DE10146549A1

DE10146549A1 - Verfahren zum Betrieb eines Schaltnetzteils sowie danach arbeitendes Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE10146549A1
Application number: DE10146549A
Authority: DE
Inventors: Bihn-Trong Tran
Original assignee: Metz Werke GmbH and Co KG
Current assignee: METZ CONSUMER ELECTRONICS GMBH, DE
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2021-09-22
Also published as: DE10146549B4; DE10146549B9

Abstract

Bei einem nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitenden Schaltnetzteil (SN), bei dem im Standby-Betrieb ein mit einem Übertrager (TR) primärseitig verbundener elektronischer Schalter (T1) während einer im Vergleich zu einer Ausschaltphase (AUS) kurzen Einschaltphase (EIN) eines Burst-Zyklus angesteuert wird, wird eine sekundärseitige Ausgangsspannung (U2) des Übertragers (TR) überwacht. Bei Absinken der Ausgangsspannung (U2) unter einen Schwellwert (U¶Z2¶) wird ein in einem vorangegangenen Burst-Zyklus geladener Energiespeicher (C8) genutzt, um die nächste Einschaltphase (EIN) frühzeitig einzuleiten. Dadurch wird eine automatische Anpassung an unterschiedliche Belastungen des Netzteils (SN) während des Standby-Betriebs erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitenden Schaltnetzteils, bei dem im Standby-Betrieb ein mit einem Übertrager primärseitig verbundener elektronischer Schalter während einer im Vergleich zu einer Ausschaltphase kurzen Einschaltphase eines Burst-Zyklus angesteuert wird. Sie bezieht sich weiter auf ein nach diesem Verfahren arbeitendes Schaltnetzteil.

Ein derartiges, insbesondere in einem Fernsehgerät eingesetztes Schaltnetzteil, das zur Reduzierung der Standby-Leistung im sogenannten Burst-Betrieb betrieben wird, ist aus der DE 196 13 453 C2 bekannt. Bei diesem Burst-Betrieb wird das Netzteil zyklisch innerhalb einer vergleichsweise kurzen Einschaltphase eingeschaltet und bleibt anschließend innerhalb einer vergleichsweise langen Ausschaltphase im gesperrten Zustand. Dabei sind die Schaltverluste und damit die Standby-Leistung um so geringer, je länger die Ausschaltphase im Vergleich zur Einschaltphase ist. Die schaltungstechnische Realisierung erfolgt durch auf der Sekundärseite eines Übertragers des Schaltnetzteils vorgesehenen Ausgangskondensatoren, die in der Einschaltphase geladen werden und in der Ausschaltphase als Pufferung entsprechender Ausgangsspannungen dient. Dabei ist eine der Ausgangsspannungen die Versorgungsspannung für einen Mikrokontroller, der während des Standby-Betriebs ein Standby-Signal liefert.

In der Ausschaltphase jedes Burst-Zyklus sinken die Ausgangsspannungen infolge der betriebsbedingten Entladung der Ausgangskondensatoren, wobei im störungsfreien Betrieb die nächste Einschaltphase eingeleitet wird, bevor die zur Versorgung sekundärseitiger Verbraucher, insbesondere des Mikrokontrollers, dienenden Ausgangsspannungen bestimmte untere Schwellwert erreicht haben.

Während dieser Burst-Betrieb mit fester Frequenz bei konstanter Belastung des Netzteils sicher ist, kann eine Lastschwankung mit einem Absinken der Ausgangsspannungen unter die Schwellwerte innerhalb einer Ausschaltphase zu einem Ausfall eines mit einem solchen Schaltnetzteil versehenen Gerätes führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfähren zum Betreiben eines nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitenden Schaltnetzteils anzugeben, mit dem bei gleichzeitig möglichst geringer Standby-Leistung auch bei Lastschwankungen ein zuverlässiger Standby-Betrieb ermöglicht wird. Des Weiteren soll ein nach diesem Verfahren arbeitendes Schaltnetzteil angegeben werden, das mit möglichst geringem Schaltungsaufwand einen zuverlässigen Burst-Betrieb ermöglicht.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu wird im Standby-Betrieb ein mit einem Übertrager primärseitig verbundener elektronischer Schalter während einer im Vergleich zu einer Ausschaltphase kurzen Einschaltphase eines Burst-Zyklus angesteuert, wobei eine sekundärseitige Ausgangsspannung überwacht wird, und wobei bei Absinken der Ausgangsspannung unter einen (zweiten) Schwellwert zur frühzeitigen Einleitung der nächsten Einschaltphase ein in einem vorangegangenen Burst- Zyklus geladenen Energiespeicher genutzt wird.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein zuverlässiger Standby-Betrieb mit gleichzeitig möglichst geringer Standby-Leistung erreicht werden kann, wenn die Burst-Zyklen und damit die Burst-Frequenz an die jeweilige Belastung des Netzteils automatisch angepasst werden. Dazu sollte die nächste Einschaltphase bei einer erhöhten Belastung des Netzteils entsprechend frühzeitig eingeleitet werden, bevor die Ausgangsspannungen unter einen unteren Schwellwert absinken. Eine frühzeitige Einleitung der nächsten Einschaltphase wiederum kann dadurch in einfacher Weise erreicht werden, dass ein während des ungestörten Standby-Betriebs geladener Energiespeicher aktiviert wird, um das Netzteil erneut einzuschalten.

Die sekundärseitige Ausgangsspannung wird einem mit dem Übertrager sekundärseitig verbundenen Steuerschaltkreis zur Erzeugung eines Standby-Signals zugeführt. Unabhängig von der Belastung des Netzteils wird im Standby-Betrieb eine aus einer primärseitigen Messwicklung des Übertragers gewonnene Eingangs- oder Versorgungsspannung eines nachfolgend auch als Ansteuerschaltung bezeichneten Ansteuerschaltkreises des elektronischen Schalters überwacht, wobei bei Ansteigen der Versorgungsspannung über einen (ersten) Schwellwert die Ausschaltphase eingeleitet wird. In der Ausschaltphase wird eine Ladespannung erzeugt, die bei Erreichen der Einschaltschwelle der Ansteuerschaltung die nächste Einschaltphase einleitet.

Sinkt jedoch infolge einer vergleichsweise hohen Belastung die sekundärseitige Ausgangsspannung während der vorhergehenden Ausschaltphase relativ schnell bis zum unteren (zweiten) Schwellwert ab, bevor die Ladespannung die Einschaltschwelle der Ansteuerschaltung erreicht hat, so wird in zweckmäßiger Weiterbildung unter Nutzung des geladenen Energiespeichers die Ladespannung und damit die Einschaltspannung der Ansteuerschaltung sprunghaft angehoben.

Bezüglich des Schaltnetzteils wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche.

Dazu umfasst das Schaltnetzteil einen den elektronischen Schalter mit einem Taktsignal angesteuerten Ansteuerschaltkreis und eine im Standby-Betrieb die aufeinanderfolgenden Burst-Zyklen mit den Einschaltphasen und den hierzu vergleichsweise langen Ausschaltphasen steuernde Steuereinrichtung sowie eine erste Zusatzschaltung mit einem Energiespeicher und eine zweite Zusatzschaltung. Diese mit dem Übertrager sekundärseitig verbundene zweite Zusatzschaltung leitet bei Absinken der sekundärseitigen Ausgangsspannung unter den (zweiten) Schwellwert unter Nutzung des Energiespeichers die nächste Einschaltphase frühzeitig ein.

In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das Schaltnetzteil ein mit der Steuereinrichtung und mit der ersten Zusatzschaltung empfängerseitig sowie mit der zweiten Zusatzschaltung steuerseitig verbundenes Koppelelement in Form eines Optokopplers, wobei die zweite Zusatzschaltung ein dem Koppelelement im Standby- Betrieb zugeführtes Standby-Signal bei Absinken der Ausgangsspannung unter den (zweiten) Schwellwert ab schaltet. Dabei umfasst die erste Zusatzschaltung vorteilhafterweise einen ersten elektronischen Schalter, der bei Absinken der sekundärseitigen Ausgangsspannung unter den (zweiten) Schwellwert durchsteuert und eine am geladenen Energiespeicher anliegende Spannung einer in der Ausschaltphase ansteigenden Lade- oder Einschaltspannung überlagert, so dass diese die Einschaltschwelle der Ansteuereinrichtung sprunghaft erreicht.

Die erste Zusatzschaltung weist zudem zweckmäßigerweise eine Diodenanordnung auf, die über einen Kondensator mit einer primärseitigen Messwicklung des Übertragers verbunden ist derart, dass eine am geladenen Energiespeicher anstehende Spannung größer ist als eine aus der Messwicklung, zweckmäßigerweise über eine Gleichrichteranordnung, an den Ansteuerschaltkreis geführte Versorgungsspannung. Diese wird von der Steuereinrichtung überwacht, die bei Ansteigen der Versorgungsspannung während der Einschaltphase bis an einen (ersten) Schwellwert die nächste Ausschaltphase einleitet.

Über den Kondensator und die Diodenanordnung der ersten Zusatzschaltung erfolgt die Speicherung der Energie während der Einschaltphase in einem den Energiespeicher realisierenden Kondensator der ersten Zusatzschaltung. Die Diodenanordnung und der zwischen diese und die primärseitige Messwicklung geschaltete Kondensator gewährleistet dabei, dass die Spannung am Energiespeicher größer ist als die während der Einschaltphase bis zum ersten Schwellwert ansteigende Versorgungsspannung. Der die Einleitung der nächsten Ausschaltphase vorgebende erste Schwellwert ist dabei zweckmäßigerweise durch die Zenerspannung einer Zenerdiode der Steuereinrichtung festgelegt. Dazu umfasst die Steuerschaltung einen mit einem ersten elektronischen Schalter über die Zenerdiode verbundenen zweiten elektronischen Schalter, der am Steuereingang des Ansteuerschaltkreises eine Zustandsänderung hervorruft, wenn die überwachte Versorgungsspannung den ersten Schwellwert erreicht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die zweite Zusatzschaltung einen elektronischen Schalter, der über die Steuerseite des Koppelelementes mit einem das Standby-Signal erzeugenden Steuerbaustein verbunden ist, und der ansteuerseitig über eine Zenerdiode und eine dieser vorgeschaltete Gleichrichteranordnung mit einer die Ausgangsspannung liefernden Sekundärwicklung des Übertragers verbunden ist. Liegt während der Ausschaltphase die Ausgangsspannung oberhalb des durch die Zenerspannung der Zenerdiode vorgegebenen (zweiten) Schwellwertes, so ist der elektronische Schalter durchgesteuert und das Standby- Signal freigeschaltet. Sinkt dagegen die Ausgangsspannung während oder innerhalb der Ausschaltphase unter die Zenerspannung und damit unter diesen Schwellwert ab, so wird der elektronische Schalter zugesteuert und demzufolge das Standby-Signal abgeschaltet. Dadurch wird die Kopplung zur ersten Zusatzschaltung und zur Steuereinrichtung unterbrochen. Demzufolge wird die momentane Ausschaltphase abgebrochen und die nächste Einschaltphase eingeleitet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Bereitstellung eines Energiespeichers während des Normalbetriebs eines nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitenden Schaltnetzteils einerseits sowie durch Überwachung deren sekundärseitiger Ausgangsspannung auf einen Schwellwert andererseits bei Absinken der Ausgangsspannung infolge von Zustandsänderungen während einer Ausschaltphase ein zuverlässiger Standby-Betrieb auch bei unterschiedlichen Belastungen oder Lastschwankungen des Schaltnetzteiles sichergestellt ist. Dadurch können zumindest über eine Anzahl von Burst-Zyklen die jeweiligen Ausschaltphasen besonders lang gewählt werden, so dass unter Vermeidung eines Geräteausfalls infolge sich ändernder - insbesondere während einer Ausschaltphase erhöhter - Belastungen des Netzteils insgesamt besonders geringe Leistungsverluste des Schaltnetzteils während des Standby-Betriebes erreicht werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitenden erfindungsgemäßen Schaltnetzteils, und
Fig. 2a und 2b in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Signalverlauf einer Anzahl von Burst-Zyklen bei normaler bzw. bei starker Netzteilbelastung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitendes Schaltnetzteil SN mit einem Netzgleichrichter G1, C6 zur Erzeugung einer Gleichspannung U_DC aus einer Netzwechselspannung U_AC von beispielsweise 230 V. Die Gleichspannung U_DC wird über eine erste Primärwicklung W1 eines als Übertrager TR wirksamen Ferritkerntransformators geführt, wobei diese als Induktivität wirksame Primärwicklung W1 über einen elektronischen Schalter in Form eines MOS-Leistungstransistors T1 an Bezugspotential (Masse) geschaltet ist. Dazu ist der als Transistor T1 bezeichnete Leistungstransistor kollektorseitig mit der Primärwicklung W1 und emitterseitig mit Bezugspotential verbunden.
Basisseitig wird der Transistor T1 von einem Ansteuerschaltkreis IC angesteuert, der ein hochfrequentes Taktsignal U_T1 in Form eines Rechteckimpulses mit etwa 20 kHz liefert. Bei jedem positiven Impuls des Taktsignals U_T1 fließt über die Primärwicklung W1 und den Transistor T1 ein Strom gegen Bezugspotential ab. Bei negativem Impuls des Taktsignals U_T1 ist der Transistor T1 gesperrt und die im Übertrager TR primärseitig gespeicherte Energie wird auf dessen Sekundärseite übertragen. Sekundärseitig ist dabei eine erste Sekundärwicklung W3 vorgesehen, die über eine Gleichrichteranordnung mit einer Diode D3 und einem Ausgangskondensator C3 an einen Transistor T8 zur Bereitstellung einer Betriebsspannung U_B für einen (nicht dargestellten) Verbraucher, insbesondere für ein Schaltungsteil eines Fernsehgerätes, geführt ist.
Der Transistor T8 wird sekundärseitig von einem Steuerbaustein in Form eines Mikrokontrollers MC angesteuert, der über einen weiteren Steuerbaustein ST mit einer Ausgangsspannung U2 von ca. 5 V versorgt wird. Diese wird aus einer zweiten Sekundärwicklung W4 und einer zweiten sekundärseitigen Gleichrichteranordnung mit einer Diode D2 und einem Ausgangskondensator C2 gewonnen. Im Standby-Betrieb steuert der Mikrokontroller MC den Transistor T8 in den Sperrzustand und trennt somit den Verbraucher von der Betriebsspannung U_B. Aufgrund des Sperrwandlerprinzips sind die sekundärseitige Betriebsspannung U_B und insbesondere die Gleich- oder Ausgangsspannung U2 stabilisiert, indem Netzschwankungen aufgrund des als Puffer wirksamen Transformators TR praktisch ausgeregelt werden.
Eine Steuereinrichtung SE des Schaltnetzteils SN ist mit der Empfängerseite eines Koppelelementes OK in Form eines Optokopplers verbunden, der auf der Sekundärseite des Übertragers TR vom Mikrokontroller MC angesteuert wird. Die Steuereinrichtung SE umfasst einen ansteuer- oder basisseitig über eine Diode D5 mit einem Fototransistor des Optokopplers und damit mit der Empfängerseite des Koppelelementes OK verbundenen ersten elektronischen Schalter in Form eines Transistors T2. Dieser ist kollektorseitig über eine Zenerdiode Z1 mit der Ansteuerseite oder Basis eines zweiten elektronischen Schalters in Form eines Transistors T3 der Steuereinrichtung SE verbunden. Emitterseitig liegt der Transistor T3 an einer aus einer primärseitigen Zusatz- oder Messwicklung W2 des Übertragers TR und einer Gleichrichteranordnung mit einer Diode D1 und einem Kondensator C1 gewonnenen Spannung U1 zur Versorgung des Ansteuerschaltkreises IC. Der Transistor T3 ist kollektorseitig mit einem Widerstand R8 eines an den Netzgleichrichter G1, C6 gleichstromseitig angeschlossenen Spannungsteilers R7, R8 verbunden und an einen Anschluss 11 des Ansteuerschaltkreises IC geführt.
Eine ebenfalls mit der Empfängerseite des Koppelelementes OK verbundene erste Zusatzschaltung ZS1 des Netzteils SN umfasst einen elektronischen Schalter in Form eines Transistors T5, der über eine Diode D9 ansteuer- bzw. basisseitig sowie zusätzlich über einen Widerstand R5 kollektorseitig mit dem Fototransistor des Optokopplers OK verbunden ist. Kollektorseitig liegt der Transistor T5 außerdem über eine Diode D8 und einen Kondensator C7 an der primärseitigen Zusatz- oder Messwicklung W2 des Übertragers TR. Emitterseitig ist der Transistor T5 über eine Diode D10 an einen Anschluss 14 der Ansteuerschaltung IC geführt. Eine mit der Diode D8 und mit dem Kondensator C7 verbundene Diode D7 der ersten Zusatzschaltung ist anodenseitig gegen Bezugspotential geschaltet.
Die erste Zusatzschaltung ZS1 umfasst des Weiteren einen Energiespeicher in Form eines zwischen den Kollektor des Transistors T5 und Bezugspotential geschaltenen Kondensators C8, der im geladenen Zustand in der ersten Zusatzschaltung ZS1 eine Spannung U8 erzeugt. Die erste Zusatzschaltung ZS1 weist ferner einen weiteren elektronischen Schalter in Form eines Transistors T6 auf, dessen Ansteuerseite oder Basis an einen Anschluss 9 des Ansteuerschaltkreises IC geführt ist, und dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den Steuereingang oder die Basis des Transistors T5 und Bezugspotential geschaltet ist.
Im nachfolgend auch anhand der Fig. 2a beschriebenen Standby-Betrieb liefert der Mikrokontroller MC ein Standby-Signal STBY an die Leuchtdiode des Optokopplers OK. Dadurch wird der Fototransistor des Optokopplers OK durchgesteuert, so dass der über die Diode D5 ansteuer- oder basisseitig mit dem Fototransistor und damit mit der Empfängerseite des Koppelelementes OK verbundene Transistor T2 der Steuereinrichtung SE leitend wird. Dabei wird die aus der primärseitigen Zusatz- oder Messwicklung W2 des Übertragers TR und der Gleichrichteranordnung mit der Diode D1 und dem Kondensator C1 gewonnene Versorgungsspannung U1 am Kondensator C1 durch die Zenerdiode Z1 überwacht. Wird die Versorgungsspannung U1 größer als die Zenerspannung der Zenerdiode Z1, so wird der Transistor T3 der Steuereinrichtung SE leitend und der Steuereingang oder Anschluss 11 des Ansteuerschaltkreises IC wird auf Masse gezogen.
Dadurch bleibt das Netzteil SN gesperrt, da am Steuereingang 11 des Ansteuerschaltkreises IC eine entsprechende Zustandsänderung hervorgerufen wird.
Obwohl während dieser sogenannten Unterspannungsüberwachung der Ansteuerschaltkreis IC noch arbeitet, brechen alle Spannungen, insbesondere die Versorgungsspannung U1 und die Ausgangsspannung U2 zusammen. Dabei nimmt insbesondere die Ausgangsspannung U2 je nach Belastung schneller oder langsamer ab und damit auch eine weitere Spannung U5 an einem mit dem Anschluss 14 der Ansteuerschaltung IC verbundenen Kondensator C5. Diese Spannung U5 ist dabei die Eingangsspannung des Ansteuerschaltkreises IC an dessen Eingang oder Anschluss 14.
Fällt nun die Eingangsspannung U5 des Ansteuerschaltkreises IC unter einen unteren Schwellwert U5_min ab, so arbeitet der Ansteuerschaltkreis IC nicht mehr und benötigt demzufolge nur eine sehr geringe Leistung. Dadurch ist der Ladestrom über einen mit dem Netzgleichrichter G1, C6 gleichstromseitig verbundenen Widerstand R2 eines RC-Gliedes groß genug, um den Kondensator C5 des RC- Gliedes R2, C5 zu laden. Daraufhin steigt die Eingangsspannung U5 an, bis die Einschaltschwelle U5_max des Ansteuerschaltkreises IC erreicht ist und dieser somit wieder arbeitet. Dadurch erfolgt wiederum eine Energieübertragung gemäß dem Sperrwandlerprinzip, indem der Transistor T1 angesteuert wird.
Die Ansteuerung des Transistors T1 erfolgt dabei mit der in Fig. 2 während einer Einschaltphase EIN eines Burst-Zyklus angedeuteten Taktfrequenz des Taktsignals U_T1. Demzufolge steigen auch die Spannungen U1 und U2 wieder an, bis die Spannung U1 wiederum einen durch die Zenerdiode Z1 der ersten Zusatzschaltung ZS1 bestimmten Schwellwert U_Z1 erreicht hat und dadurch wiederum die Abschaltung des Ansteuerschaltkreises IC erfolgt, indem an dessen Steuereingang 11 über den leitend geschalteten Transistor T3 der Steuereinrichtung SE eine entsprechende Zustandsänderung hervorgerufen wird.
Zur Reduzierung der Netzteilleistung während des Standby-Betriebs ist die Einschaltzeit zwischen t0 und t1 und damit die Einschaltphase EIN, in der der Transistor T1 mit dem Taktsignal U_T1 des Ansteuerschaltkreises IC angesteuert wird, kurz gegenüber einer sich an die Einschaltphase EIN anschließenden Ausschaltphase AUS des Burst-Zyklus. Die Zeitdauer zwischen t1 und t2 der Ausschaltphase AUS des Burst-Zyklus wird dabei bestimmt durch die Zeitkonstante des RC- Gliedes R2, C5, wobei der Ladestrom über den Widerstand R2 die Zeitdauer zwischen t1 und t2 der Ausschaltphase AUS definiert, in der der Ansteuerschaltkreis IC nicht arbeitet. Diese Zeitdauer der Ausschaltphase AUS wird dabei möglichst lang gehalten, um im Standby-Betrieb die Netzteilverluste möglichst gering zu halten.
Tritt nun innerhalb der relativ langen Ausschaltphase AUS eine Zustandsänderung aufgrund einer erhöhten sekundärseitigen Belastung auf, so wird die Ausschaltphase AUS sprunghaft beendet und die nächste Einschaltphase EIN eingeleitet. Eine solche Zustandsänderung kann insbesondere dann auftreten, wenn während der Ladezeit des Kondensators C5 die sekundärseitige Ausgangsspannung U2 auf der Verbraucherseite unter einen unteren Schwellwert U_Z2 absinkt, der der mindestens erforderlichen Betriebs- oder Versorgungsspannung des Mikrokontrollers MC entspricht. Eine automatische Anpassung der Burst-Zyklen und damit der Burst-Frequenz an derartige Belastungen oder Zustandsänderungen erfolgt im Wesentlichen durch die Überwachung der Ausgangsspannung U2 einerseits sowie durch das Laden des Energiespeichers C8 während des Normalbetriebs und auch während des störungsfreien Standby-Betriebs andererseits.
Die Überwachung der Ausgangsspannung U2 erfolgt mittels einer zweiten Zusatzschaltung ZS2 des Schaltnetzteils SN. Dazu weist diese eine Zenerdiode Z2 auf, deren Zenerspannung den unteren Spannungsschwellwert U_Z2 für die Ausgangsspannung U2 vorgibt. Sobald die Ausgangsspannung U2 den Schwellwert U_Z2 erreicht hat, wird das Standby-Signal STBY ausgeschaltet. Dies erfolgt über einen elektronischen Schalter in Form eines Transistors T7 der Zusatzschaltung ZS2, der basisseitig zwischen die Anode der Zenerdiode Z2 und einen gegen Bezugspotential geschalteten Widerstand R9 der zweiten Zusatzschaltung ZSZ geführt ist, und dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die Leuchtdiode des Optokopplers und Bezugspotential und damit in die Steuerseite des Koppelelementes OK geschaltet ist.
Während der Transistor T7 der Zusatzschaltung ZS2 im störungsfreien Betrieb oder Normalbetrieb gemäß Fig. 2a durchgeschaltet ist und somit das Standby- Signal STBY über die Leuchtdiode des Optokopplers bzw. Koppelelementes OK steuerseitig gegen Masse abfließen kann, wird mit der Abschaltung des Standby- Signals STBY der Fototransistor des Optokopplers OK gesperrt und damit die Kopplung zur Steuereinrichtung SE und zur ersten Zusatzschaltung ZS1 unterbrochen. Dadurch wird die in der Einschaltphase EIN im Energiespeicher in Form des Kondensators C8 der ersten Zusatzschaltung ZS1 bereitgestellte Energie freigegeben, wobei die am Energiespeicher C8 anliegende Spannung U8 größer ist als die am Kondensator C1 der Steuereinrichtung SE anstehende Versorgungsspannung U1. Dadurch erfolgt nun eine automatische Entladung des Energiespeichers C8 zum Kondensator C5 des RC-Gliedes R2, C5, so dass der Kondensator C5 sehr schnell aufgeladen wird. Dadurch erfolgt die automatische Anpassung der Ausschaltphase AUS an die Belastung des Mikrokontrollers MC.
Die Speicherung der Energie während der Einschaltphase im Kondensator C8 erfolgt während der Einschaltphase EIN und damit in vorangegangenen Burst- Zyklen über den Kondensator C7 und die Diode D7 sowie über die weitere Diode D8 der Zusatzschaltung ZS1. Der Kondensator C7 sowie die Dioden D7 und D8 gewährleisten dabei, dass die Spannung U8 größer ist als die Spannung U1.
Im in Fig. 2a dargestellten ungestörten Betrieb ist der Optokoppler OK leitend und damit die Basis des Transistors T5 der Zusatzschaltung ZS1 an Masse gelegt, so dass der Transistor T5 gesperrt ist und die Spannung U8 nicht an den Kondensator C5 gelangen kann. Während der Einschaltphase EIN des Transistors T1 im ungestörten Standby-Betrieb steigen im Zeitraum zwischen t0 und t1 die primärseitige Versorgungsspannung U1 und die sekundärseitige Ausgangsspannung U2 an. Ist die durch die Zenerdiode Z1 der Steuereinrichtung SE vorgegebene Schwelle U_Z1 erreicht, so wird der Transistor T1 abgeschaltet und die Spannung U2 nimmt im Zeitraum von t1 bis t2 ab, während in demselben Zeitraum von t1 bis t2 die Lade- oder Eingangsspannung U5 von einem unteren Schwellwert U5_min ausgehend zunimmt, bis ein oberer Schwellwert U5_max erreicht ist.
Der Ansteuerschaltkreis IC1 nimmt ab diesem Zeitpunkt t1 keinen Strom mehr auf und hört praktisch auf zu arbeiten. Dadurch wird während der nun folgenden Ausschaltphase AUS der Kondensator C5 über den Widerstand R2 geladen. Dabei nimmt im Zeitraum t1 bis t2 die Ausgangsspannung U2 entsprechend der Belastung ab, während die Ladespannung und damit die Eingangsspannung U5 des Ansteuerschaltkreises IC in diesem Zeitraum von t1 bis t2 unabhängig von der jeweiligen Belastung zunimmt. Erreicht nun die Spannung U5 den der Einschaltschwelle des Ansteuerschaltkreises IC entsprechenden oberen Schwellwert U5_max bevor die Ausgangsspannung U2 den durch die Zenerdiode Z2 vorgegebenen Schwellwert U_Z2 erreicht, so wird der Transistor T1 wieder zugeschaltet. Dies ist der normale Standby-Betrieb bei normaler Belastung.
Fig. 2b zeigt die Verhältnisse bei vergleichsweise starker Belastung. Erkennbar ist, dass die Ausgangsspannung U2 demzufolge wesentlich steiler verläuft als bei der in Fig. 2a dargestellten normalen Belastung. Infolge der stärkeren Belastung nimmt somit die Ausgangsspannung U2 wesentlich schneller ab. In demselben Zeitraum zwischen t1 und t2 während der Ausschaltphase AUS steigt die Lade- oder Eingangsspannung U5 jedoch mit derselben Steigung wiederum an. Im Zeitpunkt t2 hat die mittels der Zenerdiode Z2 überwachte Ausgangsspannung U2 den vorgegebenen Schwellwert U_Z2 erreicht bzw. bereits unterschritten. In diesem Zeitpunkt t2 wird die Schnelllade-Schaltung aktiv, indem zu diesem Zeitpunkt t2 die Lade- oder Eingangsspannung U5 praktisch ohne Zeitverlust durch Entladen des Energiespeichers C8 sprunghaft erhöht wird, so dass diese Spannung U5 die obere Schwelle U5_max frühzeitig erreicht. Sobald diese Schwelle U5_max erreicht ist, beginnt der Ansteuerschaltkreis IC1 wieder zu arbeiten und steuert den Transistor T1 an, so dass die nächste Einschaltphase EIN frühzeitig eingeleitet wird.
Während bei normaler Belastung (Fig. 2a) die Spannung U8 nicht verwendet wird, erfolgt eine Verwendung dieser Spannung U8 bei vergleichsweise starker Belastung. Da mittels dieser Spannung U8 der Kondensator C5 geladen wird, bricht diese Spannung U8 während des Schnellladevorgangs entsprechend zusammen. Wird daher während der Einschaltphase EIN der Transistor T1 wieder angesteuert, so wird auch der Kondensator C8 und damit der Energiespeicher neu aufgeladen und die Spannung U8 entsprechend aufgebaut. Die Spannung U8 kann dabei lediglich im gestörten Betrieb mit starker Belastung an den Kondensator C5 gelangen, da in diesem Betrieb mit starker Belastung der Schwellwert U_Z2 erreicht und damit über die Zenerdiode Z2 der Transistor T7 der zweiten Zusatzschaltung ZS2 gesperrt wird. Dadurch wird das Standby-Signal abgeschaltet und die Kopplung über den Optokoppler OK unterbrochen. Demzufolge wird der Transistor T5 der ersten Zusatzschaltung ZS1 leitend und die Spannung U8 kann an den Kondensator C5 gelangen und diesen sehr schnell aufladen.
Der weitere Transistors T6 der ersten Zusatzschaltung ZS1 stellt dabei sicher, dass diese Schnellladung lediglich in der Ausschaltphase AUS erfolgen kann, da der Ansteuerschaltkreis IC den Transistor T6 ansteuert und dadurch die Basis des Transistors T5 der ersten Zusatzschaltung ZS1 an Masse gezogen wird. Dadurch kann die Spannung U8 im ungestörten Betrieb gemäß Fig. 2a nicht an den Kondensator C5 gelangen. Bezugszeichenliste Cn Kondensator
Dn Diode
G1 Gleichrichter
IC Ansteuerschaltung
MC Steuerbaustein/Mikrokontroller
OK Koppelelement/Optokoppler
Rn Widerstand
SE Steuereinrichtung
ST Steuerbaustein
STBY Standby-Signal
Tn Transistor
U1 Versorgungsspannung
U2 Ausgangsspannung
U5 Lade-/Eingangsspannung
U5_max oberer Schwellwert
U5_min unterer Schwellwert
U8 Spannung
U_Z1,2 Schwellwert
W1 Primärwicklung
W2 Zusatz-/Messwicklung
W3, 4 Sekundärwicklung
Zn Zenerdiode
ZS1, 2 Zusatzschaltung

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines nach dem Sperrwandlerprinzip arbeitenden Schaltnetzteils (SN), bei dem im Standby-Betrieb ein mit einem Übertrager (TR) primärseitig verbundener elektronischer Schalter (T1) während einer im Vergleich zu einer Ausschaltphase (AUS) kurzen Einschaltphase (EIN) eines Burst-Zyklus angesteuert wird,

- wobei eine sekundärseitige Ausgangsspannung (U2) des Übertragers (TR) überwacht wird, und

- wobei bei Absinken der Ausgangsspannung (U2) unter einen (zweiten) Schwellwert (U_Z2) zur frühzeitigen Einleitung der nächsten Einschaltphase (EIN) ein in einem vorangegangenen Burst-Zyklus geladener Energiespeicher (C8) genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundärseitige Ausgangsspannung (U2) einem mit dem Übertrager (TR) verbundenen Steuerschaltkreis (MC) zur Erzeugung eines Standby-Signals (STBY) zugeführt wird, wobei bei Absinken der sekundärseitigen Ausgangsspannung (U2) während der Ausschaltphase (AUS) unter den Schwellwert (U_Z2) das Standby-Signal (STBY) abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus einer primärseitigen Messwicklung (W2) des Übertragers (TR) gewonnene Versorgungsspannung (U1) einer Ansteuerschaltung (IC) des elektronischen Schalters (T1) überwacht wird, wobei bei Ansteigen der Versorgungsspannung (U1) über einen (ersten) Schwellwert (U_Z1) die Ausschaltphase (AUS) eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Ausschaltphase (AUS) ansteigende Einschaltspannung (U5) der Ansteuerschaltung (IC) durch Entladen des Energiespeichers (C8) bis an eine Einschaltschwelle (U5_max) der Ansteuerschaltung (IC) sprunghaft angehoben wird, wenn die Ausgangsspannung (U2) in der Ausschaltphase (AUS) den (zweiten) Schwellwert (U_Z2) erreicht.

5. Schaltnetzteil mit einem Ansteuerschaltkreis (IC), der einen mit einem Übertrager (TR) primärseitig verbundenen elektronischen Schalter (T1) mit einem Taktsignal (UT1) ansteuert, und mit einer Steuereinrichtung (SE), die im Standby-Betrieb aufeinanderfolgende Burst-Zyklen mit Einschaltphasen (EIN) und hierzu vergleichsweise langen Ausschaltphasen (AUS) steuert, gekennzeichnet durch eine einen Energiespeicher (C8) aufweisende erste Zusatzschaltung (ZS1) sowie eine mit dieser über ein Koppelelement (OK) gekoppelte zweite Zusatzschaltung (ZS2), die mit dem Übertrager (TR) sekundärseitig verbunden ist und einen unteren (zweiten) Schwellwert (U_Z2) einer sekundärseitigen Ausgangsspannung (U2) überwacht, wobei die zweite Zusatzschaltung (ZS2) bei Absinken der Ausgangsspannung (U2) unter den Schwellwert (U_Z2) während der Ausschaltphase (AUS) die Kopplung unterbricht und die erste Zusatzschaltung (ZS1) unter Nutzung des Energiespeichers (C8) die nächste Einschaltphase (EIN) frühzeitig einleitet.

6. Schaltnetzteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Steuerseite und eine Empfängerseite aufweisende Koppelelement (OK) mit der Steuereinrichtung (SE) und mit der ersten Zusatzschaltung (ZS1) empfängerseitig sowie mit der zweiten Zusatzschaltung (ZS2) steuerseitig verbunden ist, wobei die zweite Zusatzschaltung (ZS2) ein dem Koppelelement (OK) im Standby-Betrieb zugeführtes Standby- Signal (STBY) bei Absinken der Ausgangsspannung (U2) unter den (zweiten) Schwellwert (U_Z2) abschaltet.

7. Schaltnetzteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zusatzschaltung (ZS1) einen ersten elektronischen Schalter (T5) umfasst, der bei Absinken der sekundärseitigen Ausgangsspannung (U2) unter den (zweiten) Schwellwert (U_Z2) durchsteuert und eine am geladenen Energiespeicher (C8) anliegende Spannung (U8) einer in der Ausschaltphase (AUS) ansteigenden Einschaltspannung (U5) überlagert, so dass diese die Einschaltschwelle (U5_max) der Ansteuereinrichtung (IC) sprunghaft erreicht.

8. Schaltnetzteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zusatzschaltung (ZS1) einen vom Ansteuerschaltkreis (IC) angesteuerten zweiten elektronischen Schalter (T6) umfasst, der den ersten elektronischen Schalter (T5) durchsteuert.

9. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (SE) eine aus einer primärseitigen Messwicklung (W2) des Übertragers an den Ansteuerschaltkreis (IC) geführte Versorgungsspannung (U1) überwacht und bei Ansteigen der Versorgungsspannung (U1) während der Einschaltphase (EIN) bis an einen (ersten) Schwellwert (U_Z1) die nächste Ausschaltphase (AUS) einleitet.

10. Schaltnetzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zusatzschaltung (ZS1) eine Diodenanordnung (D7, D8) aufweist, die über einen Kondensator (C7) mit der primärseitigen Messwicklung (W2) des Übertragers (TR) verbunden ist derart, dass eine am geladenen Energiespeicher (C8) anstehende Spannung (U8) größer ist als die Versorgungsspannung (U1).

11. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zusatzschaltung (ZS2) einen elektronischen Schalter (T7) umfasst, der über die Steuerseite des Koppelelementes (OK) mit einem das Standby-Signal (STBY) erzeugenden Steuerbaustein (MC) verbunden ist, und der ansteuerseitig über eine Zenerdiode (Z2) und eine dieser vorgeschaltete Gleichrichteranordnung (D2, C2) mit einer die Ausgangsspannung (U2) liefernden Sekundärwicklung (W4) des Übertragers (TR) verbunden ist.