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DE3608082A1 - Schaltungsanordnung zur konstanthaltung der ausgangsgleichspannung bei wechselnder eingangsgleichspannung einer tiefsetz-hochsetzstellerkombination - Google Patents

Schaltungsanordnung zur konstanthaltung der ausgangsgleichspannung bei wechselnder eingangsgleichspannung einer tiefsetz-hochsetzstellerkombination

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DE3608082A1
DE3608082A1 DE19863608082 DE3608082A DE3608082A1 DE 3608082 A1 DE3608082 A1 DE 3608082A1 DE 19863608082 DE19863608082 DE 19863608082 DE 3608082 A DE3608082 A DE 3608082A DE 3608082 A1 DE3608082 A1 DE 3608082A1
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DE19863608082
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DE3608082C2 (de
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Walter Dipl Ing Franke
Wilhelm Dipl Ing Soelter
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SOELTER, WILHELM, DIPL.-ING., 59494 SOEST, DE FRAN
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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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
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Eine solche Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination ist durch die DE-OS 31 04 965 bekannt. Solange die Eingangsspannung oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, ist der Tiefsetzsteller in Betrieb; fällt die Eingangsspannung unter diesen Wert, arbeitet statt dessen der Hochsetzsteller.
Eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art wird überall dort benötigt, wo spannungsempfindliche Gleichspannungsverbraucher, wie Meß- und Regeleinrichtungen, elektronische Schutzrelais oder Leittechnikschränke in Kraftwerken, aus einer Spannungsquelle mit großen Spannungsänderungen gespeist werden. Eine Spannungsquelle mit großen Spannungsänderungen kann z. B. eine sich entladende und wieder aufladbare Batterie sein. Die Spannungen können dabei durchaus 20% oberhalb bzw. unterhalb der Nennspannung der Batterie liegen. Die Verbraucher dagegen benötigen eine konstante Spannung, die eine Abweichung von höchstens ±1% aufweisen darf. Es muß also sichergestellt sein, daß die Umschaltung der Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination vom Tiefsetzbetrieb auf den Hochsetzbetrieb und umgekehrt genügend exakt erfolgt, um die geforderte Spannungskonstanz zu gewährleisten.
Es ist denkbar, die Umschaltung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung vorzunehmen. Das führt jedoch zu dem Nachteil, daß bei einer Änderung der geforderten Ausgangsspannung der Umschaltpunkt neu eingestellt werden muß. Darüber hinaus ergeben sich aufgrund unterschiedlicher Spannungsabfälle beim Leerlauf und bei Vollast Spannungsänderungen, die bereits außerhalb der Toleranzgrenze für die Spannungskonstanz beim Verbraucher liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die ein exaktes Umschalten vom Tiefsetz- auf den Hochsetzbetrieb und umgekehrt unabhängig von der eingestellten Ausgangsspannung gewährleistet, wobei die Spannungsabfälle in den Leitungen und an den Schaltelementen mit erfaßt werden und die Ausgangsspannung nach dem Umschalten der Betriebsart keinen Sprung aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Auf vorteilhafte Weise wird durch die Auswertung des Pegels am Ausgang des die Ausspannung regelnden Regelgliedes die Betriebsart vorgegeben, die notwendig ist, um die Ausgangsspannung konstant zu halten.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Die Zeichnungsfigur zeigt das Prinzipschaltbild für eine Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination und deren Steuerungsteil.
Der Leistungsteil der Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination ist mit 1 bezeichnet. Eingangsseitig ist dabei über einen Kondensator C 1 an diese Kombination eine stark veränderliche Gleichspannung U 1 gelegt. Am Ausgang der Kombination soll daraus an einem Glättungskondensator C 2 eine konstante Ausgangsgleichspannung U 2 erstellt werden, die an einen (nicht gezeigten) spannungsempfindlichen Verbraucher gelegt wird.
Der Tiefsetzsteller besteht innerhalb der Kombination aus einem Transistorschalter V 1, einer Freilaufdiode V 2 und einer Drosselspule L 1.
Der Hochsetzsteller ist durch einen Transistorschalter V 3, eine Diode V 4, die Drosselspule L 1 und zusätzlich durch den leitend angesteuerten Transistorschalter V 1 gebildet.
Der Transistorschalter V 1 wird über ein Steuerglied A 1, der Transistorschalter V 3 über ein Steuerglied A 2 angesteuert.
Die Stromerfassung I IST erfolgt für beide Betriebsarten über einen Meßshunt R 1. Der Istwert U IST der Ausgangsspannung U 2 wird über dem Kondensator C 2 abgegriffen. Beide Istwerte werden einem Steuerungsteil 2 für die Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination 1 zugeführt, der die Steuerglieder A 1 bzw. A 2 mit entsprechenden Signalen zur Ansteuerung der Transistorschalter V 1 und V 3 im Tiefsetz- und Hochsetzbetrieb ansteuert.
Im Steuerungsteil 2 wird das dem Istwert U IST der Ausgangsspannung U 2 der Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination 1 entsprechende Signal über einen ohmschen Widerstand R 8 einem Vergleichspunkt zugeführt, an den zum anderen über einen ohmschen Widerstand R 10 eine dem geforderten Sollwert U SOLL der Ausgangsspannung U 2 entsprechende Größe angelegt ist. Die sich im Vergleichspunkt ergebende Regelabweichung ist über einen ohmschen Widerstand R 9 an den einen Eingang eines Spannungsreglers (Operationsverstärkers) V 7 gelegt, der über einen zweiten Eingang und einen ohmschen Widerstand R 11 an ein Bezugspotential (Masse) angeschlossen ist. Der Spannungsregler V 7 weist eine Rückführung aus ohmschen widerständen R 12, R 16 und einem Kondensator C 3 an den zweiten Eingang auf. Das Ausgangssignal des Spannungsreglers V 7 liegt über den ohmschen Widerstand R 12 an einem über zwei antiparallele Diodenreihenschaltungen V 9, V 10 bzw. V 11, V 12 mit dem Bezugspotential verbundenen Bezugspunkt B als eine Stromführungsgröße. Der Bezugspunkt B ist über einen ohmschen Widerstand R 4 an ein positives Bezugspotential + angeschlossen.
Die Stromregelgröße I IST , die vom Meßshunt R 1 dem Steuerungsteil 2 zugeführt ist, wird über einen ohmschen Widerstand R 2 auf den negativen Eingang eines Operationsverstärkers V 5 gegeben, der diese auf z. B. maximal 1 V verstärkt. Der aktive Bereich für den Spannungsregler V 7 liegt demnach im Punkt B im Bereich von 0 bis +1 V. Der Operationsverstärker V 5, dessen positiver Eingang am Bezugspotential liegt, weist eine Rückführung mit einem ohmschen Widerstand R 3 auf.
Die Stromführungsgröße (Punkt B) wird über einen ohmschen Widerstand R 6 und die Stromregelgröße (Punkt A) wird über einen ohmschen Widerstand R 5 einem eine Rückführung mit einem ohmschen Widerstand R 7 aufweisenden Komparator V 6 zugeführt. Am Ausgang des Komparators V 6 entsteht am Punkt C ein Impulsmuster, das über eine Impulsumschaltlogik A 3 auf die Steuerglieder A 2 und/oder A 1 zur Steuerung der Transistorschalter V 1 bzw. V 3 gegeben wird.
Die Impulsumschaltlogik A 3, die die Umschaltung der Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination -1 vom Tiefsetz- auf den Hochsetzbetrieb und umgekehr vornimmt, besitzt dazu ein ODER-Glied, das ausgangsseitig mit dem Steuerglied A 1 verbunden ist, und ein UND-Glied das ausgangsseitig mit dem Steuerglied A 2 verbunden ist. Eingangsseitig liegen das UND- und das ODER-Glied zum einen beide am Ausgangspunkt C des Komparators V 6 und zum anderen am Ausgang eines Komparators V 8. Die Polarität des Ausgangssignals des Komparators V 8 am Punkt E bestimmt die Umschaltung bei der Impulsumschaltlogik A 3 vom Tiefsetz- auf den Hochsetzbetrieb und umgekehrt.
Der Ausgang des Komparators V 8 ist auf seinen positiven Eingang über einen ohmschen Widerstand R 15 zurückgeführt. Der negative Eingang liegt am Bezugspotential, während der positive Eingang über zwei ohmsche Widerstände R 13, R 14, zwischen denen ein Kondensator C 4 mit dem Bezugspotential verbunden ist, an den Ausgang (Punkt D) des Spannungsreglers V 7 geschaltet ist.
Die Umschaltung vom Tiefsetzen auf das Hochsetzen (bzw. umgekehrt) erfolgt gemäß der Erfindung wie folgt:
Ist die Eingangsspannung U 1 (z. B. von einer geladenen Batterie geliefert) größer als die Ausgangsspannung U 2, so muß der Tiefsetzsteller in Betrieb sein. Der Punkt E liegt auf negativem Potential (z. B. -12 V). Aus dem Vergleich der Stromregelgröße (Punkt A) und der Stromführungsgröße (Punkt B) entsteht am Punkt C ein Impulsmuster, welches über die Impulsschaltlogik A 3 den Transistorschalter V 1 ansteuert.
Sinkt die Eingangsspannung (durch langsame Entladung der Batterie), so reicht irgendwann die Betriebsart Tiefsetzen nicht mehr aus, um die Ausgangsspannung U 2 konstant zu halten. Es muß nun auf Hochsetzbetrieb umgeschaltet werden.
Diese Information wird aus dem Ausgang des Spannungsregelers V 7 (Punkt D) gewonnen, kann per Prinzip aber auch aus einem separaten Operationsverstärker mit gleichem Soll-Istwert-Vergleich gewonnen werden.
Reicht also gemäß dieser Schaltung der Tiefsetzbetrieb nicht mehr aus, so wird die Spannung am Ausgang des Spannungsreglers V 7 größer als 1 V. Die Rückführung des Komparators V 8 ist so gewählt, daß er nach einer kleinen Zeitkonstante (R 14, C 4) bei einer Eingangsspannung von 1 V auf positives Potential +UB kippt (+UB Hochsetzbetrieb).
Die Impulsumschaltlogik A 3 sorgt dafür, daß dann der Transistorschalter V 1 eingeschaltet bleibt und der Transistorschalter V 3 mit dem Impulsmuster (Punkt C) angesteuert wird.
Steigt die Eingangsspannung U 1 wieder an (z. B. durch Aufladen der Batterie) und wird sie größer als die Ausgangsspannung U 2, so geht der Ausgang des Spannungsregelers V 7 nach minus. Wird die Spannung am Punkt D kleiner als -1 V, so kippt nach der durch den ohmschen Widerstand R 13 und den Kondensator C 4 bestimmten Zeitkonstante der Ausgang des Komparators V 8 (Punkt E) auf negatives Potential -UB (-UB Tiefsetzbetrieb). Dadurch wird die Impulsansteuerung vom Transistorschalter V 3 auf den Transistorschalter V 1 umgeschaltet.
Durch die Auswertung des Pegels am Ausgang des Spannungsreglers V 7 wird erreicht, daß auch bei Sollwertänderungen keine Neueinstellungen für den Umschaltpunkt Hochsetz-Tiefsetzbetrieb erforderlich sind. Der Regler V 7 gibt also die Betriebsart vor, die erforderlich ist, um die Ausgangsspannung konstant zu halten.

Claims (1)

  1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Ausgangsgleichspannung bei wechselnder Eingangsgleichspannung einer Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination, gekennzeichnet durch einen Komparator (V 8),
    • - dessen einer Eingang mit einem Bezugspotential verbunden ist und dessen anderer Eingang an den Ausgang (D) eines die Ausgangsgleichspannung (U 2) der Tiefsetz-Hochsetzstellerkombination (V 1, V 2, L 1; V 3, V 4, L 1, V 1) durch Vergleich des Istwerts (U IST ) dieser Ausgangsspannung (U 2) mit einem frei einstellbaren Sollwert (U SOLL ) regelnden Operationsverstärkers (V 7) angeschlossen ist und
    • - dessen Ausgangssignal ein Umschaltglied (A 3) zwischen den Steuerungen (A 1, A 2) für die Schaltelemente (V 1, V 3) des Tiefsetzstellers (V 1, V 2, L 1) und des Hochsetzstellers (V 3, V 4, L 1, V 1) betätigt.
DE19863608082 1986-03-07 1986-03-07 Schaltungsanordnung zur konstanthaltung der ausgangsgleichspannung bei wechselnder eingangsgleichspannung einer tiefsetz-hochsetzstellerkombination Granted DE3608082A1 (de)

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