DE19823360C2

DE19823360C2 - Power supply circuit

Info

Publication number: DE19823360C2
Application number: DE1998123360
Authority: DE
Inventors: Michael Bothe
Original assignee: Friwo Geraetebau GmbH
Current assignee: Friwo Geraetebau GmbH
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: DE19823360A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a power supply circuit according to the preamble of claim 1.

State of the art

Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltung dieser Art. Bei ihr wird die gleichgerichtete Netzspannug U1 nach hochfrequenter Zerhac kung durch einen Schalter S1 der Primärseite eines Transforma tors TR angeboten. Die Spannung der Sekundärseite des Transfor mators TR wird mittels eines Schalters S2 gleichgerichtet, mit tels eines Kondensators C2 gesiebt und als Sicherheits-Klein- Spannung U2 zur Speisung eines Kleingerätes (Handy's, CD- Players, Taschenlampe usw.) zur Verfügung gestellt. Fig. 1 shows a known circuit of this type. In it the rectified Netzspannug U1 after high-frequency Zerhac tion is offered by a switch S1 of the primary side of a transformer TR. The voltage of the secondary side of the transformer TR is rectified by means of a switch S2, sieved by means of a capacitor C2 and made available as a safety low voltage U2 for supplying a small device (cell phones, CD players, flashlights, etc.).

Zur Konstanthaltung von U2 bei schwankender Last auf der Aus gangsseite und/oder schwankender Spannung U1 werden einerseits der Ausgangsstrom mittels eines Widerstandes R2 und anderer seits die Ausgangsspannung mittels der Widerstände R3, R4 er faßt. Beide Werte werden einem Baustein CNT2 angeboten, der sie mit Sollwerten vergleicht und einen entsprechenden Regelstrom an eine Leuchtdiode eines Optokopplers OC abgibt. Der Pho totransistor des Optokopplers sendet eine elektrische Größe an einen zweiten Baustein CNT1, der die Zerhackungsfrequenz des Schalters S1 steuert. Der Primärstrom erfährt also eine Puls breitenmodulation nach Maßgabe der Abweichungen der ertasteten Strom-/Spannungs-werte auf der Ausgangsseite der Gesamtschal tung mit der Folge, daß die Spannung U2 und der Ausgangsstrom konstant gehalten werden.To keep U2 constant when the load fluctuates on the off on the aisle side and / or fluctuating voltage U1 the output current by means of a resistor R2 and others the output voltage by means of the resistors R3, R4 summarizes. Both values are offered to a CNT2 block, which they compares with setpoints and a corresponding control current outputs to a light emitting diode of an optocoupler OC. The Pho Dead transistor of the optocoupler sends an electrical variable a second module CNT1, the chopping frequency of the Switch S1 controls. The primary current therefore experiences a pulse width modulation in accordance with the deviations of the palpated Current / voltage values on the output side of the overall scarf tion with the result that the voltage U2 and the output current be kept constant.

CNT1 wird mit Energie (U3) von einer zweiten Wicklung auf der Primärseite des Transformators TR versorgt. CNT2 wird mit Ener gie (U4) von einer zweiten Wicklung auf der Sekundärseite des Transformators TR versorgt.CNT1 is powered by energy (U3) from a second winding on the Primary side of the transformer TR supplied. CNT2 is with Ener gie (U4) from a second winding on the secondary side of the Transformer TR supplied.

Die bekannte Schaltung zeichnet sich also dadurch aus, daß ein Optokoppler (OC) vorgesehen ist, des sen Leuchtdiode gemäß einem schwankenden Strom als Regelgröße Lichtsignale aussendet und dessen Phototransistor gemäß diesen Lichtsignalen einen schwankenden Strom abgibt, der den ersten Schalter (S1) steuert und auf diese Weise eine Pulsbreitenmodu lation des Primärstroms bewirkt. Eine solche Schaltung ergibt sich aus "Elektronik" 15/25.7.1986, S. 117-120, Bild 1, Zeile 2.The known circuit is characterized in that an optocoupler (OC) is provided, the sen light emitting diode emits light signals according to a fluctuating current as a controlled variable and its phototransistor emits a fluctuating current according to these light signals, which controls the first switch (S1) and on this causes a pulse width modulation of the primary current. Such a circuit results from "Electronics" 15 / 25.7.1986 , pp. 117-120, Figure 1, line 2 .

Der Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß sie bei sehr großen Abweichungen der Eingangsspannung U1 von ihrem Sollwert zu kleineren Werten hin versagt: In diesem Falle reicht die Spannung U4 nicht mehr aus, um die Leuchtdiode des Optokopplers zu versorgen.The disadvantage of the known circuit is that it very large deviations of the input voltage U1 from it Setpoint fails to lower values: In this case the voltage U4 is no longer sufficient to the LED of the Optocoupler to supply.

Entsprechendes gilt bei sehr starker Belastung der Schaltung auf der Ausgangsseite: Auch in diesem Falle reicht U4 nicht mehr aus, um die Leucht-Diode des Optokopplers zu versorgen.The same applies if the circuit is very heavily loaded on the exit side: U4 is not enough in this case either more to supply the light-emitting diode of the optocoupler.

Hinzu kommt folgendes: Um die Versorgungsspannung für CNT2 den jeweiligen Gegebenheiten anzupassen, muß die zweite sekundär seitige Wicklung des Transformators TR mit einem Vorregler S3 verbunden sein, an dem die Spannung für CNT2 abgegriffen wird. Dieser Regler verbraucht eine hohe Verlustleistung. In addition there is the following: To the supply voltage for the CNT2 To adapt to the respective circumstances, the second must be secondary side winding of the transformer TR with a pre-regulator S3 at which the voltage for CNT2 is tapped. This controller consumes a high power loss.

Sodann müssen für verschiedene Ausgangsspannungen verschiedene Wicklungen auf dem Transformator vorhanden sein. Diese ver schlechtern die Kopplung des Transformators und damit seine Leistungsausnutzung.Then different for different output voltages Windings are present on the transformer. This ver deteriorate the coupling of the transformer and thus its Power utilization.

Die Übermittlung des Regelsignals über den Optokoppler hat wei terhin den Nachteil, daß die Ausgangsspannung größer als 3 V sein muß. Außerdem hat ein Optokoppler eine relativ einge schränkte Lebensdauer.The transmission of the control signal via the optocoupler has white terhin the disadvantage that the output voltage is greater than 3 V. have to be. In addition, an optocoupler has a relatively on limited lifespan.

Ferner ist eine Schaltung zur Umwandlung einer hohen Gleich spannung in eine niedrige Gleichspannung bekannt (JP 59-178969 (A) In: Patents Abstracts of Japan Sect. E, 1985, Vol. 9, No. 36 (E-296)), die ähnlich ausgebildet ist wie die erwähnte be kannte Schaltung und der Anmeldungsgegenstand. Bei dieser wird allerdings nur die sekundärseitige Spannnung, nicht aber der sekundärseitige Strom erfaßt. Die Regelung ist insofern schlechter als bei dem erwähnten bekannten Gegenstand bzw. beim Anmeldungsgegenstand.Furthermore, a circuit for converting a high to equal voltage into a low DC voltage is known (JP 59-178969 (A) In: Patents Abstracts of Japan Sect. E, 1985, Vol. 9, No. 36 (E-296)), which is similar to the mentioned be known circuit and the object of registration. With this one however only the secondary tension, not the secondary current detected. The regulation is so far worse than in the mentioned known subject or Subject Matter.

Schließlich ist eine Schaltung bekannt (JP 4-364364 (A) In: Patents Abstracts of Japan, Sect. E, 1993, Vol. 17, No. 238 (E-1363)), bei der eine erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung umgewandelt wird, wobei die erste Gleichspannung zunächst zerhackt, dann transformiert wird, und dann die Sekun därspannung gleichgerichtet wird. Auch hierbei wird nur die Ausgangsspannung und nicht der Ausgangsstrom zu Regelzwecken benutzt mit der Folge, daß die Regelung entsprechend schlecht ist.Finally, a circuit is known (JP 4-364364 (A) In: Patents Abstracts of Japan, Sect. E, 1993, Vol. 17, No. 238 (E-1363)), in which a first DC voltage into a second DC voltage is converted, the first DC voltage first chopped, then transformed, and then the second rectification voltage is rectified. Again, only that Output voltage and not the output current for control purposes used with the result that the regulation is accordingly poor is.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß sie frei von all diesen Nachteilen ist.The invention is based, the circuit according to the task train the preamble of claim 1 so that it is free of all these disadvantages is.

Solution according to the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben ist.This object is achieved according to the invention, as in the license plate of claim 1 is specified.

Auf diese Weise wird folgendes erreicht: Wird die Versorgungs spannung U1 kleiner, dann wird das durch die Spannung über R3, R4 von CNTR2 erfaßt und über S5 und R3' an CNT1 weitergegeben mit der Folge, daß S3 durch Änderung der Pulsbreite diesem Ab fall entgegensteuert. Die Versorgungsspannung für CNT2 ist dem gemäß weitgehend unabhängig von U1.In this way, the following is achieved: The supply voltage U1 lower, then this is due to the voltage across R3, R4 captured by CNTR2 and passed on to CNT1 via S5 and R3 ' with the consequence that S3 this Ab by changing the pulse width countermeasures. The supply voltage for CNT2 is that largely independent of U1.

Hinzu kommt folgendes: Da die Versorgungsspannung für CNT2 nun mehr unabhängig von der Ausgangsspannung U2 bzw. dem Ausgangs strom I1 ist, kann auch eine sehr starke Absenkung von U2 bei großer Ausgangslast sich nicht auf die Versorgungsspannung von CNT2 auswirken.Added to this is the following: Since the supply voltage for CNT2 is now more independent of the output voltage U2 or the output current I1 can also cause a very sharp drop in U2 large output load does not affect the supply voltage of Impact CNT2.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die hohe Verlustleistung durch S3 (s. die bekannte Schaltung) bei der erfindungsgemäßen Schaltung wegfällt.It is also advantageous that the high power loss through S3 (see the known circuit) in the circuit according to the invention eliminated.

Sodann benötigt man für verschiedene Ausgangsspannungen nicht mehr unterschiedliche Wicklungen, vielmehr kann auf diese Wick lungen vollständig verzichtet werden, so daß sich die Leistungsnutzung des Transformators TR erheblich verbessert. Weiterhin verbessert sich die Kopplung.Then you do not need for different output voltages more different windings, rather this winding can lungs are completely dispensed with, so that the Power utilization of the transformer TR significantly improved. The coupling also improves.

Die erfindungsgemäße Schaltung gestattet es darüber hinaus, Aus gangsspannungen kleiner als 3 V zu verwenden. Man kann sogar unter Aufrechterhaltung eines begrenzten Stromes bis zur Aus gangsspannung 0 V herunterregeln und somit z. B. tiefentladene Akkumulatoren laden. Schließlich muß man nicht mehr die einge schränkte Lebensdauer des Optokopplers hinnehmen.The circuit according to the invention also allows Aus to use input voltages less than 3 V. You can even while maintaining a limited current until off regulate the output voltage down to 0 V and thus e.g. B. deeply discharged Charge batteries. After all, you no longer have to turn them on Accept the limited life of the optocoupler.

Specification according to subclaims

Ferner wird vorgeschlagen, daß ein Kontrollteil, bestehend aus den beiden Bausteinen, dem zweiten Transformator und weiteren Peripherieteilen ein integriertes Bauteil in Mikrosystemtechnik ist.It is also proposed that a control part consisting of the two components, the second transformer and others Peripherals an integrated component in microsystem technology is.

Ein in dieser Weise ausgebildetes Schaltteil ist wesentlich kleiner als ein entsprechendes Teil, ausgebildet in der bekann ten Art und Weise.A switching part designed in this way is essential smaller than a corresponding part, trained in the known ten way.

Sodann wird vorgeschlagen, daß im sekundärseitigen Versorgungs kreis als Gleichrichter ein Feldeffekt-Transistor mit Invers- Diode liegt, der vom zweiten Baustein gesteuert wird. Auf diese Weise ist es möglich, Verluste während des Leitzustandes auf niedrige Werte zu reduzieren. Außerdem kann die Verlustleistung auch bei hohen Lastströmen I1 sowie niedrigen Ausgangsspannungen U2 abgesenkt werden.Then it is proposed that in the secondary supply circuit as a rectifier, a field effect transistor with inverse Diode is located, which is controlled by the second component. To this It is possible to have losses during the control state reduce low values. In addition, the power loss even with high load currents I1 and low output voltages U2 can be lowered.

Embodiments of the invention

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Wie im bekannten Falle (Fig. 1) liegt eine gleichgerichtete Eingangs spannung U1, durch S1 zerhackt, an der Primärseite eines Trans formators TR1. Die Sekundärseite des Transformators TR1 liefert die durch C2 gesiebte Ausgangsspannung U2. Die Zerhackungsfre quenz des Schalters S1 wird wie im bekannten Fall gemäß Fig. 1 von dem Baustein CNT1 geliefert. Die Abtastung der Ausgangsspannung erfolgt ebenfalls wie im Falle der Fig. 1: Der Ausgangsstrom wird mittels R2 erfaßt und die Ausgangsspannung mittels R3, R4. Beide Größen werden dem Baustein CNT2 angeboten. Fig. 2 shows a first embodiment of the invention. As in the known case ( Fig. 1) is a rectified input voltage U1, chopped by S1, on the primary side of a transformer TR1. The secondary side of the transformer TR1 supplies the output voltage U2 sifted through C2. The Zerhackungsfre frequency of the switch S1 is supplied as in the known case according to FIG. 1 by the block CNT1. The output voltage is also sampled as in the case of FIG. 1: the output current is detected by means of R2 and the output voltage by means of R3, R4. Both sizes are offered for the CNT2 module.

Im Gegensatz zum Falle der Fig. 1 ist im erfindungsgemäßen Fall ein zweiter Transformator TR2 vorgesehen, der zwei Aufgaben zu erfüllen hat:
Einerseits erfolgt über ihn die Stromversorgung von CNT2. Die Sekundärwicklung von TR2 liefert nämlich eine Spannung, die nach Siebung durch C4 CNT2 angeboten wird. Damit das möglich ist, muß der Strom durch die Primärwicklung von TR2 mittels eines Schal ters S3 zerhackt werden. Diese Zerhackung bewirkt CNT1.In contrast to the case in FIG. 1, a second transformer TR2 is provided in the case according to the invention, which has two tasks to perform:
On the one hand, it supplies CNT2 with power. The secondary winding of TR2 provides a voltage that is offered after screening by C4 CNT2. To make this possible, the current through the primary winding of TR2 must be chopped by means of a switch S3. This chopping causes CNT1.

Andererseits erfolgt über TR2 die Steuerung der Zerhackung von S1 (die ja die Pulsbreitenmodulation des Primärstroms bewirkt): Eine von CNT2 gelieferte Regelgröße beeinflußt einen Schalter S5 derart, daß dieser entsprechend den Regelschwankungen öffnet und schließt. Das wird an einem Widerstand R3' im Primärkreis des zweiten Transformators TR2 detektiert und im Baustein CNT1 er faßt. Dieser liefert die Steuergröße für S1. Außerdem liefert CNT1 auch die Steuergröße für S3. Eine Diode S6 sorgt dafür, daß die Versorgungsspannung für CNT2 bei geschlossenem S5 stehen bleibt.On the other hand, the chopping of is controlled via TR2 S1 (which causes the pulse width modulation of the primary current): A controlled variable supplied by CNT2 influences a switch S5 in such a way that it opens in accordance with the control fluctuations and closes. This is done at a resistor R3 'in the primary circuit of the second transformer TR2 is detected and in the CNT1 module summarizes. This provides the control variable for S1. Also delivers CNT1 also the control variable for S3. A diode S6 ensures that the supply voltage for CNT2 is when S5 is closed remains.

Schließlich erfolgt von TR2 noch die Energieversorgung von CNT1: TR2 weist primärseitig eine zweite Wicklung auf, die eine Span nung U3 liefert. Diese wird CNT1 zur Energieversorgung angeboten.Finally, TR2 also supplies CNT1 with energy: TR2 has a second winding on the primary side, a chip supply U3. This becomes CNT1 for energy supply offered.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Diese ist identisch mit der Schaltung gemäß Fig. 2 bis auf folgende Einzelheit:
Anstelle des Gleichrichters S2 (s. Fig. 2) ist ein Feldeffekt- Transistor S2 mit Invers-Diode vorgesehen. Der Feldeffekt- Transistor wird von CNT2 angesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, die Verluste während des Leitzustandes zu reduzieren. Fig. 3 shows a second embodiment of the invention. This is identical to the circuit according to FIG. 2 except for the following detail:
Instead of the rectifier S2 (see FIG. 2), a field effect transistor S2 with an inverse diode is provided. The field effect transistor is driven by CNT2. In this way it is possible to reduce the losses during the control state.

Außerdem kann die Verlustleistung auch bei hohen Lastströmen I1 sowie niedriger Eingangsspannung U1 abgesenkt werden.In addition, the power loss can also with high load currents I1 as well as lower input voltage U1.

Claims

1. Power supply circuit for converting a mains voltage into a safety extra-low voltage (U2) with which small electrical devices can be supplied, consisting of
a rectifier for converting the mains voltage into a rectified input voltage (U1),
a first switch (S1) for chopping the input voltage (U1),
a first transformer (TR1), the primary part of which is subjected to the chopped voltage, the secondary voltage of which is screened by means of a capacitor (C2) and is available as a safety extra-low voltage (U2),
a circuit for largely keeping the low voltage (U2) with fluctuating load (R1) on the output side of the power supply circuit and / or fluctuating input voltage (U1) consisting of
a secondary-side module (CNT2), which detects the secondary-side current (via R2) and the secondary-side voltage (via R3, R4) and compares both variables with at least one setpoint and develops a control variable that is offered to a primary-side module (CNT1), which controls the chopping rhythm of the first switch (S1),
a power supply is provided for each module (CNT1 or CNT2), which consists of a transformer winding on the transformer side, on which the respective module (CNT1 or CNT2) is located, and a filter capacitor (C3, C4),
characterized in that a second transformer (TR2) is seen before, the primary winding of the input voltage (U1), chopped by a second switch (S3) in series with the primary winding of the second transformer (TR2),
that the secondary side of this second transformer (TR2) supplies the secondary-side module (CNT2) with current,
that a third switch (S5) in the secondary circuit of the second transformer (TR2), in particular parallel to this, which opens or closes according to the controlled variable of the secondary-side module (CNT2), and that these changes to a resistor (R3 ') in Supply circuit of the primary side of the second transformer (TR2) detected and registered in the primary-side module (CNT1) with the result that the first switch (S1) is acted upon accordingly and causes a pulse width modulation of the primary current.

2. Power supply circuit according to claim 1, characterized records that a control part consisting of the two construction stones (CNT1 and CNT2), the second transformer (TR2) and other peripheral parts (C3, S3, R3 ', C4, S4, S5, S6) one in integrated component in microsystem technology.

3. Power supply circuit according to claim 1 or 2, characterized in that in the secondary supply circuit as a rectifier is a field effect transistor (S2) with an inverse diode, which is controlled by the second module (CNT2) ( Fig. 3).

4. Power supply circuit according to claims 1 to 3, there characterized in that the second switch (S3) is on Field effect transistor with inverse diode is.

5. Power supply circuit according to claims 1 to 4, there characterized in that the third switch (S5) is on Field effect transistor with inverse diode is.

6. Power supply circuit according to claims 1 to 5, there characterized in that in the supply circuit for the secondary-side module (CNT2) is a diode (S6) so that if the supply voltage drops due to the activity of the third switch (S5) the supply voltage (U4) on the secondary side component (CNT2) is held.

7. Power supply circuit according to claims 1 to 6, there characterized in that the primary-side module (CNT1) from a winding on the primary side of the second transformer (TR2) is powered.