DE102007002342B3

DE102007002342B3 - Vereinfachte primärseitige Ansteuerschaltung für den Schalter in einem Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE102007002342B3
Application number: DE102007002342A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schröder genannt Berghegger
Original assignee: Friwo Mobile Power GmbH
Current assignee: Mypaq Holdings Ltd Sg
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: US8467201B2; CN101627528A; CN101627528B; US20100142230A1; WO2008086985A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltnetzteil, insbesondere in einem primärseitig gesteuerten Schaltnetzteil. Die Ansteuerschaltung umfasst dabei einen Rückkopplungssignalanschluss zum Erfassen einer Hilfsspannung, die an einer primärseitigen Hilfswicklung eines Transformators des Schaltnetzteils induziert wird, einen Versorgungsspannungsanschluss zum Versorgen der Ansteuerschaltung mit einer Versorgungsspannung, und einen Masseanschluss zum Verbinden der Ansteuerschaltung mit einem Massepotential, wobei der Rückkopplungssignalanschluss durch den Versorgungsspannungsanschluss gebildet ist und die Hilfsspannung der Versorgungsspannung überlagert ist. Alternativ kann die Spannung der Hilfswicklung der Spannung an einem zusätzlichen Pin überlagert werden, der für die Erfassung des primären Spitzenstroms genutzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung für einen Schalter in einem Schaltnetzteil, insbesondere in einem primärseitig gesteuerten Schaltnetzteil.
Schaltnetzteile werden in zahlreichen elektronischen Geräten verwendet, um aus einer Netzspannung die zum Versorgen der elektronischen Bauteile notwendige Niedervoltgleichspannung zu erzeugen. Dabei haben sich Schaltnetzteile gegenüber konventionellen Netzteilen mit Netztransformatoren in vielen Anwendungsfällen durchgesetzt, da sie ab einer gewissen Leistungsklasse einen besseren Wirkungsgrad aufweisen und insbesondere einen geringeren Platzbedarf haben. Letzteres ist vor allem darauf zurückzuführen, dass statt der Netzspannung eine hochfrequente Wechselspannung transformiert wird, die anstelle der Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz beispielsweise im Bereich von 20 kHz bis 200 kHz liegen kann. Da die erforderlichen Windungszahlen des Transformators umgekehrt proportional zur Frequenz sinken, lassen sich dadurch die Kupferverluste stark reduzieren und der eigentliche Transformator wird wesentlich kleiner.
Derartige Schaltnetzteile weisen eine Primärseite und eine Sekundärseite auf, wobei der Transformator (auch als Wandler bezeichnet) eine primärseitige Wicklung und eine sekundärseitige Wicklung aufweist. Ein primärseitiger Schalter ist mit der primärseitigen Wicklung verbunden, um einen Stromfluss durch die primärseitige Wicklung zu unterbrechen und das Schaltnetzteil weist eine freischwingende Schaltung zum Erzeugen von Schaltpulsen auf, die den primärseitigen Schalter ansteuern.
Um den Wirkungsgrad zu optimieren, sind insbesondere primärgetaktete Schaltnetzteile bekannt, bei denen die auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators durch den Schalter, beispielsweise einen Bipolar-Transistor, erzeugte Frequenz in Abhängigkeit von der auf der Sekundärseite des Netzteils anliegenden Last geregelt wird, um die übertragene Leistung zu regeln. Die zu einer solchen Regelung erforderliche Rückkopplung wird auf besonders einfache Art und Weise dadurch realisiert, dass an dem Wandler eine zusätzliche primärseitige Hilfswicklung angeordnet ist, durch die eine Bildspannung erzeugt wird, welche die zu regelnde Spannung der Sekundärseite mit Hilfe der Hilfswicklung auf die Primärseite abbildet. Die an der Hilfswicklung abgegriffene Spannung kann dann als Regelgröße verwendet werden. Die bekannten Regelschaltungen sind jedoch in der Regel entweder relativ bauteileaufwendig oder verlangen enge Toleranzen der verwendeten elektronischen Komponenten, um die erforderlichen Regelgenauigkeiten zu erreichen.
Die US Patentschrift US 6,721,192 B1 offenbart eine PWM-Steuerschaltung mit vier Pins, bei der die Hilfswicklung unmittelbar über eine Diode mit dem Versorgungsspannungseingang verbunden wird und aus dem Strom, der durch diese Diode fließt, mittels eines Feedback-Synthesizers ein Rückkopplungssignal gebildet wird. Gemäß dieser Druckschrift wird somit nicht die Spannung an der Hilfswicklung, sondern der Strom, der durch die Hilfswicklung fließt, ausgewertet.
Aus der EP 1 152 518 A1 ist eine primärseitige Regelung bekannt, bei der ein Strommesssignal, ein Ausgangsspannungsmesssignal und ein Schaltspannungsmesssignal kombiniert werden, um die Steuerpulse für den primärseitigen Schalter bereitzustellen. Dabei wird das Ausgangspannungsmesssigrial nicht mit Hilfe der Hilfswicklung, sondern mit Hilfe eines sekundärseitigen Messkreises gewonnnen.
Die offengelegte Patentanmeldung US 2004/0032752 A1 offenbart eine primärseitige Steuerung, welche die Ausgangsspannung ohne Optokoppler an der primärseitigen Wicklung detektiert. Die Versorgungsspannung für die Steuerung wird gemäß dieser Druckschrift über Kondensatoren gewonnen, die parallel zu der Hilfswicklung geschaltet sind.
Die deutsche Patentschrift DE 10 2005 022 859 B3 bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung für den Schalter in einem Schaltnetzteil, die eine Hilfswicklung zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals verwendet und bei welcher der Treiberausgang, der das Ansteuersignal an den primärseitigen Schalter ausgibt, gleichzeitig mit dem Eingang eines Vergleichers zur Bestimmung des Stroms durch den primärseitigen Schalter verbunden ist. Dabei erfolgt die Rückkopplung über die Lade stromquelle, während gemäß der vorliegenden Erfindung direkt die Spannung der Wicklung des Transformators überlagert wird.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht daher darin, eine Ansteuerschaltung für den Schalter in einem Schaltnetzteil sowie ein entsprechendes Schaltnetzteil anzugeben, die bei reduzierter Komplexität und vergleichsweise großen Toleranzen der verwendeten elektronischen Bauteile eine verbesserte Regelungscharakteristik und erhöhte Flexibilität bezüglich der Betriebsparameter ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Ansteuerschaltung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, die erforderliche Erkennung der Demagnetisierung des Wandlers nicht an einem separaten Hilfsspannungseingang sondern am Versorgungs-/Spannungsregeleingang vorzunehmen. Ein zur Erkennung der Demagnetisierung erforderliches Signal wird dann der Spannung an dem Versorgungsspannungseingang überlagert. Dies kann in einfacher Weise mittels eines oder mehrerer Widerstände und/oder Kondensatoren geschehen.
Durch die erfindungsgemäße Erkennung der Demagnetisierung an dem Versorgungs-/Spannungsregeleingang kann entweder ein konstantes sekundäres Tastverhältnis oder der sogenannte Critical Conduction Mode eingestellt werden. Damit wird der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils unabhängig von internen Zeitgliedern in der integrierten Ansteuerschaltung. Bei der Erkennung der Demagnetisierung am Versorgungsspannungseingang kann die Ansteuerschaltung für den Schalter in einem Schaltnetzteil so ausgeführt werden, dass sie in einem Gehäuse mit nur drei Anschlüssen untergebracht werden kann. Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung gewährleistet dabei sowohl eine Ausgangsstrombegrenzung als auch eine Ausgangsspannungsbegrenzung und einen Überspannungsschutz.
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung hat den Vorteil, dass trotz vergleichsweise großer Toleranz der integrierten Widerstände und Kondensatoren eine zufriedenstellende Toleranz der Ausgangskennlinie des Geräts ermöglicht wird.
Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung erfolgt die Spannungsregelung anhand der Betriebsspannung der Ansteuerschaltung. Diese wird aus der Sperrspannung des Transformators gewonnen. Somit ist sie proportional zur Ausgangsspannung und der primärseitige Schalttransistor wird ausgeschaltet, wenn die Betriebsspannung einen festgelegten Grenzwert überschreitet, solange bis der Grenzwert wieder unterschritten wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Betriebsspannung der Ansteuerschaltung mittels eines Kondensators und gegebenenfalls eines oder mehrerer Widerstände die Spannung einer Hilfswicklung des Transformators überlagert. Dadurch ist in der Ansteuerschaltung eine Erkennung des Nulldurchgangs der Spannung an der Wicklung möglich. Da dieser in etwa dem Zeitpunkt entspricht, zu dem in dem Transformator kein Strom mehr fließt, kann daraus entweder der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem der Schalttransistor wieder eingeschaltet wird, oder es kann die Dauer des Stromflusses ermittelt werden, so dass ein konstantes sekundäres Tastverhältnis eingestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Schaltung zeichnet sich vor allem durch geringere Kosten und eine reduzierte äußere Beschaltung aus.
Alternativ kann die Spannung der Hilfswicklung der Spannung an einem zusätzlichen Pin überlagert werden, der für die Erfassung des primären Spitzenstroms (der häufig auch mit dem englischen Begriff „Peakstrom" bezeichnet wird) genutzt wird. Somit kann nun der Nulldurchgang an diesem Anschluss bestimmt werden. Ansonsten ist die Funktionsweise dieselbe wie bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Vorteil der zweiten Ausführungsform besteht vor allem in der wesentlich genaueren Stromregelung, einer etwas genaueren Spannungsregelung und einer vereinfachten Erkennung des Nulldurchgangs der Spannung an der Wicklung, da der Regelspannung ein zusätzliches Signal überlagert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Erkennung des Primärspitzenstromes wie bei der 3 Pin Variante am Treiberausgang (Pin B) durchgeführt und der vierte Pin (Ip) dient der Demagnetisierungserkennung und zugleich der Anpassung der Abschaltschwelle für den Primärspitzenstrom in Abhängigkeit von der Eingangsspannung. Diese Variante hat zwar den Nachteil, dass die Primärspitzenstromabschaltung nur die Genauigkeit der 3-Pin Variante hat, bietet aber den Vorteil, dass die Erkennung der Demagnetisierung wesentlich einfacher ist. Außerdem kann der Ausgangsstrom ohne zusätzliche Bauteile so eingestellt werden, dass er bei einer Ausgangsspannung nahezu eingangsspannungsunabhängig ist.
Eine weitere Verbesserung ist durch Verwendung einer von der Versorgungsspannung Vp abhängigen Ip-Schwelle anstelle der fest eingestellten Referenzspannung möglich. Wenn die Abschaltschwelle für den Primärspitzenstrom bei geringer Spannung an Vp (entspricht geringer Ausgangsspannung) kleiner ist als bei großer Spannung an Vp, reduziert sich der Ausgangsstrom bei kleiner Ausgangsspannung im Verhältnis zum Strom bei großer Ausgangsspannung. Der Ausgangsstrom wird also in vorteilhafter Weise weniger ausgangsspannungsabhängig.
Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines primärgesteuerten Schaltnetzteils gemäß der vorliegenden Erfindung in einer vorteilhaften Ausführungsform;
2 ein Blockschaltbild eines primärgesteuerten Schaltnetzteils, bei dem der Rückkopplungssignalanschluss durch den Spitzenstromerkennungsanschluss gebildet ist und die Hilfsspannung der Spannung an dem Spitzenstromerkennungsanschluss überlagert ist;
3 ein Blockschaltbild eines weiteren primärgesteuerten Schaltnetzteils, bei dem der Rückkopplungssignalanschluss durch den Spitzenstro merkennungsanschluss gebildet ist und die Hilfsspannung der Spannung an dem Spitzenstromerkennungsanschluss überlagert ist;
4 die Ansteuerschaltung aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
5 eine zweite Ausführungsform der Ansteuerschaltung aus 1;
6 eine erste Variante der Ansteuerschaltung aus 2;
7 eine weitere Variante der Ansteuerschaltung aus 2;
8 eine dritte Ausführungsform der Ansteuerschaltung aus 2;
9 eine erste Variante der Ansteuerschaltung aus 3;
10 eine weitere Variante der Ansteuerschaltung aus 3;
11 eine simulierte Ausgangskennlinie für ein Schaltnetzteil gemäß der 1 mit einer Ansteuerschaltung gemäß 4;
12 eine simulierte Ausgangskennlinie für ein Schaltnetzteil gemäß der 3 mit einer Ansteuerschaltung gemäß 10 bei einer niedrigen Eingangsspannung;
13 eine simulierte Ausgangskennlinie für ein Schaltnetzteil gemäß der 3 mit einer Ansteuerschaltung gemäß 10 bei einer hohen Eingangsspannung.
1 zeigt schematisch als Blockschaltbild ein Schaltnetzteil gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform. Die Wechselspannung AC_IN wird dabei zunächst über die Diodenbrückenschaltung D1 bis D4 gleichgerichtet und nach einer entsprechenden Filterung auf die primärseitige Wicklung 12 des Wandlers geführt. Der primärseitige Schalter Q3 kann in Antwort auf ein Ansteuersignal an seinem Steueranschluss den Stromfluss durch die primärseitige Wicklung L2 definiert unterbrechen. Die Ausgangsspannung V_out wird an der sekundärseitigen Wicklung L3 des Wandlers erzeugt.
Erfindungsgemäß weist die Ansteuerschaltung 100, die beispielsweise als anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) hergestellt werden kann, neben dem Steueranschluss, der das für die Ansteuerung des primärseitigen Schalters Q3 erforderliche Signal ausgibt, nurmehr einen Masseanschluss GND und den Betriebsspannungsanschluss Vp auf.
Der Betriebsspannungsanschluss Vp ist einerseits über die Widerstände R86 und R53 mit der Eingangsspannung verbunden und andererseits über den Kondensator C21 und den Widerstand R90 mit einer primärseitigen Hilfswicklung L4, welche die Information über die sekundärseitigen Verhältnisse an die Ansteuerschaltung 100 zurückkoppelt.
Erfindungsgemäß erfolgt bei der in 1 gezeigten 3-Pin-Variante der Ansteuerschaltung 100 die Demagnetisierungserkennung unmittelbar über den Betriebsspannungsanschluss Vp der Ansteuerschaltung 100. Das dazu erforderlichte AC-Signal aus der Hilfswicklung 14 des Transformators wird über den Widerstand R90 und den Kondensator C21 auf die Betriebsspannung aufgekoppelt. Damit dies besser möglich ist, wurde der Widerstand R86 eingefügt. Alternativ können die Widerstände R86 und R90 aber auch einfach nur durch die parasitären Widerstände der Kondensatoren C21 und C15 gebildet sein.
Der Strom durch die primärseitige Wicklung 12 des Transformators wird bei der hier gezeigten Ausführungsform indirekt über die an dem Anschluss B abfallende Spannung erfasst. Die Spannung am Anschluss B stellt die Summe der Spannung, die an dem Widerstand R52 abfällt, und der Basis-Emitter-Spannung U_BE des Schalters Q3 dar.
Ein alternatives Schaltnetzteil ist in 2 dargestellt. Die hier gezeigte Ansteuerschaltung 200 ist in einem 4-Pin-Gehäuse aufgebaut und weist einen separaten Eingang Ip für die Peakstromerkennung auf. Dabei wird zur Demagnetisierungserkennung das AC-Signal aus der Hilfswicklung 14 des Transformators über den Kondensator C21 und den Widerstand R90 auf das an dem Anschluss Ip anliegende Signal aufgekoppelt. Gegebenenfalls ist dies auch mit nur einem Widerstand oder einem Kondensator anstelle der aus den Elementen C21 und R90 gebildeten RC-Beschaltung möglich. Der Spannungsabfall an dem Widerstand R52 dient der Erfassung des Stroms durch die Wicklung 12 des Transformators an dem Anschluss Ip.
In 3 ist ein weiteres Schaltnetzteil gezeigt. Die hier verwendete Ansteuerschaltung 300 ist ebenso wie die Ansteuerschaltung 200 der 2 in einem 4-Pin-Gehäuse aufgebaut und weist einen Eingang Ip auf. Aber im Unterschied zu der Schaltung aus 2 sind zum einen die äußeren Beschaltungselemente zum Teil anders gewählt und zum anderen dient der Eingang Ip der gleichzeitigen Anpassung der Abschaltschwelle für den Primärspitzenstrom in Abhängigkeit von der Eingangsspannung und der Demagnetisierungserkennung. Die Ausführungsform der 3 hat im Unterscheid zu der Ausführungsform der 2 zwar den Nachteil, dass die Primärspitzenstromabschaltung nur mit einer Genauigkeit entsprechend der 3-Pin-Variante aus 1 erfolgen kann, weil die eigentliche Erkennung des Primärspitzenstroms wie bei der 3-Pin-Variante der 1 am Treiberausgang, dem Anschluss B, durchgeführt wird. Die Ausführungsform der 3 hat aber den Vorteil, dass die Erkennung der Demagnetisierung wesentlich vereinfacht wird und darüber hinaus der Ausgangsstrom ohne zusätzliche Bauteile so eingestellt werden kann, dass er bei einer festen Ausgangsspannung nahezu unabhängig von der jeweiligen Eingangsspannung ist.
In der Form eines Blockschaltbilds ist in 4 eine erste Ausführungsform der Ansteuerschaltung 100 aus 1 dargestellt. Wesentliche Bestandteile der Ansteuerschaltung 100 sind die drei Komparatoren Comp1 (U), Comp2 (Demag) und Comp3 (Ip). Dabei reagiert der Komparator Comp1 auf die Spannung an dem Versorgungsspannungsanschluss Vp und regelt die Ausgangsspannung. Der Komparator Comp2 ist erfindungsgemäß ebenfalls mit dem Versorgungsspannungsanschluss verbunden und führt die Demagnetisierungserkennung durch. Der Komparator Comp3 schließlich ist mit dem Steuerausgang B verbunden und erfasst den Strom im Transformator, indem er die Summe der Spannungen U_BE und der Spannung an dem Widerstand R52 erfasst.
Solange die Spannungsregelung nicht aktiv ist, d. h. solange der Ausgang des Komparators Comp1 auf niedrigem Niveau ist (LOW), wird der Ausgang jeweils solange eingeschaltet, bis der Strom im Transformator und damit auch die Spannung an dem Anschluss B, so groß ist, dass der Ausgang des dritten Vergleichers auf hohes Niveau (HIGH) schaltet. Dann wird das Signal am Ausgang B ausgeschaltet und bleibt ausgeschaltet, bis die im Transformator gespeicherte Energie abgebaut ist. In dem Augenblick des vollständigen Abbaus der Energie wird durch die Beschaltung der Ansteuerschaltung an dem Anschluss Vp ein Spannungseinbruch erzeugt. Dieser Spannungseinbruch wird über den internen Kondensator C1 an den zweiten Vergleicher Comp2 übertragen und bewirkt, dass der Ausgang des Komparators Comp2 auf HIGH geht. Dadurch wird das Signal B wieder eingeschaltet.
Somit ergibt sich der sogenannte Critical Conduction Mode, d. h., immer, wenn der Strom im Transformator zu Null wird, wird sofort wieder eingeschaltet. Diese auch als Boundary Conduction oder Transition Conduction Mode bezeichnete Betriebsweise des Schaltnetzteils hat den Vorteil, dass die Spannung am Schalter beim Einschalten minimal ist, wodurch die Einschaltverluste verringert werden.
Die Energie im Transformator wird kontinuierlich und ohne Pause zwischen Null und einem Maximalwert auf- und abgebaut. Daraus resultiert eine sogenannte W-Kennlinie, d. h. der Ausgangsstrom ist bei geringer Ausgangsspannung größer als bei großer Ausgangsspannung. 11 zeigt den simulierten Kennlinienverlauf für diese Schaltung in einem Ausgangsspannungsbereich von Null bis ca. 5 V und einer Ausgangsstromstärke von Null bis 350 mA.
Eine weitere Ausführungsform der Ansteuerschaltung 100, die für ein konstantes sekundärseitiges Tastverhältnis sorgt, ist in 5 dargestellt. Zusätzlich zu den Komponenten der in 4 gezeigten Anordnung weist die Ansteuerschaltung 100 in dieser Ausführungsform einen Verzögerungsgenerator 102 auf, der dafür sorgt, dass das Ausgangssignal des zweiten Komparators Comp2 so verzögert wird, dass sich ein konstantes sekundäres Tastverhältnis ergibt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Ausgangsstrom unabhängig von der Ausgangsspannung wird.
Die 6 bis 8 beziehen sich auf die Ansteuerschaltung 200, die in 2 dargestellt ist. Grundsätzlich ist dabei die Funktion des 4-Pin-ICs analog zu derjenigen der 3-Pin-Variante.
Insbesondere entspricht die Schaltung gemäß 6 in ihrer Funktionsweise derjenigen aus 4, wobei ein zusätzlicher Eingang Ip zum Erfassen des Stromes durch den Wandler vorgesehen ist. Derselbe Eingang dient auch der Demagnetisierungserkennung. Der Vorteil der Realisierung in einem 4-Pin-Gehäuse ist vor allem in einer verbesserten Funktionalität zu sehen. Insbesondere ist die Stromregelung wesentlich genauer. Die Spannungsregelung ist ebenfalls etwas genauer, da der Regelspannung kein zusätzliches Signal überlagert werden muss und es kann eine vereinfachte Erkennung des Nulldurchgangs der Spannung an der Wicklung erreicht werden.
Die 7 zeigt in Form eines vereinfachten Stromlaufplans eine weitere Ansteuerschaltung 200 mit einem geänderten Startup. Bei den bisher erläuterten Schaltungen wurde zum Starten der Ansteuerschaltung ein Signal verwendet, dass dann erzeugt wird, wenn die Betriebsspannung eine bestimmte Höhe erreicht hat. Wenn aber die sogenannte Startup-Spannung höher ist als die Spannung an dem Anschluss Vp, bei welcher der erste Komparator Comp1 umschaltet, kann auf dieses Signal vollständig verzichtet werden, da es dann automatisch beim Unterschreiten der Umschaltschwelle durch den ersten Komparator Comp1 und das Monoflop 1 erzeugt wird. Die Voraussetzung für diese Funktion ist, dass die Stromaufnahme der Ansteuerschaltung 200 vor dem Startup wesentlich geringer ist als danach.
8 schließlich zeigt eine weitere Schaltung, die in ihrer Funktion ähnlich ist wie die Schaltung aus 7, bei der aber das Ausgangssignal des zweiten Komparators Comp2 analog zu der Schaltung aus 5 durch einen Verzögerungsgenerator 202 verzögert wird, so dass sich ein konstantes sekundäres Tastverhältnis ergibt. Somit wird der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils unabhängig von der Ausgangsspannung.
Eine erste Variante der Ansteuerschaltung 300 aus 3 ist in 9 in Form eines vereinfachten Stromlaufplans dargestellt. Die Komparatoren Comp1 bis Comp3 haben dabei eine ähnliche Funktion wie in der Schaltung aus 4, wobei der vierte Pin für die Demagnetisierungserkennung und zugleich für die Anpassung der Abschaltschwelle für den Primärspitzenstrom in Abhängigkeit von der Eingangsspannung verwendet wird. Die Referenzspannungen Vp-ref, Vdemag und Ip-ref sind Spannungsreferenzen, die in der Schaltung der 9 als feste Werte vorgegeben sind.
Eine weitere Variante der Ansteuerschaltung 300, die in dem Schaltnetzteil der 3 eingesetzt werden kann, ist in 10 gezeigt. Durch die hier gezeigte Verwendung einer von der Versorgungsspannung Vp abhängigen Ip-Schwelle ist eine weitere Verbesserung der Eigenschaften der Ansteuerschaltung 300 möglich. Dabei können die Referenzspannungen, wie dies hier nicht dargestellt ist, beispielsweise mittels einer Zener-Diode oder einer Bandabstandsreferenz (band gap reference) stabilisiert werden. Wenn bei der hier gezeigten Schaltung die Abschaltschwelle für den Primärspitzenstrom bei geringer Spannung an dem Versorgungsspannungsanschluss Vp, was einer geringen Ausgangsspannung entspricht, kleiner ist als bei großer Spannung an Vp, reduziert sich der Ausgangsstrom bei kleiner Ausgangsspannung im Verhältnis zu dem Strom bei großer Ausgangsspannung. Damit wird der Ausgangsstrom weniger abhängig von der Ausgangsspannung.
Die beiden Ausgangskennlinien der 12 und 13 verdeutlichen die Eigenschaften der Ansteuerschaltung aus 10, die eine variable Ip-Referenz vorsieht, für unterschiedliche Eingangsspannungen: 12 entspricht einer Eingangsspannung von 100 V, während 13 die Verhältnisse für eine Eingangsspannung von 375 V darstellt. Insbesondere die Ausgangskennlinie der 13 zeigt dabei den im Wesentlichen konstanten Stromverlauf über einen vergleichsweise weiten Ausgangsspannungsbereich.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltungen können Netzteile aufgebaut werden, deren Verluste minimiert werden können und die gleichzeitig eine verlässliche Regelung der Ausgangsleistung bei geringer Baugröße und reduzierten Kosten erlauben.

Claims

Ansteuerschaltung für einen Schalter (Q3) in einem primärseitig gesteuerten Schaltnetzteil, umfassend: einen Rückkopplungssignalanschluss zum Erfassen einer Hilfsspannung, die an einer primärseitigen Hilfswicklung (L4) eines Transformators des Schaltnetzteils induziert wird; einen Versorgungsspannungsanschluss (Vp) zum Versorgen der Ansteuerschaltung mit einer Versorgungsspannung; einen Steueranschluss (B) zum Ausgeben eines Ansteuersignals an einen Steuereingang des Schalters (Q3); einen Masseanschluss (GND) zum Verbinden der Ansteuerschaltung mit einem Massepotential; wobei der Rückkopplungssignalanschluss durch den Versorgungsspannungsanschluss (Vp) gebildet ist und die Hilfsspannung der Versorgungsspannung überlagert ist und wobei die Ansteuerschaltung einen Komparator (Corp 2) zum Durchführen einer Demagnetisierungserkennung mit der Spannung am Versorgungsspannungsanschluss aufweist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die primärseitige Hilfswicklung über mindestens einen Kondensator (C21) und/oder mindestens einen Widerstand (R90) mit dem Versorgungsspannungsanschluss verbindbar ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend eine Spannungsregelungseinheit, die so ausgebildet ist, dass eine Betriebsspannung der Ansteuerschaltung mit einem Grenzwert verglichen wird, und der Schalter ausgeschaltet wird, wenn die Betriebsspannung den Grenzwert überschreitet.
Ansteuerschaltung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Spannungsregelungseinheit weiterhin so ausgebildet ist, dass sie den Nulldurchgang der Hilfsspannung zum Bestimmen eines Einschaltzeitpunktes des primärseitigen Schalters und/oder Berechnen einer Stromflussdauer ermittelt.
Ansteuerschaltung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend einen ersten Komparator zum Vergleichen der Spannung, die an dem Versorgungsspannungsanschluss (Vp) anliegt, mit einer ersten Referenzspannung.
Ansteuerschaltung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend einen zweiten Komparator zum Vergleichen der Spannung, die an dem Versorgungsspannungsanschluss (Vp) anliegt, mit einer zweiten Referenzspannung.
Ansteuerschaltung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend einen dritten Komparator zum Vergleichen der Spannung, die an dem Steueranschluss (B) anliegt, mit einer dritten Referenzspannung, wobei ein Ausgangssignal des dritten Komparators so an eine Treibereinheit rückgekoppelt ist, dass der Schalter abgeschaltet wird, wenn die Spannung an dem Steueranschluss (B) die dritte Referenzspannung erreicht.
Ansteuerschaltung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend eine Startup-Einheit zum Bereitstellen eines Startpulses beim Einschalten des Schaltnetzteils.
Primärseitig gesteuertes Schaltnetzteil umfassend: einen Transformator mit einer primärseitigen (L2) und einer sekundärseitigen (L3) Hauptwicklung, wobei elektrische Energiepulse von der primärseitigen zur sekundärseitigen Hauptwicklung übertragen werden, einen primärseitigen Schalter (Q3) zum Ein- und Ausschalten des Primärstroms durch die primärseitige Hauptwicklung in Antwort auf ein Ansteuersignal (B), eine primärseitige Hilfswicklung (L4), in der nach dem Ausschalten des primärseitigen Schalters ein Spannungspuls induziert wird, und eine primärseitige Ansteuerschaltung (100) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, welche das Ansteuersignal an den primärseitigen Schalter ausgibt.