DD298863A5 - POWER SUPPLY - Google Patents

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Abstract

It is already known in the art to connect a network consisting of a capacitor, a resistor and a diode to a transformer (Tr) to limit voltage peaks. The aim of the invention is to decrease the relatively high losses of about 10 % in the resistor. This network is replaced by a capacitor (C2), and located on the secondary-winding side, in parallel with the diode (D1) which generates the operating voltage, is a switch (T2) which, when the charging current (iD) for the charging capacitor (C1) has decayed away, generates a current (iT2) from the charging capacitor (C1) back to the secondary winding (2). Particular applications of the circuit of the invention are in television receivers and video recorders.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ist insbesondere für Fernsehempfänger und Videorecorder anwendbar.The invention relates to a switching power supply according to the preamble of claim 1 and is particularly applicable to television receivers and video recorders.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bei einem Schaltnetzteil ist es bekannt, an die Primärwicklung und/oder an die Sekundärwicklung des Transformators ein Netzwerk aus einem Kondensator, einem Widerstand und einer Diode anzuschließen, vgl. (DE OS 3705392). Dieses Netzwerk, das auch als „snubber" bezeichnet wird, dient zur Begrenzung der Flankensteilheit und der Spannungsspitzen an den Wicklungen des Transformators.In a switching power supply, it is known to connect to the primary winding and / or to the secondary winding of the transformer, a network of a capacitor, a resistor and a diode, see. (DE OS 3705392). This network, also referred to as "snubber", is used to limit the slew rate and voltage spikes on the windings of the transformer.

Es hat sich gezeigt, daß an dem Widerstand dieses Netzwerkes eine beachtliche Verlustleistung entsteht, die in der Größenordnung von 5-10% der gesamten vom Netzteil übartragenen Leistung liegt und eine Verringerung des Wirkungsgrades sowie eine unerwünschte Erwärmung der in der Nähe befindlichen Bauteile bewirkt. Diese Verlustleistung wird.besonders groß bei Übergang zu höheren Arbeitsfrequenzen des Schaltnetzteils von z. B. 32 kHz und 64 kHz.It has been found that the resistance of this network results in a considerable power dissipation, which is on the order of 5-10% of the total power consumed by the power supply and causes a reduction in the efficiency and undesired heating of the components in the vicinity. This power loss is.Esonders large in transition to higher operating frequencies of the switching power supply of z. B. 32 kHz and 64 kHz.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Schaltnetzteile zu erhöhen.The aim of the invention is to increase the efficiency of the switching power supplies.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der genannten Wirkung des Netzteils die Verluste zu verringern.The invention has for its object to reduce the losses while maintaining the said effect of the power supply.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schaltnetzteil mit einer Primärwicklung, einem Schalttransistor und einer Sekundärwicklung gelöst, die während der Sperrzeit des Schalttransistors einen Ladestrom über eine Diode in einen Ladekondensator erzeugt und ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Diode ein Schalter liegt, der so gesteuert ist, daß nach dem Abklingen des Ladestroms ein Strom entgegengesetzt zum Ladestrom von dem Ladekondensator in die Sekundärwicklung fließt.This object is achieved by a switching power supply with a primary winding, a switching transistor and a secondary winding, which generates a charging current through a diode in a charging capacitor during the blocking period of the switching transistor and is characterized in that parallel to the diode is a switch, which is controlled in that, after the decay of the charging current, a current which is opposite to the charging current flows from the charging capacitor into the secondary winding.

An eine Wicklung des Transformators des Netzteils ist ein Netzwerk aus der Reihenschaltung eines Kondensators und der Parallelschaltung eines Widerstandes und einer Diode angeschlossen und parallel zu dem Widerstand liegt ein Schalter, der durch eine Steuerspannung während der Impulsflanken in der Spannung an der Primärwicklung leitend gesteuert ist.To a winding of the transformer of the power supply, a network of the series circuit of a capacitor and the parallel circuit of a resistor and a diode is connected and parallel to the resistor is a switch which is controlled by a control voltage during the pulse edges in the voltage at the primary winding.

Der Schalter kann beispielsweise ein Feldeffekttransistor sein, der durcli einen Impuls von einem Prozessor gesteuert wird, der auch den Schalttransistor im Sinne einer Stabilisierung der erzeugten Betriebsspannung steuert.The switch may be, for example, a field effect transistor, which is controlled by a pulse by a processor, which also controls the switching transistor in the sense of stabilizing the generated operating voltage.

Bei mehreren Sekundärwicklungen mit je einer Diode und einem Ladekondensator ist der Schalter vorzugsweise nur bei einer Sekundärwicklung vorgesehen.In the case of several secondary windings, each with a diode and a charging capacitor, the switch is preferably provided only at a secondary winding.

Bei der erfindungsgemaßen Schaltung kann das genannte Netzwerk aus dem Kondensator, der Diode und dem Widerstand durch einen Kondensator ersetzt werden, an dem praktisch keine Verluste entstehen. Die Erfindung beruht auf folgendenIn the circuit according to the invention, said network of the capacitor, the diode and the resistor can be replaced by a capacitor at which virtually no losses occur. The invention is based on the following

Erkenntnissen und Überlegungen. Es ist vorteilhaft, wenn in dem Zeitpunkt, in dem der Schalttransistor leitend wird, die Spannung an dem Schalttransistor bereits Null ist. Wenn das erreicht wird, wird der genannte Widerstand in dem Netzwerk nicht mehr benötigt, und das Netzwerk kann auf nur einen Kondensator reduziert werden. Dieses wird nun durch folgende überraschende Wirkungsweise erreicht: Durch den parallel zur Diode eingefügten Schalter wird nach Beendigung der Aufladung des Ladekondensators Energie vom dem Ladekondensator in die Sekundärwicklung des Transformators zurücktransportiert. Dadurch wird die Spannung an dem Schalttransistor derart modifiziert, daß diese Spannung im Zündzeitpunkt des Transistors, also wenn der Kollektorstrom wieder eingeschaltet wird, in vorteilhafterweise Null ist. Diese bewußte Rückführung von Energie aus dem Ladekondensator bringt noch folgenden Vorteil: Bei geringer Belastung des Schaltnetzteils, insbesondere im Leerlauf, kann die Regelung auf einen Ladestrom für den Ladekondensator in der Größenordnung Null wesentlich verbessert werden. Überspannungen auf der Sekundärseite im Leerlauf werden dann weitestgehend vermieden. Das beruht darauf, daß durch den Schalter ein möglicher Überschuß an Energie an den Ladekondensatoren in den Transformator zurückgeführt wird.Findings and considerations. It is advantageous if, at the time when the switching transistor is turned on, the voltage at the switching transistor is already zero. When this is achieved, said resistance in the network is no longer needed, and the network can be reduced to only one capacitor. This is now achieved by the following surprising mode of action: By the parallel inserted to the diode switch energy is transported back from the charging capacitor into the secondary winding of the transformer after completion of the charging of the charging capacitor. As a result, the voltage at the switching transistor is modified such that this voltage in the ignition of the transistor, so when the collector current is turned on again, is advantageously zero. This deliberate feedback of energy from the charging capacitor still has the following advantage: At low load of the switching power supply, especially at idle, the control can be significantly improved to a charging current for the charging capacitor in the order of zero. Overvoltages on the secondary side during idling are then largely avoided. This is due to the fact that the switch returns a possible excess of energy to the charging capacitors in the transformer.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Darin zeiger-The invention will be explained with reference to the drawing of an embodiment. In it show

Fig. 1: ein vereinfachtes Schaltbild des Schaltnetzteils Fig. 2: Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Fig. 1 Fig. 3: eine Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 1.1: a simplified circuit diagram of the switched-mode power supply FIG. 2: curves for explaining the operation of FIG. 1 FIG. 3: a development of the circuit according to FIG. 1

Fig. 1 zeigt ein Schaltnetzteil mit der Primärwicklung 1 des Transformators Tr und dem Schalttransistor T1, die an eine Betriebsspannung angeschlossen sind. Die Sekundärwicklung 2 ist über die Diode Dian den Ladekondensator C1 angeschlossen, der an der Klemme 3 eine stabilisierte Betriebsspannung +U1 liefert. Der Schalttransistor T1 wird von dem Prozessor 4 mit einer Schaltspannung 5 gesteuert, deren Frequenz in der Größenordnung von 30-6OkHz liegt. Die Schaltspannung 5 ist derart impulsbreitenmoduliert, daß durch eine gesteuerte Einschaltdauer des Schalttransistors T1 die Betriebsspannung (J 1 stabilisiert wird.Fig. 1 shows a switching power supply to the primary winding 1 of the transformer Tr and the switching transistor T1, which are connected to an operating voltage. The secondary winding 2 is connected via the diode Dian the charging capacitor C1, which supplies a stabilized operating voltage + U1 at the terminal 3. The switching transistor T1 is controlled by the processor 4 with a switching voltage 5 whose frequency is in the order of 30-6OkHz. The switching voltage 5 is so pulse width modulated that the operating voltage (J 1 is stabilized by a controlled on-time of the switching transistor T1.

Parallel zur Diode D1 liegt der Feldeffekttransistor T2, der von dem Prozessor 4 mit einer Schaltspannung 6 gesteuert wird. Parallel zum Transistor T1 liegt zur Begrenzung der Flankensteilheit und der Spannungsspitzen am Transformator Tr nur der Kondensator C 2. Das an sich an dieser Stelle verwendete Netzwerk aus einem Kondensator, einer Diode und einem Widerstand ist nicht mehr erforderlich.Parallel to the diode D1 is the field effect transistor T2, which is controlled by the processor 4 with a switching voltage 6. Parallel to the transistor T1 is to limit the slope and the voltage peaks on the transformer Tr only the capacitor C 2. The network used at this point of a capacitor, a diode and a resistor is no longer necessary.

Anhand von Fig. 2 wird die Wirkungsweise erläutert. Im Zeitpunkt 11 wird der Transistor T1 durch die Schaltspannung 5 gesperrt, so daß der Strom i 1 auf Null abfällt. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 2 eine Spannung induziert, die einen Ladestrom iD über die Diode D1 in den Ladekondensator C1 bewirkt. Dieser Ladestrom fällt etwa linear ab und erreicht in Zeitpunkt 12 den Wert Null. Im Zeitpunkt 12 wird der Transistor T2 leitend und erzeugt einen Strom iT2, der entgegengesetzt zu iD vom dem Ladekondensator C1 in die Sekundärwicklung 2 hineinfließt. Dadurch wird ein Teil der im Zeitpunkt 12 im Ladekondensator C1 gespeicherten Energie in den Transformator Tr zurückgeführt. T2 wird im Zeitpunkt 13 gesperrt. Durch diese Maßnahme wird die Spannung Uce am Transistor T1 so modifiziert, daß diese Spannung gemäß Fig. 2 auf Null abgefallen ist, wenn der Transistor T1 im Zeitpunkt t4 neu gezündet wird. Dadurch wird es ermöglicht, daß das genannte Netzwerk aus Kondensator, Widerstand und Diode durch einen Kondensator ersetzt werden kann, ohne das die angestrebte Unterdrückung von Flankensteilheit und Spannungsspitzen beeinträchtigt wird.Based on Fig. 2, the operation will be explained. At time 11, the transistor T1 is blocked by the switching voltage 5, so that the current i 1 drops to zero. Characterized a voltage is induced in the secondary winding 2, which causes a charging current iD via the diode D1 in the charging capacitor C1. This charging current drops approximately linearly and reaches the value zero at time 12. At time 12, the transistor T2 becomes conductive and generates a current iT2, which flows in the opposite direction to iD from the charging capacitor C1 into the secondary winding 2. As a result, part of the energy stored in the charging capacitor C1 at time 12 is fed back into the transformer Tr. T2 is locked at time 13. By this measure, the voltage Uce on the transistor T1 is modified so that this voltage has fallen to zero according to FIG. 2, when the transistor T1 is re-ignited at the time t4. This allows the said network of capacitor, resistor and diode to be replaced by a capacitor without compromising the desired slope suppression and voltage spikes.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1. In Fig.3 ist das genannte Netzwerk mit dem Kondensator C 2, der Diode D2 und dem Widerstand R2 parallel zum Transistor T1 vorgesehen. Die am Widerstand R2 auftretende Verlustleistung wird verringert durch den parallel zu R2 geschalteten Feldeffekttransistor T3. Dieser wird durch den Impuls 7 vom Prozessor 4 jeweils während der Impulsflanken am Transformator Tr, von t3-t4 leitend gesteuert und schließt damit den Widerstand R 2 kurz. Während der übrigen Zeit, in denen T1 gesperrt ist, ist T3 gesperrt, so daß in dieser Zeit der Widerstand R 2 seine Aufgehe zur Dämpfung erfüllen kann. Der Widerstand R2 ist also an sich zur Dämpfung wirksam, die an dem Widerstand R 2 abfallende Verlustleitung wird jedoch stark reduziert. Die Schaltung gemäß Fig. 3 ist besonders verteilhaft, wenn in der Schaltung zusätzlich Schwingungen gedämpft werden sollen, die durch C2 und Streuinduktivitäten von Tr entstehen. -vFig. 3 shows a modification of the circuit of Fig. 1. In Fig.3 said network with the capacitor C 2, the diode D2 and the resistor R2 is provided in parallel with the transistor T1. The power loss occurring at the resistor R2 is reduced by the field effect transistor T3 connected in parallel with R2. This is controlled by the pulse 7 from the processor 4 in each case during the pulse edges on the transformer Tr, t3-t4 from conducting and thus closes the resistor R 2 short. During the rest of the time in which T1 is disabled, T3 is disabled, so that in this time the resistor R 2 can fulfill its Aufhehe for damping. The resistor R2 is thus effective for damping, but the dropping at the resistor R 2 loss line is greatly reduced. The circuit according to FIG. 3 is particularly distributive if, in addition, vibrations to be damped in the circuit caused by C2 and leakage inductances of Tr are to be damped. -v

Wenn die Schaltung nach Fig. 1 oder 2 mehrere Sekundärwicklungen 2 mit jeweils einer Diode D1 und einem Lüdekondensator Cl zur Erzeugung verschiedener Betriebsspannungen aufweist, reicht es, wenn nur bei einer Sekundärwicklung die Maßnahme gemäß Fig. 1 mit dem Transistor T 2 getroffen wird.If the circuit of FIG. 1 or 2 has a plurality of secondary windings 2 each having a diode D1 and a Lüdekondensator Cl for generating various operating voltages, it is sufficient if only the measure of FIG. 1 is taken with the transistor T 2 in a secondary winding.

Claims (6)

1. Schaltnetzteil mit einer Primärwicklung, einem Schalttransistor und siner Sekundärwicklung die während der Sperrzeit des Schalttransistors einen Ladestrom über eine Diode in einen Ladekondensator erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Diode (D 1) ein Schalter (T2) liegt, der so gesteuert ist, daß nach dem Abklingen des Ladestroms (iD) ein Strom (iT2) entgegengesetzt zum Ladestrom (iD) von dem Ladekondensator (C 1) in die Sekundärwicklung (2) fließt.1. Switching power supply having a primary winding, a switching transistor and siner secondary winding which generates a charging current via a diode in a charging capacitor during the blocking time of the switching transistor, characterized in that parallel to the diode (D 1) is a switch (T2), which is controlled in that, after the decay of the charging current (iD), a current (iT2) flows counter to the charging current (iD) from the charging capacitor (C 1) into the secondary winding (2). 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Wicklung (1) des Transformators (Tr) des Netzteilsein Netzwerk aus der Reihenschaltung eines Kondensators (C 2) und der Parallelschaltung eines Widerstandes (R2) und einer Diode (D2) angeschlossen ist (Fig.3).2. A circuit according to claim 1, characterized in that to a winding (1) of the transformer (Tr) of the power supply is connected to a network of the series circuit of a capacitor (C 2) and the parallel connection of a resistor (R2) and a diode (D2) (Fig.3). 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Widerstand (R2) ein Schalter (T3) liegt, der durch eine Steuerspannung (7) während der Impulsflanken in der Spannung (Uce) an der Primärwicklung (1) leitend gesteuert ist.3. A circuit according to claim 2, characterized in that parallel to the resistor (R2) is a switch (T3) which is conductively controlled by a control voltage (7) during the pulse edges in the voltage (Uce) on the primary winding (1) , 4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter durch einen Feldeffekttransistor (T2, T3) gebildet ist.4. A circuit according to claim 1 or 3, characterized in that the switch is formed by a field effect transistor (T2, T3). 5. Schaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (T2, T3) durch einen Impuls [6,7) von einem Prozessor (4) gesteuert ist, der auch den Schalttransistor (T 1) im Sinne einer Stabilisierung dt ^zeugten Betriebsspannung (U 1) steuert.5. A circuit according to claim 1 or 3, characterized in that the switch (T2, T3) by a pulse [6, 7) by a processor (4) is controlled, which also the switching transistor (T 1) in the sense of stabilization dt ^ testify operating voltage (U 1) controls. 6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Sekundärwicklungen mit je einer Diode und einem Ladekondensator der Schalter nur bei einer Sekundärwicklung vorgesehen ist.6. A circuit according to claim 1, characterized in that is provided at a plurality of secondary windings, each with a diode and a charging capacitor, the switch only at a secondary winding.
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