DE2858742C2

DE2858742C2 -

Info

Publication number: DE2858742C2
Application number: DE19782858742
Authority: DE
Inventors: Roman 8031 Puchheim De Haas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-15
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1989-05-18

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Netzteil mit einem selbst schwingenden Sperrwandler, der mit Hilfe eines Schalttransistors und eines Transformators aus einer ihn speisenden Gleichspan nung eine vom Transformator über eine Gleichrichteranordnung ab nehmbare Gleichspannung erzeugt, und mit einer Regelschaltung im Steuerkreis des Schalttransistors, welche den Schalttran sistor als Funktion einer aus dem Primärkreis des Transformators entnommenen Vergleichsspannung steuert.

Netzteile der vorstehend genannten Art sind beispielsweise aus der DE-PS 21 60 569 bekannt. Bei einem derartigen bekannten Netzteil wird das Ansteuersignal für die Regelschaltung, welche den Schalttransistor triggert, durch einen Widerstand mit Emitter kreis des Schalttransistors gewonnen. Bei einer derartigen Aus gestaltung tritt jedoch der Nachteil auf, daß bei einem Ausfall des Schalttransistors die volle gleichgerichtete Netzspannung am Emitterwiderstand abfällt, so daß die Ansteuerschaltung zer stört werden kann. Weiterhin ist die Spannung an diesem Emitter widerstand auch mit Überschwingkomponenten behaftet, wodurch Re gelschwingungen entstehen.

Aus der FR-PS 23 58 780 ist eine Netzteil-Schaltung der gat tungsgemäßen Art bekannt, bei der das Abschaltkriterium für den Primärkreis-Schalttransistor durch eine parallel zum Primärkreis angeordnete RC-Kombination gewonnen wird. Bei Schaltungen nach der FR-PS 23 58 780 ist jedoch weder eine Einschaltfreigabe in Hinblick auf die Optimierung des Einschaltzeitpunktes, noch ei ne rückläufige Überlastcharakteristik der Strom-Spannungs-Kenn linie des Sekundärkreises vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine rückläufige Überlast charakteristik der Strom-Spannungs-Kennlinie des Sekundär kreises zu gewährleisten, d. h., daß der Kurzschlußstrom im Sekundärkreis kleiner ist als der maximale Strom des Sekundär kreises.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach dem kenn zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 erfüllt.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Netztei les mit einem Teil einer vorzugsweise in integrierter Technik ausgeführten Regelschaltung;

Fig. 2 einen weiteren Teil der vorzugsweise in integrierter Technik ausgebildeten Regelschaltung;

Fig. 3 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen Ausgangsspannung und Ausgangsstrom des Netzteils; und

Fig. 4 Zeitdiagramme der Kollektorspannung, des Kollektorstroms und des Basisstroms des Schalttransistors, des über einen Gleichrichter im Ausgangskreis des Netzteils flie ßenden Stroms sowie der Spannung an einer den Kollektor strom des Schalttransistors nachbildenden RC-Kombination.

Gemäß Fig. 1 wird dem erfindungsgemäßen Netzteil an Klemmen 11 und 12 eine gleichgerichtete Netzspannung U _N zugeführt. Das Netzteil enthält einen Transformator 10 mit einer Primärwicklung L _p und einer Sekundärwicklung L _s. Im Kreis der Primärwicklung L _p liegt ein Schalttransistor T₁, dessen Kollektor-Emitter strecke ein Kondensator C _l parallel geschaltet ist, sowie ein Ladekondensator C _L. Im Sekundärkreis des Transformators 10 ist an die Sekundärwicklung L _s über einen Gleichrichter 13 eine schematisch durch einen Widerstand dargestellte Last 15 ange schaltet, welcher ein Kondensator 14 parallel liegt. Der Wick lungssinn von Primärwicklung L _p und Sekundärwicklung L _s ist durch Punkte an diesen Wicklungen angedeutet.

Zur Nachbildung bzw. Messung des Kollektorstroms des Schalt transistors T₁ liegt parallel zu den Klemmen 11 und 12, an denen die speisende Gleichspannung U _N eingespeist wird, ein In tegrationsglied in Form eins RC-Gliedes mit einem Widerstand R und einem Kondensator C. An diesem RC-Glied entsteht ein pe riodisches sägezahnförmiges Signal, das dem Strom im Primärkreis und damit dem Kollektorstrom des Schalttransistors T₁ entspricht. Mit diesem periodischen sägezahnförmigen Signal wird eine Regel schaltung angesteuert, welche den Schalttransistor T₁ triggert. Diese Regelschaltung wird gemäß den Fig. 1 und 2 durch den strich punktiert eingefaßten Schaltungsteil gebildet. Der Zusammenhang der beiden Schaltungsteile ist durch die Bezugszeichen a und b an der strichpunktierten Einfassung angedeutet.

Der Schalttransistor T₁ wird über einen Koppelkondensator C _k so wie die Parallelschaltung einer Diode 16 und eines Widerstandes 17 von der Regelschaltung angesteuert. Mit einem Widerstand 18 wird eine noch zu erläuternde Stromgegenkopplung durchgeführt.

Die Regelschaltung enthält eine Logik 21, welche einen Opera tionsverstärker 20 sowie eine Transistorkombination T ₃, T ₄ mit einem Emitterwiderstand 19 für den Transistor T ₄ ansteuert. Weiterhin sind Gegenkopplungen für den Operationsverstärker 20 vorgesehen, welche über einen Transistor T ₂ und den bereits er wähnten Stromgegenkopplungswiderstand 18 auf weitere Eingänge des Operationsverstärkers 20 geführt sind. Die Logik 21 steuert weiterhin einen Transistor T ₅ an, welcher mit seinem Emitter an einer Spannung von +2 Volt liegt und dessen Kollektor an den Verbindungspunkt des den Kollektorstrom des Schalttransistors T₁ messenden RC-Gliedes angeschaltet ist. Weiterhin ist der Kollektor des Transistors T ₅ an einen Eingang eines Operations verstärkers 22 sowie einen weiteren Eingang des Operationsver stärkers 20 angekoppelt. Der Operationsverstärker 22 erhält über eine Klemme 29 an einem weiteren Eingang ein Triggersignal aus dem Schaltungsteil nach Fig. 2 und steuert mit seinem Aus gang die Logik 21 an. Ein weiterer, die Logik 21 ansteuernder Operationsverstärker 23 wird über eine Rückkopplung mit einer Wicklung 27 des Transformators 10 und einem Widerstand 26 sowie antiparallel geschalteten Schutzdioden 24 und 25 an seinen beiden Eingängen angesteuert. Die Spannungsversorgungen der Re gelschaltung sind schematisch gestrichelt von einer mit U _B be zeichneten Klemme dargestellt.

Der Schaltungsteil der Regelschaltung nach Fig. 2 erzeugt aus einer stabilisierten Spannung U _stab an einer Klemme 28 das Triggersignal an der Klemme 29. In diesem Schaltungsteil wird ein Operationsverstärker 34 über eine Wicklung 37 des Transfor mators 10, deren Wicklungssinn durch einen Punkt angedeutet ist, und welche mit einem Kondensator 39 und einer Diode 38 beschaltet ist, über einen Spannungsteiler mit Widerständen 32, 33 und einem einstellbaren Widerstand 40 an einem Eingang ange steuert. Ein weiterer Eingang des Operationsverstärkers 34 liegt über einen Spannungsteiler aus Widerständen 30 und 31 an der Klemme 28. Der Operationsverstärker 34 steuert eine Tran sistorkombination T ₆, T ₇, deren zusammengeschaltete Kollek toren über einen Widerstand 35 an der Klemme 28 liegen. Weiter hin bilden die miteinander verbundenen Kollektoren der Tran sistoren T ₆ und T ₇ die Klemme 29. Ein weiterer Operationsver stärker 36 liegt mit seinem Eingang am Verbindungspunkt der Widerstände 32 und 33 und steuert mit seinem Ausgang den Tran sistor T ₇.

Im Diagramm nach Fig. 3 ist der Verlauf der Ausgangsspannung U _A über dem Ausgangsstrom I _A dargestellt. Danach fließt bei 100% der Ausgangsspannung U _A der maximale Ausgangsstrom I _Amax von 100% sowie bei einer Ausgangsspannung U _A mit dem Wert Null ein Kurzschlußstrom I _K. Im Diagramm nach Fig. 4 ist im oberen Teil die Kollektorspannung U _C des Schalttransistors T ₁ als Funktion der Zeit dargestellt, wobei aus diesem Diagramm der Spannungs verlauf während der Flußzeiten T _F und der Sperrzeiten T _S er sichtlich ist. In einem darunter befindlichen Diagramm ist der Verlauf des Kollektorstroms I _C als ausgezogene Kurve und der Verlauf eines über den Gleichrichter 13 im Ausgangskreis flie ßenden Stroms I ₁₃ durch eine gestrichelte Kurve als Funktion der Zeit dargestellt. Ein weiteres Diagramm zeigt den Verlauf des Basisstroms I _B des Schalttransistors T ₁ als Funktion der Zeit. Schließlich zeigt ein weiteres Diagramm den Verlauf der Spannung U _RC an dem den Kollektorstrom des Schalttransistors T ₁ nachbildenden RC-Glied.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Netzteils mit selbst schwingendem Sperrwandler entspricht im Prinzip derjenigen des Netzteils nach der obengenannten DE-PS 21 60 659. Im Gegensatz zu diesem bekannen Netzteil sind beim erfindungsgemäßen Netz teil jedoch neue Ansteuerprinzipien realisiert. Für ein einwand freies Arbeiten sind für die Ansteuerung des Schalttransistors T ₁ verschiedene Informationen erforderlich. Dabei handelt es sich im einzelnen um folgende Informationen: Erstens darf eine Einschaltfreigabe nur dann erfolgen, wenn die Spannung U _C am Transistor T ₁ gleich oder kleiner der speisenden Spannung U _N ist. Zweitens darf bei der indirekten Messung des Kollektor stroms des Schalttransistors T ₁ durch das RC-Glied nur einge schaltet werden, wenn der über den Gleichrichter 13 fließende Strom I ₁₃ gleich Null ist. Die Restenergie in der Primärwick lung L _p kann mit dem RC-Glied nicht erkannt werden, woraus eine besondere Gefahr bei Kurzschluß am Ausgang repräsentiert durch den Widerstand 15 entsteht.

Die beiden vorgenannten Bedingungen werden durch das Rückkop pelnetzwerk mit dem Widerstand 26, der Wicklung 27, den Dioden 24 und 25 sowie dem Operationsverstärker 23 erreicht. Die von der Wicklung 27 gelieferte Rückkoppelspannung wird vom Opera tionsverstärker 23 verstärkt und steht an dessen Ausgang als Rechteckspannung zur Verfügung. Die Dioden 24 und 25 bilden Schutzdioden für den Operationsverstärker 23. Es müssen Wech selspannungen von ca. 0,7 Volt (ein Diodenschwellwert) an der Sekundärwicklung L _s am Ausgang des Operationsverstärkers 23 noch als Rechteckspannung erkannt werden.

Als Abschaltbedingung gilt, daß auf alle Fälle bei Erreichen des maximal zulässigen Kollektorstroms I _C des Schalttransistors T ₁ abgeschaltet werden muß.

Ein vorzeitiges Abschalten wird notwendig, wenn die durch den Widerstand 15 gegebene Ausgangslast abnimmt oder die gleichge richtete Netzspannung U _N steigt. Das bedeutet, daß die Ausgangs spannung U _A am Kondensator 14 konstant gehalten werden muß. Am Kondensator 39 tritt eine zu dieser Spannung proportionale Spannung auf, welche am Eingang des Operationsverstärkers 34 mit der stabilisierten Spannung U _stab an der Klemme 29 ver glichen wird, so daß über den Transistor T ₆ und den Widerstand 35 das Triggersignal an der Klemme 29 entsteht. Der maximale Triggerpegel beträgt U _stab. Dieser Pegel ist über den Tran sistor T ₇ reduzierbar. Dieser Transistor T ₇ wird über den Ope rationsverstärker 36 angesteuert, welcher eine Information der Spannung am Kondensator 39 über seinen Eingang erhält.

Bei Nennspannung am Kondensator 14 bzw. am Kondensator 39 ist der Transistor T ₇ gesperrt, so daß der maximale Triggerpegel +U _stab auftreten kann. Ist die Spannung am Kondensator 39 klei ner, so wird auch der maximale Triggerpegel entsprechend redu ziert. Damit ist eine rückläufige Überlastcharakteristik nach Fig. 3 erreichbar, d. h., der Kurzschlußstrom I _k ist kleiner als I _max.

Der Abschaltzeitpunkt wird durch Vergleichen des Triggersignals am Punkt 29 und der Sägezahnspannung am Eingang des Operations verstärkers 22 bestimmt. Diese Information wird der Logik 21 zugeführt. Die Spannung U _RC entspricht in ihrem zeitlichen Ver lauf dem Kollektorstrom durch den Schalttransistor T ₁. Während der Sperrzeit T _S (Fig. 4) wird die Spannung U _RC durch den Tran sistor T ₅ auf +2 Volt geklemmt. Der Transistor T ₅ wird während der Flußzeit T _F gesperrt, so daß die Spannung U _RC sägezahnför mig ansteigen kann.

Weiterhin wird die Spannung U _RC zur positiven Basisstromformung benutzt. Dies erfolgt über den Operationsverstärker 20 und den Transistor T ₂, wobei mit dem Widerstand 18 eine Stromgegenkopp lung durchgeführt wird. Der Wert des Widerstandes 18 beeinflußt das Verhältnis des Basisstroms und des Kollektorstroms, wobei der Basisstrom I _B dem Produkt aus R ₁₈ und I _C proportional ist. Somit ist der Augenblickswert des Basisstroms während der Fluß zeit T _F proportional zum Augenblickswert des Kollektorstroms, woraus sich eine optimale Ansteuerung ergibt. Während der Sperr zeit T _S werden der Operationsverstärker 20 und der Transistor T ₂ von der Logik 21 gesperrt, während die Transistoren T ₄ und T ₃ eingeschaltet werden, um den Schalttransistor T ₁ abzuschal ten, wobei Strom aus der Basis des Transistors T ₁ über den Kop pelkondensator C _K und den Transistor T ₃ nach Masse fließt. Wei terhin fließt über die Diode 16, den Koppelkondensator C _K und den Transistor T ₃ die restliche Ausgleichsladung.

Claims

1. Netzteil mit einem selbstschwingendem Sperrwandler, der mit Hilfe eines Schalttransistors und eines Transformators aus einer ihn speisenden Gleichspannung eine vom Transformator über eine Gleichrichteranordnung abnehmbare Gleichspannung erzeugt und mit einer Regelschaltung im Steuerkreis des Schalttran sistors, welche den Schalttransistor als Funktion einer aus dem Primärkreis des Transformators entnommenen Vergleichsspan nung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Transformator (10) eine weitere Wicklung (37) vorge sehen ist, daß ein Anschluß dieser weiteren Wicklung (37) mit dem Bezugspotential (Masse) verbunden ist, daß der andere An schluß dieser weiteren Wicklung (37) über eine Gleichrichterdio de (38) an einen Glättkondensator (39) geschaltet ist und der andere Anschluß dieses Glättkondensators mit dem Bezugspoten tial (Masse) verbunden ist, daß das am Verbindungsknoten, den dieser Glättkondensator (39) mit der Gleichrichterdiode (38) bildet, anstehende Signal zur Beaufschlagung des ersten Eingan ges eines zweiten Operationsverstärkers (34) und zur Ansteue rung der Basis eines siebten Transistors (T ₇) vorgesehen ist, daß der zweite Eingang des besagten zweiten Operationsverstär kers (34) mit einem Referenzpotential beaufschlagt ist und der Ausgang dieses zweiten Operationsverstärkers (34) mit der Basis eines sechsten Transistors (T ₆) verbunden ist und dieser sechs te Transistor (T ₆) vom gleichen Typ ist wie der siebte Tran sistor (T ₇), daß die Emitter des sechsten und des siebten Tran sistors (T ₆, T ₇) gemeinsam mit dem Bezugspotential (Masse) ver bunden sind, daß die Kollektoren des sechsten und des siebten Transistors (T ₆, T ₇) gemeinsam über einen Widerstand (35) an eine mit einem Potential (U _stab) beauschlagte Klemme (28) an geschlossen sind und eine weitere Klemme (29) bilden und daß das an dieser weiteren Klemme (29) anstehende Signal als Refe renzgröße eines mit einer vom Kollektor des Schalttransistors (T ₁) abhängigen Spannung beaufschlagten Komparators (22) vorge sehen ist, wobei die Ausgangsgröße dieses Komparators (22) als Abschaltkriterium für den Schalttransistor (T ₁) vorgesehen ist.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsknoten, den die Gleichrichterdiode (38) mit dem Glättkondensator (39) bildet, über eine Reihenschaltung von mindestens zwei Widerständen (40, 32) an eine mit einem Poten tial (U _stab) beaufschlagte Klemme (28) geschaltet ist und einer der Verbindungsknoten der Widerstände (40, 32, 33) besagter Rei henschaltung mit dem ersten Eingang des zweiten Operationsver stärkers (34) und mit der Basis des siebten Transistors (T ₇) verbunden ist.

3. Netzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Potential (U _stab) beaufschlagte Klemme (28) über die Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände (30, 31) gegen das Bezugspotential (Masse) geschaltet ist und das Poten tial eines der Verbindungsknoten dieser Reihenschaltung der Wi derstände (30, 31) zur Beaufschlagung des zweiten Eingangs des zweiten Operationsverstärkers (34) vorgesehen ist.

4. Netzteil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des zweiten Operationsverstärkers unter Vermittlung eines dritten Operationsverstärkers (36) an die Ba sis des siebten Transistors (T ₇) geschaltet ist.

5. Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein parallel zur speisenden Gleichspannung (U _N) liegendes RC-Glied (R, C), das ein periodisches, sägezahnförmiges, den Strom im Primärkreis (L _p, T ₁) entsprechendes Signal erzeugt, mit dem die Regelschaltung zur Triggerung des Schalttransistors (T ₁) angesteuert ist.

6. Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied über eine synchron mit dem Schalttransistor (T ₁) geschalteten Schalter (T ₅) entladen wird.

7. Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen das periodische sägezahnförmige Signal in einen pro portionalen Strom überführenden Verstärker (20, T ₂, 18), dessen Ausgangsstrom den Schalttransistor (T ₁) während seiner Flußzeit steuert.

8. Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schalttransistor (T ₁) während seiner Flußzeit an steuernder Verstärker (20, T ₂, 18) über einen Koppelkondensator (C _K) an den Schalttransistor (T ₁) angekoppelt ist, und daß der Koppelkondensator (C _K) in einem während der Sperrphase des Schalttransistors (T ₁) eingeschalteten Entladekreis (T ₃, C _K, 16) liegt, über den die mittlere Gleichspannung am Koppelkondensa tor (C _K) konstant gehalten wird.