DE10043485A1 - Schaltnetzteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichteranordnung, einem Schalttransistor und einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Schalttransistors. Ferner ist eine typischerweise als MOSFET ausgebildete Versorgungseinrichtung vorgesehen, die in Reihe zur Primärwicklung und parallel zur Laststrecke des Schalttransistors angeordnet ist. Insbesondere im Stand-By-Betrieb ist dieser MOSFET als Stromquelle zur Versorgung der Ansteuerschaltung ausgelegt. Bei Ansteuerung des MOSFETS durch ein Ansteuersignal einer Ladungspumpe kann der Sense-MOSFET im linearen Bereich seiner Ausgangskennlinie betrieben werden und die Ansteuerschaltung mit einem geeigneten Versorgungsstrom/-spannung versorgen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, dass heißt ein Schaltnetzteil mit einem Schalttransistor zum getakteten Anlegen einer weitgehend gleichgerichteten Spannung an eine Primärwicklung eines Transformators und mit einer Ansteuer­ schaltung zum Ansteuern des Schalttransistors.

Ein Schaltnetzteil ist eine geregelte Stromversorgungs­ einheit, die ganz ohne Netztransformator auskommt. Bei einem Schaltnetzteil wird die Netzspannung direkt gleichgerichtet und in einem Ladekondensator geglättet, so dass eine hohe Gleichspannung zur Verfügung steht. Ein steuerbarer Schalter "zerhackt" diese Gleichspannung, so dass eine periodische Rechteckimpulsfolge entsteht, die in einem Übertrager entsprechend dem gewünschten Übersetzungsverhältnis transformiert und anschließend wieder gleichgerichtet und gesiebt wird. Der Aufbau und die Funktionsweise solcher Schaltnetzteile ist allgemein bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Schaltnetzteils der eingangs genannten Art. Ein derartiges Schaltnetzteil ist beispielsweise auch in CoolSET, TDA 16822, "Off-Line current mode controller with CoolMOS on board", Datasheet, Version 1.0, April 2000 der Firma Technologies AG, insbesondere dort auf Seite 4, beschrieben.

Zum Zwecke der Reduzierung des Stromverbrauchs weisen moderne Schaltnetzteile, wie sie beispielsweise in einem Monitor oder einem Fernsehgerät verwendet werden, einen energiesparenden Modus, zum Beispiel einen Stand-By-Betrieb oder Power-Down- Modus, auf. Während dieser Betriebsmodi sind alle Komponenten des Schaltnetzteiles, die gerade nicht benötigt werden, jedoch Strom verbrauchen, abgeschaltet. Lediglich eine Steuer- bzw. Überwachungseinheit bleibt mit einem Versor­ gungspotential beaufschlagt, um das Schaltnetzteil nach Empfang eines Signals, welches das Schaltnetzteil in den normalen Betriebsmodus steuert, wieder einzuschalten.

Die Funktionalität des Stand-By-Betriebs ist in der Fig. 1 in der Ansteuerschaltung AS, die auch den PWM-Controller aufweist und die im Normalbetrieb über eine zweite primärseitige Spule L3 versorgt wird, vorgesehen. Im Stand- By-Betrieb kann jedoch die Ansteuerschaltung AS nicht mehr über die zweite primärseitige Spule L3 versorgt werden. In diesem Fall wird sie über einen der Gleichrichterschaltung BG ausgangsseitig nachgeschalteten Start-Up-Widerstand R1 versorgt. Der Wert des Start-Up-Widerstandes R1 muss so gewählt werden, dass der Ansteuerschaltung AS im Falle einer im Rahmen des Eingangsspannungsbereiches gewählten niedrigs­ ten Eingangsspannung VIN immer noch ausreichend Strom zugeführt wird, so dass auch in diesem Fall ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.

Allerdings sind moderne Schaltnetzteile für einen relativ weiten Eingangsspannungsbereich, typischerweise zwischen 85 Volt und 270 Volt, ausgelegt. Somit ist der Start-Up- Widerstand für diese minimale Eingangsspannung (85 Volt) ausgelegt. Sollte die am Eingang des Schaltnetzteiles anliegende Spannung größer sein bzw. im ungünstigsten Fall den maximalen Wert (270 Volt) aufweisen, wird auch die durch den Widerstand verbrauchte Verlustleistung maximal.

Um die Verlustleistung bei hoher Eingangsspannung zu mini­ mieren, kann anstelle des Start-Up-Widerstandes auch eine als Depletion-MOSFET ausgebildete Stromquelle zum Einsatz kommen (in Fig. 1 nicht dargestellt). Die Verwendung einer Strom­ quelle anstelle des Start-Up-Widerstandes im Stand-By-Betrieb bewirkt, dass der Strom zur Versorgung der Ansteuerschaltung konstant gehalten werden kann und somit im Hinblick auf die Ansteuerschaltung optimal ausgelegt werden kann.

Allerdings ist die Verwendung eines Depletion-MOSFETs als Stromquelle schon allein aus Kostengründen nachteilig. Darüber hinaus lassen sich derartige Halbleiterbauelemente aufgrund unterschiedlicher Herstellungstechnologien kaum in die Ansteuerschaltung mitintegrieren, dass heißt aus Techno­ logiegründen muss der Depletion-MOSFET von der Stromquelle getrennt werden. Die von der Ansteuerschaltung getrennte Stromquelle stellt aber einen erheblichen Kostenfaktor dar, den es, insbesondere bei Schaltnetzteilen, die möglichst kostengünstig herzustellen sind, zu vermeiden gilt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass es einen möglichst geringen Stromverbrauch im Stand-By-Betrieb auf­ weist und dennoch möglichst kostengünstig fertigbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schaltnetzteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäss ist ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art vorgesehen, das eine steuerbare Versorgungseinrichtung aufweist, deren Laststrecke parallel zur Laststrecke des Schalttransistors und in Reihe zur Primärwicklung angeordnet ist, die als Stromquelle betreibbar ist und die in diesem Betriebsmodus die Ansteuerschaltung mit einem Versorgungs­ potential und/oder einem Versorgungsstrom versorgt.

Im Stand-by-Betrieb, wenn also der Schalttransistor aus­ geschaltet ist, liegt eine sehr hohe Spannung an dem gemein­ samen Knoten der Versorgungseinrichtung und des Schalttran­ sistors. Bei geeigneter Ansteuerung durch eine Ladungspumpe führt die Versorgungseinrichtung einer mit ihr verbundenen Ansteuerschaltung den erforderlichen Strom zu.

Erfindungsgemäß fungiert die Versorgungseinrichtung in diesem Falle als Stromquelle und kann insbesondere im Stand-By- Betrieb die Ansteuerschaltung mit Energie versorgen. Die Energieversorgung der Ansteuerschaltung muss damit nicht mehr über den Einschaltwiderstand direkt aus der am Elektrolyt­ kondensator anliegenden Versorgungsspannung abgeleitet werden. Dieser Widerstand kann nun sehr viel größer dimensioniert werden, da er lediglich zur Versorgung der Ladungspumpe dient. Die durch diesen Widerstand verbrauchte Verlustleistung kann damit im Stand-By-Betrieb signifikant reduziert werden.

Die Versorgungseinrichtung weist einen MOSFET, der typischer­ weise als Depletion-MOSFET ausgebildet ist, auf. Dieser MOSFET fungiert hier als Stromquelle und wird zu diesem Zweck typischerweise im analogen Modus, das heißt im linearen Bereich seiner Ausgangskennlinie, betrieben. Der MOSFET dient insbesondere im Stand-by-Betrieb der Energieversorgung der Ansteuerschaltung. Darüber hinaus kann jedoch der MOSFET auch im Normalbetrieb, das heißt bei geschlossener Stellung des Schalttransistors, zusätzlich oder alternativ als Energieversorgung für die Ansteuerschaltung verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in Reihe zur Laststrecke der Versorgungseinrichtung ein Mess­ widerstand angeordnet, über den der von der Versorgungs­ einrichtung erzeugte Versorgungsstrom in ein Versorgungs­ potential umgewandelt wird, welches dann in die Auswerte­ schaltung einkoppelbar ist.

Für den Schalttransistor wird üblicherweise ein Leistungs­ transistor, insbesondere ein Depletion-MOSFET, verwendet. Denkbar wäre jedoch auch ein Enhancement-MOSFET als Schalt­ transistor, wenngleich diese Ausführungsform sehr viel aufwendiger ist.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Sense- MOSFET, insbesondere einen Depletion-MOSFET, vorgesehen. Im Normalbetrieb, dass heißt bei geschlossener Stellung des Schalttransistors, erzeugt der Sense-MOSFET ein Strommess­ signal, das der Auswerteschaltung zugeführt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Schalttran­ sistor und die Versorgungseinrichtung und/oder der Sense- MOSFET auf einem einzigen Halbleiterchip integriert. Die Ladungspumpe und die Ansteuerschaltung sind ebenfalls in vorteilhafter Weise auf einem einzigen Halbleiterchip integriert. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind diese beiden Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse angeordnet, wobei die interne Verschaltung der beiden Halbleiterchips miteinander innerhalb des Gehäuses erfolgt. Auf diese Weise kann bei der Montage des Schaltnetzteiles Zeit, Aufwand und Platinenfläche gespart werden.

Der Schalttransistor ist typischerweise ein Leistungs­ transistor zum Schalten großer Lasten bzw. Spannungen. Für solche Fälle wird typischerweise ein MOSFET verwendet, der aus einer Vielzahl von in einem Zellenfeld angeordneten Einzeltransistoren besteht, die in bekannter Art und Weise mit ihren Laststrecken und Steueranschlüssen zueinander parallel geschaltet sind und somit eine höhere Stromtrag­ fähigkeit aufweisen.

Für den Fall, dass der Schalttransistor und die Versorgungs­ einrichtung als Leistungs-MOSFET bzw. als MOSFET ausgebildet sind und - wie im vorigen Absatz erwähnt - auf einem einzigen Halbleiterchip integriert sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn der MOSFET, der aus einem einzelnen Transistor oder einigen wenigen Transistoren besteht, in demselben Zellenfeld wie der Leistungs-MOSFET angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Sense-MOSFET aus einem einzelnen Transistor oder einigen wenigen Transistoren besteht und in demselben Zellenfeld angeordnet sein.

Es könnte dann beispielsweise vorgesehen sein, dass für ein Zellenfeld bestehend aus einer beliebigen Zahl von Einzel­ transistoren der grösste Teil dieser Einzeltransistoren für die Realisierung des Leistungs-MOSFET verwendet wird. Die wenigen übrigen Einzeltransistoren können dann für die Realisierung des MOSFETs und/oder des Sense-MOSFETs verwendet werden. Auf diese Weise lassen sich der Schalttransistor, die Versorgungseinrichtung und/oder der Sense-MOSFET auf sehr einfache und kostengünstige Art herstellen. Es muss hier lediglich sichergestellt werden, dass alle MOSFETs je nach Anforderung entsprechend miteinander verschaltet sind.

In einer typischen Weiterbildung stellt eine Gleichrichter­ anordnung an ihren Ausgangsanschlüssen eine interne, gleich­ gerichtete Spannung bereit. Zwischen einem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung und einem Eingangsanschluss der Ladungspumpe ist ein Einschaltwiderstand geschaltet. Dieser Einschaltwiderstand kann dann die Ladungspumpe auch im Stand­ by-Betrieb mit der internen Versorgungsspannung des Schalt­ netzteils versorgen.

Die Gleichrichteranordnung ist typischerweise als Brücken­ gleichrichter realisiert, wenngleich auch andere schaltungs­ technische Realisierungen denkbar wären. Wird dem Brücken­ gleichrichter eingangsseitig ein periodisches Signal zuge­ führt, so ist ausgangsseitig eine weitestgehend gleich­ gerichtete, interne Versorgungsspannung abgreifbar. Zur Stabilisierung und Glättung wird diese Versorgungsspannung einem Glättungskondensator, der üblicherweise als Elektrolyt­ kondensator ausgebildet ist, zugeführt, so dass an dem Elektrolytkondensator die gleichgerichtete und stabilisierte interne Versorgungsspannung abgreifbar ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Ladungspumpen­ anordnung und/oder die Versorgungseinrichtung erst dann eingeschaltet, wenn der Schalttransistor gesperrt ist.

Besonders wichtig für eine einfache Realisierung einer Versorgungseinrichtung, ist, dass diese jederzeit mit einem geeignet gepulsten Ansteuersignal, welches von einer Ladungspumpe bereitgestellt wird, angesteuert wird. Dies setzt voraus, dass die Ladungspumpe ebenfalls jederzeit, das heißt auch im Stand-By-Betrieb, mit Energie versorgt wird.

Das Schaltnetzgerät ist typischerweise als Sperrwandler oder als Durchflusswandler ausgebildet, jedoch sind auch andere Wandlerformen denkbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der folgenden Beschrei­ bung und den Figuren entnehmbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:

Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten Schaltnetzteiles;

Fig. 2 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles;

Fig. 3 ein Detail des Schaltbildes entsprechend Fig. 2;

Fig. 4 in der Draufsicht eine schematische Darstellung für ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Zellenfeldes, in dem ein Leistungs-MOSFET, ein als Stromquelle fungierender MOSFET und ein Sense-MOSFET integriert sind;

Fig. 5 in einer schematischen Schnittdarstellung ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für ein Gehäuse mit zwei eingebetteten Halbleiterchips, die Bestandteil des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils sind.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktions­ gleiche Elemente und Signale, sofern nichts anderes angegeben ist, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles zur Gleichspannungsversorgung einer dem Schaltnetzteil nachgeschalteten Last.

Das Schaltnetzteil weist einen steuerbaren Halbleiterschalter T1 auf, der zum Anlegen einer Versorgungsspannung V an eine Primärspule L1 eines Transformators TR vorgesehen ist und zu diesem Zweck in Reihe zu der Primärspule L1 geschaltet ist. Die Versorgungsspannung V wird durch Gleichrichten mittels eines Brückengleichrichters BG und durch Glätten mittels eines Kondensators C1 aus einer Netzwechselspannung VIN, die über die Eingangsklemmen E1, E2 in das Schaltnetzteil einkoppelbar ist, erzeugt. Die so gleichgerichtete und weitestgehend stabilisierte Versorgungsspannung V ist dann am Glättungskondensator C1, der parallel zu der Reihenschaltung aus der Primärspule L1 und dem Halbleiterschalter T1 und zwischen den beiden Zwischenkreisanschlüssen ZK1, ZK2 angeordnet ist, abgreifbar.

In geschlossener Stellung des Halbleiterschalters T1 nimmt die Primärspule L1 Energie auf, die unmittelbar nach dem Öffnen des Halbleiterschalters T1 von der Primärspule L1 über eine Sekundärspule L2 des Transformators TR und eine Gleichrichteranordnung D1, C2 an die Last RL abgegeben wird. Die Gleichrichteranordnung D1, C2 besteht in Fig. 2 aus einer in Reihe zur Last RL geschalteten Diode D1 und einem parallel zur Last RL angeordneten Kondensator C2.

Weiterhin ist parallel zum Glättungskondensator C1 eine Reihenschaltung bestehend aus einem Einschaltwiderstand (Start-Up-Widerstand) R1 und einem Kondensator C3 geschaltet. Der Glättungskondensator C1 am Eingang des Schaltnetzteiles wie auch der Kondensator C2 am Ausgang des Schaltnetzteiles sind typischerweise als Elektrolytkondensator ausgebildet.

Zur Ansteuerung des Halbleiterschalters T1 ist eine Ansteuerschaltung AS vorgesehen. Die Ansteuerschaltung enthält typischerweise einen Pulsweitenmodulator (PMW), der ausgangsseitig Ansteuerimpulse AI erzeugt, die dem Steuer­ eingang des Halbleiterschalters T1 zuführbar sind. Die Ansteuerung des Halbleiterschalters T1 erfolgt nach Maßgabe eines in der Fig. 2 nicht gezeigten Strommesssignals, eines Oszillatorsignals und eines lastabhängigen Regelsignals. Der Pulsweitenmodulator erzeugt daraus in bekannter Art und Weise die Ansteuerimpulse AI in vorzugsweise periodischen Zeitab­ ständen, deren jeweilige Zeitdauern abhängig von dem Strom­ messsignal, dem lastabhängigen Regelsignal und dem Oszil­ latorsignal variieren, so dass bei wechselnden Lasten und/oder wechselnder Versorgungsspannung V eine über der Last RL anliegende Gleichspannung VOUT weitestgehend konstant gehalten werden kann. Die an die Last RL abgegebene Energie und damit die Gleichspannung VOUT über der Last RL ist von der Frequenz und der Dauer der Ansteuerimpulse AI abhängig.

Der steuerbare Halbleiterschalter T1 ist zum Schalten hoher Spannungen und/oder Ströme vorgesehen und ist zu diesem Zweck als Leistungs-MOSFET, insbesondere als Depletion-MOSFET, ausgebildet. Jedoch wäre hier selbstverständlich auch jeder andere Schalter, der zum Schalten der entsprechenden Span­ nungen und/oder Ströme geeignet ist, denkbar.

Die Auswerteschaltung AS weist zudem eine in Fig. 2 nicht dargestellte Power-Management-Einrichtung auf, die einen energiesparenden Betriebsmodus - zum Beispiel den eingangs genannten Power-Down-Modus und/oder den Stand-By-Modus - umfasst. Im Power-Down-Modus oder Stand-By-Modus sind weitestgehend alle Funktionselemente des Schaltnetzteiles mit Ausnahme der Ansteuerschaltung AS abgeschaltet. Der Energie­ verbrauch des Schaltnetzteiles ist im ausgeschalteten Zustand damit praktisch vernachlässigbar gering. Für den Fall, dass das Schaltnetzteil vom Stand-By-Betrieb wieder "aufgeweckt" und in den normalen Betriebsmodus gesteuert werden kann, ist es erforderlich, dass die Ansteuerschaltung AS, die auch eine Überwachungslogik für das "Aufwecken" des Schaltnetzteiles enthält, stets mit Energie versorgt wird.

Erfindungsgemäß ist ein weiterer steuerbarer Halbleiter­ schalter T2 vorgesehen. Der Halbleiterschalter T2 ist mit seiner Laststrecke parallel zur Laststrecke des ersten steuerbaren Halbleiterschalters T1 und in Reihe zur Primär­ spule L1 angeordnet. Somit ist an dem Knoten K1 jeweils ein Laststreckenanschluss der steuerbaren Halbleiterschalter T1, T2 mit einem Anschluss der Primärspule L1 kurzgeschlossen. Über den zweiten Laststreckenausgang des Halbleiterschalters T2, der mit einem Eingang P2 der Ansteuerschaltung AS verbunden ist, ist die Ansteuerschaltung AS mit dem Versor­ gungsstrom I2 beaufschlagbar. Zwischen steuerbarem Halb­ leiterschalter T2 und Ansteuerschaltung AS kann vorteil­ hafterweise zusätzlich ein Messwiderstand R2 geschaltet sein, über den die Ansteuerschaltung mit dem Versorgungspotential V2 beaufschlagbar ist.

Zur Ansteuerung des Halbleiterschalters T2 ist eine Ladungspumpe LP vorgesehen. Die Ladungspumpe LP ist mit seinen beiden Eingängen P4, PS zwischen dem Mittelabgriff K2 der Reihenschaltung bestehend aus Widerstand R1 und Konden­ sator C3 sowie dem Bezugspotential GND angeordnet. Über ihren Ausgang P6 steuert die Ladungspumpe LP den Halbleiterschalter T2 mit Ladungsimpulsen LI an.

Im Stand-By-Betriebsmodus ist der Halbleiterschalter T1 ausgeschaltet. Im ausgeschalteten Zustand liegt eine hohe Spannung an dem gemeinsamen Drainanschluss der beiden MOSFETs T1, T2 und damit am Knoten K1. Wird der MOSFET T2 dann durch geeignete Ladungsimpulse LI der Ladungspumpe LP angesteuert, kann der Halbleiterschalter T2 im linearen Bereich seiner Ausgangskennlinie als Stromquelle betrieben werden und damit der Ansteuerschaltung AS den für den Stand-By-Betrieb erforderlichen Versorgungsstrom I2 bzw. das Versorgungs­ potential V2 zuführen. Darüberhinaus kann jedoch der MOSFET T2 auch im Normalbetrieb die Energieversorgung der Ansteuerschaltung übernehmen.

Der im Stand-By-Betrieb als Stromquelle fungierende Halbleiterschalter T2 ist zum Schalten geringer Spannungen, zum Beispiel zwischen 5 V und 15 V, ausgelegt und ist zu diesem Zweck als einfacher MOSFET, insbesondere Depletion- MOSFET, ausgebildet.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 im Detail, in dem ein schaltungstechnisches Ausfüh­ rungsbeispiel für die Ladungspumpe LP dargestellt ist. Die Ladungspumpe LP weist hier zwei Dioden-Kondensator-Paare D5, C5; D6, C6 auf. Ferner ist ein weiterer Schalttransistor T4 vorgesehen. Über den weiteren Schalttransistor T4 und die Dioden-Kondensator-Paare D5, C5; D6, C6 ist der Steuer­ anschluss des Halbleiterschalters T2 abwechselnd mit einem Steuerimpuls LI beaufschlagbar.

Fig. 4 zeigt in der Draufsicht eine schematische Darstellung eines Zellenfeldes ZF, in dem der Leistungs-MOSFET T1, der als Stromquelle fungierende MOSFET T2 und ein Sense-MOSFET T3 auf einem einzigen Halbleiterchip CH1 integriert sind. In diesem sehr vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Halbleiterchip CH₁ ein Zellenfeld ZF auf, welches von einem Randbereich RB umschlossen ist. Das Zellenfeld ZF besteht hier aus 100 Einzeltransistoren ET, wobei die Zellen eines Einzeltransistors ET aus Gründen der besseren Übersicht lediglich jeweils mit einem kleinen Kreis angedeutet wurden.

Der Leistungs-MOSFET T1 weist hier 96 Einzeltransistoren ET, auf deren Laststrecken und Gateanschlüsse in bekannter Weise miteinander parallel verschaltet sind. Die MOSFETs T2, T3 weisen jeweils zwei Einzeltransistoren ET auf, die ebenfalls jeweils entsprechend miteinander verschaltet sind. Der Sense- MOSFET T3 kann dabei in für den Fachmann bekannter Art und Weise mit dem Leistungs-Transistor T1 verschaltet sein. Beispielsweise könnte der Sense-MOSFET T3 mit seiner Last­ strecke in Reihe zur Laststrecke des Schaltransistors T1 angeordnet sein.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Seitendarstellung ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für ein Gehäuse mit zwei eingebetteten Halbleiterchips, die Bestandteil des erfin­ dungsgemäßen Schaltnetzteils sind.

Die Ladungspumpe LP und Ansteuerschaltung AS sind hier - wie auch in Fig. 2 - zusammen mit dem Messwiderstand R2 auf einem ersten Halbleiterchip CH2 integriert, während die MOSFETs T1, T2, T3 auf einem zweiten Halbleiterchip CH1 integriert sind (siehe Fig. 2 und 4). Diese beiden Halbleiterchips CH1, CH2 lassen sich dann extern miteinander verschalten und können vorteilhafterweise auf einem einzigen oder aber auch mehreren Leadframes LF angeordnet sein. Das oder die Leadframes LF können dann zusammen mit den beiden Halbleiterchips CH1, CH2 in einem einzigen Gehäuse G eingebaut sein.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bei dem wie beschrieben aufgebauten erfindungsgemäßen Schaltnetzteil ein im Vergleich zum Stand der Technik schaltungstechnisch geringerer konstruktiver Aufwand erforderlich ist, aber nichts desto trotz eine deutlich optimierte Stromspar­ funktionalität im energiesparenden Modus erzielbar ist, ohne dass gleichzeitig die Nachteile von Schaltnetzteilen nach dem Stand der Technik in Kauf genommen werden müssen.

Das vorliegende erfindungsgemäße Schaltnetzteil wurde anhand der vorstehenden Beschreibung so dargelegt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische Anwendung am besten zu erklären. Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Schaltnetzteil im Rahmen des fachmännischen Handelns in geeigneter Weise in mannigfaltiger Art und Weise abwandeln.

Bezugszeichenliste

AI Ansteuerimpuls
AS Ansteuerschaltung
C1 Glättungskondensator
C2, C3, C5, C6 Kondensatoren
CH1, CH2 Halbleiterchips
D1, D5, D6 Dioden
E1, E2 Eingangsanschlüsse
ET Einzeltransistor
G Gehäuse
GND Bezugspotential
I1 (primärseitiger) Laststrom
I2 Versorgungsstrom, Strommesssignal
K1 Knoten
K2 Mittelabgriff
L1 Primärwicklung, Spule
L2 Sekundärwicklung, Spule
L3 zweite Primärwicklung, Spule
LF Leadframe
LI Ladungsimpulse
P1, P2 Eingangsanschlüsse der Ansteuerschaltung
P3 Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung
P4, P5 Eingangsanschlüsse der Ladungspumpe
P6 Ausgangsanschluss der Ladungspumpe
R1 Einschaltwiderstand, Start-up-Widerstand
R2 Messwiderstand
RB Randbereich
RL Last, Verbraucher
T1 (steuerbarer) Schalttransistor, MOSFET
T2 Versorgungseinrichtung, Sense-MOSFET
T3 Sense-MOSFET
T4 weiterer Schalttransistor
TR Transformator
V interne gleichgerichtete Spannung
V2 Versorgungspotential
VIN (periodisches) Eingangssignal
VOUT Ausgangsspannung
ZF Zellenfeld
ZK1, ZK2 Zwischenkreisanschlüsse

Claims (15)

1. Schaltnetzteil
mit einem Schalttransistor (T1) zum getakteten Anlegen einer weitgehend gleichgerichteten Spannung (V) an eine Primärwicklung (L1) eines Transformators (TR),
mit einer Ansteuerschaltung (AS) zum Ansteuern des Schalttransistors (T1),
gekennzeichnet durch
eine steuerbare Versorgungseinrichtung (T2), deren Laststrecke parallel zur Laststrecke des Schalttransistors (T1) und in Reihe zur Primärwicklung (L1) angeordnet ist,
die als Stromquelle betreibbar ist und
die in diesem Betriebsmodus die Ansteuerschaltung (AS) mit einem Versorgungspotential (V2) und/oder einem Versorgungsstrom (12) versorgt.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung (T2) einen MOSFET (T2), insbesondere einen Depletion-MOSFET, aufweist.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Stromquelle betriebene MOSFET (T2) im linearen Bereich seiner Ausgangskennlinie betrieben wird.

4. Schaltnetzteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (R2) vorgesehen ist, der in Reihe zur Laststrecke der Versorgungseinrichtung (T2) angeordnet ist.

5. Schaltnetzteil nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalttransistor (T1) als Leistungs-MOSFET, insbesondere als Depletion-Leistungs-MOSFET, ausgebildet ist.

6. Schaltnetzteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sense-MOSFET (T3), insbesondere einen Depletion- MOSFET, vorgesehen ist, der im geschlossenen Zustand des Schalttransistors (T1) den Strom (11) durch den Schalttransistor (T1) misst.

7. Schaltnetzteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalttransistor (T1) und die Versorgungseinrichtung (T2) und/oder der Sense-MOSFET (T3) zusammen auf einem einzigen Halbleiterchip (CH1) integriert sind.

8. Schaltnetzteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalttransistor (T1) eine Vielzahl von Einzeltransistoren (ET) aufweist, die in einem Zellenfeld (ZF) angeordnet sind und die zusammen durch Parallelschaltung der Laststrecken und der Steueranschlüsse zu einem Leistungs- MOSFET (T1) verschaltet sind, und dass die Versorgungseinrichtung (T2) und/oder der Sense-MOSFET (T3) in demselben Zellenfeld (ZF) angeordnet sind.

9. Schaltnetzteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Gleichrichteranordnung (BG), die an ihren Ausgangsanschlüssen (ZK1, ZK2) die interne, gleichgerichtete Spannung (V) bereitstellt,
eine der Gleichrichteranordnung (BG) nachgeschaltete Ladungspumpenanordnung (LP) und
eine zwischen einem Ausgangsanschluss (ZK1) der Gleichrichterschaltung (BG) und einem Eingangsanschluss (P5) der Ladungspumpenanordnung (LP) geschalteten Einschaltwiderstand (R1), der die Ladungspumpenanordnung (LP) aus der internen, gleichgerichteten Spannung (V) mit einem weiteren Versorgungspotential versorgt.

10. Schaltnetzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichteranordnung (BG) einen Brückengleichrichter (BG), an dessen Eingangsanschlüssen (E1, E2) ein periodisches Eingangssignal (VIN) einkoppelbar ist, und einen dem Brückengleichrichter (BG) nachgeschalteten Glättungskondensator (C1) aufweist, an dessen Plattenanschlüssen die gleichgerichtete Spannung (V) anliegt.

11. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungspumpenanordnung (LP) und/oder die Versorgungseinrichtung (T2) erst dann eingeschaltet ist, wenn der Schalttransistor (T1) gesperrt ist.

12. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungspumpenanordnung (LP) zur Bereitstellung eines Ansteuersignals (LI) für die Versorgungseinrichtung (T2) vorgesehen ist.

13. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungspumpenanordnung (LP) und die Ansteuerschaltung (AS) zusammen auf einem einzigen Halbleiterchip (CH2) integriert sind.

14. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungspumpenanordnung (LP) und die Ansteuerschaltung (AS) auf einem ersten Halbleiterchip (CH2) und der Schalttransistor (T1) und die Versorgungseinrichtung (T2) und/oder der Sense-MOSFET (T3) auf einem zweiten Halbleiterchip (CH1) integriert sind und die beiden Halbleiterchips (CH1, CH2) zusammen in einem einzigen Gehäuse (G) für ein Halbleiterbauelement eingebettet sind.

15. Schaltnetzteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil als Sperrwandler oder als Durchflusswandler ausgebildet ist.