DE19705155A1

DE19705155A1 - Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE19705155A1
Application number: DE19705155A
Authority: DE
Inventors: Markus Rehm; Thomas Riesle; Gerard Dr Rilly; Jose-Ignacio Rodriguez-Duran
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1998-05-14
Also published as: DE69727359T2; DE69727359D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit einem Schalttransistor, einer Treiberstufe und einem Trenntransformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, wobei der Schalttransistor zwischen der eingangsseitigen Betriebsspannung und der Primärwicklung des Trenntransformators angeordnet ist. Schaltnetzteile dieser Art sind seit längerem bekannt, sie werden aber nur sehr selten eingesetzt, weil die Ansteuerung des Schalttransistors wegen seiner hochliegenden Potentiale problematisch ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltnetzteil dieser Art anzugeben, das eine einfache Schaltung zur Ansteuerung des auf hohem Potential liegenden Schalttransistors aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird der Steuereingang des Schalttransistors durch die Treiberstufe über ein Differenzierglied angesteuert. Da hierdurch der Steuereingang gleichspannungsmäßig entkoppelt ist, kann er über einen Widerstand auf das Potential der eingangsseitigen Betriebsspannung gelegt werden.

Die Treiberstufe erzeugt Rechteckimpulse zur Ansteuerung des Schalttransistors. Die Zeitkonstante des Differenziergliedes ist so gewählt, daß durch eine positive Pulsflanke der Schalttransistor gesperrt wird und bei einer negativen Pulsflanke geöffnet wird. Durch die Variation der Pulsbreite kann die Ausgangsspannung des Schaltnetzteiles geregelt werden.

Da der Schalttransistor auf die Stromrichtung bezogen vor der Primärwicklung des Trenntransformators liegt, kann das auf dem niedrigeren Potential liegende Ende der Primärwicklung zur Erzeugung einer primärseitigen Versorgungsspannung genutzt werden. Diese kann mittels eines zwei Zenerdioden enthaltenden Netzwerkes stabilisiert werden, durch das gleichzeitig der Anlaufstrom für die Treiberstufe bereitgestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand einer schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein primärseitiges Blockschaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten Schaltnetzteiles.

Das Schaltnetzteil der Figur enthält einen Brückengleichrichter mit vier Dioden DP01-DP04 zur Erzeugung einer eingangsseitigen Betriebsspannung UB1 aus einer Wechselspannung VAC. Die Betriebsspannung UB1 ist stabilisiert durch zwei in Reihe geschaltete Zenerdioden DP05 und DP06 parallel zu zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren CP05 und CP06. Über den untereinander verbundenen Mittenabgriff dieser Reihenschaltungen wird gleichzeitig eine Versorgungsspannung UB2 stabilisiert. Durch zwei kapazitive Blindwiderstände C1 und C2 ist die an dem Brückengleichrichter anliegende Wechselspannung erheblich reduziert. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Betriebsspannung UB1 36 Volt und die Versorgungsspannung UB2 6 Volt.

An der Betriebsspannung UB1 ist der Emitter eines Schalttransistors TP21 angeschlossen, dessen Kollektor mit der Primärwicklung W1 eines Trenntransformators TR1 verbunden ist. Der zweite, auf niedrigerem Potential liegende Anschluß 4 der Primärwicklung W1 ist mit der Versorgungsspannung UB2 verbunden. Die Versorgungsspannung UB2 wird also sowohl durch die Zenerdiode DP05 bereitgestellt als auch durch den Betrieb des Schalttransistors TP21 aus der primärseitigen Wicklung W1 gewonnen und durch die Zenerdiode DP06 und den Kondensator CP06 stabilisiert. Die Versorgungsspannung UB2 dient der Versorgung einer Treiberstufe IP01 und einer Transistorstufe TP30.

Die Treiberstufe IP01 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Oszillator, der durch einen entsprechend beschalteten Operationsverstärker realisiert ist. Er arbeitet als astabiler Multivibrator und erzeugt Rechtecksignale. Der Ausgang der Treiberstufe IP01 ist über ein Differenzierglied mit dem Steuereingang des Schalttransistors TP21 verbunden. Das Differenzierglied besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Serienschaltung eines Widerstandes RP20 und eines Kondensators CP20, deren Werte so gewählt sind, daß sie die Schaltflanken des Oszillatorsignals differenzieren.

Parallel zu Emitter und Basis des Schalttransistors TP21 liegt ein Widerstand RP22, durch den dessen Basispotential auf Betriebsspannung UB1 gezogen wird, so daß sich der Schalttransistor ohne Ansteuersignal im gesperrten Zustand befindet. Durch die Differenzierung der Rechteckimpulse entstehen alternierend geeignete positive und negative Impulse zum Durchschalten bzw. Sperren des Schalttransistors TP21.

Der Trenntransformator TR1 enthält eine primärseitige Hilfswicklung W3, durch die ein Regelsignal zur Stabilisierung einer oder mehrerer sekundärseitiger Ausgangsspannungen bereitgestellt wird. Dieses wird in einer Transistorstufe TP30 verstärkt und dem Oszillator IP01 zugeführt zur Regelung der Pulsbreite.

Das Schaltnetzteil arbeitet beispielsweise mit einer Oszillatorfrequenz von 100 KHz, die durch den Oszillator IP01 vorgegeben ist. Das Schaltnetzteil kann aber auch synchronisiert werden, z. B. über einen Frequenzbereich von 40-150 KHz. Durch entsprechende Dimensionierung kann das Differenzierglied auf eine gewünschte Oszillationsfrequenz bzw. einen Oszillationsbereich angepaßt werden.

Folgende Werte wurden für relevante Bauteile des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels verwendet:
RP20 : 4,7 kOhm
CP20 : 100 pF
RP21 : 47 kOhm.

Als Schalttransistor kann insbesondere auch ein MOS-Feldeffekttransistor verwendet werden, der aufgrund seines hochohmigen Gate-Eingangs mit sehr geringen Schaltströmen gesteuert werden kann.

Das Ausführungsbeispiel der Figur dient vorzugsweise zur Erzeugung von geringen sekundärseitigen Leistungen und weist einen sehr guten Wirkungsgrad auf. Der Transformator TR1 kann sehr kompakt ausgeführt werden, auch deshalb, weil er nur für eine geringe Betriebsspannung ausgelegt ist. Das Schaltnetzteil eignet sich deshalb insbesondere als separates Standby-Schaltnetzteil für Geräte der Unterhaltungselektronik. Es kann aber auch für höhere Leistungen ausgelegt werden, so eignet es sich beispielsweise auch als DC-DC-Wandler in Verbindung mit einer Autobatterie. Der Anlauf des Schaltnetzteils wird in einfacher Weise über die Zenerdiode DP05 bewirkt.

Claims

1. Schaltnetzteil mit einem Schalttransistor (TP21), einer Treiberstufe (IP01), einem Trenntransformator (Tr1) mit einer Primärwicklung (W1) und einer Sekundärwicklung (W2) und einer eingangsseitigen Betriebsspannung (UB1), wobei der Schalttransistor (TP21) zwischen der Betriebsspannung (UB1) und der Primärwicklung (W1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Schalttransistors (TP21) ein Differenzierglied zwischen der Treiberstufe (IP01) und dem Schalttransistor (TP21) angeordnet ist.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied einen Widerstand (RP20) und einen Kondensator (CP20) in Reihe enthält.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Betriebsspannung (UB1) und der Basis des Schalttransistors (TP21) ein Widerstand (RP21) angeordnet ist.

4. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufe (IP01) Rechteckimpulse zur Ansteuerung des Schalttransistors (TP21) erzeugt, und daß die Zeitkonstante des Differenziergliedes so gewählt ist, daß die Differenzierung der Rechteckimpulse zur Steuerung des Schalttransistors (TP21) geeignete positive und negative Impulse liefert.

5. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf niedrigerem Potential liegende Ende (4) der Primärwicklung (W1) zur Erzeugung einer primärseitigen Versorgungsspannung (UB2) dient.

6. Schaltnetzteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine mit der Betriebsspannung (UB1) verbundene Serienschaltung mit zwei Zenerdioden (DP06, DP05) enthält zur Stabilisierung der Versorgungsspannung (UB2).

7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Betriebsspannung (UB1) verbundene Zenerdiode (DP05) zusätzlich zur Bereitstellung des Anlaufstroms für die Treiberstufe (IP01) dient.

8. Schaltnetzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangsseitige Betriebsspannung (UB1) eine Gleichspannung ist, die gegenüber der eingangsseitigen Wechselspannung (VAC) reduziert ist.

9. Schaltnetzteil nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es als Sperrwandler arbeitet.