugsgleichspannung mit durch Ladung eines Kondensators erzeugten Sägezahnimpulsen bestimmt wird, wobei der Ladestrom der Eingangsspannung des Umrichters proportional ist, an sich bekannt, die Bezugsgleichspannung von der Regelabweichung der Ausgangsspannung abhängig zu machen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
input-voltage-dependent interference control is controlled and in which the duty cycle of the switching transistors is determined by comparing a reference DC voltage with sawtooth pulses generated by charging a capacitor, the charging current being proportional to the input voltage of the converter, known per se, making the reference DC voltage dependent on the control deviation of the output voltage.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
In der Figur ist die Grundschaltung eines fremdgesteuerten Eintakt-Sperrumrichters mit einer im Prinzip dargestellten Steuerschaltung wiedergegeben.
Die Girundschaltung des Eintakt-Sperrumrichters besteht aus einem Speichertransformator Tr, einem primärseitigen Schalttransistor Ts 1, einem sekundärseitigen Gleichrichter Grund den Speicherkondensatoren Ci, C2. Für den Betrieb eines solchen Sperrumrichters ist ein Taktgenerator vorgesehen, der in Verbindung mit
The figure shows the basic circuit of an externally controlled single-ended blocking converter with a control circuit shown in principle.
The basic circuit of the single-ended blocking converter consists of a storage transformer Tr, a switching transistor Ts 1 on the primary side, a rectifier on the secondary side, basic storage capacitors Ci, C2. For the operation of such a flyback converter, a clock generator is provided which, in conjunction with
einem Impulsbreitenmodulator breitenmodulierte Steuerimpulse für den Schalttransistor Ts 1 liefert. Während der Einschaltzeit (1 des Schalttransistors Ts 1 fließt Strom in den Speichertransformator Tr, dessena pulse width modulator supplies width-modulated control pulses for the switching transistor Ts 1. During the switch-on time (1 of the switching transistor Ts 1, current flows into the storage transformer Tr, whose
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