AT397320B

AT397320B - Flusswandler-schaltungsanordnung

Info

Publication number: AT397320B
Application number: AT154391A
Authority: AT
Inventors: Guenther Dipl Ing Liegl
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1994-03-25
Also published as: DE4222851A1; ATA154391A

Description

AT 397 320 B

Die Erfindung betrifft eine Flußwandler-Schaltungsanordnung, vorzugsweise für Schaltnetzgeräte, mit einem Primärstromkreis, der aus einer Serienschaltung einer Primärwicklung eines Transformators, eines ersten Schaltelementes zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Primärwicklung und einer ersten Strommeßeinrichtung gebildet wird, mit einer ersten Regelschaltung zur Steuerung des ersten Schaltelementes, mit n Sekundärstromkreisen, von denen jeder jeweils aus einer Sekundärwicklung des Transformators, einer seriell zur Sekundärwicklung geschalteten Speicherdrossel, einer parallel zur Sekundärwicklung angeordneten Freilaufdiode sowie aus einem parallel zu einer Ausgangsgleichspannung des Sekundärstromkreises liegenden Glättungskondensator gebildet wird.

Schaltungen dieser Art sind beispielsweise aus der Zeitschrift Siemens Components 26 (19S8), Heft 3, Seite 114 ff bekannt. Sie werden vorzugsweise als Stromversorgungseinheiten für elektronische Geräte, beispielsweise für Personalcomputer oder Fernsehapparate eingesetzt Insbesondere der Einsatz in einem Personalcomputer erfordert jedoch meist mehrere Schaltnetzteil-Ausgangsspannungen wie z. B. +5 V und ±12 V. Dabei kann nur eine dieser Ausgangsspannungen in herkömmlicher Weise über den Primärstromkreis des Flußwandlers geregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rußwandler-Schaltungsanordnung anzugeben, die mehrere, voneinander unabhängig geregelte Ausgangsspannungen aufweist

Diese Aufgabe wird von der Flußwandler-Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst daß in jeden Sekundärstromkreis zwischen die Sekundärwicklung und die Speicherdrossel ein zweites Schaltelement zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Speicherdrossel eingefügt ist, und daß zur Steuerung dieses zweiten Schaltelementes in Abhängigkeit von dem Betrag der Ausgangsgleichspannung und von dem Betrag des Stromes im Sekundärstromkreis eine zweite Regelschaltung, sowie eine zwischen der Sekundärwicklung und dem Minuspol der Ausgangsspannung angeordnete zweite Strommeßeinrichtung vorgesehen sind.

Dadurch ist eine einfache, voneinander unabhängige Regelung der einzelnen Ausgangsspannungen möglich. Die Lösung zeichnet sich daröberhinaus durch geringen Verlustleistungsverbrauch aus.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt

Die dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt einen Primärstromkreis (PSK) und eine erste Regelschaltung (RS1), sowie zwei identisch aufgebaute Sekundärstromkreise (SSK1), (SSK2) mit jeweils einer zweiten Regelschaltung (RS2).

Der Primärstromkreis (PSK) wird aus der Reihenschaltung einer Primärwicklung (PW) eines Transformators, eines ersten Schaltelementes (SEI), einer ersten Strommeßeinrichtung (SME1) und einer Spannungsquelle gebildet wobei die Spannungsquelle die Eingangsgleichspannung (Ue) abgibt

An die Spannungsquelle ist eine erste Regelschaltung (RS1) angeschlossen, die der Steuerung des ersten Schaltelementes (SEI) dient. Es ist aber auch denkbar, die erste Regelschaltung (RS1) durch eine weitere, von der Rußwandler-Schaltungsanordnung weitgehend unabhängige Spannungsquelle zu versorgen. Ein Eingang der ersten Regelschaltung (RS1) ist mit einem Ausgang der ersten Strommeßeinrichtung (SME1) verbunden. Der Aufbau der ersten Regelschaltung (RS1) erfolgt mittels eines integrierten Bauteiles des Typs TDA 4919A der Firma Siemens. Die Beschaltung dieses Bauteils ist einer Typenbeschreibung entnehmbar.

Die erste Strommeßeinrichtung (SME1) ist mit einem Shunt (Strommeßwiderstand) im Primärstromkreis realisiert. Die an dem Shunt abfallende Spannung ist dem Strom im Primärstromkreis proportional und bildet eine Eingangsgröße der Regelschaltung (RS1). Eine weitere Realisierungsmöglichkeit bieten beispielsweise elektromagnetische Übertrager. Als Schaltelement (SEI) ist ein MOS-Feldeffekttransistor vom Typ BUZ 357 der Firma Siemens eingesetzt.

Der Aufbau des Transformators mit der Primärwicklung (PW) und den Sekundärwicklungen (SW1) erfolgt in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz der Schaltungsanordnung und der zu übertragenden Leistung.

Jeder Sekundärstromkreis (SSK1) bzw. (SSK2) umfaßt eine Sekundärwicklung (SW1) des Transformators (T), eine zweite Strommeßeinrichtung (SME2), eine Freilaufdiode (Dl), eine Speicherdrossel (DR), einen Ladekondensator (C), ein zweites Schaltelement (SE2) und eine weitere Diode (D2). Die Steuerung des zweiten Schaltelementes (SE2) erfolgt durch eine zweite Regelschaltung (RS2). Am Ausgang des Sekundärstromkreise (SSK1), (SSK2), der als Schaltungsausgang dient, tritt die Ausgangsspannung (Ua) auf.

Die Freilaufdiode (Dl), die Speicherdrossel (DR) und der Ladekondensator (C) sind handelsübliche Bauteile. Das zweite Schaltelement (SE2) ist, wie das erste Schaltelement (SEI) mittels MOS-Feldeffekttransistor aufgebaut. Die Verwendung eines Feldeffekttransistors als zweites Schaltelement (SE2) erfordert eine weitere Diode (D2) zur Gleichrichtung der in der Sekundärwicklung (SW1) induzierten Wechselspannung.

Die zweite Regelschaltung (RS2) zur Steuerung des zweiten Schaltelementes (SE2) ist - so wie die erste Regelschaltung (RS1) - mit einem integrierten Bauteil des Typs TDA 4919A der Firma Siemens aufgebaut. Das Bauteil wird durch unterschiedliche Beschaltung an die verschiedenen Aufgaben der ersten und zweiten Regelschaltung (RS1), (RS2) angepaßt.

Die grundlegenden Parameter für die Steuerung des zweiten Schaltelementes (SE2), nämlich die Ausgangsgleichspannung (Ua), der Betrag des Stromes im Sekundärstromkreis und eine Referenzspannung (Uref), sowie die Information über den zeitlichen Verlauf der Spannung an der Sekundärwicklung erhält die zweite -2-

Claims

AT397320B Regelschaltung (RS2) über Eingangsleitungen, die mit einem Anschluß der Sekundärwicklung (SW1), dem Pluspol der Ausgangsgleichspannung (Ua), einer Referenzspannung (Ur€f) und der zweiten Strommeßeinrichtung (SME2) verbunden sind. Die Funktion der Schaltungsanordnung ist wie folgt: Das durch die erste Regelschaltung (RS1) gesteuerte erste Schaltelement (SEI) wandelt die Eingangsgleichspannung (Ue) des Primärstromkreises (PSK) in eine Reihe von Spannungsimpulsen an der Primärwicklung (PW) um. Die Wiederholfrequenz der Spannungsimpulse liegt bei 120 kHz. Die Spannungsimpulse bewirken einen Strom durch die Primärwicklung (PW), der in der Sekundärwicklung (SW1) eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannung wird mittels der Diode (D2) gleichgerichtet. Die Dauer der Gleichspannungsimpulse, welche die Höhe der Ausgangsspannung (Ua) bestimmt, wird durch die zweite Regelschaltung (RS2) in Verbindung mit dem zweiten Schaltelement (SE2) begrenzt. Die Spannungsimpulse am Ausgang des zweiten Schaltimpulses werden durch die Speicherdrossel (DR) und den Glättungskondensator (C) geglättet, so daß am Ausgang der Schaltung, am Glättungskondensator (C) eine weitgehend konstante Ausgangsgleichspannung (Ua) vorliegL Die Dauer der Spannungsimpulse wird aufgrund der Ergebnisse eines Vergleichs der Ausgangsgleichspannung (Ua) mit einer einstellbaren Referenzspannung (Uref) und eines Vergleichs eines vorgegebenen Stromsollwertes mit dem durch die zweite Strommeßeinrichtung (SME2) gemessenen Sekundärstrom durch die zweite Regelschaltung (RS2) festgelegt. Für eine ordnungsgemäße Funktion ist ein synchrones Schalten der beiden Schaltelemente (SEI), (SE2) notwendig. Die Information über den Beginn eines Spannungsimpulses im Sekundärstromkreis (SSK1) erhält die zweite Regelschaltung (RS2) über einen Eingang, der mit der Anode der Diode (D2) verbunden ist Mit der Freilaufdiode (Dl) wird in bekannter Weise eine Spannungsüberhöhung bei Unterbrechung des Stromkreises durch das Schaltelement (SE2), welche durch die hohe Induktivität der Speicherdrossel (DR) bedingt ist verhindert Mit der angegebenen Schaltung ist es möglich, die Spannung und den Strom eines Sekundärstromkreises (SSK1) unabhängig von weiteren Sekundärstromkreisen (SSK2) zu regeln, ohne daß in die Regelung des Primärstromkreises (PSK) eingegriffen wird. Durch den Einsatz von zweiten Schaltelementen (SE2) zur Pulsdauermodulation der Spannung an der Speicherdrossel (DR) ist auch der Verlustleistungsvertaauch dar Regelung gering gegenüber Regelungen mit kontinuierlich arbeitenden Längsreglem. Bei entsprechender Dimensionierung der Elemente der Sekundärstromkreise (SSK1), (SSK2) kann die durch den Primärstromkreis (PSK) aufgenommene Leistung wahlweise an einem Schaltungsausgang, oder verteilt auf mehrere Schaltungsausgänge abgegeben weiden. Weiterhin ist es möglich, die Reihenfolge des Zusammenbruchs der einzelnen Ausgangsspannungen im Fehlerfall (beispielsweise bei Überlastung der Schaltungsanordnung) gezielt vorzugeben. Dies geschieht durch entsprechende Dimensionierung der Sekundärwicklungen (SW1) und die damit erfolgte Festlegung der Übersetzungsverhältnisse zwischen der Primärwicklung (PW) und den Sekundärwicklungen (SW1) des Transformators. Damit wird beispielsweise im Fehlerfall eine Notabschaltevorrichtung eines Gerätes länger als die übrigen Bestandteile des Gerätes ordnungsgemäß mit Spannung versorgt. PATENTANSPRUCH Flußwandler-Schaltungsanordnung, vorzugsweise für Schaltnetzgeräte, mit einem Primärstromkreis, der aus einer Serienschaltung einer Primärwicklung eines Transformators, eines ersten Schaltelementes zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Primärwicklung und einer ersten Strommeßeinrichtung gebildet wird, mit einer ersten Regelschaltung zur Steuerung des ersten Schaltelementes, mit n Sekundärstromkreisen, von denen jeder jeweils aus einer Sekundärwicklung des Transformators, einer seriell zur Sekundärwicklung geschalteten Speicherdrossel, einer parallel zur Sekundärwicklung angeordneten Freilaufdiode sowie aus einem parallel zu einer Ausgangsgleichspannung des Sekundärstromkreises liegenden Glättungskondensator gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Sekundärstromkreis zwischen die Sekundärwicklung (SW1) und die Speicherdrossel (DR) ein zweites Schaltelement (SE2) zur Impulsdauermodulation der Spannung an der Speicherdrossel (DR) eingefügt ist, und daß zur Steuerung dieses zweiten Schaltelementes (SE2) in Abhängigkeit von dem Betrag der Ausgangsgleichspannung (Ua) und von dem Betrag des Stromes im Sekundärstromkreis (SSK1) eine zweite Regelschaltung (RS2), sowie eine zwischen der Sekundärwicklung (SW1) und dem Minuspol der Ausgangsspannung (Ua) angeordnete zweite Strommeßeinrichtung (SME2) vorgesehen sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-