DD140523A1 - POWER SUPPLY ARRANGEMENT - Google Patents
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Description
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Titel: StromversorgungsanordnungTitle: Power Supply Arrangement
Die Erfindung betrief ft eine Stromversorgungsanordnung, bei der die Primärwicklung eines Übertragers über einen Kochspannungstransistor an eine, insbesondere aus einer Netzspannung gewonnene Gleichspannung geschaltet ist, bei der die am Ausgang der Stromversorgungsanordnung vorhandene gleichgerichtete Spannung einer Sekundärwicklung des Übertragers am Eingang einer Regelstufe anliegt, die wiederum ausgangsseitig über einen Optokoppler, einen Impulsbreitenmodulator und ein Schaltelement mit der Steuerelektrode des Hochspannungstransistors in Verbindung steht, und bei der Mittel zur Erzeugung einer internen Betriebsspannung vorgesehen sind· Die Anordnung stellt einen Schaltregler dar, der eine Gleichspannung bzw. eine gleichgerichtete Wechselspannung in eine Wechselspannung umwandelt, die in der Regel gleichgerichtet wird.The invention relates to a power supply arrangement in which the primary winding of a transformer is connected via a cooking voltage transistor to a DC voltage obtained, in particular, from a mains voltage, at which the rectified voltage of a secondary winding of the transformer present at the output of the power supply is present at the input of a control stage, which in turn On the output side via an optocoupler, a pulse width modulator and a switching element with the control electrode of the high voltage transistor is connected, and are provided in the means for generating an internal operating voltage · The arrangement is a switching regulator, which converts a DC voltage or a rectified AC voltage into an AC voltage which is usually rectified.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenJ 1 Characteristic of well-known tec hnical solutionsJ 1
Es ist bereits bekannt (Valvo - Technische Information), Schaltregler mit Hochspannungstransistoren -aufzubauen, um eine Gleichspannung bzw. eine gleichgerichtete Wechselspannung in eine andere Spannung umzuwandeln. Den an den Regelstufen des Schaltreglers in dessen Anlaufphase keine Betriebsspannung anliegt, muß diese extra erzeugt werden« Es ist möglich diese interne Stromversorgung mittels eines separaten Transformators aus der Netzspannung zu erzeugen, wodurch sich allerdings ein hoher technologischer Aufwand und eventuell ein hoher Platzbedarf ergibt. Es ist auch möglich, die interne Stromversorgung aus der Eingangsgleichspannung des Schaltreglers mittels zusatz-It is already known (Valvo - Technical Information) to build switching regulators with high voltage transistors to convert a DC voltage or a rectified AC voltage into another voltage. It is possible to generate this internal power supply by means of a separate transformer from the mains voltage, which, however, results in a high technological outlay and possibly a high space requirement at the control stages of the switching regulator in its start-up phase no operating voltage. It is also possible to connect the internal power supply from the input DC voltage of the switching regulator by means of additional
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lieber Hochspannungstransistoren zu gewinnen. Die Verwendung von wertvollen Hochspannungstransistoren bedingt jedoch einen hohen ökonomischen Aufwand· Möglich ist es auch, die interne Stromversorgung aus der Eingangsgleichspannung des Schaltreglers über Spannungsteiler zu erzeugen, die allerdings einen hohen Leistungsverbrauch, eine starke Erwärmung und demzufolge einen ungünstigen Wirkungsgrad aufweisen.prefer to win high-voltage transistors. The use of valuable high voltage transistors, however, requires a high economic outlay. It is also possible to generate the internal power supply from the DC input voltage of the switching regulator via voltage dividers, which, however, have a high power consumption, a strong heating and consequently an unfavorable efficiency.
Außerdem ist es möglich, aus der genannten Gleichspannung mittels transverterartiger Anordnungen die Regelstufen zu versorgen. Der Einsatz von Transvertern erfordert jedoch wiederum einen relativ hohen technischökonomischen Aufwand.In addition, it is possible to supply the control stages from said DC voltage by means of transverter-like arrangements. The use of transverters, however, again requires a relatively high technical-economic effort.
Ziel der Erfindung ist die Verringerung des technischökonomischen Aufwandes, insbesondere durch Einsparung hochwertiger und teuerer Halbleiter sowie technologisch aufwendiger Wickelteile (z.B. Transformatoren).The aim of the invention is the reduction of the technical-economic expenditure, in particular by saving high-quality and expensive semiconductors as well as technologically complex winding parts (for example transformers).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Schaltregler die.interne Betriebsspannung sowohl in der Anlauf- als auch in der Betriebsphase des Schaltreglers mit möglich einfachen Mitteln und ohne Verwendung von zusätzlichen Hochspannungstransistoren und Übertragern zu erzeugen. Diese Aufgabe wird in einer Stromversorgungsanordnung, bei der die Primärwicklung eines Übertragers über einen Hochspannungstransistor an eine, insbesondere aus einer Netzspannung gewonnenen, Gleichspannung geschaltet ist, bei der die am Ausgang der Stromversorgungsanordnung vorhandene gleichgerichtete Spannung einer Sekundärwicklung des Übertragers am. Eingang einer Regelstufe anliegt, die wiederum ausgangsseitig über einen Optokoppler, einen Impulsbreitenmodulator und ein Schaltelement mit der Steuerelektrode desThe invention has for its object to produce in a switching regulator die.interne operating voltage in both the start-up and in the operating phase of the switching regulator with possible simple means and without the use of additional high-voltage transistors and transformers. This object is achieved in a power supply arrangement, in which the primary winding of a transformer is connected via a high voltage transistor to a, in particular obtained from a mains voltage, DC voltage at which the present at the output of the power supply rectified voltage of a secondary winding of the transformer is present at the input of a control stage, which in turn on the output side via an optocoupler, a pulse width modulator and a switching element with the control electrode of the
3.5 Hochspannungstransistors in Verbindung steht, und bei der 3.5 high-voltage transistor is connected, and in the
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Mittel zur Erzeugung einer internen Betriebsspannung vorgesehen sind, erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß ein erster Pol der Gleichspannung über einen Vorwiderstand einerseits an einer durch eine Diode überbrückten sowie mit ein-sm zweiten Pol' der Gleichspannung verbundenen Reihenschaltung eines Kondensators und einer Steuerwicklung des Übertragers angeschlossen ist und andererseits über einen Widerstand mit der Basis eines ersten Schalttransistors sowie über einen Strombegrenzungswiderstand, über die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Schalttransistors und über eine mittels eines Kondensators überbrückten Diodenkette mit der Steuerelektrode des Hochspannungstransistors in Verbindung steht und daß der Kollektor eines zweiten Schalttransistors, dessen Emitter mit dem zweiten Pol der Gleichspannung, dessen Basis an das Schaltelement angeschlossenist, mit der Basis dec ersten Schalttransistors und über eine Diode mit dem Emitter des ersten Schalttransistors und mit der Diodenkette verbunden ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Spannung über der Steuerwicklung des Übertragers an einer spannungs- und polaritätsabhängigen Dämpfungsschaltung liegt, deren Ausgang mit einer Hilfswicklung des Übertragers verbunden ist« Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn ein vom Emitterstrom des Hochspannungstransistors gesteuerter Schwellwertschalter ausgangsseitig vom Schaltelement entkoppelt mit der Basis des zweiten Schalttransistors verbunden ist. Außerdem ist von Vorteil, wenn der erste oder der zweite Pol der Gleichspannung über einen von der Betriebsspannung des Schwellwertschalters gesteuerten zweiten Schwellwertschalters mit der Reihenschaltung, bestehend aus dem Kondensator und der Steuerwicklung des Übertragers, verbunden is t«joie Anordnung stellt einen Schaltregler dar, bei dem die Primärwicklung eines Übertragers mittels eines Transistors an eine Gleichspannung geschaltet wird. Im Einschaltmoment des Schaltreglers, während also die internen Regelstufen ohne Stromversorgung sind, wird mit der erfindungsmäßigen Schaltung ein quasiselbstschwingendes System aufgebaut,Means for generating an internal operating voltage are provided, in accordance with the invention in that a first pole of the DC voltage is connected via a series resistor on the one hand to a diode-bridged and a second pole of the DC voltage connected in series connection of a capacitor and a control winding of the transformer and on the other hand via a resistor to the base of a first switching transistor and via a current limiting resistor, via the emitter-collector path of the first switching transistor and via a bridged by a capacitor diode chain with the control electrode of the high voltage transistor is connected and that the collector of a second switching transistor, its emitter is connected to the second pole of the DC voltage whose base is connected to the switching element, to the base of the first switching transistor and via a diode to the emitter of the first switching transistor and to the Diode chain is connected. It is advantageous if the voltage across the control winding of the transformer is connected to a voltage- and polarity-dependent damping circuit, whose output is connected to an auxiliary winding of the transformer «It is also advantageous if a controlled by the emitter current of the high-voltage transistor threshold value switch on the output side of the switching element with the decoupled Base of the second switching transistor is connected. In addition, it is advantageous if the first or the second pole of the DC voltage is connected to the series circuit consisting of the capacitor and the control winding of the transformer via a second threshold switch controlled by the operating voltage of the threshold switch. The arrangement represents a switching regulator the primary winding of a transformer is connected by means of a transistor to a DC voltage. In the switch-on of the switching regulator, so while the internal control stages are without power supply, a quasi self-oscillating system is built with the invention circuit,
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wodurch der Transistor den Übertrager erregt und die Regelstufen ihre Betriebsspannung erhalten. Die Ausgangssignale der Regelstufen beeinflussen die Taktschwingungen am Transistor, so daß das quasiselbstschwingende System in» ein durch die. Regelung zwangsgesteuertes Schwingungssystem übergeht, "bei welchem der Transistor selbsterregt ein und zwangsgesteuert ausschaltet. Eine zusätzliche in Abhängigkeit der Spannung über der Steuerwicklung pegel- und polaritätsmäßig gesteuerte Hilfswicklung dient zur elektronischen Bedämpfung des Übertragungskernes. In der quasiselbstschwingenden Periode wird das getaktete Ausschalten des Transistors durch einen Schwellwertschalter von der Größe des Emitterstromes beeinflußt, um den Transistor in einem optimalen Arbeitsbereich zu betreiben. Außerdem ist das Schaltverhalten des Transistors unabhängig von seinem "Verstärkungsfaktor, so daß Exemplarstreuungen keinen Einfluß auf den Ausschaltvorgang besitzen. Die Betriebsspannung des ersten Schwellwertschalters steuert einen zweiten Schwellwertschalter, so daß die Anlauferregung des Schaltreglers erst erfolgen kann, wenn der erste Schwellwertschalter seine wirksame Betriebsspannung erreicht hat.whereby the transistor excites the transformer and the control stages receive their operating voltage. The output signals of the control stages influence the clock oscillations on the transistor, so that the quasi-self-oscillating system in »ein through the. An additional auxiliary winding which is level-controlled and polarity-controlled in dependence on the voltage across the control winding serves for the electronic damping of the transfer core Threshold switch is affected by the size of the emitter current to operate the transistor in an optimal operating range, and the switching behavior of the transistor is independent of its "gain factor, so that specimen scatters do not affect the turn-off process. The operating voltage of the first threshold switch controls a second threshold switch, so that the starting excitation of the switching regulator can not take place until the first threshold has reached its effective operating voltage.
Ausführungsbeispiel: . Example :.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeich-The invention will be described below on the basis of
25- nung dargestellten Schaltreglers als Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.25- tion switching regulator illustrated as an exemplary embodiment.
An einem Gleichrichter 1 liegt eine Wechselspannung U-n, an* Über einen Transistor 2 mit einem Emitter-^ widerstand 3 ist eine Primärwicklung 4 eines Übertragers an den Ausgang des Gleichrichters 1 angeschlossen, dessen einer Ausgang an Masse liegt. Eine Sekundärwicklung 5 ist an einem weiteren Gleichrichter 6 angeschlossen, dessen Ausgangsspannung U. gleichzeitig an einer Regelstufe 7 anliegt, die über einen Optokoppler 8 mit einem Impulsbreitenmodulator 9 in Verbindung steht.At a rectifier 1 is an AC voltage Un, to * via a transistor 2 with an emitter resistor 3, a primary winding 4 of a transformer is connected to the output of the rectifier 1, whose one output is grounded. A secondary winding 5 is connected to a further rectifier 6, the output voltage U. at the same time applied to a control stage 7, which is connected via an optocoupler 8 with a pulse width modulator 9 in connection.
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- 5 - £ V O'O £ I .- 5 - £ V O'O £ I.
Der nicht an Masse angeschlossene Ausgang des Gleichrichters 1 ist über einen Vorwiderstand 10, einen Schwellwertschalter, bestehend aus einem Transistor 11, einem Basiswiderstand 12, einer Z-Diode 13 und einer Koppeldiode 14, mit einer an Masse angeschlossenen Reihenschaltung, bestehend aus einem Kondensator 15 und einer Steuerwicklung 16 des Übertragers, verbunden. Gleichzeitig steht die genannte Reihenschaltung über einen Widerstand 17 mit der Basis eines Schalttransistors 18 und über einen Strombegrenzungswiderstand 19, die Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors 18 und über eine durch einen Kondensator 20 überbrückten Diodenkette 21 mit der Basis des Transistors 2 in Verbindung. Außerdem liegt parallel zur genannten Reihenschaltung eine Diode 22«, Der Kollektor eines Schalttransistors 23, dessen Emitter an Masse liegt ist direkt spit der Basis und über eine Diode 24 mit dem Emitter des Schalt transistors 18 verbunden. Die Basis des Schalttransistors 23 liegt über einen Basiswiderstand an Masse und ist einerseits .über eine Entkoppeldiode 26 und eine Schaltstufe 27 mit dem Ausgang des Impulsbreitenmodulators 9 und andererseits über eine weitere Entkoppeldiode 28 mit dem Ausgang eines Schwellwertschalters 29 verbunden, der eingangsseitig an den Emitter des Transistors 2 angeschlossen ist. Die Steuer-wicklung 16 ist mit einer Dämpfungsstufe 30 verbunden, die ausgangsseitig mit einer Hilfswicklung 31 des Übertragers gekoppelt ist. Im Gleichrichter 1 wird die Wechselspannung U gleichgerichtet und stabilisiert. Der Transistor 2 schaltet die Primärwicklung 4 im Rhythmus der Taktimpulse an die gleichgerichtete und stabilisierte Wechselspannung Up. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 5 eine Spannung induziert, die in dem Gleichrichter 6 in die gleichgerichtete Ausgangsspannung U. umgewandelt. Diese Ausgangsspannung U. wirkt über die Regelstufe 7 und den Optokoppler zur Potentialtrennung ; auf den Impulsbreitenmodulator 9 ein, der einen Einfluß auf aie Impulse an der Basis des Transistors 2 ausübt. Die Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters wirkt über den Vorwiderstand 10 auf die Reihenschaltung des Kondensators 15 und der Steuerwicklung 16 ein.The not connected to ground output of the rectifier 1 is connected via a series resistor 10, a threshold, consisting of a transistor 11, a base resistor 12, a Zener diode 13 and a coupling diode 14, connected to ground in series, consisting of a capacitor 15th and a control winding 16 of the transformer. At the same time said series connection is connected via a resistor 17 to the base of a switching transistor 18 and via a current limiting resistor 19, the emitter-collector path of the switching transistor 18 and via a bridged by a capacitor 20 diode chain 21 to the base of the transistor 2 in combination. In addition, parallel to said series connection is a diode 22 ", the collector of a switching transistor 23 whose emitter is grounded is directly spit the base and connected via a diode 24 to the emitter of the switching transistor 18. The base of the switching transistor 23 is connected via a base resistor to ground and is on the one hand. Via a decoupling diode 26 and a switching stage 27 connected to the output of the pulse width modulator 9 and on the other hand via a further decoupling diode 28 to the output of a threshold 29, the input side to the emitter of Transistor 2 is connected. The control winding 16 is connected to an attenuation stage 30, which is coupled on the output side to an auxiliary winding 31 of the transformer. In the rectifier 1, the AC voltage U is rectified and stabilized. The transistor 2 switches the primary winding 4 in the rhythm of the clock pulses to the rectified and stabilized AC voltage Up. Characterized a voltage is induced in the secondary winding 5, which is converted in the rectifier 6 in the rectified output voltage U. This output voltage U acts via the control stage 7 and the optocoupler for potential separation; to the pulse width modulator 9, which exerts an influence on aie pulses at the base of the transistor 2. The DC voltage at the output of the rectifier acts on the series resistor 10 to the series connection of the capacitor 15 and the control winding 16 a.
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über den Schalttransistor 18 und die Kombination der Diodenkette 21 und des Kondensators 20 wird dadurch der Transistor 2 erregt und die Primärwicklung 4 erregt. Die beschriebene Schaltung wirkt damit als selbstanschwingendes System* Durch den Schwellwertschalter 29 wird die jeweilige Schwingung in Abhängigkeit des Emitterstromes des Transistors 2 über den Transistor 23 unterbrochen. Die Betriebsspannung des Schwellwertschalters 29, "die an einem Kondensator 32 anliegt, steuert den Eingang des. Transistors 11 an, so daß die Schwingung am Transistor 2 erst einsetzen kann, wenn die Betriebsspannung des Schwellwertschalters 29 einen bestimmten Schwellwert erreicht hat, so daß der Abbruch der Schwingung funktionssicher gesteuert werden kann. Die Regelstufe 7» der Optokoppler 8 und der Impulsbreitenmodulator 9 erhalten ihre Betriebsspannung (in Zeichnung nicht dargestellt) aus diesem selbstanschwingenden System. Liegen am Impulsbreitenmodulator 9, bedingt durch das Vorhandensein der internen Stromversorgung, die ersten Impulse an, so werden diese durch die Entkoppeldioden 26, 28 vom Schwellwertschalter 29 entkoppelt auf den Transistor 23 gegeben. Auf diese Art und V/eise wird der Zeitpunkt des Schwingungsabbruches vom Impulsbreitenmodulator 9 und damit von der Ausgangsspannung TJ. gesteuert· Das quasiselbstschwingende System des Schaltreglers geht damit nach der Anlaufphase in ein durch die Regelung zwangsgesteuertes Schwingungssystem über, das mit äeder Taktschwingung selbst anschwingt und zwangsgesteuert unterbrochen wird. Durch das selbsterregende Einschalten des Transistors 2 wird außerdem eine Sättigung des Übertragungskernes mit der Primärwicklung 4- und damit eine Kurzschlußfestig-keit des Schaltreglers erreicht. Um mit dem selbsterregenden Einschalten des Transistors 2 eine gute Regelcharakteristik zu erhalten, ist eine elektronische Bedämpfung für den (in der Zeichnung nicht dargestellten) Übertragerkern vorgesehen, in dem die Hilfswicklung 31 a*1 die Dämpfungsstufe 30 angeschlossen ist. In Abhängigkeit der Polarität und der Amplitude der Spannung über die Steuerwicklung 16 wird deshalb ein in der Dämpfungsstufe 30 inbegriffener Widerstand parallel zur HilfswicklungThrough the switching transistor 18 and the combination of the diode chain 21 and the capacitor 20, the transistor 2 is thereby energized and the primary winding 4 is energized. The circuit described thus acts as a self-oscillating system * By the threshold value 29, the respective oscillation is interrupted in response to the emitter current of the transistor 2 via the transistor 23. The operating voltage of the threshold switch 29 ", which is applied to a capacitor 32, drives the input of the transistor 11, so that the oscillation at the transistor 2 can only begin when the operating voltage of the threshold switch 29 has reached a certain threshold, so that the abort The control stage 7 "of the optocouplers 8 and the pulse width modulator 9 receive their operating voltage (not shown in the drawing) from this self-oscillating system. these are decoupled by the decoupling diodes 26, 28 from the threshold value switch 29 and applied to the transistor 23. In this way, the time of the oscillation interruption is controlled by the pulse width modulator 9 and thus by the output voltage TJ · The quasi-self-oscillating system of the switching regulator goes with it after the Anl aufphase in a positively controlled by the control oscillation system over, which oscillates with äeder clock oscillation itself and is forcibly interrupted. Due to the self-exciting turning on of the transistor 2 also a saturation of the transfer core with the primary winding 4- and thus a Kurzschlußfestig-speed of the switching regulator is achieved. In order to obtain a good control characteristic with the self-exciting turning on of the transistor 2, an electronic damping for the (not shown in the drawing) transformer core is provided in which the auxiliary winding 31 a * 1, the damping stage 30 is connected. Depending on the polarity and the amplitude of the voltage across the control winding 16, therefore, a resistor included in the attenuation stage 30 becomes parallel to the auxiliary winding
31 geschaltet. . .31 switched. , ,
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