DE102019206636A1 - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil (1) umfassend einen primärseitigen Regelbaustein (RB) ausgelegt zur primärseitigen Regelung des Schaltnetzteils (1), einen Transformator mit einer Primärspule (LP) und mindestens einer Sekundärspule (LS1, LS2) und darüber hinaus die folgenden Komponenten:- eine Primär-Signalschaltung (R1), ausgelegt zur Generierung eines primärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils (1),- eine Sekundär-Signalschaltung (RS), ausgelegt zur Generierung eines sekundärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils (1),- eine Schalteinheit (SE), ausgelegt zur wechselseitigen Bereitstellung beider Regelsignale an einem Regeleingang (F) des Regelbausteins (RB), wobei die Schalteinheit (SE) dermaßen gestaltet ist, dass siea) das primärseitige Regelsignal in der Einschaltphase des Schaltnetzteils (1) an den Regeleingang (F) führt undb) das sekundärseitige Regelsignal in der Sperrphase des Schaltnetzteils (1) an den Regeleingang (F) führt.The invention relates to a switched-mode power supply (1) comprising a primary-side control module (RB) designed for the primary-side control of the switched-mode power supply (1), a transformer with a primary coil (LP) and at least one secondary coil (LS1, LS2) and, in addition, the following components: a primary signal circuit (R1) designed to generate a primary-side control signal for controlling the switched-mode power supply (1), - a secondary signal circuit (RS), designed to generate a secondary-side control signal for controlling the switched-mode power supply (1), - a switching unit (SE ), designed for the mutual provision of both control signals at a control input (F) of the control module (RB), the switching unit (SE) being designed in such a way that it a) the primary-side control signal in the switch-on phase of the switched-mode power supply (1) to the control input (F) leads and b) leads the secondary-side control signal in the blocking phase of the switched-mode power supply (1) to the control input (F).
Description
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, insbesondere einen Sperrwandler.The invention relates to a switched-mode power supply, in particular a flyback converter.
Schaltnetzteile dienen der Regelung einer Ausgangsspannung, insbesondere mit einer galvanischen Trennung von Eingangs- und Ausgangsspannung, wobei entweder eine primärseitige oder eine sekundärseitige Regelung verwendet wird.Switching power supplies are used to regulate an output voltage, in particular with a galvanic separation of the input and output voltage, with either a primary-side or a secondary-side regulation being used.
Ein Vorteil der primärseitigen Regelung ist, dass sie den kleinsten StandBy-Verbrauch hat. Einer ihrer Nachteile ist jedoch, dass dabei die übertragene Leistung geregelt wird und nicht die Ausgangsspannung. Hat ein Schaltnetzteil mehrere Ausgänge, sind deren Ausgangsspannungen abhängig von der Lastverteilung. In der Regel steigen die Spannungen von kaum belasteten Ausgängen, wenn andere Ausgänge stärker belastet werden, wobei die Spannung an stark belasteten Ausgängen hingegen absinkt. Benötigt man an einem von mehreren Ausgängen eine stabile Ausgangsspannung, ist eine sekundärseitige Regelung notwendig, die jedoch einen höheren StandBy-Verbrauch hat.One advantage of the primary-side control is that it has the lowest standby consumption. However, one of their disadvantages is that it regulates the power transmitted and not the output voltage. If a switched-mode power supply has several outputs, their output voltages depend on the load distribution. As a rule, the voltages of outputs that are barely loaded rise when other outputs are heavily loaded, whereas the voltage at heavily loaded outputs decreases. If you need a stable output voltage at one of several outputs, regulation on the secondary side is necessary, but this has a higher standby consumption.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schaltnetzteil, insbesondere einen Sperrwandler anzugeben und insbesondere eine Möglichkeit einer sekundärseitigen Regelung mit einer stabilen Ausgangspannung und einem zur Primärregelung vergleichbaren geringen StandBy-Verbrauch zu erreichen.The invention is based on the object of specifying an improved switched-mode power supply, in particular a flyback converter, and in particular of achieving a possibility of secondary-side regulation with a stable output voltage and a low standby consumption comparable to the primary regulation.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims. The subclaims reproduce preferred embodiments.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil umfasst einen primärseitigen Regelbaustein ausgelegt zur primärseitigen Regelung des Schaltnetzteils, einen Transformator mit einer Primärspule und mindestens einer Sekundärspule und darüber hinaus die folgenden Komponenten:
- - eine Primär-Signalschaltung, ausgelegt zur Generierung eines primärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils,
- - eine Sekundär-Signalschaltung, ausgelegt zur Generierung eines sekundärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils,
- - eine Schalteinheit, ausgelegt zur wechselseitigen Bereitstellung beider Regelsignale an einem Regeleingang des Regelbausteins, wobei die Schalteinheit dermaßen gestaltet ist, dass sie
- a) das primärseitige Regelsignal in der Einschaltphase des Schaltnetzteils an den Regeleingang führt und
- b) das sekundärseitige Regelsignal in der Sperrphase des Schaltnetzteils an den Regeleingang führt.
- - a primary signal circuit designed to generate a primary-side control signal for controlling the switched-mode power supply,
- - a secondary signal circuit designed to generate a secondary-side control signal for controlling the switched-mode power supply,
- - A switching unit, designed for the mutual provision of both control signals at a control input of the control module, the switching unit being designed in such a way that it
- a) the primary-side control signal leads to the control input in the switch-on phase of the switched-mode power supply and
- b) the secondary-side control signal leads to the control input in the blocking phase of the switched-mode power supply.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Schaltung eines Schaltnetzteils mit einem primärseitigen Regelbaustein ausgelegt zur primärseitigen Regelung des Schaltnetzteils, einen Transformator mit einer Primärspule und mindestens einer Sekundärspule, umfasst die folgenden Schritte:
- - Generierung eines primärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils,
- - Generierung eines sekundärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils,
- - wechselseitige Bereitstellung beider Regelsignale an einem Regeleingang des Regelbausteins, wobei das primärseitige Regelsignal in der Einschaltphase des Schaltnetzteils an den Regeleingang geführt wird und das sekundärseitige Regelsignal in der Sperrphase des Schaltnetzteils an den Regeleingang geführt wird.
- - Generation of a control signal on the primary side to control the switched-mode power supply,
- - Generation of a control signal on the secondary side to control the switched-mode power supply,
- - Mutual provision of both control signals at a control input of the control module, the primary-side control signal being fed to the control input in the switch-on phase of the switched-mode power supply and the secondary-side control signal being fed to the control input in the blocking phase of the switched-mode power supply.
Da dies ein Regelverfahren ist, werden die Verfahrensschritte selbstverständlich ständig wiederholt, solange die Regelung durchgeführt wird.Since this is a control process, the process steps are of course constantly repeated as long as the control is being carried out.
Schaltnetzteile mit einem primärseitigen Regelbaustein ausgelegt zur primärseitigen Regelung des Schaltnetzteils sind dem Fachmann bekannt. Sie umfassen typischerweise einen Transformator mit einer Primärspule, an welche im Betrieb die Eingangsspannung angelegt wird und mindestens einer Sekundärspule, an welcher dann die Ausgangsspannung abgegriffen wird. Oftmals weisen solche Schaltnetzteile mehrere Sekundärspulen auf, die nicht unbedingt alle als Lastausgang dienen müssen. Einige der Sekundärspulen können auch zur Regelung des Schaltnetzteils dienen (und werden oftmals als „Hilfsspulen“ bezeichnet). Die Sekundärstromkreise können galvanisch vom Primärstromkreis getrennt sein, können aber auch eine Verbindung zu einem gemeinsamen Bezugspotential haben (untereinander oder zusammen mit dem Primärstromkreis).Switching power supplies with a primary-side control module designed for primary-side control of the switching power supply are known to those skilled in the art. They typically include a transformer with a primary coil to which the input voltage is applied during operation and at least one secondary coil to which the Output voltage is tapped. Such switched-mode power supplies often have several secondary coils, which do not necessarily all have to serve as load outputs. Some of the secondary coils can also be used to control the switch mode power supply (and are often referred to as "auxiliary coils"). The secondary circuits can be galvanically isolated from the primary circuit, but can also have a connection to a common reference potential (with one another or together with the primary circuit).
Eine erfindungsgemäße Signalschaltung ist zur Erzeugung eines Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils ausgelegt. In Bezug zu dem Regelsignal zeigt die Bezeichnung „primäseitig“ an, dass ein Regelsignal zur primärseitigen Regelung gemeint ist, und „sekundärseitig“, dass ein Regelsignal zur sekundärseitigen Regelung gemeint ist. Bevorzugt umfasst (oder ist) dieses Regelsignal eine Spannung. Es ist bevorzugt, dass das primärseitige Regelsignal ein Maß für die Spannung des Primärstromkreises ist und/oder dass das sekundärseitige Regelsignal ein Maß für die Spannung eines Sekundärstromkreises ist. Da im Sekundärstromkreis in der Regel die Spannung sehr genau geregelt werden soll, ist es von Vorteil, wenn zumindest das sekundärseitige Regelsignal direkt auf der Spannung des Sekundärstromkreises basiert (es kann dabei direkt die Spannung verwendet werden oder, sofern der Regelbaustein mit einer solch hohen oder niedrigen Spannung nicht arbeiten kann, eine um einen entsprechenden konstanten Faktor angepasste Spannung).A signal circuit according to the invention is designed to generate a control signal for controlling the switched-mode power supply. In relation to the control signal, the designation “primary side” indicates that a control signal is meant for primary-side control, and “secondary side” that a control signal is meant for secondary-side control. This control signal preferably comprises (or is) a voltage. It is preferred that the control signal on the primary side is a measure for the voltage of the primary circuit and / or that the control signal on the secondary side is a measure of the voltage of a secondary circuit. Since the voltage in the secondary circuit is usually to be regulated very precisely, it is advantageous if at least the secondary-side control signal is based directly on the voltage of the secondary circuit (the voltage can be used directly or, if the control module has such a high or low voltage cannot work, a voltage adjusted by a corresponding constant factor).
Je nach Anwendungsfall kann dazu die Spannung des primärseitigen Regelsignals und des sekundärseitigen Regelsignals zu einem gemeinsamen Bezugspotential gemessen werden. Es ist aber auch möglich, das primärseitige Regelsignal und das sekundärseitige Regelsignal galvanisch zu trennen, z.B. mittels eines weiteren Transformators oder (insbesondere wenn die Regelsignale Spannungen sind) mittels eines Optokopplers. Eine Signalschaltung (insbesondere die Sekundär-Signalschaltung) kann also zur galvanischen Trennung des Regelsignals einen Optokoppler aufweisen. Bevorzugt wird dazu die Ausgangsspannung eines Sekundärkreises gemessen und mittels des Optokopplers ein sekundärseitiges Regelsignal in Abhängigkeit zu dieser Spannung erzeugt.Depending on the application, the voltage of the control signal on the primary side and the control signal on the secondary side can be measured at a common reference potential. However, it is also possible to galvanically separate the primary-side control signal and the secondary-side control signal, e.g. by means of another transformer or (especially if the control signals are voltages) by means of an optocoupler. A signal circuit (in particular the secondary signal circuit) can therefore have an optocoupler for galvanic isolation of the control signal. For this purpose, the output voltage of a secondary circuit is preferably measured and a control signal on the secondary side is generated as a function of this voltage by means of the optocoupler.
Eine Signalschaltung umfasst bevorzugt einen Spannungsteiler bzw. eine Komponente eines Spannungsteilers (z.B. einen Widerstand). Es ist durchaus möglich, dass sich Primär-Signalschaltung und Sekundär-Signalschaltung einen Widerstand eines Spannungsteilers „teilen“ wobei jeweils ein für die jeweilige Signalschaltung spezifischer Widerstand mittels der Schalteinheit mit dem gemeinsamen Widerstand wechselseitig in Reihe geschaltet wird. Dazu weist das Schaltnetzteil bevorzugt eine Schaltung auf, bei der mittels der Schalteinheit der Widerstand der Primär-Signalschaltung und/oder der Sekundär-Signalschaltung im Rahmen der Führung des Regelsignals an den Regeleingang mit einem weiteren Widerstand zu einem Spannungsteiler verschaltet wird.A signal circuit preferably comprises a voltage divider or a component of a voltage divider (e.g. a resistor). It is entirely possible that the primary signal circuit and the secondary signal circuit “share” a resistance of a voltage divider, whereby a resistance specific for the respective signal circuit is alternately connected in series with the common resistance by means of the switching unit. For this purpose, the switched-mode power supply preferably has a circuit in which, by means of the switching unit, the resistance of the primary signal circuit and / or the secondary signal circuit is connected to a further resistor to form a voltage divider as part of the routing of the control signal to the control input.
Die Schalteinheit ist zur wechselseitigen Bereitstellung beider Regelsignale an einem Regeleingang des Regelbausteins ausgelegt. Für die Erfindung ist es wichtig, dass das primärseitige Regelsignal in der Einschaltphase des Schaltnetzteils an den Regeleingang geführt wird und das sekundärseitige Regelsignal in der Sperrphase des Schaltnetzteils an den Regeleingang geführt wird. Die Sperrphase ist diejenige Phase, in der der Regelbaustein sperrt, die Einschaltphase diejenige, in der der Regelbaustein eingeschaltet wird. Im Falle, dass ein Regelsignal eine Spannung ist, bedeutet „geführt wird“ insbesondere, dass das betreffende Regelsignal elektrisch mit dem Regeleingang verbunden wird. Es kann aber auch beispielsweise der Fall vorliegen, dass der Regeleingang ein Photoelement eines Optokopplers ist. In diesem Fall kann „geführt wird“ bedeuten, dass das Regelsignal ein Lichtsignal ist, welches in das Photoelement geführt wird.The switching unit is designed for the mutual provision of both control signals at a control input of the control module. For the invention, it is important that the primary-side control signal is fed to the control input in the switch-on phase of the switched-mode power supply and the secondary-side control signal is fed to the control input in the blocking phase of the switched-mode power supply. The blocking phase is the phase in which the control module locks, the switch-on phase is the phase in which the control module is switched on. In the event that a control signal is a voltage, “is conducted” means in particular that the control signal in question is electrically connected to the control input. However, it can also be the case, for example, that the control input is a photo element of an optocoupler. In this case, “is guided” can mean that the control signal is a light signal that is fed into the photo element.
„Wechselseitig“ heißt hier, dass die Regelwirkung wechselweise stattfindet. Dazu können z.B. Signalleitungen, welche die Regelsignale führen, wechselseitig an den Regeleingang geführt werden, z.B. durch eine physische Zuschaltung bzw. Trennung. Es ist aber auch möglich, eine Signalleitung (oder beide Signalleitungen) ständig mit dem Regeleingang verbunden zu lassen, sofern das betreffende Regelsignal selber so beschaffen ist, dass es zu den Zeiten, in denen das andere Regelsignal anliegt, keine regelnde Wirkung hat (z.B. 0V beträgt). Bei einer solchen Schaltung ist jedoch darauf zu achten, dass ein Regelsignal den anderen Regelkreis nicht beeinflussen kann. Dies kann z.B. durch die geeignete Schaltung einer Diode erreicht werden."Alternating" here means that the control action takes place alternately. For this purpose, e.g. Signal lines that carry the control signals are alternately routed to the control input, e.g. through a physical connection or separation. However, it is also possible to leave one signal line (or both signal lines) permanently connected to the control input, provided that the control signal in question is such that it has no regulating effect when the other control signal is applied (e.g. 0V is). With such a circuit, however, it must be ensured that a control signal cannot influence the other control loop. This can e.g. can be achieved by suitable switching of a diode.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schalteinheit, die ebenfalls zur wechselseitigen Bereitstellung beider Regelsignale an einem Regeleingang des Regelbausteins ausgelegt ist, umfasst zwei physikalisch getrennte Schalter, die jedoch nicht zwingend in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sein müssen. Diese beiden Schalter können einen gemeinsamen Steuereingang haben, es ist aber insbesondere bevorzugt, dass jeder Schalter einen eigenen Steuereingang hat, wobei die Steuersignale für diese Steuereingänge durchaus auch an unterschiedlichen Stellen der Schaltung des Schaltnetzteils abgegriffen werden können.Another preferred embodiment of a switching unit according to the invention, which is also designed to provide both control signals alternately at a control input of the control module, comprises two physically separate switches, which, however, do not necessarily have to be installed in a common housing. These two switches can have a common control input, but it is particularly preferred that each switch has its own control input, with the control signals for these control inputs also being able to be picked up at different points in the circuit of the switched-mode power supply.
Da das sekundärseitige Regelsignal oft eine annähernde Gleichspannung repräsentiert (die durch die Erfindung vorteilhaft geregelt werden soll), ist es hier bevorzugt, dass die Sekundär-Signalschaltung über das Schaltelement vom Regeleingang des Regelbausteins (physisch) trennbar ist. Das primärseitige Regelsignal ist hingegen in der Sperrphase oftmals größer als die Regelspannung an
Da sowohl das primärseitige Regelsignal als auch das sekundärseitige Regelsignal in den Regeleingang des Regelbausteins geführt werden, und es im Regeleingang normalerweise keine zwei getrennten Kontakte für primärseitige und sekundärseitige Regelung gibt, ist es bevorzugt, dass sowohl das primärseitige Regelsignal als auch das sekundärseitige Regelsignal so gestaltet sind, dass sie eine miteinander vergleichbare Regelung erzeugen (also z.B. beides Spannungen in demselben Spannungsbereich).Since both the primary-side control signal and the secondary-side control signal are fed into the control input of the control module, and there are normally no separate contacts for primary-side and secondary-side control in the control input, it is preferred that both the primary-side control signal and the secondary-side control signal are designed in this way are that they generate a regulation that is comparable to one another (e.g. both voltages in the same voltage range).
Typischerweise werden für die Erfindung mindestens zwei Sekundärstromkreise (und damit auch mindestens zwei Sekundärspulen) benötigt, insbesondere für Regelbausteine, die zur primärseitigen Regelung eine Sekundärspule (als Hilfsspule) benötigen. In einigen Fällen, z.B. bei Regelbausteinen die ihre primärseitigen Regelsignale direkt von ihrem Ausgang (z.B. dem Drain eines Feldeffekttransistors) bekommen braucht man mindestens eine einzige Sekundärspule zu sekundärseitigen Regelung. In einer bevorzugten Ausführungsform können das primärseitige und das sekundärseitige Regelsignal in einem einzigen Sekundärstromkreis generiert werden.Typically, at least two secondary circuits (and thus also at least two secondary coils) are required for the invention, in particular for control modules that require a secondary coil (as an auxiliary coil) for primary-side control. In some cases, e.g. In the case of control modules that receive their control signals on the primary side directly from their output (e.g. the drain of a field effect transistor), at least one secondary coil is required for regulation on the secondary side. In a preferred embodiment, the primary-side and the secondary-side control signal can be generated in a single secondary circuit.
Bevorzugt umfasst die Schalteinheit mindestens ein Halbleiterelement, insbesondere einen Bipolartransistor oder einen Feldeffekttransistor („FET“), da mit diesen mittels sehr kleiner Schaltspannungen und/oder -strömen sehr schnelle Schaltvorgänge realisiert werden können.The switching unit preferably comprises at least one semiconductor element, in particular a bipolar transistor or a field effect transistor (“FET”), since very fast switching processes can be implemented with these using very small switching voltages and / or currents.
Die Primär-Signalschaltung kann aber auch eine Diode aufweisen, welche so geschaltet ist, dass sie eine Beeinflussung des sekundärseitigen Regelsignals aus den Primärstromkreis verhindert (s.o.). In diesem Falle kann die Primär-Signalschaltung durchaus stetig mit dem Regeleingang verbunden sein (zumindest sofern das sekundärseitige Regelsignal so beschaffen ist, dass es in der Sperrphase einen Wert hat, der kleiner ist als der Spannungswert an der Kathode der Primär-Signalschaltungsdiode
Die Erfindung betrifft im Grunde alle Schaltnetzteile, insbesondere Sperrwandler, die einen primärseitig regelnden Regelbaustein verwenden. Dies können z.B. Regelbausteine der Reihen LNK677x, FAN102 oder AP9383 sein. Die „primärseitige Regelung“ bedeutet im Falle der Erfindung, dass nicht nur der Regelbaustein auf der Primärseite des Schaltnetzteils angeordnet ist, sondern dass auch die Reglerinformation aus dem Primärkreis kommt. Als Eingangsspannung kann je nach Konfiguration des Schaltnetzteils eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung verwendet werden.The invention basically relates to all switched-mode power supplies, in particular flyback converters, which use a regulating module on the primary side. This can e.g. Be control modules of the series LNK677x, FAN102 or AP9383. In the case of the invention, “primary-side regulation” means that not only the control module is arranged on the primary side of the switched-mode power supply, but that the controller information also comes from the primary circuit. Depending on the configuration of the switched-mode power supply, an AC voltage or a DC voltage can be used as the input voltage.
Bevorzugt wird das primärseitige Regelsignal zu seiner Generierung an einer Sekundärspule abgegriffen. Es kann aber auch direkt die Spannung am Ausgang des Regelbausteins (MosFet-Drain), an allen Ausgängen zwischen Sekundärspule und einer Freilaufdiode in einem Sekundärstromkreis abgegriffen werden oder es können diese Abgriffe kombiniert werden, zumindest wenn jedes Regelsignal seinen eignen Regeleingang hat.The primary-side control signal is preferably tapped off at a secondary coil in order to generate it. However, the voltage can also be tapped directly at the output of the control module (MosFet-Drain), at all outputs between the secondary coil and a freewheeling diode in a secondary circuit, or these taps can be combined, at least if each control signal has its own control input.
Alternativ oder ergänzend wird das sekundärseitige Regelsignal zu seiner Generierung an einem Punkt abgegriffen, an dem eine Spannung anliegt, die der Ausgangsspannung entspricht.As an alternative or in addition, the control signal on the secondary side is tapped for its generation at a point at which a voltage is applied which corresponds to the output voltage.
Bevorzugt wird das sekundärseitige Regelsignal basierend auf einer Spannung an einem Punkt generiert (ggf. an einem Punkt abgegriffen wird), der zwischen einer Diode und einem Kondensator in einer Masche aus Diode, Kondensator und Sekundärspule liegt. Bevorzugt ist die Diode dabei mit ihrer Kathode mit dem Kondensator verbunden. Der Kondensator ist bevorzugt ein Elektrolytkondensator. Im Grunde benötigt man nur eine Information über die Spannung am Kondensator der Masche. Es wäre also in der Praxis noch möglich, weitere Bauteile in den betreffenden Sekundärstromkreis aufzunehmen, so könnten z.B. noch Filterbausteine oder andere in den Sekundärstromkreis eingebaut werden. In einer solchen Masche aus Kondensator, Sekundärspule und Diode kann in einer bevorzugten Ausführungsform das primärseitige Regelsignal an einem Anschluss der Diode generiert (abgenommen) werden und das sekundärseitige Regelsignal an dem anderen Anschluss der Diode generiert (abgenommen) werden, wobei das sekundärseitige Regelsignal stets zwischen Diode und Kondensator abgenommen wird. Typischerweise ist jedoch bevorzugt, dass die beiden Regelsignale in unterschiedlichen Sekundärstromkreisen generiert werden.The control signal on the secondary side is preferably generated based on a voltage at a point (possibly tapped at a point) which is located between a diode and a capacitor in a mesh of diode, capacitor and secondary coil. The diode is preferably connected to the capacitor with its cathode. The capacitor is preferably an electrolytic capacitor. Basically you only need information about the voltage on the capacitor of the mesh. It would therefore still be possible in practice to include further components in the relevant secondary circuit, for example filter modules or others could also be built into the secondary circuit. Such a mesh of capacitor, secondary coil and diode can be used in a preferred Embodiment, the primary-side control signal can be generated (removed) at one connection of the diode and the secondary-side control signal generated (removed) at the other connection of the diode, the secondary-side control signal being always taken between the diode and capacitor. It is typically preferred, however, that the two control signals are generated in different secondary circuits.
Zur Gewährleistung eines optimalen Schaltvorgangs sollte die Schalteinheit schnell genug sein, da die Regelspannung, die zur Sekundärregelung verwendet werden kann, nur in der (oft nur einige Mikrosekunden langen) Phase der Entmagnetisierung des Transformators in der Sperrphase anliegt. Eine bevorzugte Schalteinheit hat daher eine Schaltzeit kürzer als 1 µs, bevorzugt kürzer als 50 ns, insbesondere kürzer als 10 ns. Dies könnte beispielsweise mittels Feldeffekttransistoren erreicht werden. Daher umfasst die Schalteinheit als Schalter bevorzugt Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren.To ensure an optimal switching process, the switching unit should be fast enough, as the control voltage that can be used for secondary control is only applied in the phase of demagnetization of the transformer in the blocking phase (often only a few microseconds long). A preferred switching unit therefore has a switching time of less than 1 μs, preferably less than 50 ns, in particular less than 10 ns. This could be achieved, for example, by means of field effect transistors. The switching unit therefore preferably comprises bipolar transistors or field effect transistors as a switch.
Im Hinblick auf eine oft parallel durchgeführte Über- bzw. Unterspannungserkennung, die in der Regel durch eine Strommessung realisiert wird, sollte darauf geachtet werden, dass die Schaltströme der Schalteinheit die Ströme zur Über- bzw. Unterspannungserkennung nicht beeinflusst. Dazu ist bevorzugt, dass der Schaltstrom zum Schalten der Schalteinheit (im Wesentlichen) über einen Pfad fließt, in dem sich keine zur Durchführung der Messung zur Über- bzw. Unterspannungserkennung verwendeten Punkte befinden. Da der entsprechende Messstrom in der Regel im Bereich von einigen µA liegt und die Gate- bzw. Basisströme von gängigen Feldeffekt- oder Bipolartrasistoren höher oder ähnlich sind und der Messstrom dadurch beeinflusst werden könnte, werden die Messsignale zur Über- bzw. Unterspannungserkennung bei dieser bevorzugten Ausführungsform nicht oder nur minimal durch die Schaltung der Schalteinheit beeinflusst.With regard to overvoltage or undervoltage detection, which is often carried out in parallel and which is usually implemented by current measurement, care should be taken that the switching currents of the switching unit do not influence the currents for overvoltage or undervoltage detection. For this purpose, it is preferred that the switching current for switching the switching unit flows (essentially) via a path in which there are no points used to carry out the measurement for overvoltage or undervoltage detection. Since the corresponding measurement current is usually in the range of a few µA and the gate or base currents of common field effect or bipolar rasistors are higher or similar and the measurement current could be influenced by this, the measurement signals for overvoltage and undervoltage detection are preferred with this Embodiment not or only minimally influenced by the circuit of the switching unit.
Die Erfindung kombiniert den Vorteil einer stabilen Ausgangsspannung mittels der Sekundärreglung mit den Vorteilen der Primäregelung, wie geringer StandBy-Verbrauch oder indirekte Eingangsspannungsmessung. Beispielsweise ist kein Hochspannungsmessteiler mehr nötig. Des Weiteren hat die Erfindung den Vorteil, dass zwischen Primär- und Sekundärregelung gewechselt werden kann.The invention combines the advantage of a stable output voltage by means of the secondary control with the advantages of the primary control, such as low standby consumption or indirect input voltage measurement. For example, a high-voltage measuring divider is no longer necessary. The invention also has the advantage that it is possible to switch between primary and secondary control.
Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 : Einen schematischen Aufbau eines Sperrwandlers gemäß dem Stand der Technik, -
2 : Einen schematischen Aufbau eines Sperrwandlers gemäß der Erfindung, -
3 : Ein Blockschaltbild zum erfindungsgemäßen Verfahren, -
4 : Einen zeitlichen Verlauf von relevanten Spannungen und Strömen, -
5 : Einen schematischen Aufbau gemäß eines Beispiels der Erfindung.
-
1 : A schematic structure of a flyback converter according to the prior art, -
2 : A schematic structure of a flyback converter according to the invention, -
3 : A block diagram of the method according to the invention, -
4th : A chronological sequence of relevant voltages and currents, -
5 : A schematic structure according to an example of the invention.
Ein Schaltplan für einen primär geregelten Sperrwandler nach Stand der Technik als Beispiel für ein Schaltnetzteil ist in
Die Eingangsspannung
Der Sperrwandler hat eine primärseitige Regelung. Als Primär-Signalschaltung kann der Spannungsteiler aus den beiden Widerständen
Die Regelung wird mittels eines Regelbausteins
Der Regeleingang
In der hier dargestellten Schaltung wäre es notwendig, beide Sekundärstromkreise mit einem gemeinsamen Bezugspotential
Die Schalteinheit
In Schritt I erfolgt eine Generierung eines primärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils, z.B. durch Abgriff einer Spannung an einer Sekundärspule
In Schritt II erfolgt eine Generierung eines sekundärseitigen Regelsignals zur Regelung des Schaltnetzteils, z.B. durch Abgriff einer Spannung an der Kathode einer Diode
In Schritt III erfolgt eine wechselseitige Bereitstellung beider Regelsignale an einem Regeleingang
Die Schritte I bis III werden dabei ständig wiederholt, solange die Regelung durchgeführt wird.Steps I to III are repeated continuously as long as the control is being carried out.
Wenn man die Übergangsphasen nicht betrachtet, liegen bei einem Sperrwandler wie er z.B. in
- 1. Aufmagnetisierung des Transformators (Einschaltphase: Regelbaustein
RB leitend, DiodenD1 ,D2 in den Sekundärstromkreisen sperrend), - 2. Entmagnetisierung des Transformators (Sperrphase: Regelbaustein
RB sperrend, DiodenD1 ,D2 in den Sekundärstromkreisen leitend), - 3. Transformator magnetfeldfrei (Regelbaustein
RB sperrend, DiodenD1 ,D2 in den Sekundärstromkreisen sperrend).
- 1. Magnetization of the transformer (switch-on phase: control module
RB conductive, diodesD1 ,D2 blocking in the secondary circuits), - 2. Demagnetization of the transformer (blocking phase: control module
RB blocking, diodesD1 ,D2 conductive in the secondary circuits), - 3. Transformer free of magnetic fields (control module
RB blocking, diodesD1 ,D2 blocking in the secondary circuits).
In Phase
In Phase
In der Phase
Als weiterer Unterschied (unabhängig von der galvanischen Trennung) ist hier die Primär-Signalschaltung
Da sich der Ausgangstransistor vom Optokoppler quasi wie ein ein geregelter Widerstand verhält, wird die Spannung am Abgriff des Kondensators
Da es sich bei der vorhergehenden, detailliert beschriebenen Ausführungsform um ein Beispiel handelt, kann es in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann das Schaltnetzteil in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. gestalterischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrmals oder mehrfach vorhanden sein können.Since the embodiment described in detail above is an example, it can be modified in the usual way by the person skilled in the art to a wide extent without departing from the scope of the invention. In particular, the specific embodiments can also follow in a form other than that described here. Likewise, the switched-mode power supply can be designed in a different form if this is necessary for reasons of space or design. Furthermore, the use of the indefinite article “a” or “an” does not exclude the possibility that the relevant characteristics can be present several times or more than once.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- SperrwandlerFlyback converter
- BB.
- DrahtbrückeWire bridge
- C1, C2C1, C2
- Kondensatorcapacitor
- DD.
- Ausgangoutput
- D1, D2D1, D2
- Diodediode
- ESIT
- EingangsschaltungInput circuit
- FF.
- RegeleingangRule input
- GNDGND
- BezugspotentialReference potential
- IdId
- DrainstromDrain current
- LPLP
- PrimärspulePrimary coil
- LS1, LS2 LS 1, LS 2
- SekundärspuleSecondary coil
- O1O1
- OptokopplerOptocoupler
- P1P1
-
Phase
1 phase 1 - P2P2
-
Phase
2 phase2 - RBRB
- RegelbausteinRule module
- R1, R2,R1, R2,
- RS WiderstandRS resistance
- SS.
- Eingangentrance
- SESE
- SchalteinheitSwitching unit
- UeUe
- EingangsspannungInput voltage
- UaIncluding
- AusgangsspannungOutput voltage
- UfUf
- FeedbackspannungFeedback voltage
- UdUd
- DrainspannungDrain voltage
- UkD1 Uk D1
- Spannungtension
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102004052865 A1 [0004]DE 102004052865 A1 [0004]
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-
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- 2019-05-08 DE DE102019206636.4A patent/DE102019206636B4/en active Active
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Legal Events
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |