DE2160659C3 - Schaltungsanordnung für ein spannungsstabilisiertes Netzteil mit einem Sperrwandler - Google Patents

Description

^1S Eine solche Schaltungsanordnung :st bekannt (USA.-Patenrschrift 3 421 069). Nach dem Sperrwandler-Prinzip steigt bei leitendem Schalttransistor ein Strom in seinem Lastkreis durch die angeschlossene Arbeitswicklung des Transformators zunächst linear an. Über eine Rückkopplungswicklung wird der Schalttransistor so lange durchgeschaltet, bis der Kollektorstrom einen Endwert erreicht hat und nicht mehr weiter ansteigen kann. Dann wird in der Rückkopplungswicklung keine Spannung mehr induziert und dadurch der Schalttransistor im Steuerkreis nicht mehr angesteuert, so daß er sperrt. Während der Zeit, in der durch den Schalttransistor Strom fließt, ist der Ausgang des Transformators, d h seine Sekundärseite, durch Gleichrichter gesperrt und eine angeschlossene Last abgetrennt. Nach der Sperrung des Schalttransistors fließt die im Transformator gespeicherte Energie über den bzw. die an der Ausgangsseite des Transformators angeschlossenen Gleichrichter ab. Je nach der Dimensionierung der beteiligten Bauelemente, nach der Höhe der den Sperrwandler speisenden Gleichspannung und der Größe der angeschlossenen Last stellt sich eine Eigenfrequenz ein, mit der der Sperrwandler schwingt.

Der Abschaltzeitpunkt des Schalttransistors wird durch den Thyristor bestimmt, indem dieser gezündet wird. Der 2:ündzeitpunkt ist abhängig von der Höhe der in den Sperrphasen des Sperrwandlers über die Diode entnommenen Vergleichsspannung. Die Funktion läßt sich etwa mit »selbstschdingender Sperrwandler mit getriggerter Abschaltung« beschreiben. Die Vergleichsschaltung und die Ansteuerschaltung des Thyristors sind bei der bekannten Schaltungsanordnung icdoch relativ aufwendig. Es ist außer dem vorgenannten Steuertransistor ein Vergleichstransistor vorgesehen. Entsprechend viele passive Schaltungselemente (Widerstände, Kondensatoren, Dioden) sind vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer derartigen Schaltungsanordnung den schaltungstechnischen Aufwand für den Regel- und Steuerteil zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Emitter des

Steuertransistors einerseits über die Z-Diode mit dem inen Pol der Vergleichsspannung, andererseits über inen ohmschen Widerstand mit dem anderen Pol der Vergleichsspanr.ung verbunden ist, daß die Basis am Abgriff eines an die Vergleichsspannung gelegten ohm- 5 sehen Spannungsteilers liegt und der Kollektor über einen ohmschen Widerstand mit einem Pol der Vercleichsspannung verbunden ist, welcher Pol außerdem mit der Katode des Thyristors verbunden ist, daß parallel zu dem ohmschen Spannungsteiler ein Kondensator 10 geschaltet ist und daß in Reihe mit der Arbeitsstrecke des Thyristors und mit der Parallelschaltung aus der Steuerstrecke des Schalttransistors und der Rückkopplungswicklung auf der Emitterseite des Schalttransistors ein vom Strom des Lastkreises durchflossener 15 ohmscher Widerstand angeordnet ist.

Bei Erreichen eines Spitzenstromwertes im Lastkreis des Schalttransistors sperrt der Thyristor im Steuerkreis des Schalttransistors diesen. Für den Zeitpunkt ist außer der Höhe der in den Sperrphasen des Sperr- 20 entnommenen Vergleichsspannung im VerAnschluß 9 bildet für den Speixwandler und für die weiter unten beschriebene Regelschaltung das Bezugspotential. Die Basis des Schalttransistors 1 ist über einen Thyristor 11 mit dem Bezugspotential verbunden. Außerdem führt die Basis des Schalttransistors 1 über zwei anuparanei gescnaheic uiuucn ·.«. «...- '- — ^- Reihe dazu über einen ohmschen Widerstand 14 zu einem Anschluß 15 der Rückkopplungswicklung 6. Parallel zu den Dioden 12 und 13 ist ein Kondensator Ib

geschaltet

Eine Gleichspannungsquelle 17 wird durch den Ausgang einer Graetz-Gleichrichterschaltung mit den Dioden 18 bis 21 gebildet, die ihrerseits mit ihren Vi " Spannungsanschlüssen über je eine Drossel 22 mit den Klemmen einer Netzwechselspannunj verbunden ist In Reihe zu der Drossel 22 lie_ Sicherung 52, in Reihe zur Drossel 23 ein ohmscher Widerstand 25. Die Drosseln 22 und 23 sind über einen Kondensator 26 miteinander verbunden. Ein Hol der Gleichspannungsqueile 17 ist mit 27, der andere nbezeichnet. Beide sind im

nungsabfall an dem vom Strom des Lastkreises durchflossenen Widerstand im Anoden-Katoden-Kreis des Thyristors wirksam ist. Der Schaltungsaufwand zur Re- und Stabilisierung der Ausgangsspannung ist

einem Anschluß 31 der ™ ^v.^ _o

mators 4 und ist auf Masse gelegt. Die Klemme 28 der Gleichspannungsquelle 17 führt über eine Diode 32 zu einem Anschluß 33 der Wicklung 10. Außerdem ist die-

sentüch geringer. Es wird nur ein einziger

stör benötigt, der gleichzeitig als Vergleichstransistor und Regelverstärker dient. Auch der Aufwand für die passiven Schaltungselemente wie Widerstände usw. ist geringer.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß in Reihe mit der Arbeitsstrecke des Thyristors, mit der Steuerstrecke des Schalttransistors und mit dem auf der Emitterseite des Schalttransistors angeordneten Widerstand ein Kondensator liegt, dem die Reihenschaltung einer Wicklung des Transformators mit einer Diode parallelgeschaltet ist, derart, daß er auf eine Spannung aufgeladen ist, die den Schalttransistor bei gezündetem Thyristor sperrt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zum Anlaufen des Sperrwandlers der eine Pol der Speisegleichspannung über einen ohmschen Widerstand mit der Basis des Schalttransistors verbunden ist und zwischen der Basis und der Rückkopplungswicklung eine in Richtung der Emitter-Basis-Diode des Schalttransistors gepolte Diode liegt. Dabei ist je nach dem verwendeten Schalttransistortyp der entsprechende Pol der Gleichspannung, bei einem npn-Typ der positive Pol, verwendet.

Statt des Thyristors kann auch ein entsprechend geschaltetes Transistorpaar verwendet werden.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Der Kollektor eines Schalttransistors 1 vom npn-Typ ist mit einem Anschluß 2 einer Arbeitswicklung 3 eines Transformators 4 verbunden. Der Emitter liegt am Anschluß 5 einer Rückkopplungswicklung 6 des Transformators 4. Außerdem führt der Emitter des Schalttransistors 1 über die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 7 mit einem Kondensator 8 zum Anschluß 9 einer Wicklung 10 des Transformators 4. Der

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den. Die Basis des Schalttransistors 1 ist über einen ohmschen Widerstand 34 mit Masse, d. h. der Klemme 27 der Gleichspannungsquelle 17 verbunden. Außerdem liegt der Kollektor des Schalttransistor«, 1 über einen Kondensator 53 auf Masse.

Die Regeleinrichtung enthält einen Steuertransistor 35 vom pnp-Typ, der als Vergleichstransistor dient und dessen Kollektor mit der Zündelektrode des Thyristors 11 verbunden ist. Der Emitter des Vergleichstransistors 35 ist über einen ohmschen Widerstand 36 und in Reihe dazu über eine Diode 37 mit einem Anschluß 38 der Wicklung 10 verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt des ohmschen Widerstandes 36 mit der Diode 37 und dem Anschluß 15 der Rückkopplungswicklung 6 liegt eine Diode 39. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Dioden 37 und 39 und dem Bezugspotential ist die Hintereinanderschaltung eines ohmschen Widerstandes 40 mit einem ohmschen Spannungsteiler 41 und einem weiteren ohmschen Widerstand 42 geschaltet. Am Abgriff des ohmschen Spannungsteilers 41 liegt die Basis des Vergleichstransistors 35. Parallel zu dieser letztgenannten Hintereinanderschaltung liegt ein Kondensator 43. Der Emitter des Vergleichstransistors 35 führt über eine Z-Diode 44, der Kollektor über einen ohmschen Widerstand 45 zum Bezugspctential.

Von der Arbeitswicklung 3 des Transformators 4 werden mehrere Spannungen in beispielsweise verschiedener Höhe abgenommen. In der Zeichnung ist das für einen Fall dargestellt. Am Anschluß 2 der Arbeitswicklung 3 liegt eine Diode 46, die über einen Kondensator 47 zur Masse führt. Sie ist außerdem über einen ohmschen Widerstand 48 mit einem Ausgang verbunden. Zwischen dem Ausgang 49 und der Masse liegt ein Kondensator 50. Die Diode 46 ist mit einem Kondensator 51 überbrückt. Am Ausgang 49 steht eine geglättete und stabilisierte Gleichspannung.

Die Gleichspannungsquelle 17 führt eine aus der

Netzspannungsquelle 24 gleichgerichtete und mit dem Kondensator 29 geglättete Gleichspannung, die dem Sperrwandler zugeführt wird. Der Sperrwandler mit dem Schalttransistor 1 und dem Transformator 4 schwingt, abhängig von der Netzwechselspannung und der angeschlossenen Last, auf einer Eigenfrequenz. In Abhängigkeit von der Regelschaltung mit dem Vergleichstransistor 35 und dem Thyristor 11 ändert sich das Tastverhältnis für den durch den Schalttransistor 1 fließenden Strom. Der Regelschaltung wird über die Diode 37 eine dem Transformator 4 entnommene gleichgerichtete Vergleichsspannung zugeführt. Diese steht in durch den Spannungsteiler 41 einstellbarer Höhe an der Basis des Vergleichstransistors 35. Der Vergleichstransistor 35 vergleicht diese Spannung mit der durch die Z-Diode 44 gewonnenen Referenzspannung und dient gleichzeitig als Regelverstärker. Bei leitendem Vergleichstransistor 35 wird der Thyristor 11 kurzzeitig gezündet. Der Zündzeitpunkt hängt sowohl von der Ausgangsspannung des Vergleichstransistors 35 als auch vom Spannungsabfall am Emitterviderstand 7 des Schalttransistors 1 ab. Der Thyristor 11 ist nur während der Ausräum- und Abschaltzeit des Schalttransistors 1 durchgeschaltet. Er erlischt während der Sperrzeit des Schalttransistors 1, weil während dieser Zeit das Rückkopplungspotential an der Basis des Schalttransistors 1 und damit an der Anode des Thyristors 11 negativer wird als an der Katode. Wenn dei Thyristor 11 durchschaltet, wird die Basis des Schalttransistors 1 auf das Be2:ugspotential gelegt und die Rückkopplung kurzgeschlossen. Dadurch sperrt die anKondensator 8 stehende Gleichspannung den Schalt transistor 1. Das Regelpririzip beruht also auf dem Ver schieben des vorzeitigen Abschaltpunktes.

Der ohmsche Widerstand 34 und die Diode 12 diener

ίο zum Anlaufen des Siperrwandlers. Beim Anlaufer schwingt die Schaltung mit eigener Rückkopplung hoch, bis eine Vergleichsspannung aufgebaut ist, die eir Zünden des Thyristors 11 bewirkt, so daß die Regelung einsetzt und die Vergleichsspannung konstant bleibt die repräsentativ ist für sämtliche dem Transformatoi 4, also beispielsweise am Ausgang 49, entnommener Spannungen.

Zur Verbesserung des Abschaltverhaltens des Schalt transistors 1 ist parallel zu den Dioden 12 und 13 eir Kondensator 16 geschaltet. Insbesondere bei Kurz Schluß am Ausgang der Schaltungsanordnung gewähr leistet der Kondensator 16 ein sicheres Schalten de: Schalttransistors 1, so daß dieser und die gesamt« Schaltungsanordnung nicht durch übergroße Verlustlei stung gefährdet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für ein Netzteil mit einem selbstschwingenden Sperrwandler, der mit Hilfe eines Schalttransistors und eines Transformators aus einer ihn speisenden Gleichspannung eine vom Transformator über eine Gleichrichteranordnung abnehmbare Gleichspannung erzeugt, wobei eine erste Wicklung des Transformators als Arbeitswicklung in Reihe mit der Speisegleichspannung des Sperrwandlers im Lastkreis und eine zweite als Rückkopplungswicklung im Steuerkreis des Schalttransistors liegt, und mit einer Regeleinrichtung, die eine Vergleichsschaltung mit einer Z-Diode als Referenzelement und einen Thyris'or enthält, derart, daß sie bei Überschreiten des Sollwerts einer dem Transformator in den Sperrphasen des Sperrwandlers über eine Diode entnommenen Vergleichsspannung den Schalttransistor sperrt, wobei die Arbeitsstrecke des Thyristors parallel zur Rückkopplungswicklung und parallel zur Steuerstrecke des Schalttransistors liegt und die Zündelektrode des Thyristors mit dem Kollektor eines Steuertransistors verbunden ist, der in Abhängigkeit von der Abweichung der Vergleichsspannung von dem Sollwert gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Steuertransistors (35) einerseits über die Z-Diode (44) mit dem einen Pol der Vergleichsspannung, andererseits über einen ohmschen Widerstand (36) mit dem anderen Pol der Vergleichsspannung verbunden ist, daß die Basis am Abgriff eines an die Vergleichsspannung gelegten ohmschen Spannungsteilers (40,41,42) liegt und der Kollektor über einen ohmschen Widerstand (45) mit einem Pol der Vergleichsspannung verbunden ist, welcher Pol außerdem mit der Katode des Thyristors (11) verbunden ist, daß parallel zu dem ohmschen Spannungsteiler (40, 41, 42) ein Kondensator (43) geschaltet ist und daß in Reihe mit der Arbeitsstrecke des Thyristors (11) und mit der Parallel- schaltung aus der Steuerstrecke des Schalttransistors (1) und der Rückkopplungswicklung (6) auf der Emitterseite des Schalttransistors (1) ein vom Strom des Lastkreises durchflossener ohmscher Widerstand (7) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Arbeitsstrecke des Thyristors (11), mit der Steuerstrecke des Schalttransistors (1) und mit dem auf der Emitterseite des Schalttransistors (1) angeordneten Widerstand (7) ein Kondensator (8) liegt, dem die Reihenschaltung einer Wicklung des Transformators (4) mit einer Diode (32) parallelgeschaltet ist, derart, daß er auf eine Spannung aufgeladen ist, die den Schalttransistcr (1) bei gezündetem Thyristor (11) sperrt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlaufen des Sperrwandlers der eine Pol (27) der Speisegleichspannung über einen ohmschen Widerstand (34) mit der Basis des Schalttransistors (1) verbunden ist und zwischen der Basis und der Rückkopplungswicklung (6) eine in Richtung der Emitter-Basis-Diode des Schalttransistors (1) gepolte Diode (12) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Diode (12) ein Kondensator (16) geschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein spannungsstabilisiertes Netzteil mit einem selbstschwingenden Sperrwandler, der mit Hilfe eines Schalttransistors und eines Transformators aus einer ihn speisenden Gleichspannung eine vom Transformator über eine Gleichrichteranordnung abnehmbare Gleichspannung erzeugt, wobei eine er;te Wicklung des Transformators als Arbeitswicklung in Reihe mit der Speisegleichspannung des Sperrwandlers im Lastkreis und eine zweite als Rückkopplungswicklung i_m Steuerkreis des Schalttransistors liegt, und mit einer Regeleinrichtung, die eine Vergleichsschaltung mit einer Z-Diode als Referenzelement und einen Thyristor enthält, derart, daß sie bei Überschreiten des Sollwerts einer dem Transformator in den Sperrphasen des Sperrwandlers über eine Diode entnommenen Vergleichsspannung den Schalttransistor sperrt, wobei die Arbeitsstrecke des Thyristors parallel zur Rückkopplungswicklung und parallel zur Steuerstrecke des Schalttransistors liegt und die Zündelektrode des Thyristors mit dem Kollektor einv-s Steuertransistors verbunden ist, der in Abhängigkeit von der Abweichung d-_*r Vergleichsspannung von dem Sollwert gesteuert