DE2914729A1

DE2914729A1 - Transistor chopped TV receiver supply - has transformer primary connected to collector and secondary feeding receivers through rectifier stages

Info

Publication number: DE2914729A1
Application number: DE19792914729
Authority: DE
Inventors: Peter Mandl
Original assignee: GORENJE KOERTING; Gorenje Koerting Electronic & Co GmbH
Current assignee: Gorenje Vertriebs GmbH
Priority date: 1979-04-11
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1980-10-30

Abstract

The primary W(I) of the transformer (3) acts as a storage inductor in series with collector-emitter junction of a switching transistor (4) whose base is alternatively blocked and earthed. With the transistor (4) on, the inductance takes up energy while the damping diode (6) is off. Turning off the transistor directs the current to the primary through a capacitor (7) and a diode (6) connected to the earth. The transformer secondaries (W3, W4) are connected to rectifier stages (9) each with a diode and a capacitor. An auxiliary secondary winding (W/2 is coupled through a bypass loop which includes the driver and control unit (14).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Transistor-Schaltnetzteil für Femseh-mpfänger Die Erfindung betrifft ein Transistor-Schaltnetzteil für Fernseh-Empfangsgeräte und bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Energieübertragung bei gleichzeitiger Kosteneinsparung für die dabei verwandten Bauelemente.Transistor switched-mode power supply for TV receivers The invention relates to a transistor switching power supply for television receivers and refers to a Circuit arrangement to improve the efficiency of the energy transfer simultaneous cost savings for the related components.

In Fernsehempfangsgeräten werden bevorzugt Schaltnetzteile eingesetzt, mit denen bei optimaler Dimensionierung die Nachteile konventioneller Netzteile, z.B. schwerer Netztransformator und schlechter Wirkungsgrad, weitgehend vermieden werden können.Switching power supplies are preferred in television receivers, with which, with optimal dimensioning, the disadvantages of conventional power supplies, E.g. heavy mains transformer and poor efficiency, largely avoided can be.

In den bekannten Schaltnetzteilen wird die Netzspannung zunächst gleichgerichtet und gesiebt. Die so gewonnene Gleichspannung wird einem Schaltnetzteil zugeführt, das im einfachsten Fall aus einem Transistor, einem Trafo - dessen Primärwicklung die Speicherwicklung darstellt und vorhandene Sekundärwicklungen die für die aktiven Stufen des Gerätes notwendigen Versorgungsspannungen aufbauen -sowie einem Widerstands-Kondensator-Dioden (RCD-) Netzwerk besteht. Die Ansteuerung des Transistors erfolgt impulsförmig über seinen Basisanschluß in der Weise, daß er wie ein elektronischer Schalter wirkt.In the known switched-mode power supplies, the mains voltage is first rectified and sifted. The DC voltage obtained in this way is fed to a switched-mode power supply, In the simplest case, this consists of a transistor, a transformer - its primary winding represents the storage winding and existing secondary windings those for the active ones Build up the necessary supply voltages in the stages of the device - as well as a resistor-capacitor-diode (RCD) network exists. The transistor is controlled in a pulsed manner via its base connection in such a way that it acts like an electronic switch.

Die Ausgangsspannung des Schaltnetzteiles kann beeinflußt und damit aufgabengemäß unabhängig von Netzspannungs- u. Last schwankungen konstant gehalten werden, weil über eine weitere Wicklung des Trafos und eine an die Basis des Transistors geschaltete Treiber- u.The output voltage of the switched-mode power supply can be influenced and thus Depending on the task, kept constant regardless of mains voltage and load fluctuations because one more winding of the transformer and one to the base of the transistor switched driver u.

Regelungsstufe ein geschlossener Regelkreis gebildet wird.Control stage a closed control loop is formed.

Schaltungen, die die Aufgabe der Treiber- u. Regelungsstufe erfüllen, sind bekannt und bereits in monolithischen Schaltkreisen, wie z.B. TDA i060, integriert.Circuits that fulfill the task of the driver and control stage, are known and already integrated in monolithic circuits such as TDA i060.

Der in einer derartigen Schaltungsanordnung gebildete Regelkreis beeinflußt die Taktfrequenz oder das Tastverhältnis des elektronischen Schalters oder die Speicherstromamplitude Ic, in der Weise, daß die Forderung nach konstanter Ausgangsspannung UB 1 unter praktisch realistischen Netzspannungs und Laständerungen weitgehend erfüllt wird.The control loop formed in such a circuit arrangement has an influence the clock frequency or the duty cycle of the electronic switch or the storage current amplitude Ic, in such a way that the requirement for constant output voltage UB 1 below practically realistic line voltage and load changes are largely met.

Wegen der angestrebten Netztrennung zu den übrigen Schaltungsbereichen des Fernsehempfangsgerätes wird der Trafo des Schaltnetzteiles mit galvanisch getrennten Wicklungen ausgeführt, wobei die Primärwicklung als magnetischer Energiespeicher wirkt. Die während der Leitphase des Transistors im Transformatorkern aufgenommene Magnetisierungsenergie wird in der Sperrphase des Transistors über die magnetisch angekoppelte Sekundärwicklung in den Lastkreis übertragen. Die Gleichrichtung dieser Wechselspannung erfolgt, ausschließlich während der Sperrphase des Transistors, über eine Einwe-Gleichrichterdiode, der zur Glättung der gewünschten Ausgangs-Gleichspannung ein Siebkondensator zugeschaltet ist.Because of the desired network separation to the other circuit areas of the television receiver is the transformer of the switching power supply with galvanically separated Windings executed, the primary winding as a magnetic energy storage works. The one recorded in the transformer core during the conduction phase of the transistor Magnetization energy is in the blocking phase of the transistor over the magnetic Transfer coupled secondary winding to the load circuit. The rectification of this AC voltage occurs, exclusively during the blocking phase of the transistor, Via a one-way rectifier diode, which is used to smooth the desired output DC voltage a filter capacitor is connected.

An einem Energie-Transfer nimmt der in der Streuinduktivität Ld des Trafos gespeicherte Energiebetrag nicht teil. Er muß, zur Verhütung von Überspannungen am Kollektor des Transistors, in ein zwischen Collektor und Masse liegendes Dämpfungsglied geleitet werden, das z.B. durch die Reihenschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes gebildet wird, wobei der Ladestrom in diesen Kondensator zum Zeitpunkt der Sperrphase über eine parallel zum ohmschen Widerstand liegende, in Flußrichtung geschaltete Diode gegen Masse abgeleitet wird. Im Einschaltmoment begrenzt der Widerstand den Entladestromstoß über den nun durchgeschalteten Transistor und wandelt die zuvor im Kondensator gespeicherte Energie in Wärme u.In an energy transfer, the decreases in the leakage inductance Ld des The amount of energy stored in the transformer does not participate. It must be used to prevent overvoltages at the collector of the transistor, into an attenuator located between the collector and ground be conducted, e.g. by connecting a capacitor and a Ohmic resistance is formed, the charging current in this capacitor to Time of the blocking phase via an in Direction of flow switched diode is diverted to ground. Limited at the moment of switch-on the resistor controls the discharge current surge through the transistor that is now switched on and converts the energy previously stored in the condenser into heat and the like.

Zur Wirkungsgradverbesserung sind Schaltungen bekannt geworden, durch die sich in der Sperrphase des Schalttransistors eine noch innerhalb der Sperrphase vollständig wieder abklingende Schwingung der Frequenz fs ausbildet, wenn die Dimensionierungsbedingungen für dieser Dämpftlngsglied der Beziehung Lp = Primärinduktivität des Trafos C = Kapazität des Dämpfungs-Kondensators R = Ohmscher Widerstand im folgt. R = Ohmscher Widerstand im lied Dämpfungsglied Dann wird während des abklingenden Schwingungsvorganges ein Teil der im Streufeld gespeicherten Energie rückgewonnen, in der Weise, daß der mit fa oszillierende Strom i ebenfalls ein Nutzfeld und ein Streufeld im Trafo aufbaut, wobei sich die dabei erreichte Nutzfeld-Komponente als rückgewonnener Energiebetrag ansehen läßt.To improve efficiency, circuits have become known through which an oscillation of the frequency fs develops in the blocking phase of the switching transistor, which oscillation completely decays again within the blocking phase, if the dimensioning conditions for this attenuator have the relationship Lp = primary inductance of the transformer C = capacity of the damping capacitor R = ohmic resistance im follows. R = ohmic resistance in the attenuator Then, during the decaying oscillation process, part of the energy stored in the stray field is recovered in such a way that the current i oscillating with fa also builds up a useful field and a stray field in the transformer, whereby the useful field achieved is Component can be viewed as a recovered amount of energy.

Damit das erreicht wird, muß die Kapazität des Kondensators klein sein, was jedoch entsprechend der Beziehung zu einer Spannungsüberhöhung der Kollektor-Emitterspannung UCE führt, durch die für den Schalttransistor eine zulässige Kollektor-Emitterspannung der Größenordnung UCE L UCEmax = UB + U +U'+UCE 0 5 CE nötig wird.In order for this to be achieved, the capacitance of the capacitor must be small, but this is in accordance with the relationship leads to a voltage increase in the collector-emitter voltage UCE, which requires a permissible collector-emitter voltage of the order of magnitude UCE L UCEmax = UB + U + U '+ UCE 0 5 CE for the switching transistor.

Dabei ist Us' die auf die Primärseite des Trafos induzierte Sekundärspannung U 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und eine geeignete Dimensionierung für die dabei verwandten Bauteile zu finden, durch die die Verluste im Schaltnetzteil und die Bauelemente-Kosten deutlich herabgesetzt sind.Us' is the secondary voltage induced on the primary side of the transformer U 5 The invention is based on the object of a circuit arrangement and a to find suitable dimensioning for the related components through which the losses in the switched-mode power supply and the component costs are significantly reduced are.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß - trotz Wegfalls des RCD-Netzwerkes - die maximal erforderliche Collektor-Emitter-Sperrspannung UCEo für den Schalttransistor etwa um die Hälfte vermindert ist und, bei gleichzeitiger Kostensenkung, ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht wird.The advantages achieved with the invention are, in particular, that - despite the absence of the RCD network - the maximum required collector-emitter reverse voltage UCEo for the switching transistor is reduced by about half and, at the same time Cost reduction, improved efficiency is achieved.

Es zeigen Fig. 1: Ein Schaltnetzteil in der bekannten Ausführungsform Fig. 2: Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines Schaltnetzteiles mit verbessertem Wirkungsgrad und reduzierten Bauelemente-Kosten in Verbindung mit den daran angeschalteten Verbrauchern Fig. 3: Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung.1 shows a switched-mode power supply in the known embodiment Fig. 2: The inventive circuit arrangement of a switched-mode power supply with an improved Efficiency and reduced component costs in connection with those connected to it Consumers Fig. 3: Another embodiment of the solution according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten und bekannten Anordnung eines Schaltnetzteiles, anhand der Fig. 2 nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is based on the in Fig. 1 shown and known arrangement of a switched-mode power supply, with reference to FIG. 2 below explained in more detail.

In der bekannten, in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung eines Schaltnetzteiles liegt die Netzspannung UN an einem Gleichrichter 1 und die so gebildete Gleichspannung UB an einem Glättungskondensator 2. Die Primärwicklung w1 des Trafos 3 wirkt als Speicherdrossel und liegt in Reihenschaltung mit der Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors t 4. Dieser wird über den Basisanschluß 5 wechselweise gesperrt und gegen Masse durchgeschaltet. Ist der Transistor 4 leitend, nimmt die Speicherdrossel Energie auf, die sie als magnetische Energie speichert. Durch die Dämpfer-Diode 6 fließt dann kein Strom.In the known circuit arrangement of a switched-mode power supply shown in FIG the mains voltage UN is applied to a rectifier 1 and the direct voltage thus formed UB on a smoothing capacitor 2. The primary winding w1 of the transformer 3 acts as a Storage choke and is connected in series with the collector-emitter path of the Switching transistor t 4. This is blocked alternately via the base terminal 5 and switched through to ground. If the transistor 4 is conductive, the storage choke takes Energy that it stores as magnetic energy. Through the damper diode 6 then no current flows.

Wird der Transistor 4 dagegen gesperrt, fließt ein Strom i in gleicher Richtung durch die Primärwicklung über den Kondensator 7 und die Diode 6 nach Masse und überträgt dabei einen Teil der im Magnetfeld des Trafos 3 zuvor gespeicherten Energie in den Kondensator 7. Der Widerstand 8 begrenzt in der Leitphase des Transistors 4 den Einschaltstrom IC und wandelt die im Kondensator 7 gespeicherte Energie in unerwünschter Weise in Wärme um.If the transistor 4 is blocked, however, a current i flows in the same Direction through the primary winding via the capacitor 7 and the diode 6 to ground and thereby transmits a part of the previously stored in the magnetic field of the transformer 3 Energy in the capacitor 7. The resistor 8 limits in the conducting phase of the transistor 4 the inrush current IC and converts the energy stored in the capacitor 7 into undesirably into heat.

Die Netztrennung zu den anderen Schaltungsbereichen des Fernsehempfängers erfolgt durch die galvanische Trennung der Sekundärwicklung W 2 von der Primärwicklung W 1 im Trafo 3. Die zur Speisung der aktiven Empfängerstufen erforderliche Gleichspannung UB1 wird in einem an die Sekundärwicklung W 2 angeschlossenen Gleichrichter-und Sieb-Netzwerk 9 gewonnen.The network separation to the other circuit areas of the television receiver takes place through the galvanic separation of the secondary winding W 2 from the primary winding W 1 in the transformer 3. The DC voltage required to supply the active receiver stages UB1 is in a rectifier and connected to the secondary winding W 2 Sieve network 9 won.

In der erfindungsgemäßen Lösung nach Fig. 2 wird die Wicklung wl des Trafos 3 sowohl zum Energieaufbau als auch zum Energieabbau ausgenutzt, in der Weise, daß in der Sperrphase über die Freilaufdiode 6 ein Teil der im Magnetfeld, einschließlich der im Streufeld gespeicherten Energie nutzbringend dem Speicherkondensator 7 zugeführt wird. Durch die Reihenschaltung Speicherkondensator 7, Speicherwicklung wl und Schalttransistor 4, wird zusätzlich auch während der Leitphase des Transistors dem Kondensator 7 bereits Energie zugeführt, um deren Betrag der Energieanteil im gespeicherten Magnetfeld der Wicklung wl und damit der Kernaufwand geringer sein kann. Da zum Zeitpunkt des Sperrens des Transistors 4 die Diode 6 leitend wird, kann UC8 nur den Wert von UB annehmen.In the solution according to the invention according to FIG. 2, the winding is wl des Transformers 3 are used both for building up and reducing energy, in such a way that that in the blocking phase via the freewheeling diode 6 a part of the magnetic field, including the energy stored in the stray field is usefully fed to the storage capacitor 7 will. Through the series connection of storage capacitor 7, storage winding wl and switching transistor 4, the capacitor 7 is also connected to the capacitor 7 during the conducting phase of the transistor already supplied with energy, the amount of which increases the amount of energy in the stored magnetic field the winding wl and thus the core effort can be lower. Since at the time of Blocking the transistor 4, the diode 6 is conductive, UC8 can only use the value of UB accept.

Praktisch liegt sie damit auf dem halben Wert der Kollektor-Emitterspannung, die in einer Schaltung nach Fig. 1 erreicht wird0 Da die, die horizontale Ablenkwicklung 10 ansteuernde Zeilenendstufe 11 im Fernsehgerät als Hauptverbraucher angesehen werden kann, werden deren beiden Stromversorgungsanschlüsse 12 u. 13 in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an den Speicherkondensator 7 gelegt, was den Vorteil hat, daß im Trafo 3 nur noch geringe Leistungen übertragen werden müssen, demzufolge dieser mit geringen Kernabmessungen und, wegen des nicht nachteilig wirksam werdenden Streufeldes, unproblematisch gewickelt und sehr preiswert aufgebaut sein kann.In practice it is half the value of the collector-emitter voltage, which is achieved in a circuit according to FIG. 1. Since the, the horizontal deflection winding 10 driving line output stage 11 in the television set is viewed as the main consumer can be, their two power supply connections 12 and 13 in the invention Circuit arrangement placed on the storage capacitor 7, which has the advantage that In the transformer 3 only small amounts of power have to be transmitted, consequently this one with small core dimensions and, because of the stray field that does not have a detrimental effect, can be wound easily and built very inexpensively.

Die Versorgungsspannung der Zeilenendstufe 11 liegt mit dem einen Anschluß 13 nicht wie üblich am Massepotential, sondern ist um den Betrag UB - U1 angehoben, was jedoch nicht nachteilig ist, da die Zeilenendstufe 11 galvanisch getrennt über einen Treibertrafo 15 vom H-Oszillator angesteuert wird. Außerdem ist die Ablenkwicklung 10 für ausreichend hohe Spannungen gegenüber dem Massepotential ausgelegt.The supply voltage of the line output stage 11 is with one Terminal 13 is not at ground potential as usual, but is by the amount UB - U1 raised, but this is not disadvantageous since the line output stage 11 is galvanic is controlled separately via a driver transformer 15 from the H oscillator. aside from that is the deflection winding 10 for sufficiently high voltages with respect to the ground potential designed.

Die Ansteuerung des Schalttransistors 4 erfolgt dabei in bekannter Weise über eine kombinierte Treiber- u. Regelungsstufe 14, die, zum Zweck der Stabilisierung aller dem Schaltnetzteil über die Sekundärwicklungen w3 und w4 entnommenen Versorgungsspannungen, z.B.The switching transistor 4 is controlled in a known manner Way via a combined driver and control stage 14, which, for the purpose of stabilization all of the switching power supply via the secondary windings w3 and w4 taken supply voltages, e.g.

UB1, - UB2, die Schaltfrequenz, deren Tastverhältnis oder auch beides festlegt. Diese Stufe wird durch einen über die Leitung 16 direkt am Netz entnommenen Schaltimpuls gestartet und erhält, als variable Steuergröße während der Sperrphase, aus der Wicklung w2 des Trafos 3 einen der Spannung Ul proportionalen Ist-Wert der Versorgungsspannung.UB1, - UB2, the switching frequency, its duty cycle or both specifies. This stage is taken directly from the network by a line 16 Switching pulse started and received, as a variable control variable during the blocking phase, from the winding w2 of the transformer 3 an actual value proportional to the voltage Ul Supply voltage.

Die gleiche erfindungsgemäße Aufgabe erfüllt eine Schaltung nach Fig. 3, in der die beschriebenen Bauteile nach Fig. 2 so geschaltet sind, daß der galvanisch zum Netz durchverbundene Verbraucher mit dem einen Spannungsversorgungsanschluß 13 am Masse-Potential liegt.The same object according to the invention is achieved by a circuit according to FIG. 3, in which the components described according to FIG. 2 are connected so that the galvanic Consumers connected through to the mains with one power supply connection 13 is at ground potential.

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Claims

PATENT CLAIMS transistor switching power supply for television receivers, characterized in that the two connections of a storage capacitor, the one in series with the primary winding of a transformer and the collector-emitter path of an NPN transistor, the two power supply connections of the line output stage are performed, the first connection of this series circuit consisting of 3 components is connected to the one positive pole of the DC supply voltage and the other connection is at the negative potential of this supply voltage and in this Series connection at the connection point between the collector and the first end of the Primary winding is connected to the anode of a diode and the cathode to the positive Connection of the DC supply voltage is and other consumers of the television receiver are fed via galvanically separated secondary windings of the transformer.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the line output stage is fed via a secondary winding of the transformer and another Load is galvanically connected to the storage capacitor of the series connection.

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that instead of the NPN transistor, a corresponding PNP type is used and the The polarity of the diode connections is reversed.

4. Circuit arrangement according to claim 1, 2 and 3; characterized, that the 3 components of the series connection follow one another at will.