DE2656603A1

DE2656603A1 - Schaltungsgeregelte stromversorgung

Info

Publication number: DE2656603A1
Application number: DE19762656603
Authority: DE
Inventors: Nobukazu Hosoya
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1977-06-16
Also published as: US4208705A; DE2656603C2; AU2059176A; AU503701B2

Description

GLAWE₁ DELFS, MOLL & PARTNER

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. RICHARD GLAWE. MDNCHEN DlPL-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÜNCHEN DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL. HAMBURG

8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05

MÜNCHEN

A 88

2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE TEL. (040) 41020 OB TELEX 21 29

Sanyo Electric Co., Ltd Osaka-fu, Japan

Schaltungsgeregelte Stromversorgung

Die Erfindung betrifft eine schaltungsgeregelte Stromversorgung, "bei der insbesondere eine Gleichspannung, die durch Gleichrichten und Glätten der Wetzwechselspannung erhalten wird, einem Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler zugeführt wird, der durch eine Schalteinrichtung "betätigt wird, um die Gleichspannung

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BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 - TELEGRAMM: SPECHTZIES

in. eine Wechselspannung derart umzuwandeln., daß das Verhältnis der Ein- und Aus-Intervalle der ■Umschalteinrichtung gesteuert wird, wobei der umgewandelte Ausgangswechselstrom zur Erzeugung einer konstanten Gleichspannung gleichgerichtet und geglättet wird.

Eine Anzahl schaltungsgeregelter Stromversorgungen sind vorgeschlagen worden und werden in der Praxis verwendet. Derartige Stromversorgungen können in Abhängigkeit von der Art des Gleichstom-Wechselstrom-Wandlers, der Treiberschaltung der Schalteinrichtung, der Schaltkreisauslegung der Steuerung für die konstante Spannung oder dgl. klassifiziert werden. Insbesondere ist eine Einteilung derartiger Stromversorgungen nach extern gesteuerten und selbststeuernden Treiberschaltungen möglich. Insbesondere kann bei externer Steuerung die schaltungsgeregelte Stromversorgung derart näher beschrieben werden, daß eine Schalteinrichtung in einem Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler zum Ein- und Ausschalten der Eingangsspannung derart angeordnet ist, daß er in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines externen Oszillators angesteuert wird, während eine selbststeuernde schaltungsgeregelte Stromversorgung einen frei schwingenden Oszillator aufweist, um die Schalteinrichtung anzutriggern, so daß diese kein äußeres Triggersignal benötigt.

Die extern gesteuerte Stromversorgung hat unter anderem den Vorteil, daß die oben beschriebene Schalteinrichtung

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nur für einen kleinen Spitzenstrom vorgesehen sein muß und daß ein mit der Schalteinrichtung verbundener Transformator klein ausgebildet sein kann. Trotzdem muß eine derartige Stromversorgung eine mit dem Transformator verbundene Treiberschaltung aufweisen, die zwischen dem oben beschriebenen externen Oszillator und der Schalteinrichtung angeordnet ist, wobei die Treiberschaltung gewöhnlich einen Steuerschaltkreis aufweist, um das Verhältnis der Ein- und Ausschaltperioden des UmschaItVorganges zu steuern. Daher ist dieser Steuerschaltkreis begrenzt, und die Gesamtzahl der Komponenten in der Stromversorgung ist erhöht, so daß der schaltungstechnische Aufbau der Stromversorgung kompliziert ist. Außerdem muß der externe Oszillator direkt mit der Netzspannung angesteuert werden, und zwar zumindest am Anfang, was während dieses Zeitraums zu einem erhöhten Leistungsverluat führt.

Auf der anderen Seite kann die selbststeuernde Stromversorgung auf einen externen Oszillator und einen Treiberachaltkreis verzichten, so daß diese Schaltungsanordnung einfach ist und den Leistungsverlust beim Einschalten verringert. Trotzdem haben derartige Stromversorgungen mehrere Nachteile, und zwar hängt die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung von Änderungen des Netzeingangs und der Last ab, 30 daß dies ebenfalls zu einer instabilen Spannungsregelung führt, und außerdem muß eine Schalteinrichtung für großen Spitzenstrom verwendet werden.

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Hinsichtlich der Sicherheit der Benutzer und der Reparaturfachleute gemäß den Gesetzen und Regelungen in einigen Ländern werden strenge Anforderungen im Zusammenhang mit der Isolation elektrischer Maschinen und insbesondere im Zusammenhang mit der vollständigen Isolation einer eingebauten Stromversorgung am Ausgang gegenüber der Netzleitung gestellt. Trotzdem weisen die bekannten Stromversorgungen die oben beschriebenen Vorteile und Nachteile auf, wobei dies davon abhängt, ob ein selbststeuerndes oder extern gesteuertes System verwendet wird. Im Hinblick auf die Isolation zwischen dem Eingang und dem Ausgang einer Stromversorgung ist daher die Auswahl eines selbststeuernden oder eines extern gesteuerten Systems ein großes Problem bei der Ausbildung einer schaltungsgeregelten Stromversorgung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Stromversorgungen zu vermeiden.

Bei der erfindungsgemäßen schaltungsgeregelten Stromversorgung wird eine Gleichspannung, die durch Gleichrichten und Glätten einer Netzspannung erzeugt wird, einem Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler mit einem Sperroszillator zugeführt wird, wobei dieser beim Einschalten der Netzspannung Eigenschwingungen ausführt, um ein Aus-

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gangssignal des Wandlers zu erzeugen, und wobei der Sperroszillator synchron mit dem Ausgangssignal einer Treiberschaltung arbeitet, die durch das Ausgangssignal des Wandlers erregt wird, während eine Vergleicherschaltung vorgesehen ist, um fehlerhafte Schwankungen der gleichgerichteten und geglätteten Ausgangsspannung des Wandlers festzustellen, wobei dieser durch das festgestellte Ausgangssignal gesteuert wird, um eine konstante Gleichspannung zu erzeugen.

In vorteilhafter Weise arbeitet daher die erfindungsgemäße Stromversorgung unter stabilen Bedingungen hinsichtlich Schwankungen des Netzes und der an die Stromversorgung angeschlossenen last. Außerdem tritt beim Einschalten der Stromversorgung ein geringerer Ieistungsverlust auf. Außerdem wird eine vollständige Isolation zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Stromversorgung erreicht und außerdem eine erhöhte Sicherheit hinsichtlich Überlast und Zerstörungen an Teilen der Stromversorgung. Die erfindungsgemäße Stromversorgung weist weniger Bauelemente und einen einfachen Schaltungsaufbau mit entsprechend geringen Kosten auf. Die erfindungsgemäße Stromversorgung ist daher insbesondere zur Verwendung in einem Fernsehempfänger geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Stromversorgung,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm von Signalen an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt eines in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendeten Transformators.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgung weist im wesentlichen folgende Bestandteile auf:

a) einen Eingangsgleichrichter 1 zum Gleichrichten des Eingangssignals vom Netz und zum Glätten des gleichgerichteten Ausgangssignals,

"b) einen Gleichstrom-Wechselstrom-YTandler 2 mit einem Schalttransistor zum wiederholten Ein- und Ausschalten des Ausgangssignals des Eingangsgleichrichters 1 und mit einem Transformator, dem das UmschaItsignal zugeführt wird, .

c) einen Ausgangsgleichrichter 4 zum Gleichrichten des umgewandelten Wechselstromausgangssignals und zum Glätten des gleichgerichteten Ausgangssignale, um eine Gleichspannung zu erzeugen,

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d) einen Fehler- oder Vergleicherschaltkreis 5 zum Peststellen der Schwankungen des Ausgangssignals des Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers zum Verstärken des festgestellten Ausgangasignals,

e) einen Steuerschaltkreis 6 zum Steuern des Verhältnisses der Ein- und Aus-Intervalle des Schalttransistors in Abhängigkeit vom Ausgangsignal des Vergleicherschaltkreises 5,

f) eine Treiberschaltung 7 zum synchronen An steuern des Schalttransistors mit einer vorbestimmten Wiederholfrequenz,

g) einen Strombegrenzer 9 zum Schutz des umschaltenden Ausgangsstroms gegen summierenden Überlagerungen aufgrund eines unterschiedlichen Stromverstärkungsfaktor des Schalttransistors und

h) einen Spannungsbegrenzer 10 zum Schutz der Ausgangegleichspannung gegenübtr Überhöhung aufgrund einer Überlagerung bei fehlerhaft arbeitendem Vergleicherschaltkreis 5 oder der Steuerschaltung 6.

Der Einganegleichrichter 1 lit mit dem Netzeingang AC über einen Netzsohalter S mit einem Paar Eingangskontakten

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11 und 12 verbunden und besteht aus einem Brückengleichrichter Do gefolgt von einem Glättungsschaltkreis, der aus einem Kondensator Co mit großer Kapazität besteht. Da der Aufbau und die Arbeitsweise eines derartigen Eingangsgleichrichters dem Fachmann bekannt sind, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.

Der Gleiehstrom-Wechselstrom-Wandler 2 weist einen Transformator 3 mit einer Eingangswicklung ΕΊ , einer Rückkoppelwindung ΙΓ2, einer Detektorwindung ΪΤ3 und ersten, zweiten und dritten Ausgangswindungen K4, N5 und N6 auf, die in ihrer Polarität mit dem Transformator in der dargestellten Weise gebunden sind. Gemäß Fig. 3 weist der Transformator 3 zwei E-förmige Magnetkerne 31 und 32 auf, die zur Ausbildung eines geschlossenen Magnetkreises aneinander anliegend angeordnet sind, wobei ein SpuÜkörper

33 aus Kunstharz auf den mittleren Magnetpol aufgesetzt ist und wobei die oben beschriebenen Wicklungen schichtweise nacheinander aufgewickelt sind und Isolationsbänder

34 dazwischen angeordnet sind.

Der Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 2 weist im wesentlichen einen Sperroszillator auf, der aus der oben beschriebenen Eingangswicklung ΪΠ , der Rückkoppelwicklung N2 und einem Schalttransistor Q1 besteht. Insbesondere ist eine Reihenschaltung zwischen den Ausgangskontakten P1 und P2 des Eingangsgleichrichters 1 vorgesehen bestehend aus dem Schalttransistor QI mit dem Emitter und dem Kollektor,

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aus der Eingangswicklung NI und aus einem Überstromwiderstand R1 , der im folgenden "beschrieben wird, während das eine Ende der Rückkoppelwicklung ΕΓ2 mit der Basis des Schalttransistors Q1 über eine Impedanz K verbunden ist bestehend aus einer Parallelschaltung des in Reihe mit einem Widerstand R2 geschalteten Kondensators C1 sowie einem Widerstand R3, während das andere Ende der Rückkoppelwicklung N2 direkt mit dem Emitter des Schalttransistors Q1 verbunden ist.

Der Wandler 2 weist außerdem einen Startschaltkreis 2· auf, bestehend aus einem Kondensator C2, der zwischen die Basis des Schalttransistors Q1 und dem Verbundungspunkt P3 der Spannungsteilerwiderstände R4 und R5 zwischen den Ausgangs kontakt en P1 und P2 des Eingangsgleichrichters 1 geschaltet ist. Der oben beschriebene Kondensator C2 des Startschaltkreises 2¹ kann ersetzt werden durch einen Widerstand R¹, der in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist, wobei in diesem Fall eine Diode D¹, die ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist, vorzugsweise in Reihe mit dem Widerstand R 3 in dem Impedanzschaltkreis K angeordnet ist/ um eine Sperre gegen den Strom zu bilden, der durch den Widerstand R¹ zu der Rückkoppelwicklung ΪΓ2 fließt.

Der Ausgangsgleichrichter 4 weist Gleichrichterdioden D1 , D2 und D3 auf, die jeweils mit den ersten, zweiten und

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dritten Ausgangswicklungen U4, K5 bzw. Έ6 des Transformators 3 verbunden sind; außerdem sind vorgesehen Glättungskondensatoren C3, 04 und C5, die mit den Dioden D1 und D3 verbunden sind, Drosselspulen 11 und L2, die mit den Dioden D1 bzw. D2 verbunden sind,sowie Spannungsteiler-Widerstände R6 und R7, die mit der Diode D2 verbunden sind. Somit weist der Ausgangsgleichrichter 4 drei Ausgangsgleichrichterabschnitte auf, die jeweils so ausgebildet sind, um verschiedene Ausgangsspannungen abzugeben. Da diese Schaltungsanordnung en und deren Arbeitsweise dem Fachmann bekannt

.eine
sind, wird auf/nähere Beschreibung verzichtet.

Der Vergleicherschaltkreis 5 weist eine Reihenschaltung auf bestehend aus einem Kondensator C6, einer Diode D4 und einer Drosselspule L3, die mit der in Reihe mit der Rückkoppelspule Ή2 geschalteten Detektorwicklung ΒΓ3 verbunden ist, um die Spannung über der Detektorwicklung Έ3 gleichzurichten und zu glätten; außerdem ist vorgesehen ein Spannungsteiler bestehend aus einer Reihenschaltung von Widerständen R8 und R9 und einem Potentiometer VR zur Teilung der Gleichspannung Vd, die zwischen den Punkten P4 und P5 an den beiden Polen des Kondensators C6 anliegt, sowie ein Vergleicher bestehend aus einem Transistor Q2, an dessen Basis die oben beschriebene Teilerspannung und an dessen Emitter eine Referenzspannung anliegt, die erhalten wird durch eine Reihenschaltung einer Dbde D5, einer Zehnerdiode D6 und eines Widerstandes R10, wobei diese Reihenschaltung zwischen dem oben beschriebenen Schaltungspunkt P4 und der

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Basis dee Schalttransistors Q1 ist, d.h.. dem Punkt P6. Der Kollektor des Transistors Q2 ist mit dem Punkt P4 über einen Widerstand R11 verbunden, der als Kollektorwiders tand dient.

Der Steuerschaltkreis 6 weist einen Transistor Q3 auf, der mit seinem Emitter und seinem Kollektor in Reihe mit Widerständen R12, R13 und RH zwischen dem Schaltungspunkt P4 der Spannung Vd und dem Schaltungspunkt P7 der Gleichspannung Vf geschaltet ist, die durch Gleichrichtung und Glättung der Spannung über der Rückkoppelwicklung U2 erhalten wird mit Hilfe einer Diode D7 und einem Kondensator C7, um das Ausgangssignal des Transistors Q2 zu verstärken und zu invertieren, während ein anderer Transistor Q4 mit seinem Kollektor und seinem Emitter zwischen die Schaltungspunkte P6 und P7 über einen Widerstand R15 geschaltet ist, so daß er in Abhängigkeit vom Ausgangsignal des Transistors Q3 steuerbar ist.

Der Treiberschaltkreis 7 weist einen Treibertransistor Q7 auf, der mit seinem Emitter und seinem Kollektor zwischen den Schaltungspunkten P4 und P6 über einen Widerstand R16 geschaltet ist, so daß er in Abhängikeit vom Ausgangssignal des Oszillators 8 steuerbar ist, der mit einer vorbestimmten Schwingungsrequenz von mehreren 10 KHz schwingt, wobei dieser Oszillator vorzugsweise ein Hori-

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zontaloszillator eines Fernsehempfängers ist, der durch, den Ausgang des Ausgangsgleichrichters 4 über eine leitung Fl erregt wird. Die Basis des Transistors Q7 ist über einen Basiswiderstand R17 mit dem Schaltungspunkt P4 und außerdem über einen Widerstand R18 und einem Kondensator 08 mit dem Oszillator 8 verbunden.

Der Überstromschutzkreis 9 weist einen Überstromwiderstand R1 auf, der zwischen den Emitter des Schalttransistors Q1 und den Schaltungspunkt P2 geschaltet ist, sowie eine Reihenschaltung der Dioden D8 und D9, die zwischen den Schaltungspunkt P2 und die Basis P6 des Transistors Q1 geschaltet sind. Der Spannungsbegrenzer weist die oben beschriebenen Dioden D8 und D9 sowie eine Zener-Diode D10 auf, die zwischen den Verbindungspunkt P8 der Dioden D8 und D9 und den Schaltungspunkt P7 geschaltet ist.

Die Arbeitsweise der mit Bezug auf die Fig. 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Stromversorgung wird im folgenden unter gleichzeitiger Bezugnahme auf das Impulsdiagramm der Fig. 2 beschrieben. Zunächst wird die Arbeitsweise beginnend mit dem Einschaltvorgang bis zu einem stabilen Zustand beschrieben und danach die Arbeitsweise der Steuerung für die konstante Spannung und danach die Arbeitsweise der Strom- und Spannungsbegrenzer.

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1 . Arbeitsweise vom Einschalten "bis zum stationären Zustand

Diese Betriebsweise der erfindungsgemaßen Stromversorgung wird zunächst unter Bezugname auf die Impulsdiagramme mit durchgezogenen Linien in Pig. 2 "beschrieben. Es sei angenommen, daß der Netzschalter S zum Zeitpunkt t s ti geschlossen wird; der Anfangsstrom id fließt vom Schaltungspunkt P3 zum Eingangsgleichrichter 1 über den Kondensator C2 zu der Basis des Schalttransistors Q1, und entsprechend fließt der Kollektorstrom ic des Transistors zum Gleichrichter 1 zur Eingangswicklung U1 , wobei in der Rückkoppelspule Ή2 eine Spannung induziert wird. Die Spannung wird dabei in der Richtung induziert, daß eine positive Rückkopplung zum Transistor Q1 erfolgt, so daß ein Rückkoppelstrom ib von der Rückkoppelspule Έ2 durch die Impedanz K zu der Basis des Transistors Q1 fließt. Der oben beschriebene Ablauf erfolgt innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne nachdem der Netzschalter S geschlossen worden ist, und daher erreicht der Basisstrom des Transistors Q1 sofort den in Fig. 2(a) dargestellten Spitzenwert, worauf ein konstanter Wert Ib aufrecht erhalten wird, der durch die Impedanz des Impedanzschaltkreises K bestimmt wird. Andererseits nimmt der Kollektorstrom ic des Transistors Q1 nicht so schnell zu aufgrund der Induktivität der Eingangsspule N1, so daß der Kollektorstrom ic etwa linear zunimmt gemäß lig. 2(b), während der Basisstrom auf dem konstanten Wert Ib gehalten wird. Wenn daher der

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Kollektorstrom ic die Größe Icp so groß wie ß-mal dem Basisstrom Ib erreicht, wobei ß der Stromverstärkungsfaktor des Transistors Q1 ist, kann dieser unmöglich weiter offen gehalten werden, mit dem Ergebnis, daß er zum Zeitpunkt t = t2 rasch gesperrt wird.

Wenn der Transistor Q1 gesperrt wird, wird die in der Eingangsspule ΗΊ während des Zeitintervalls ti - t2 gespeicherte Engergie verbraucht, und dementsprechend nimmt das Kollektorpotential des Transistors Q1, das bis zu diesem Zeitpunkt etwa auf dem Emitterpotential Ve gehalten wurde, rasch zu zum Zeitpunkt t = t2 gemäß Fig. 2(c). Dadurch wird an jeder der ersten, zweiten und dritten Ausgangsspule Ή4, N5 und N~6 eine Spannung induziert. Die an der zweiten Spule U5 induzierte Spannung wird mit Hilfe der Diode D2 und den Spannungsteilern R6 und R7 in dem Ausgangsgleichrichter 4 gleichgerichtet und geglättet, so daß am Ausgangskontakt 03 eine positive Ausgangsspannung anliegt. Diese positive Spannung wird dem Oszillator 8 über die Leitung FL zugeführt.

Da dem Oszillator 8 die oben beschriebene positive Spannung zugeführt wird, beginnt dieser zu schwingen und erzeugt dadurch einen Ausgangsimpuls mit vorbestimmter Intervalldauer zum Zeitpunkt t * t3 gemäß Fig. 2(e), wobei dieser Impuls e der Basis des Transistors Q7 zugeführt wird. Beim Anliegen des Impulses e am Transietor Q7 wird dieser durchgeschaltet, und der Kollektoretrom ic"

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fließt durch den Widerstand Rt6 und durch, die Basis-Emitter-Strecke des Sehalttransistors Q1 . Dementsprechend fließt zu diesem Zeitpunkt dl er Kollektor st rom ic des Transistors QI aiifgrund des Bäsistroms it durch die Eingangsspule 11 , so daß der transistor Qt erneut durchgeschaltet wird. Daher erfolgt der gleiche Ablauf wie während des oben "beschrie-"benen Zeitintervalls -fell —13 erneut, so daß der Schalttransistor Q1 einen stationären Zustand einnimmt, währenddem er wiedierholt synchron mit dem Impuls e ein- und ausgeschaltet wirdL

Dementsprechend! ändert sich nach dem Zeitpunkt t = t3 Sie Spannung dSer ersten Ärasgangsspule Έ4- als rechteckige Wellenform gemäß Fig. 2Cd)₁ tindi die Spannungen an äen zweiten und dritten JLnsgangsspuien H5 und M6 ändern sich in ähnlicher Weise. Biese Spannungen an den Ausgangsspulen werden, mit Ulfe der Moden Dt, B2 waä B3 and der Kondensatoren C5» 04 tind C5 des Auisgangsgleiehrichters 4 in ihrer Spitze gleichgerichtet, und die gleichgerichteten .tesgaragssignale werden aligezogen, und zwar direkt oder, durch Spanüungsteilüng oder nach einer Addition etwa nach Art einer AnzaStwon. Sleichspannungen gemäß der Figur üfeer die

"bis 04.

Ber Spitzenwert Ton. (m » 4, 5 und S) der an den ersten» zweiten und dritten Auisgangsspulen H4* $!? nnä M6 induzierten Reohteckspannuingen wird "bestimmt gemäß der folgenden

Ton = Tn. - YI

wobei Tm (E =4,5 uad 6) das entsprechende Wicklungsverhältnis Jeder ier Ausgangsspulen H"4, H5 und Έ6 1st bezüglich der Eingangs spule M1, und wobei VI die Gleichspannung zwischen den Sehaltungspunkten P2 und 3?3 Ist.

Obwohl der oben "bescnriebene Impuls e nleirfc notwendigerweise wäarend des ersten Aus-Intervalls des Sehalttranslstors Qt auftritt, wird die Sc&wingungsfrequenz des Sperroszillators "bestellend aus dem Transistor Q1 und dem Traasformatar 3 vorzugsweise derart ausgewählt, daß sie geringfügig unteriialb der Frequenz des Oszillators 8 1st, wolbel in diesem Fall der Impuls e erzeugt wird wänrend der Transistor melirnials dureit Elgensciiwingung ein- und ausgeseiialtet Ist naeMei der Metzsclialter S geschlossen Ist, woäurcii der Tramsdstor QI synchron mit dem Impuls e angesteuert wird.

2. Betrieb mit konstanter Spannung

Im folgendem wird der Betrieb bei konstanter Spannung

mit Bezug auf das gestrichelte Bmpulsäiagramia In FIg. 2 näher erläutert»

Es sei angenommen, daß die Gleichspannungen an den Ausgangskomtakten 01—04 zunehmen, so daS sich die SechteckspammuHgen an den Ausgangs spulen geändert haben müssen dementsprechend ändert sich die Rechteckspantojng_f die In der Spule W$ Indluzlert worden ist, und daher nimmt ent—

sprechend die Gleichspannung Vd zwischen den Schaltungspunkten P4 und P5 zu. Da die Basisspannung des Transistors Q2 dem oben beschriebenen stationären Zustand geringfügig höher ist als die Summe der Emitterspannung des Transistors Q2 und der Spannung zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors Q2, wenn das Basispotential des Transistors Q2 zum Zeitpunkt t = t4 aufgrund der Zunahme der Spannung Vd zunimmt, so nimmt der Kollektorstrom des Transistors Q2 entsprechend zu, mit dem Ergebnis, daß die Spannung am Widerstand R11 ansteigt, wobei dieser Spannungsanstieg durch den Transistor Q3 verstärkt und invertiert und der Basis des Transistors Q4 zugeführt wird. Mit anderen Worten arbeitet der Steuerschaltkreis 6 derart, daß mit einer Zunahme des Basispotentials des Transistors Q2 die Vorwärtsspannung über der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q4 ebenfalls zunimmt.

Dementsprechend nimmt der Strom if zu, der vom oberen Ende der Rückkoppelspule N2 durch die Impedanz K, den Widerstand R15 und den Kollektor und den Emitter des Tranistors Q4 zum Schaltungspunkt P7 fließt.

Eine Zunahme des Stroms if bewirkt eine Abnahme des Rückkoppelstroms ib, der vom oberen Ende der Rückkoppelspule 1T2 zur Basis des Transistors Q1 fließt, d.h. ein Teil des Strom ib wird durch den Transistor Q4 überbrückt. Wenn der Rückkoppelstrom ib um einen Wert Äib gemäß Fig. 2(a) abnimmt, kann der Kollektorstrom ic des Transistors Q1 den Wert ß_fmultipliziert mit dem Strom ib nicht über-

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schreiten, so daß das Ein-Intervall des Transistors Q1 kürzer wird als t4 - t5 gemäß Pig. 2(b). Wenn das EinIntervall des Transistors Q1 kürzer wird, nimmt die in der Eingangsspule N1 während des Ein-Intervalls t4 - t5 gespeicherte Energie ab, so daß das Kollektorpotential während des Aus-IntervalIs t5 - t6 des Transistors Q1
niedriger wird, wie dies in Mg. 2(c) durch die gesirichelte Linie dargestellt ist. Dementsprechend nimmt die Rechteckspannung (Pig. 2(d) ) ab, die während dem Aus-Intervall an der ersten, der zweiten und an der dritten Ausgangsspule IH, ΪΓ5 "bzw. ÜT6 induziert worden ist, so daß eine Zunahme der Ausgangsgleichspannung an den Ausgangskontakten 01 - 04 unterdrückt wird. Wenn dagegen die Ausgangsgleichspannung niedriger wird, arbeitet die erfindungsgemäße Stromversorgung umgekehrt, inj3em eine
Abnahme der Spannung verhindert wird, um eine Stabilisierung zu erreichen.

3. Betrieb der Strom- und Spannungsbegrenzer

Im folgenden wird die Betriebsweise des Strombegrenzers 9 und des Spannungsbegrenzers 10 beschrieben.

Aus der obigen Beschreibung wird ersichtlich, daß das Ein-Intervall des Schalttransistors Q1 bestimmt wird durch den Stromverstärkungsfaktor ß des Transistors. Dies bedeutet, daß der Arbeitsbereich für konstante Spannung
unterschiedlich ist in Abhängigkeit von einem sich ändern-

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den Stromverstärkungsfaktor ß. Der Strombegrenzerschaltkreis 9 ist vorgesehen, um den Kollektorstrom ic des Schalttransistors Q1 auf weniger als einen vorbestimmten Wert zu "begrenzen, so daß ein vorbestimmter Arbeitsbereich mit konstanter Spannung erhalten wird unabhängig von dem Stromverstärkungsfaktor ß des Transistors Q1. Falls insbesondere der Stromverstärkungsfaktor ß des Schalttransistors Q1 größer ist als der geforderte Wert, so daß der Spitzenwert des Kollektorstroms ic des Transistors Q1 den Kollektorstrom Icp gemäß Fig. 2(b) übersteigt, so werden die beiden Dioden D8 und D9 leitend, falls die an dem Widerstand R1 abfallende Spannung die Summe der Spannungen der Dioden D8 und D9 übersteigt, und zwar aufgrund einer Zunahme des KollektorStroms ic und daher einer Zunahme des Emitterstroms im Schalttransistor Q1, so daß der Rückkoppelatrom der Rückkoppelspule N3 zur Basis des Schalttransistors Q1 überbrückt und der Kollektorstrom des Transistors Q1 begrenzt wird, wodurch die Ausgangsgleichspannung konstant gehalten wird.

Dagegen ist der Spannungsbegrenzer-Schaltkreis 10 vorgesehen, um eine Zunahme der Ausgangsgleichspannung zu verhindern, die durch eine Fehlfunktion- auftreten kann, insbesondere wenn mindestens einer der Transistoren Q2, Q3 und Q4 in geöffnetem Zustand defekt ist, wobei das Prinzip des Spannungsbegrenzer-Schaltkreises 10 ähnlich dem des Strombegrenzer-Schaltkreises 9 ist. Wenn insbesondere die Gleichspannung zwischen den Schaltungs-

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punkten P6 und P7 die Summe der Zener-Spannung der Zener-Diode D1O und der Übergangsspannung der Diode D9 übersteigt, so werden die Zener-Diode D10 und die Diode D9 leitend, wobei der Rückkoppel-Strom ib von der Rückkoppel-Spule Ή2 zur Basis des Schalttransistors Q1 abgeleitet wird, so daß der Kollektorstrom ic des Transistors begrenzt wird.

In dem folgenden wird mit Bezug auf ]?ig. 3 der Transformator 3 näher erläutert. Zur Anordnung der verschiedenen Wicö-ungen bei einem derartigen Transformator ergeben sich verschiedene Beschränkungen für die jeweiligen Wicklungen. Folgende Ergebnisse wurden bei der Untersuchung der Eigenschaften des Transformators erzielt;

1. Die Impedanz der Ausgangswicklungen ist vorzugsweise größer, soweit die Eigenimpedanz der gesamten Stromversorgung relativ klein sein kann und soweit eine Schwingungsfrequenz erreicht werden kann, die kein resonantes Rauschen des Transformators erzeugt, wobei die Stromkapazität der Schaltvorrichtung, der Wechselstromverlust des Transformators und die unerwünschte Strahlung so klein wie möglich gehalten werden.

2. Eine Brummspannung, die durch einen Strom von außerhalb der Stromversorgung erzeugt wird, wird vorzugsweise unterdrückt durch Auswahl eines kleineren Gleich-

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stromwiderstandes der Ausgangswicklungen.

3· Eine Kopplung zwischen der Eingangswicklung und den Ausgangswicklungen und zwischen der Eingangswicklung und der Rückkoppel-Wicklung ist vorzugsweise größer, so daß die Schaltvorrichtung innerhalb des stabilen Betriebs-"bereichs gut arbeiten kann, während der Leistungsverlust niedrig gehalten wird.

4. Die Kopplung zwischen den Ausgangswicklungen und der Detektorwicklung ist vorzugsweise größer, um die Spannungsstabilität der Ausgangsspannung zu verbessern, während die Eigenimpedanz der Stromversorgung klein gehalten wird.

5. Die Kopplung zwischen der Eingangswicklung und der Detektorwicklung ist vorzugsweise klein, so daß der Einfluß auf die Detektorwicklung klein gehalten werden kann.

Im folgenden wird ein Transformator beschrieben, der die obigen Anforderungen erfüllt. In Fig. 3 kennzeichnen die Bezugszeichen N1, N4, N5 und N6 die Eingangswicklung, die erste Ausgangswicklung, die zweite Ausgangswicklung, die mit der ersten Ausgangswicklung in Reihe geschaltet ist, bzw. andere Ausgangswicklungen. Außerdem sind eingezeichnet die Rückkoppelwicklung U2 und die Detektorwicklung Έ3-

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Bei dem erfindungsgemäßen Transformator sind die Ausgangswicklungen in die erste und die zweite Ausgangswicklung 14 "bzw. Έ5 unterteilt, während alle oben "beschriebenen Wicklungen einschließlich der ersten und der zweiten Wicklung N4 und N5 aufeinanderfolgend lagenartig auf dem gleichen Magnetpol des Kerns aufgewickelt sind. Insbesondere ist gemäß Mg. 3 ein Spulenkörper 33 vorgesehen, der um den mittigen Magnetpol des Kerns des geschlossenen Magnetkreises angeordnet ist, der aus zwei aneinander anliegenden E-förmigen Kernen besteht» Zunächst wird die erste Ausgangswicklung N4 auf den Spulenkörper aufgewickelt und danach die Detektorwicklung K3j wobei dazwischen das Isolationsband 34 angeordnet wird; danach wird die zweite Ausgangswicklung ΕΓ5, die Rückkoppelwicklung N2, die Eingangswicklung ΪΓ1 und die ITiederspannungswicklungen E6 aufeinanderfolgend aufgewickelt, wobei jeweils dazwischen Isolationsbänder 34 vorgesehen werden. Beim Aufbringen dieser Wicklungen werden die Eingangswickking N1 und die zweite Ausgangswicklung N5 mit relativ großer Windungszahl in Lagen eng aufgewickelt, während die anderen Wicklungen N4, ΪΓ6, N2 und ΪΓ3 mit einer geringeren Wicklungszahl mit Abständen gewickelt werden, derart, daß diese Wicklungen über die gesamte Länge des Magnetpols verteilt werden, um den Kopplungsgrad zu erhöhen.

Da einerseits bei dem erfindungsgemäßen Transformator

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die Ausgangswicklungen in der Nähe des Magnetpols aufgewickelt sind, wo der Durchmesser der Wicklungen klein ist, kann die Induktivität größer gewählt werden, während dar G-leichstromwiderstand klein gehalten werden kann, und da andererseits die Ausgangswicklungen zweigeteilt sind, kann die Kopplung zwischen den Eingangs- und den Ausgangswicklungen und zwischen den Ausgangs- und den Detektorwicklungen größer gewählt werden, während die Kopplung zwischen der Eingangs- und der Detektorwicklung klein gehalten werden kann. Diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Transformators sind insbesondere vorteilhaft "bei Verwendung in der erfindungsgemäßen Stromversorgung.

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Claims

Patentansprüche

1 . j Sclialtungsgeregelte Stromversorgung gekennzeichnet durch

a) einen mit einer an sieh bekannten Wechselstromversorgung (AC) verbundenen Eingangsgleichrichter (1) zum Gleichrichten der Netzspannung,

b) einen mit dem Eingangsgleichrichter (1) verbundenen Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler (2) zum Erzeugen eines gesteuerten AusgangsSignaIs, wobei der Wandler (2) einen Sperr-Oszillator (5, Q1) mit einer Schalteinrichtung zum Ein- und Ausschalten des gleichgerichteten Ausgangssignals und einen Transformator (3) für das Ausgangssignal aufweist,

c) einen mit dem Wandler (2) verbundenen Ausgangsgleichrichter (4) zum Gleichrichten des Transformator-Aus gangs signals zum Erzeugen eines Ausgangsgleichstroms,

d) eine Gleichspannung-Referenzquelle zum Erzeugen einer Referenz-Gleichspannung,

e) eine mit dem Ausgangsgleichrichter (4) und der Referenzspannungsqutlle verbundenen Vergleicherschaltkreis (5) zum Bestimmen d«r Änderungen d«8 Ausgangsgleichstroms,

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f) einen Steuerschaltlrreis (6), der mit dein Vergleicherschaltkreis (5) und der Schalteinrichtung verbunden ist, um das Verhältnis des Ein- und des AusIntervalls der Schalteinrichtung als Funktion der von dem Vergleicherschaltkreis (5) bestimmten Änderungen zu steuern, und durch

g) eine mit der Schalteinrichtung verbundene Treiberschaltung (7), die durch den Ausgangsgleichstrom des Ausgangsgleichrichters (4) erregt wird, uni die Schalteinrichtung in einem bestimmten Zeitintervall ein- und auszuschalten, wobei der Sperr-Oszillator (ίΠ , TSI2, Q2) beim Einschalten des Eingangsgleichrichters (1) Eigenschwingungen ausführt, wobei die Schalteinrichtung den Gleichstrom des Eingangsgleichrichters (1) ein- und abschaltet, wobei die Treiberschaltung (7) durch den Ausgangsgleichstrom erregt wird und wobei der Sperr- Oszillator (H1 , ΪΤ2, Q2) synchron mit dem Aus gangs signal der Treiberschaltung (7) ist.
2. Schaltungsgeregelte Stromversorgung gekennzeichnet durch

a) einen mit einer an sich bekannten Wechselstromversorgung (AC) verbundenen Eingangsgleichrichter (1) zum Gleichrichten der Netzspannung,

b) einen mit dem Eingangsgleichrichter (1) ver-

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bundenen Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler (2) mit einem Schalttransistor (Q1) zum Ein.- und Ausschalten des gleichgerichteten Ausgangssignals und Erzeugen eines gesteuerten Ein-Aus-Ausgangssignals, mit einem Trenntransformator (3) mit einer Eingangswicklung (ΙΠ), einer Rüokkoppel-Wicklung (W2), einer Detektorwicklung (N3) und mit einer Ausgangswicklung (N4, N5, N6), wobei die Eingangswicklung (H1) in Reihe mit dem Schalttransistor (Q1) geschaltet ist und die Rückkoppel-Wicklung (H2) mit dem Schalttransistor (Q1) steuerbar verbunden ist und wobei der Sperr-Oszillator durch den Schalttransistor (Q1 ) und den Trenntransformator (3) gebildet wird,

c) einen mit der Ausgangswicklung (ΪΓ5) des Transformators (3) verbundenen Ausgangsgleichrichters (4) ZUO Gleichrichten des Ausgangssignals der Ausgangswicklung (35) zur Erzeugung einer Ausgangsgleichs pannung,

d) einen mit der Detektorwicklung (N3) des Transformators (3) verbundenen Vergleicherschaltkreis (5) zum Bestimmen von Änderungen in der Ausgangsspannung der Detektorwicklung (N3)»

e) einen mit dem Vergleicherschaltkreis (5) und

dem Schalttransistor (Q1) verbundenen Steuerschaltkreis (6) zum Parallelschalten eines positiven Rückkopplungsstroms

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von der Rückkoppel-Wicklung (Ή2) zum Schalttransistor (Q1), um das Verhältnis der Ein- und Aus-Intervalle des Schalttransistors (Q1) zu steuern, und durch

f) eine Treiberschaltung (7), die durch die Ausgangsgleichspannung des Ausgangsgleichrichters (4) zum Ansteuern des Sperr-Oszillators (3, Q1) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt betätigbar ist.
3· Stromversorgung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Impedanzschaltung (K) zwischen dem Ausgang des Eingangsgleichrichters (1) und der Steuerelektrode des Schalttransistors (Q1) zur Erzeugung eines Anfangsstroms für den Sperr-Oszillator (3» Q1) "bei Verbindung des Eingangsgleichrichters (1) mit dem Stromnetz (AC).

4· Stromversorgung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleicherschaltung (5) aufweist

a) einen mit der Detektorwicklung (Έ3) verbundenen Gleichrichter (C6, D4» L3),

b) eine Referenz-Spannungsquelle (R8, R9, VR) zur Erzeugung einer Referenz-Gleichspannung und

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c) eine mit dem Gleichrichter (C6, D4, 13) und der Referenz-Spannungsquelle (R8, R9,VR) -verbundene Yergleicherschaltung (Q2) zum Vergleichen des Ausgangssignals des Gleichrichters (C6, D
4, L3) mit der Referenz-Gleichspannung.
5· Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Treiberschaltung (7) einen Rechteck-Oszillator, der durch Anlegen des Gleichspannungssignals des Gleichrichters "betätigter ist, und einen Treiber-Transistor (Q7) aufweist, der zwischen dem Ausgang des Gleichrichters (C6, D4, L3) und der Steuerelektrode des Schalttransistors (Q1) angeordnet und mit dem Rechteck-Oszillator (8) verbunden ist.
6. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 2 bis gekennzeichnet durch einen einen Begrenzungswiderstand (R1) aufweisenden Strombegrenzer (9)» der in Reihe zwischen dem Schalttransistor (Q1), dem Eingangsgleichrichter (1) und Dioden (D8, D9) geschaltet ist, um die Spannung am Begrenzungswiderstand (R1) der Steuerelektrode des Schalttransistors (Q1) zuzuführen.

7· Stromversorgung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Diodenanordnung aus einer Reihenschaltung einer ersten und einer zweiten Diode (D8, D9) besteht und daß ein Spannungsbegsnzer (10) mit einem Spannungsdetektor (D10) vorgesehen ist, der zwischen dem

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Verbindungspunkt der ersten und der zweiten Diode (D8, D9) und dem Ausgang des Gleichrichters (C7, D7> IA) geschaltet ist, der mit der Rückkopplungs-Wicklung (ΪΓ2) des Transformators (3) verbunden ist.

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