DE2712941A1 - Schaltungsanordnung zum erzeugen der versorgungsspannung eines elektronischen geraetes - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannung
• eines elektronischen Gerätes" Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannung eines elektronischen Gerätes aus einer Netz-Wechsel- oder Gleichspannung mit Hilfe eines schwingenden transistorisierten Spannungswandlers, der mittels einer auf einen Starttransistor wirkenden Start einrichtung in Betrieb setzbar ist und dessen Ausgangsspannung nach ihrer Gleichrichtung und Siebung die Versorgungsspannung ist. Die Höhe der Versorgungsspannung soll hierbei auch ohne Spannungsregelungsschaltung bei vorgegebenem Belastungsstrom von beispielsweise 1,5 A einen innerhalb vorgegebener Toleranzen liegenden Wert von beispielsweise 20 V einhalten, wobei als Wechselspannungsquelle eine der üblichen verwendbar sein soll, beispielsweise mit einer Spannung von 115 oder 220 V und einer Frequenz, die zwischen z. B. 50 und 400 Hz vorgegeben sein kann.
• FLir die Anpassung an die verschiedenen Wechselspannung8-höhen sind nur einfache Umschaltmaßnahien erforderlich.
• Eine solche Schaltungsanordnung ermöglicht den Einsatz des von ihr spannungsversorgten elektronischen Gerätes vielerorts und kurzfristig. Die bekannten Schaltungsanordnungen dieser art setzen den Spannungswandler entweder durch manuelle Betätigung eines Schalters in Betrieb, oder statisch durch Arbeitspunktverschiebung mittels Spannungsteiler bzw.
• dynamisch durch lrbeitspunktverschiebung mittels kapazitiver Spannungseinkopplung, wobei nachteilig ist, a) ständiger Leistungsverbrauch oder kein autonatischer Anlauf bei statischer Lösung b) Gefahr, durch Unsymmetrie einen Transistor zu überlasten oder Wandlertrafos zu sättigen c) bei Nichtanschwingen oberlastmöglichkeit eines Transistors (des Starttransistors) d) C-lnkopplung verlangt eine Xindest-Anstiegsgeschwindigkeit für U0, d. h. vor Ableitung der Startspannung muß ein Schaltvorgang stattfinden (Betz nuß z. B. geschaltet werden).
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen automatischen start des Spannungswandlers einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen art für Wandler mit Gleichspannungs-oder Wechselapannungseingang zu ermöglichen, wobei der Leistungsverbrauch der Starteinrichtung vernachlässigbar sein soll, keine Unsymmetrie des Wandlers weder vorausgesetzt noch herbeigeführt wird, keine Arbeitspunkt-Verlagerung oder Arbeit spunkt-3eeinfl ussung an den Wandlertransistoren während des Betriebes auftritt, und möglichst preisgünstige Bauelemente für die 8tarteinrichtung verwendbar sein sollen.
• Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sind den Patent an sprüchen entnehmbar.
• Die Abbildungen dienen der zeichnerischen Erläuterung des nunmehr beschriebenen vorteilhaften busführungsbei spiels der Erfindung.
• Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Die Netz-Spannungsquelle ist hier mit Netz eingang bezeichnet und gibt eine Spannung von 115 oder 220 V ab; mit VAC ist die Dimension der Wechselspannung bezeichnet. Die Frequenz dieser Wechselspannung liege bei einem Wert zwischen 50 und 400 Hz. im Niedervoltausgang der Schaltungsanordnung soll eine ungeregelte Spannung von beispielsweise 20 V bei einem Belastungsstrom von 1,5 A abgegeben werden (vgl. Fig. 2b, wo VDC die Dimension der abgegebenen Gleichspannung symbolisiert).
• im Ausgang der Schaltung nach Fig. 1 befindet sich eine Gleichrichterschaltung 1. Ihr folgt ein Spannungswandler 2 mit Gleichspannungseingang und Wechselspannungsausgang in Form einer Halbbrücke. Eine ausgangsseitige Gleichrichterschaltung mit zugehöriger Siebschaltung 3 richtet die vom Wandler 2 abgegebene Spannung gleich und stellt an ihren Ausgang die zu erzeugende Versorgungsspannung (Batteriespannung) zur Verfügung. Grundsätzlich ist anstelle des Wandlers 2 auch ein solcher mit Wechselspannungseingang und Gleichspannungsausgang verwendbar, wodurch dann die Bausteine 1 und 3 entfallen können. Wesentlich für die Erfindung ist die Startschaltung 4 zur Schwinganfachung des Spannungswandl ers.
• Die Fig. 2a und 2b sind an der Schnittstelle des Transfer mators Tl zusammenhängend zu betrachten und zeigen das Detailschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 2a trennt die senkrechte strichpunktierte Linie S denjenigen von ihr links befindlichen Teil, der mit dem Block 1 in Fig. 1 vergleichbar ist während ihr rechter Teil mit dem Block 2 der Fig. 1 vergleichbar ist mit der Maßgabe, daß die in diesem rechts von S befindlichen Schaltungsteil, der durch dicker gezeichnete Leitungen und Symbole markiert ist, mit der Startschaltung 4 gemäß Fig. 1 vergleichbar ist.
• Fig. 2b entspricht dem Block 3 in Fig. 1.
• Mit UE ist in Fig. 2a die Netz-Wechselspannung bezeichnet, während 2Uo die von der Gleichrichterschaltung mit der Gleichrichterbrücke CR1 abgegebene, dem Spannungswandler zugeführte Gleichspannung ist. Die Dimensionierungsangaben der einzelnen Bauelemente und die Typenbezeichnungen in Fig. 2a und 2b sind praktisch bewährte Richtwerte, ohne dieses Ausführungsbeispiel dieser Erfindung darauf einzuschränken.
• Soweit nicht die Startschaltung als solche betroffen ist und soweit nicht die Merkmale des Unteranspruchs 5 betroffen sind, ist die Schaltung nach Fig. 2a und 2b an sich im Prinzip bekannt, so daß sie keiner weiteren Erläuterung bedarf; daher dürften die folgenden Ausführungen genügen: Bei Anliegen der Netzspannung wird diese gleichgerichtet; es steht über R5 und C3 die Spannung U0 (ca. 150 V bei 220 V - UE).
• C3 lädt sich auf bis zum Schwellwert der Triggerdiode CR5 (ca. 30 V).
• Bei Erreichen des Schweliwertes schaltet CR5 durch und der Kondensator C3 wird über CR5, CR6, RIO und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q2 entladen.
• Transistor Q2 schaltet dabei durch, entlädt C3 über die Diode CR4 vollends und wird durch die Rückkopplung, gegeben durch TI und T2, weiter durchgesteuert. Damit schwingt der Wandler und ist somit gestartet.
• Bei schwingendem Wandler wird C3 periodisch von Q2 über CR4 entladens bevor es zum Ansprechen des 8tartkreises kommt, da R5.C3 -r » Periodendauer T der Wandlerfrequenz ist.
• Bleibt der Wandler stehen oder schwingt er nicht an (z. B.
• durch ausgangsseitigen Kurzschluß), so erfolgen periodisch Startimpulse mit einer Wiederholfrequenz, gegeben durch die Zeitkonstante R5.C3, Schwellspannung UcR5, Betriebsspannung und Wandlerfrequenz. Da die Wiederholfrequenz und die Impulsbreite der Startimpulse klein gewählt werden können, wird die wandlereigene Eurzschlußfestigkeit durch die periodisch erfolgenden Startversuche dieser Erfindung nicht aufgehoben.
• L e e r s e i t e

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Versorgungsspannung (Batteriespannung) eines elektronischen Gerätes aus einer Netz-Wechsel- oder Gleichspannung, deren Höhe (beispielsweise 115 oder 220 V) und/oder deren Frequenz (beispielsweise zwischen etwa 50 und 400 Hz liegend) in Abhangigkeit von der Jeweilig benutzten Wechselspannungsquelle von Einsatzfall zu Einsatzfall der Schaltungsanordnung unterschiedlich sein können, mit Hilfe eines schwingenden transistorisierten Spannungswandlers, der mittels einer auf seinen Starttransistor wirkenden Starteinrichtung in Betrieb setzbar ist und dessen Ausgangsspannung nach ihrer Gleichrichtung und 8iebung die Versorgungsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Starteinrichtung einerseits einen Speicherkondensator (C3) enthält, der über einen ohmschen Widerstand (R5) ständig mit einer aus der Retz-Wechselspannung erzeugten Gleichspannung (U0) aufgeladen wird und in Verbindung mit diesem ohmschen Widerstand eine Auflade-Zeitkonstante (c3.R5) besitzt, welche sehr groß im Vergleich zur Schwingperiode (Periodendauer der Wandlerschwingungen) des Spannungswandlers gewahlt ist, und andererseits eine Schwellwertschaltung (CR5), die die augenblickliche Kondensatorspannung bei deren Uberschreiten des Schwellwertes zum Starttransistor (Q2) durchschaltet, so daß der Spannungswandler anschwingt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator zusätzlich an einer Entladeschaltung angeschlossen ist, die ihn bei schwingendem Wandler, bevor seine Spannung den Schwellwert erreicht, periodisch entlädt, wobei die Entladeperiode gleich der Schwingperiode ist, und die im Startaugenblick die Impulsbreite des Startimpulses so verkürzt, daß die Wandlerschaltung auch bei ausgangsseitigem Kurzschluß nicht überlastet wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung aus der &rbeitsstromstrecke, z. B. der Collector-Emitter-Strecke, des Starttransistors (Q2) in Serie mit einer gleichgepolten Diode (CR4) besteht, wobei diese Serienschaltung parallel zum Speicherkondensator (C3) liegt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler ein Gleichspannungswandler (mit Gleichspannungsein- und -ausgang) ist, der die Versorgungsspannung nach Siebung unmittelbar abgibt und eingangsseitig über eine Gleichrichterschaltung mit ihr zugehörigem Siebteil (1) an die Wechselspannungsquelle anschließbar ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung eine Gleichrichterbrücke (CR1) ist, daß ihr zugehöriger Siebteil zwei in Serie geschaltete elektrisch gleich große Siebkondensatoren (C1, C2) enthält, über deren Serienschaltung die Eingangsspannung (2wo) des Gleichspannungswandlers abgreifbar ist und daß in der Wechselspannungszuführungsleitung der Gleichrichterbrücke ein nach Maßgabe der Höhe der Wechselspannung austauschbarer Vorwiderstand (R1) liegt, während die Verbindung des einen der Wechselspannungsanschlüsse der Gleichrichterbrücke mit dem gegenseitigen Verbindungspunkt der zwei Siebkondensatoren nach Maßgabe der Wechselspannungshöhe unterbrechbar ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus dem Speicherkondensator (C3) mit seinem zu ihm in Reihe liegenden Widerstand (Ladewiderstand R5) parallel zu einem (C2) der Siebkondensatoren geschaltet ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke, z. B. Basis-Emitter-Strecke, des Starttransistors (Q2) des Spannungswandlers mittels der Schwellwertschaitung durch deren Durchschaltung parallel zum Speicherkondensator schaltbar ist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung aus einer Triggerdiode (CR5), z. B. einer Zenerdiode, besteht.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Triggerdiode in Serie ein ohmscher Schutzwiderstand cm1 0) und eine gleichsinnig mit der Steuerstrecke des Starttransistors gepolte Diode (CR6) liegen.