DD268813B5 - Schaltungsanordnung zum erzeugen der versorgungsspannungen einer aktiven transistoransteuerstufe aus dem netz - Google Patents

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

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

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei aktiven Transistoransteuerstufen in den verschiedenen elektrischen Schaltungen, beispielsweise Transistorumrichtern, 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, H 02 M 3/335 die Prinzipschaltung eines Schaltnetzteiles zur Versorgung eines elektrischen Gerätes, z. B. eines Fernsehers, mit stabilisierten und geregelten Betriebsspannungen enthalten. Der Kern 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 ein auf eine hohe Betriebsfrequenz 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 Transformator ist primärseitig mit dem Stellglied der Regelschaltung verbunden. Dazu liegt ein Leistungstransistor 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 Transformator zwischengespeichert und dann bei gesperrtem Schalttransistor auf der Sekundärseite des Transformators an den 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 P13/24, 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 Ausgangspannungen, eine direkte (Sekundär)-Regelung einer einzigen Ausgangsspannung oder für den taktsynchronen Betrieb mehrerer Umrichter, optimal aufeinander abgestimmt einsetzbar sind. Die drei angeführten 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 des 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 Direkt-Regelung der gemeinsamen Ausgangsspannung ohne zusätzliche Symmetrierung des Stromes realisiert werden. Aus dem Fachbereichstandard TGL 39704 vom 15. Aug. 1985 mit dem Titel „Spannungsregler-Schaltkreise B3170 V, B3171 V, B3370V und B3371 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 einen 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 Bfeeugspotential.

Die Nachteile der bekannten Lösungen sind das Benötigen eines komplizierten Wickelgutes für das Erzeugen von Spannungen aus dem Netz.

Das sind Transformatoren entweder mit 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 diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster Ausgang des Netztransformators auf den jeweils ersten Eingang einer ersten und einer zweiten Gleichrichtereinheit in einer Spannungseinstelleinheit und ein zweiter Ausgang des Netztransformators auf einen zweiten Eingang der ersten Gleichrichtereinheit geführt ist.

Ein Ausgang der ersten Gleichrichtereinheit ist mit dem Anschluß für das positive Spannungspotential an der Treiberstufe und mit einem zweiten Eingang der zweiten Gleichrichtereinheit, an deren Ausgang die Spannungsreglereinheit angeschlossen ist, verbunden. Ein zweiter Ausgang der ersten Gleichrichtereinheit ist mit dem Anschluß für das negative Spannungspotential an der Treiberstufe und über eine Spannungsstabilisierungseinheit, die mit einem weiteren Eingang zusammen mit je einem zusätzlichen Eingang der ersten Gleichrichtereinheit und der Spannungsreglereinheit an einem dritten Ausgang des Netztransformators angeschlossen ist, mit dem Eingang für das negative Spannungspotential an der Ansteuereinheit verbunden. Der Anschluß für das positive Spannungspotential an der Ansteuereinheit ist an den zweiten Ausgang der Spannungsreglereinheit angeschlossen.

Gemäß weiterer Ausbildung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sekundärwicklungsanschluß des Netztransformators auf die ersten Einspeisungspunkte einer Gleichrichterbrücke mit positivem und negativem Gleichspannungsausgang und einer Gleichrichterhalbbrücke geführt ist, der zweite Sekundärwicklungsanschluß mit dem zweiten Einspeisungspunkt der Gleichrichterbrücke verbunden und der zweite Einspeisungspunkt der Gleichrichterhalbbrücke an den positiven Gleichspannungsausgang der Gleichrichterbrücke angeschlossen ist.

Der negative Gleichspannungsausgang der Gleichrichterbrücke ist über eine Serienschaltung eines Widerstandes und einer Zenerdiode, als Stabilisierungseinheit an den Mittelanzapfungsanschluß der Sekundärwicklung, der über Kondensatoren mit den Gleichspannungsausgängen der Gleichrichterbrücke und weiteren Kondensatoren und einem Widerstand mit den Ein-/Ausgängen des Spannungsreglerschaltkreises verbunden ist, geführt.

Ausführungsbeispiel

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 ist das Blockschaltbild einer Anordnung zur Erzeugung der Versorgungsspannungen einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz dargestellt. Ein aus dem Netz gespeister Netztransformator NT ist über seinen ersten und zweiten Ausgang NTA 1,NTA 2 mit einer ersten Gleichrichtereinheit GE1 und mit seinem ersten Ausgang NTA1 parallel noch mit dem ersten Eingang einer zweiten Gleichrichtereinheit GE 2 verbunden. Diebeiden 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 der 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 GE2 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 die Darstellung einer Schaltungsvariante der erfinderischen Lösung mit einem Spannungsreglerschaltkreis SRS, beispielsweise dem Schaltkreis B3170. Ein Netztransformator NT>der primärseitig an ein 220-V-Netz mit einer Frequenz von 50Hz angeschlossen ist, besitzt eine Sekundärwicklung SW mit zwei Anschlüssen SWAI, SWA2 und einer Mittelanzapfung SWM, die zum Anschließen einer Bezugspotentialspannungsleitung BPS dient. Der erste und zweite Sekundärwicklungsanschluß SWA1, SWA2sind mit dem ersten und zweiten Einspeisungspunkt ESPH, 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 ESP 21 als einen der Eingänge einer Gleichrichterhalbbrücke GHB geführt. Die Anschlüsse für die negative und positive unstabilisierte Spannung als Ausgänge der Gleichrichterbrücke GB, liegen über Kondensatoren CG1,CG2an der Bezugspotentialspannungsleitung BPL. Parallel dazu gehen von den Anschlüssen für die negative und positive 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 Bezugspotentialspannungsleitung 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 Gleichrichterbrücke GB mit dem zweiten Einspeisungspunkt ESP22 als einem der Eingänge der Gleichrichterhalbbrücke GHB verbunden, deren Ausgang HBA sowohl über einen Kondensator CS1 zur Bezugspotentialspannungsleitung BPL als auch zum Eingang 3 eines Spannungsreglerschaltkreises SRS, beispielsweise vom Typ B3170, 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. Diese Versorgungsleitung ist über eine zweite Schutzdiode SD2, der ein Widerstand RS2 parallelgeschaltet ist, und einen Kondensator CS2 sowie direkt über einen weiteren Kondensator CS3 mit der Bezugspotentialspannungsleitung BPL verbunden. Vom Koppelpunkt der zweiten Schutzdiode SD2 und des Kondensators CS2 führt eine Leitung zum Einstellanschluß 1 des Spannungsreglerschaltkreises SRS, der über einen Widerstand RS1 an derBezugspotentialspannungsleitung BPL liegt

Die Anordnung arbeitet auf folgende Weise.

Für eine aktive Transistoransteuerstufe müssen als Versorgungsspannungen 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 ²/з höher als die Rohspannung ist. Da der Ansteuerschaltkreis AS nur einen geringen Strombedarf aufweist, läßt sich dessen Versorgungsspannung durch Spannungsvervielfachung mit einer anschließenden Stabilisierung erzeugen. Die Spannungsvervielfachung wird zunächst damit erreicht, daß eine Gleichrichterhalbbrücke GHB als Eingangsspannung die Ausgangsspannung der Gleichrichterbrückenschaltung GB verwendet. Damit erhält der Spannungsregelschaltkreis SRS, der vom Typ B3170sein kann,

an seinem Eingang 3 eine Spannung in ausreichender Höhe. Der Spannungsreglerschaltkreis SRS reduziert und stabilisiert die an seinem Eingang anliegende Spannung dann auf eine positive stabilisierte Spannung, deren Höhe der geforderten Versorgungsspannung 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 unstabilisierte Spannung NUS und für die Bezugspotentialspannung BPS aus dem Widerstand SSR und der Zenerdiode SZD bestehende Spannungsstabilisierungseinheit 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, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Ausgang (NTA 1) des Netztransformators (NT) auf den jeweils ersten Eingang einer ersten und einer zweiten Gleichrichtereinheit (GE1, GE2) in einer Spannungseinstelleinheit (SSE), ein zweiter Ausgang des Netztransformators (NT) auf einen zweiten Eingang der ersten Gleichrichtereinheit (GE 1) geführt ist und ein Ausgang der ersten Gleichrichtereinheit (GEI) mit dem Anschluß für das positive Spannungspotential an der Treiberstufe (TS) und mit einem zweiten Eingang der zweiten Gleichrichtereinheit (GE2), an deren Ausgang die Spannungsreglereinheit (SRE) angeschlossen ist, verbunden ist, und daß ein zweiter Ausgang der ersten Gleichrichtereinheit (GE 1) mit dem Anschluß für das negative Spannungspotential ander Treiberstufe (TS) und über eine Spannungsstabilisierungseinheit (SSE), die mit einem weiteren Eingang zusammen mit je einem zusätzlichen Eingang der ersten Gleichrichtereinheit (GE 1) und der Spannungsreglereinheit (SRE) an einem dritten Ausgang (NTA3) des Netztransformators (NT) angeschlossen ist, mit dem Eingang für das negative Spannungspotential an der Ansteuereinheit (AS) und der für das positive Spannungspotential an der Ansteuereinheit mit dem zweiten Ausgang der Spannungsreglereinheit verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannung einer aktiven Transistoransteuerstufe aus dem Netz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sekundärwicklungsanschluß (SWA1) des Netztransformators (NT) auf die ersten Einspeisungspunkte (ESP11, ESP21) einer Gleichrichterbrücke (GB) mit positivem und negativem Gleichspannungsausgang (APUS, ANUS) und einer Gleichrichterhalbbrücke (GHB) geführt ist, der zweite Sekundärwicklungsanschluß (SWA2) mit dem zweiten Einspeisungspunkt (ESP12) der Gleichrichterbrücke (GB) verbunden und der zweite Einspeisungspunkt (ESP22) der Gleichrichterhalbbrücke (GHB) an den positiven Gleichspannungsausgang (APUS)'der GleichrichterrJrücke (GB) angeschlossen ist, und daß der negative Gleichspannungsausgang (ANUS) der Gleichrichterbrücke (GB) über eine Serienschaltung eines Widerstandes (SSR) und einer Zenerdiode (SZD), als Stabilisierungseinheit (SSE), an den Mittelanzapfungsanschluß (SWM) der Sekundärwicklung, der über Kondensatoren (CG 1,CG 2) mit den Gleichspannungsausgängen (ANUS, APUS) der Gleichrichterbrücke (GB) und weiteren Kondensatoren (CS1,CS3) und einem Widerstand (RS 1) mit den Ein-/Ausgängen des Spannungsreglerschaltkreises (SRS) verbunden ist, geführt ist.