DE19545659A1 - Schaltnetzteil für Normalbetrieb und Bereitschaftsbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schaltnetzteil für Normalbetrieb und Bereitschaftsbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Schaltnetzteile werden insbesondere in Fernsehempfängern und Videorecordern verwendet, die mit einem Bereitschaftsbetrieb, auch Standby-Betrieb genannt, arbeiten. Der Bereitschaftsbetrieb bedeutet, daß das Gerät zu jeder Zeit mit der Fernbedieneinheit einschaltbar ist. Zu diesem Zweck müssen einige Stufen des Gerätes ständig aktiv, d. h. mit Betriebsspannung versorgt sein. Das sind insbesondere ein Fernbedienungsempfänger für eine Infrarotfernbedienung, ein dessen Signale auswertender Mikroprozessor, ein vom Trenntransformator getrenntes Übertragungselement, z. B. in Form eines Optokopplers, zur Übertragung einer Schaltspannung von der Sekundärseite auf die Primärseite und eine primärseitige Schaltung, über die das Schaltnetzteil vom Bereitschaftsbetrieb in den Normalbetrieb umschaltbar ist.

Aus dieser Forderung ergibt sich eine während des Bereitschaftsbetrieb dem Netz entnommene Leistung. Da das Gerät im Bereitschaftsbetrieb nicht in Betrieb ist, kann diese Leistung als echte Verlustleistung angesehen werden. Da andererseits der Bereitschaftsbetrieb in der Regel über mehrere Stunden am Tage läuft und es auch oft vergessen oder versäumt wird, das Gerät bei längerer Nichtbenutzung völlig auszuschalten, ist man bemüht, die während des Bereitschaftsbetriebes aufgenommene Leistung möglichst gering zu halten. Diese Leistung liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 1-10 Watt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen Schaltnetzteil die im Bereitschaftsbetrieb dem Netz entnommene Leistung weiter, insbesondere auf Werte in der Größenordnung von 0,25 Watt, zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung besteht somit darin, daß der Fernbedienungsempfänger, der Mikroprozessor und das Übertagungselement von einem Akku oder einem Ladekondensator gespeist sind und an die Basis des Schalttransistors ein vom Netzteil gespeister Steuertransistor angeschlossen ist, der im Bereitschaftsbetrieb von dem Übertragungselement im Sinne einer Sperrung des Schalttransistors angesteuert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht dabei auf folgenden Erkenntnissen und Überlegungen. Die wesentlichen Bauteile wie der Fernbedienungsempfänger und der Prozessor, die im Bereitschaftsbetrieb mit Betriebsspannung versorgt werden müssen, liegen auf der Sekundärseite des Trenntransformators des Schaltnetzteils. Um diese Bauteile im Bereitschaftsbetrieb vom Netz mit Betriebsspannung zu versorgen, müßte der Trenntransformator des Schaltnetzteiles arbeiten oder ein von diesem Trafo getrenntes Übertragungsmittel z. B. in Form eines kleinen zusätzlichen Übertragers vorgesehen sein. Wegen der geringen zu übertragenden Leistung ergibt sich dabei eine Verlustleistung, die groß ist relativ zu der übertragenen Nutzleistung. Es ist daher vorteilhafter, die geringe im Bereitschaftsbetrieb auf der Sekundärseite benötigte Leistung einem Akku zu entnehmen, der neben der den aktiven Stufen zugeführten Leistung praktisch keine Verlustleistung aufweist.

Auf der Primärseite ist zwar zusätzlich eine weitere im Bereitschaftsbetrieb aktive Schaltung erforderlich, über die die Umschaltung von dem Bereitschaftsbetrieb in den Normalbetrieb erfolgt. Die dabei dem Netz entnommene Leistung kann jedoch mit etwa 0,25 Watt gering gehalten werden, da hierfür nur ein Steuertransistor mit einem geringen Strom ausreicht.

Durch die Erfindung ergeben sich mehrere Vorteile. Da die Energieversorgung der im Bereitschaftsbetrieb sekundärseitig aktiven Bauteile von der Sekundärseite selbst, also unabhängig von der Primärseite erfolgt, ist für den Bereitschaftsbetrieb kein Übertragungselement für eine Energieübertragung von der Primärseite zur Sekundärseite erforderlich. Die im Bereitschaftsbetrieb auf der Primärseite benötigte, dem Netz entnommene Energie kann dadurch auf Werte in der Größenordnung von 0,25 Watt verringert werden. Der Trenntransformator, der Schalttransistor und die übrige Schaltung zur Steuerung des Schalttransistors auf der Primärseite bleiben im Bereitschaftsbetrieb völlig inaktiv, verbrauchen also keine Leistung. Bei weiterer Verringerung der Leistung im Bereitschaftsbetrieb kann der Akku durch einen Ladekondensator ersetzt werden.

Das Übertragungselement zur Übertragung des Einschaltbefehls von der Sekundärseite auf die Primärseite ist vorzugsweise ein Optokoppler, ein vom Trenntransformator getrennter kleiner Übertrager oder auch ein Kondensator mit Thyristor. Der Thyristor dient dabei als primärseitiger Schalter und der Kondensator als von der Sekundärseite angesteuerter Zündimpulsübertrager mit galvanischer Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite des Trennübertragers.

Der Steuertransistor auf der Primärseite ist vorzugsweise über einen hochohmigen Arbeitswiderstand an den Ladekondensator des Netzteils angeschlossen. Als Arbeitswiderstand kann ein ohnehin parallel zum Ladekondensator vorgesehener und vorgeschriebener Entladewiderstand dienen. Ein solcher Entladewiderstand ist vorgeschrieben, damit nach dem Ausschalten des Schaltnetzteils, also Trennung vom Netz, der Ladekondensator am Ausgang des Netzgleichrichters, an dem eine relativ hohe Spannung von etwa +300 V steht, sich etwa innerhalb einer Minute entlädt. Ohne einen solchen Entladewiderstand kann diese hohe Spannung mehrere Stunden bestehenbleiben und bei Eingriffen zu Unfällen führen. Dieser Arbeitswiderstand kann so hochohmig bemessen sein, daß die dem Netz im Bereitschaftsbetrieb entnommene Leistung in der Größenordnung von nur 0,25 Watt liegt.

Vorzugsweise ist auf der Sekundärseite eine Ladeschaltung vorgesehen, die im Normalbetrieb eine Ladung des Akkus oder eines Ladekondensators durch eine der auf der Sekundärseite erzeugten Betriebsspannungen bewirkt.

Zusätzlich kann an die Basis des Steuertransistors ein manuell betätigter Schalter angeschlossen sein, mit dem das Schaltnetzteil zwischen dem Bereitschaftsbetrieb und dem Normalbetrieb umschaltbar ist.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich eine Schaltung für eine zweite Bereitschaftsbetriebsart vorgesehen, die ohne Akku oder Ladekondensator und nur mit Leistungsentnahme vom Netz arbeitet. Dabei ist eine Schaltung zur Überwachung des Ladezustandes des Akkus oder des Ladekondensators vorgesehen, die bei Unterschreiten eines bestimmten Ladezustandes eine selbsttätige Umschaltung von dem Bereitschaftsbetrieb mit Akku oder Ladekondensator in die zweite Bereitschaftsbetriebsart bewirkt. Dadurch wird sichergestellt, daß auch bei einer zu starken Entladung des Akkus oder des Ladekondensators ein Bereitschaftsbetrieb vom Netz aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Darin zeigen

Fig. 1 in einer vereinfachten prinzipiellen Darstellung ein erfindungsgemäß aufgebautes Schaltnetzteil und

Fig. 2 ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel des Schaltnetzteils gemäß Fig. 1.

Es sei bemerkt, daß die auf der Primärseite und der Sekundärseite des Trenntrafos dargestellten Erdungssymbole unterschiedliche Erdpotentiale darstellen, die entsprechend den VDE-Bestimmungen galvanisch voneinander getrennt sind.

Fig. 1 zeigt die Netzspannung UN an den Klemmen 1, den Netzgleichrichter 2, den die Betriebsspannung U1 liefernden Ladekondensator 3, den Trenntransformator Tr mit der Primärwicklung 4 und einer Sekundärwicklung 5, den Gleichrichter 7 und den Ladekondensator 8 zur Erzeugung einer Betriebsspannung U2 an der Klemme 9, den primärseitigen Schalttransistor 6 sowie eine Steuerschaltung 10, die die Schaltspannung 11 für den Schalttransistor 6 erzeugt.

Die Sekundärseite des Trenntransformators Tr enthält den von einer Fernbedieneinheit 12 über Infrarot ansteuerbaren Fernbedienungsempfänger 13, der den Mikroprozessor 14 steuert. Der Mikroprozessor 14 steuert über den Verstärker 15 den Optokoppler 16 an. Der Ausgang des Optokopplers 16 in Form einer Transistorstrecke liegt zwischen der Basis des Steuertransistors 17 und Erde. Der Steuertransistor 17 liegt zwischen der Basis des Schaltransistors 6 und Erde und ist über den Arbeitswiderstand R1 an den die Betriebsspannung U1 liefernden Ladekondensator 3 angeschlossen. Zwischen der Basis des Transistors 17 und Erde liegt noch der manuell betätigte Schalter S1. Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird im folgenden getrennt nacheinander für den Bereitschaftsbetrieb und den Normalbetrieb beschrieben.

Bereitschaftsbetrieb

Im Bereitschaftsbetrieb wird der Optokoppler 16 von dem Mikroprozessor 14 über den Verstärker 15 so angesteuert, daß die den Ausgang des Optokopplers 16 bildende Transistorstrecke durchlässig ist und die Basis des Steuertransistors 17 mit Erde verbindet. Dadurch ist der Transistor 17 leitend und die Basis des Transistors 6 und somit die Schaltspannung 11 gegen Erde kurzgeschlossen. Der Schalttransistor 6 erhält keine Schaltspannung und bleibt gesperrt, so daß auch der Trenntransformator Tr nicht arbeitet. Über den Widerstand R1 fließt ein Strom von nur 0,75 mA entsprechend einer Leistungsentnahme vom Netz von etwa 0,25 Watt. Der Widerstand R1 bildet zusätzlich den in der Regel vorgesehenen und vorgeschriebenen Entladewiderstand für den Ladekondensator 3, damit dieser sich nach dem Abschalten des Schaltnetzteils vom Netz etwa während einer Minute entlädt. Da der Transformator Tr nicht arbeitet, ist auch die sekundärseitige Betriebsspannung U2 nicht vorhanden. Die Bauteile 13-15 werden von dem Akku 20 mit Betriebsspannung versorgt. Während Bereitschaftsbetrieb wird somit dem Netz nur die geringe Leistung entnommen, die zum Durchschalten des Steuertransistors 17 erforderlich ist.

Normalbetrieb

Der Optokoppler 16 wird von dem Mikroprozessor 14 nicht mehr angesteuert. Die den Ausgang des Optokopplers 16 bildende Transistorstrecke ist somit gesperrt, so daß auch der Steuertransistor 17 gesperrt wird. Die Schaltspannung 11 kann jetzt auf den Schalttransistor 6 gelangen und den für die Wirkungsweise des Schaltnetzteils notwendigen Schalterbetrieb einleiten. Das Schaltnetzteil gelangt dadurch in Betrieb und erzeugt auf der Sekundärseite unter anderem die Betriebsspannung U2, in der Regel über weitere Wicklungen und Gleichrichter weitere Betriebsspannungen unterschiedlicher Größe und Polarität. Die Betriebsspannung U2 bewirkt über die Ladeschaltung 18 eine Nachladung des Akkus 20. Dadurch wird die während des Bereitschaftsbetriebs von den Stufen 13-15 dem Akku 20 entnommene Ladung wieder ausgeglichen.

Fig. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Prinzipschaltung gemäß Fig. 1. Dabei sind die in Fig. 2 vorhandenen Bauteile von Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Der hochohmige Arbeitswiderstand R1 für den Steuertransistor 17 von etwa 360 kOhm ist durch drei in Reihe geschaltete Widerstände gebildet. Im Bereitschaftsbetrieb erzeugt der leitende Steuertransistor 17 an dem Kondensator 21 eine Spannung, die den Schalttransistor 6 sperrt. Wenn die beiden Klemmen des manuell betätigten Schalters S1 kurz­ geschlossen werden, wird ebenfalls der Steuertransistor 17 durchlässig gesteuert und dadurch der Schalttransistor 6 gesperrt, also der Bereitschaftsbetrieb eingeleitet. Die Schaltspannung 11 wird dadurch erzeugt, daß das Schaltnetzteil durch die zusätzliche Primärwicklung 22 selbst schwingend ausgebildet ist.

Claims (10)

1. Schaltnetzteil für Normalbetrieb und Bereitschaftsbetrieb mit einem Netzteil und einem Schalttransistor (6) auf der Primärseite und einem Fernbedienungsempfänger (13) und einem Mikroprozessor (14) auf der Sekundärseite des Trenntrafos (Tr) sowie mit einem vom Trenntrafo (Tr) getrennten Übertragungselement (16) von der Sekundär- zur Primärseite, dadurch gekennzeichnet, daß der Fernbedienungsempfänger (13), der Mikroprozessor (14) und das Übertragungselement (16) von einem Akku (20) oder einem Ladekondensator gespeist sind und an die Basis des Schalttransistors (6) ein vom Netzteil gespeister Steuertransistor (17) angeschlossen ist, der im Bereitschaftsbetrieb von dem Übertragungselement (16) im Sinne einer Sperrung des Schalttransistors (6) gesteuert ist.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement ein Optokoppler (16) ist.

3. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement durch die Kombination eines Kondensators mit einem Thyristor dient, wobei der Thyristor als Schalter und der Kondensator als Zündimpulsübertrager mit galvanischer Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite des Trenntrafos wirkt.

4. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransistor (17) über einen Arbeitswiderstand (R1) an den Ladekondensator (3) des Netzteils angeschlossen ist.

5. Netzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitswiderstand (R1) ein ohnehin parallel zum Ladekondensator (3) vorgesehener und vorgeschriebener Entladewiderstand dient.

6. Netzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitswiderstand (R1) so hochohmig bemessen ist, daß die dem Netz entnommene Leistung in der Größenordnung von 1/4 Watt liegt.

7. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Sekundärseite gespeiste Ladeschaltung (8) zum Laden des Akku (20) oder eines Ladekondensators während des Normalbetriebs vorgesehen ist.

8. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basis des Steuertransistors (17) ein manuell betätigter Schalter (S1) angeschlossen ist, mit dem das Schaltnetzteil zwischen dem Bereitschaftsbetrieb und dem Normalbetrieb umschaltbar ist.

9. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung für eine zweite Bereitschaftsbetriebsart vorgesehen ist, die ohne Akku und nur mit Leistungsentnahme vom Netz arbeitet.

10. Netzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung zur Überwachung des Ladezustands des Akkus (20) oder des Ladekondensators vorgesehen ist, die bei Unterschreiten eines bestimmten Ladezustands eine selbsttätige Umschaltung von dem Bereitschaftsbetrieb mit Akku (20) in die zweite Bereitschaftsbetriebsart bewirkt.