DD268813A1 - Schaltungsanordnung zum erzeugen der versorgungsspannungen einer aktiven transistoransteuerstufe aus dem netz - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz. Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist in Stromversorgungseinheiten fuer elektrische Geraete moeglich. Wesentliche Merkmale der Erfindung sind das verbrauchereinheitenspezifische Bereitstellen von stabilisierten und unstabilisierten Versorgungsspannungen (PSS, NSS, PUS, NUS) bzw. der Bezugspotentialspannung (BPS) aus dem Netz, ueber einen eine Sekundaerwicklung (SW) mit einer Mittelanzapfung (SWM) aufweisenden Transformator (TR), eine erste und zweite Gleichrichtereinheit (GE 1, GE 2), eine Spannungseinstelleinheit (SEE), eine Spannungstabilisierungseinheit (SSE) und eine Spannungsreglereinheit (SRE) fuer eine Ansteuereinheit (AS) und eine Treiberstufe (TS). Fig. 1

Description

ausgerichteter Transformator vorgesehen, um die geforderte weitgehende Trennung der Geräte vom Versorgungsnetz zu erreichen. Solche Schaltnetzteile können entweder für den synchronisierten Betrieb oder den selbstschwingenden Betrieb ausgelegt sein. Der Traneformator ist primärseitig mit dem Stellglied der Regelschaltung verbunden. Dazu liegt ein Leistungstrans'stor Reihe mit der Primärwicklung und seine Basisansteuerung erfolgt durch einen PDM-Modulator. Als Betriebsspannung für diese Reihenschaltung dient die gleichgerichtete Netzspannung. Eine Hilfswicklung des Transformators wird als Sensor für die Regelschaltung benutzt. Mit Hilfe der Sekundärwicklung wird die Spannung für elektrische Geräte realisiert. Dabei wird die an der Primärwicklung bei geöffnetem Schalttransistor vom Netzgleichrichter abgegebene Leistung im Transformatorzwischengespeichert und dann bei gesperrtem Schalttransistor auf der Sekundärseite des Transformators anden Verbraucher abgegeben.

Des weiteren ist aus der DE-OS 3303782; H 02 P 13/22 eine Stromversorgung bekannt,- die aus parallel geschalteten Wandlern besteht, wobei jeder Wandler einen Stromsensor aufweist.

Ein Anschluß jedes Stromsensors ist mit seinem Anschluß aller anderen Stromsensoren verbunden. Der jeweils andere Anschluß der Stromsensoren ist in jedem Wandler über eine Begrenzerschaltung mit dem jeweiligen Pulsbreitenmodulator verbunden. Durch die Begrenzerschaltung wird erreicht, daß bei Ausfall eines Wandlers nur eine kleine begrenzte und in den meisten Fällen zulässige Ausgangsspannung der anderen Wandler eintritt.

In der DE-OS 3129001, H 02 P 13/24, ist ein Stromversorgungsgerät mit einem geregelten Gleichumrichter beschrieben, bei dem nach dem Durchflußprinzip eine oder mehrere geregelte Ausgangsspannungen erzeugt werden. Die Schaltung besteht aus modularen Grundbausteinen als Standardsteuerung, die teilweise oder insgesamt entsprechend den Anforderungen an die jeweilige Gerätestromversorgung, z. B. für eine indirekte (EMK)-Regelung von mehreren Ausgangsspannungen, eine direkte (Sekundär)-Regelung einer einzigen Ausgangsspannung oder für den taktsynchronen Betrieb mehrerer Umrichter, optimal aufeinander abgestimmt einsatzbar sind. Die drei angeführtdn Varianten von Durchflußumrichtern können sowohl über entsprechende Gleichrichterschaltungen aus dem Wechselspannungsnetz als auch aus einer Batterie mit unterschiedlicher Spannung betrieben werden. Die Durchflußumrichter aller drei Ausführungsformen bestehen im wesentlichen aus dem eigentlichen Leistungsteil mit dem Schalttransistor, der als Leistungstransistor, der mit einer Pulsfolgefrequenz von z. B. 30Hz arbeitet, und deren Tastgrad in bekannter Weise um der Regelabweichung verändert wird. Zu jedem Durchflußumrichter gehören weiterhin je ein Übertrager, eine Längsdiode und eine Freilaufdiode mit einer Drossel im Ausgangskreis des Übertragers sowie die modularen Steuerbausteine Reglermodul, Meßwertübertragermodul und Führungsreglermodul. Bei einem EMK-geregelten Durchflußumrichter liefert eine eigene dafür vorgesehene Wicklung dos Umrichterübertragers die gepulste Regelgröße zur Ansteuerung des Reglermoduls der für mehrere Ausgangskreise konzipiert ist und der bei Verwendung eines zusätzlichen Moduls zur Potentialtrennung und Meßwertübertragung auch für die direkte Regelung eines Ausgangskreises einsetzbar ist. Weiterhin kann durch den Einsatz eines Führungsreglermoduls in Verbindung mit einem Meßwertübertragungsmodul ein komplikationsloser taktsynchroner Parallelbetrieb mehrerer Durchflußumrichter mit je einem Hilfsregelkreis und einem Führungsreglermodul für alle Umrichter zur Direktregelung der gemeinsamen Ausgangsspannung ohne zusätzliche Symmetrierung des Stromes realisiert werden. Aus dem Fachbereichstandard TGL 39704 vom 15. Aug, 1985 mit dem Titel .Spannungsregler-Schaltkreise B 3170 V, B 3171 V, B 3370 V und B 3371 V ist ein Positivspannungsregler bekannt, deren Ausgangsspannung mit je zwei externen Widerständen eingestellt wird. Eingebaute Schutzschaltungen (Überstromschutz, thermischer Überlastungsschutz und Leistungsbegrenzung) sorgen dafür, daß die Schaltkreise in ihren sicheren Arbeitsbereichen betrieben werden. Der Schaltkreis besitzt einer. Einstellanschluß, der über einen ersten Widerstand zur Erzeugung einer Referenzspannung mit dem Eingang des Schaltkreises und über einen zweiten Widerstand mit einem gemeinsamen Bezugspotential verbunden ist. Über Kondensatoren liegen der Eingang und der Ausgang des Schaltkreises ebenfalls auf Bezugspotential.

Die Nachteile der bekannten Lösungen sind das Benötigen eines komplizierten Wickelgutes für das Erzeugen von Spannungen aus dem Netz. Das sind Transformatoren entweder mi« Mehreren Sekundärwicklungen oder einer Sekundärwicklung mit mehreren Anzapfungen. Des weiteren entsteht eine hohe Verlustleistung in den stromerzeugenden und verbrauchenden Einheiten. Durch den Einsatz von Schaltnetzteilen anstelle des komplizierten Wickelgutes mit einer aufwendigen Elektronik wird die Zuverlässigkeit der Stromversorgung stark vermindert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz den Aufwand für das Wickelgut und/oder für elektronische Bauelemente zu senken, die Leistungsverluste zu verringern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz zu schaffen, die bestehend aus einem Netztransformator, einer Spannungsreglereinheit und einer eingangsseitig mit einer Ansteuereinheit gekoppelten Treiberstufe, eine verbraucherbezogene Spannungserzeugung im gesamten Toleranzbereich der Netzspannung mit einer minimalen Verlustleistung bei den Erzeuger- und Verbrauchereinheiten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster Ausgang des Netztransformators parallel an den ersten Eingang einer ersten und zweiten Gleichrichtereinheit in einer Spannungseinstelleinheit angeschlossen ist. Der erste Ausgang der ersten Gleichrichtereinhei;. Η·?ι rnit einem weiteren Eingang am zweiten Ausgang des Netztransformators liegt, ist parallel sowohl mit einem weiteren Eingang der zweiten Gleichrich.ereinheit als auch zum Übertragen einer positiven unstabilisierten

Spannung ist direkt zur Treiberstufe und über eine Spannungsstabilisierungseinheit zur Ansteuereinheit geführt. Der Ausgang der zweiten Gleichrichtereinheit ist über die Spannungsreglereinheit dem Übertragen der positiven stabilisierten Spannung an die Ansteuereinheit angeschlossen.

Von einem dritten Ausgang des Netztransformators führt eine Leitung für die Bezugspotentialspannung zur ersten Gleichrichtereinheit, zur Spannungsreglereinheit und zur Spannungstabilisierungseinheit.

Vorteilhafterweise ist der erste Sekundärwicklungsanschluß des Netztransforma'.ors parallel zum ersten Einspeisunyspunkt einer Gleichrichterbrücke und zum ersten Einspeisungspunkt einer Gleichrichterhalbbrücke geführt. Der zweite Einspeisungspunkt der Gleichrichterbrücke ist mit dem zweiten Sekundärwicklungsanschluß des Netztransformators und der zweite Einspeisungspunkt der Gleichrichterhalbbrücke mit dem Ausgang für die positive unstabilisierte Spannung der Gleichrichterbrücke verbunden. Der Ausgang der Gleichrichterhalbbrücke ist mit einem Spannungsreglerschaltkreis gekoppelt, der einen Ausgang für die positive stabilisierte Spannung besitzt. Der Ausgang für die negative unstabilisierte Spannung der Gleichrichterbrücke ist zu einer aus einem Widerstand und einer Zenerdiode bestehenden Serienschaltung für die Spannungsstabilisierung geführt, an deren Verbindungspunkt die negative stabilisierte Spannung erzeugt wird. Der Mittelanzapfungsanschluß der Sekundärwicklung des Netztransformators ist zum Übertragen der Bezugspotentialspannung über Kondensatoren mit den Anschlüssen für die negative und positive unstabilisierte Spannung der Gleichrichterbrücke sowie über weitere Kondensatoren und einem Widerstand mit den EiiWAusgängen des Spannungsreglerschaltkreises verbunden.

Aueführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung, Fig. 2: eine Schaltungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung mit einem Spannungsreglerschaltkreis.

In Fig. 1 iot das Blockschaltbild einer Anordnung zur Erzeugung der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dom Netz dargestellt. Ein aus dem Netz gespeister Netztransformator NT ist über seinen ersten und zweiten Ausgang NTA1, NTAS mit einer ersten Gleichrichtereinheit GE1 und mit seinem ersten Ausgang NTA1 parallel noch mit dem ersten Eingang einer zweiten Gleichrichtereinheit GE 2 verbunden. Die beiden Gleichrichtereinheiten GE1, GE 2 bilden zusammen eine Spannungseinstelleinheit SEE, bei der der Ausgang für das Übertragen der positiven unstabilisierten Spannung PUS und der Ausgang für das Übertragen dor negativen unstabilisierten Spannung NUS an eine Treiberstufe TS angeschlossen sind. Der Ausgang für das Übertragen der positiven unstabilisierten Spannung PUS ist weiterhin mit dem zweiten Eingang der zweiten Gleichrichtereinheit GE 2 verbunden, deren Ausgang über eine Spannungsreglereinheit SRE zum Übertragen der positiven stabilisierten Spannung PSS zu einem Eingang der Ansteuereinheit AS geführt ist. An den anderen Eingang der Ansteuereinheit AS, die ausgangsseitig mit der der Ansteuerung eines Leistungsschalters LS dienenden Treiberstufe TS verbunden ist, sind über eine Spannungsstabilisierungseinheit SSE, die mit einem dritten Ausgang NTA3 des Netztransformators NT zur Übertragung der Bezugspotentialspannung BPS zur ersten Gleichrichtereinheit GE1 und zur Spannungsreglereinheit SRE verbunden ist, der zweite Ausgang der ersten Gleichrichtereinheit GE1 zur Übertragung der negativen stabilisierten Spannung NSS angeschlossen. Fig. 2 enthält cSie Darstellung einer Schaltungsvariante der erfinderischen Lösung mit einem Spannungsreglerschaltkreis SRS, beispielsweise dem Schaltkreis B 3170. Ein Netztransformator NT, der primärseitig an ein 220V-NeU mit einer Frequenz von 50Hz angeschlossen ist, besitzt eine Sekundärwicklung SW mit zwei Anschlüssen SWA1, SWA2 und einer Mittelanzapfung SWM, die zürn Anschließen einer Bezugspotentialspannungsleitung BPS dient. Der erste und zweite Sekundärwicklungsanschluß SWA1, SWA2 sind mit dem ersten und zweiten Einspeisungspunkt ESP11, ESP12 als den Eingängen eine Gleichrichterbrücke GB verbunden, und parallel dazu ist der erste Sekundärwicklungsanschluß SWA1 noch über einen Kondensator CG 3 zum ersten Einspeisungspunkt ESP21 als einen der Eingänge einer Gleichrichterhalbbrücke Gl !B geführt. Die Anschlüsse für die negative und positive unstabilisierte Spannung als Ausgänge der Gleichrichterbrücke GB, liegen über Kondensatoren CG 1, CG 2 an derBezugspotentialspannungsleitung BPL. Parallel dazu gehen von den Anschlüssen für die negative und positivo unstabilisierte Spannung ANUS, APUS die Leitungen zum Bereitstellen der negativen und positiven Spannung NUS, PUS ab. Die Leitung für die negative unstabilisierte Spannung NUS ist dabei über eine aus einem Widerstand SSR und einer Zenerdiode SZD gebildete Serienschaltung mit der Bezugspotentialopannungsleitung BPL verbunden, wobei vom Verbindungspunkt des Widerstandes SSR und der Zenerdiode SZD die Leitung für die negative stabilisierte Spannung NSS abgeht. Des weiteren ist der Anschluß für die positive unstabilisierte Spannung APUS der Gleichlichterbrücke GB mit dem zweiten Einspeisungspunkt ESP22 als einem der Eingänge der Gleichrichterhalbbrücke GHB verbunden, deren Ausgang HBA sowohl über einen Kondensator CS1 zur Bezugspotentialspannungsleiiung BPL als auch zum Eingang 3 eines Spannungsreglorschaltkreises SRS, beispielsweise vom Typ B 3170, geführt ist. Vom Ausgang 2 des Schaltreglerschaltkreises SRS aus, der über eine erste Schutzdiode SD1 mit dem Eingang 3 verbunden ist, geht die Versorgungsleitung für die positive stabilisierte Spannung PSS ab. Diesa Versorgungsleitung ist über eine zweite Schutzdiode SD2, der ein Widerstand RS2 parallelgeschaltet ist, und einen Kondensator CS2 sowie direkt über einen weiteren Kondensator CS 3 mit der Bezugspotentialspannungsleitunp BPL verbunden. Vom Koppelpunkt der zweiten Schutzdiode SD 2 und des Kondensators CS 2 führt eine Leitung zum Einü'.eüanschluß 1 des Spannungsreglerschaltkreises SRS, der über einen Widerstand RS1 an der Bezugspotentialspannungsleitung BPL liegt

Die Anordnung arbeitet auf folgende Weise,

Für eine aktive Transistoransteuerstufe müssen als Versorgungsepannungtn bzw. -ströme aus dem Netz der positive Basisstrom im Einzustand, die negative Sperrspannung im Auszustand, die Betriebsspannung des Ansteuerschaltkreises AS und der Treiberstufe TS bereitgestellt werden. Da die Treiberstufe einen sehr hohen Strombedarf bei einer relativ niedrigen Betriebsspannung aufweist, wird sie direkt aus der Rohspannung betrieben. Das geschieht mittels der Gleichrichterbrückenschaltung GS, deren unstabilisierte positive und negative Ausgangsspannung PUS, NUS ausreichend als

Versorgungsspannung für die Treiberstufe sind. Der Ansteuerschaltkreis AS dagegen benötigt im gesamten Netzspannungsbereich eine stabilisierte Betriebsspannung, die um etwa ⁷h höher als die Rohspannung ist. Da der Anateuerschaltkreis AS nur einen geringen Strombedarf aufweist, läßt sich dessen Versorgungsspannung durch Spannungsvervielfachung mit einer anschließenden Stabilisierung erzeugen. Die Spannunpsvervielfachung wird zunächst damit erreicht, daß eine Gleichrichterhalbbrücke GHB als Eingangsspannung die Ausgangsspannung der Gleichrichterbrückenschaltung GB verwendet. Damit erhält der Spannungsregelschaltkreis SRS, der vom Typ B 3170 sein kann, an seinem Eingang 3 eine Spannung in ausreichender Höhe. Der Spannungsregierschcltkreis SRS reduziert und stabilisiert die an seinem Eingang anliegende Spannung dann auf eine positve stabilisierte Spannung, deren Höhe der geforderten Versorgungaspannung des Ansteuerschaltkreises AS entspricht. Die negative stabilisierte Spannung NSS wird ebenfalls aus der in der Gleichrichterbrücke GB erzeugten negativen unstabilisierten Spannung NUS erzeugt. Dazu wird die zwischen den Leitungen für die negative unstabiiisierte Spannung NUS und für die Bezugspotentialspannung BPS aus dem Widerstand SSR und der Zenerdiode SZD bestehende Spannungsstabilisierui igseinheit SSE verwendet, indem am Verbindungspunkt ANS von Widerstand SSR und der Zenerdiode SDZ die Leitung für die negative stabilisierte Versorgungsspannung NSS abgeht

Damit wurde durch die erfindungsgemäße Anordnung eine im gesamten Toleranzbereich der Netzspannung funktionsfähige, verbraucherbezogene Erzeugung von Versorgungsspannungen bei minimaler Verlustleistung der erzeugenden und verbrauchenden Einheiten geschaffen.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz, die aus einem Netztransformator, einer Spannungsreglereinheit und einer eingangsseitig mit einer Ansteuereinheit gekoppelten Treiberstufe zum Betreiben eines Leistungsschalters besteht, gekennzeichnet dadurch, daß ein erster Ausgang (NTA 1) des Netztransformators (NT) parallel an den ersten Eingang einer ersten und zweiten Gleichrichtereinheit (GE 1, GE2) in einer Spannungseinstelleinheit (SEE), der erste Ausgang der ersten mit einem weiteren Eingang am zweiten Ausgang (NTA2) des Netztransformators (NT) liegenden Gleichrichtereinheit (GE 1) parallel sowohl an einen weiteren Eingang der zweiten Gleichrichtereinheit (GE 2) als auch zum Übertragen einer positiven unstahilisierten Spannung (PUS) an die Treiberstufe (TS), der zweite Ausgang der ersten Gleichrichtereinheit (GE 1) zum Übertragen der negativen unstabilisierten Spannung (NUS) zur Treiberstufe (TS) direkt und über eine parallel mit der ersten Gleichrichtereinheit (GE 1) und der Spannungsreglereinheit (SRE) über die von einem dritten Ausgang (NTA3) des Netztransformators (NT) abgehende Leitung an der Bezugspotentialspannung liegende Spannungsstabilisierungseinheit (SSE) zum Übertragen der negativen stabilisierten Spannung (NSS) zu der Ansteuereinheit (AS) und der Ausgang der zweiten Gleichrichtereinheit (GE 2) über die Spannungsreglereinheit (SRE) zum Übertragen der positiven stabilisierten Spannung (PSS) zur Ansteuereinheit (AS) geführt sind.

2. Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz, nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Sekundärwicklungsanschluß (SWA 1) des Netztransformators (NT) parallel zum ersten Einspeisungspunkt (IiSP 11) einer mit Ausgängen (APUS, ANUS) zum Übertragen einer positiven und negativen Spannung versehenen Gleichrichterbrücke (GB), deren zweiter Einspeisungspunkt (ESP 12) mit dem zweiten Sekundärwicklungsanschluß (SWA2) des Netztransformators (NT) verbunden ist, und zum ersten Einspeisungspunkt (ESP21) einer mit einem zu einem Spannungsreglerschaltkreis SRS geführten Ausgang (HBA) versehenen Gleichrichterhalbbrücke (GHB), deren zweiter Einspeisungspunkt (ESP22) mit dem Ausgang (APUS) für die positive unstabilisierte Spannung (PUS) der Gleichrichterbrücke (GB) verbunden ist, der Ausgang (ANUS) für die negativ unstabilisierte Spannung (NUS) der Gleichrichterbrücke (GB) zur Serienschaltung eines Widerstandes (SSR) und einer Zenerdiode (SZD) für die Erzeugung der negativen stabilisierten Spannung (NSS) an deren Verbindungspunkt (ANS) und der Mittelanzapfungsanschluß (SWM) der Sekundärwicklung (SW) des Netztransformators (NT) zum Übertragen der Bezugspotentialspannung (BPS) über Kondensatoren (CG 1, CG 2) zu den Anschlüssen (ANUS, APUS) für die negative und positive unstabilisierte Spannung der Gleichrichterbrücke (GB) sowie über weitere Kondensatoren (CS 1, CS3) und einem Widerstand (RS 1) zu den Ein-/Ausgängen (1,2,3) des Spannungsreglerschaltkreises (SRS) geführt sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist in Stromversorgungseiiiheiten für elektrische Geräte möglich und zweckmäßig.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei aktiven Transistoranstouerstufen in den verschiedenen elektrischen Schaltungen, beispielsweise Transistot Umrichtern, Halbbrücken·, Brücken· oder Drehstromschaltungen, müssen zur Stromversorgung der in diesen Stufen eingesetzten Transistoren genau definierte Spannungen bzw. Ströme bereitgestellt werden, wie der positive Basisstrom im Einzustand, die negative Sperrspannung im Auszustand und die Betriebsspannung des Ansteuerschaltkreises. Dazu ist in der europäischen Patentanmeldung 144754; H02 M 3/335 die Prinzipschaltung eines Schaltnetzteiles zu' Versorgung eines elektrischen Gerätes, z.B. eines Femsehers, mit stabilisierten und geregelten Betriebsspannungen enthalten. Der \ern eines solchen Schaltnetzteiles ist deshalb durch eine Regelschaltung gegeben, deren Stellglied durch einen bipolaren Leistungstransistor als Schalttransistor realisiert ist. Weiter ist eine hohe Arbeitsfrequenz und sin auf eine hohe Betriebsfrequenz