DE3112377A1

DE3112377A1 - Sperrwandler-netzteil mit erweitertem regelbereich

Info

Publication number: DE3112377A1
Application number: DE19813112377
Authority: DE
Inventors: Friedrich 8211 Schleching Siestrup
Original assignee: GORENJE KOERTING
Current assignee: Interessengemeinschaft fuer Rundfunkschutzrechte GmbH Schutzrechtsverwertung and Co KG
Priority date: 1981-03-28
Filing date: 1981-03-28
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3112377C2

Description

BESCHREIBUNG
Sperrwandler-Netzteil mit erweitertem Regelbereich Für die Stromversorgung von elektronischen Geräten aller Art, insbesondere auch von Fernsehgeräten, haben sich die sog.
Schaltnetzteile wegen ihrer zahlreichen Vorzüge in großem Umfang durchgesetzt. Von Sonderfällen abgesehen, arbeiten sie nach dem Sperrwandler-Prinzip, bei dem der Leistungs-Transistor als Sperrschwinger mit einer Frequenz in der Größenordnung von ca. 20 kHz arbeitet.
Neben dem Vorteil, daß auf der relativ hohen Frequenz ein viel kleinerer Transformator benutzt werden kann als z.B.
bei der Netzfrequenz von 50 Hz, liegt der weitere Vorzug in dem Umstand, daß die abgegebene Sekundärleistung mit Hilfe wenig aufwendiger Regischaltungen von der primären Speisespannung relativ unabhängig gehalten werden kann. Mit abnehmender Speisespannung bewirkt die Regelung eine entsprechende Zunahme der Stromflußzeit des Leistungs-Schalttransistors, so daß die abgegebene Sekundärleistung stabilisiert wird.
In der Praxis lassen sich mit den bekannten Schaltungen für Schaltnetzteile Netzspannungsschwankungen zwischen z.B. 140 V und 250 V weitgehend ausregeln.
Dieser relativ große Toleranzbereich ist allerdings noch nicht ausreichend, um den Gesamtumfang aller Netz-Nennspannungen ohne Umschaltung überstreichen zu können.
Insbesondere in den Entwicklungsländern muß mit weit extremeren Netzspannungstoleranzen gerechnet werden als in den Industrieländern. Hinzu kommt, daß dort im allgemeinen Generator- Anlagen aus Industrieländern mit unterschiedlichen Netz-Nennspannungen importiert werden, so daß sowohl 2-Phasen Wechselstromnetze mit Nennspannungen von 110 und 220 oder 240 bis 260 V als auch Drehstrom-Netze mit Nennspannungen von 117 bis 240 V und beliebiger Verkettung betrieben werden. Bei Berücksichtigung extremer Toleranzen infolge schwacher Leitungen und bei großen Entfernungen, sowie bei Überlastungen kann in der Praxis mit Betriebsspannungen zwischen 80 V und 260 V gerechnet werden.
Ein derartig weiter Bereich kann mit den Schaltnetzteilen konventioneller Bauart nicht ohne Bereichsumschaltung überstrichen werden. Die Ursache für die Begrenzung des Regelbereiches von Schaltnetzteilen liegt u.a. darin, daß der Spitzenwert des Basisstromes des Leistungs-Schalttransistors durch ohmsche Widerstände im Basisstromkreis bestimmt wird.
Das hat zur Folge, daß der Spitzenwert des Basisstromes etwa der Speisespannung selbst proportional ist, also mit abnehmender Spannung geringer wird und mit zunehmender Spannung ansteigt.
Dimensioniert man nun den Begrenzungswiderstand so, daß bei sehr hoher Speisespannung eine Oberlastung des Leistungs-Schalttransistors vermieden wird, so wird der für die volle Durchschaltung benötigte Steuerstrombedarf bei niedriger Speisespannung unterhalb eines Grenzwertes nicht mehr gedeckt.
Eine Ausregelung der Schaltung auf konstante Sekundärleistung ist dann nicht mehr möglich.
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, diesen Nachteil der bekannten Schaltungen zu beseitigen. Sie betrifft ein Sperrwandler-Netzteil mit einem als Sperrschwinger betriebenen Leistungs-Schalttransistor 1, einem Transformator 2 mit zusätzlichen Wicklungen für die Erzeugung der Rückkopplungsspannung 3 und einer Referenzspannung 4 für die lastabhängige Regelung 12 des Tastverhältnisses der erzeugten Impulsfolge, sowie mit Schaltmitteln für die Abschaltung und Ausräumung des Leistungs-Schalttransistors 1 während der Sperrphase. Die Erfindung liegt darin, daß in den Basisstromkreis des Leistungs-Schalttransistors 1 in Reihe mit der Rückkopplungswicklung 2 eine Konstantstromquelle 5 eingeschaltet ist.
Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird erreicht, daß der Spitzenwert des Basisstromes mit abnehmender Speisespannung nicht abnimmt, sondern annähernd unverändert bleibt, so daß der Leistungsschalttransistor 1 stets voll durchgeschaltet wird. Die Ausregelung der Schaltung auf konstante Sekundärleistung kann dadurch in einem wesentlich größeren Betriebsspannungsbereich aufrecht erhalten werden, so daß der zuvor angegebene Bereich von 70 V bis 260 V ohne Umschaltung überstrichen wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft die spezielle Ausführung der Konstantstromquelle 5 und hat zum Gegenstand, daß als Konstantstromquelle ein Transistor 6 verwendet wird, dessen Basispotential durch die Reihenschaltung mehrerer von einem Querstrom durchflossener Dioden 7 festgelegt ist und daß in seiner Emitterleitung ein so bemessener Widerstand 8 liegt, daß der Emitterstrom im wesentlichen unabhängig von der Betriebsspannung konstant bleibt.
Die Funktion dieser wenig aufwendigen Schaltung läßt sich auch in der Weise auffassen, daß der Einfluß der Speisespannung auf den Spitzenwert des Basisstromes des Leistungs-Schalttransistors 1 durch die Wirkung des hohen dynamischen Innenwiderstandes der Emitter-Collektor-Strecke des Transistors 6 aufgehoben wird.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung geht aus von der Ausführung des Sperrwandler-Netzteils mit einem Regel-Thyristor 9 für die lastabhängige Regelung des Tastverhältnisses und mit einem Referenzwiderstand 10 in der Speisespannungszuleitung, welcher die Zündspannung für den Regelthyristor liefert und beinhaltet, daß die vom Gesamtstrom abhängige, am Referenzwiderstand 10 abfallende Spannung über einen Widerstand 11 mit der Basis des Transistors der Konstantstromquelle verbunden ist.
Durch diese Maßnahme wird der Spitzenwert des Basisstromes für den Leistungs-Schalttransistor 1 bei sehr niedrigen Speisespannungswerten in einem durch den Wert des Widerstandes 11 gegebenen Maße erhöht. Das hat den Vorteil, daß die Sicherheit der Durchschaltung gerade dann noch erhöht wird, wenn die Stromflußzeiten groß sind und sich ein etwaiges Ansteigen der Collektor-Emitter-Restspannung infolge von Exemplartoleranzen oder Temperaturanstieg besonders ungünstig auswirken könnte.
Die zusätzliche Steuerung des Transistors 6 von der vom Gesamt-Speisestrom abhängigen, am Widerstand 10 abfallenden Referenzspannung, die für die Zündung des Regeltransistors 9 benötigt wird, erfüllt in ihrem Verlauf gut die für den erwünschten Zweck erforderlichen Voraussetzungen, so daß keine zusätzlichen Bauelemente benötigt werden.
Zum weiteren Verständnis der erfindungsgemäßen Schaltung sei noch erwähnt, daß mit der Einfügung der Konstantstromquelle 5 gegenüber der konventionellen Schaltung eine etwas höhere Rückkopplungsspannung erforderlich wird, d.h. die Wicklung 3 des Transformators 2 muß eine entsprechend höhere Windungszahl erhalten. Mit der Diode 13 wird dann verhindert, daß der Transistor 6 infolge der höheren Rückkopplungsspannung in seiner Sperrphase über den Collektor invers angesteuert werden kann. Dieses würde die Schaltzeiten in unerwünschter Weise beeinflussen.
Auch die Zenerdiode 14 erfüllt den Zweck, ungünstige Auswirkungen der erhöhten Rückkopplungsspannung der Wicklung 3 aufzuheben; sie dient hier zur Verbesserung des Abschaltverhaltens des Thyristors 9.
Mit der Diode 15 wird die Höhe der Sperrspannung an der Basis des Transistors 1 während der Ausräumphase im zulässigen Bereich gehalten.
Weiterhin wird erläutert, daß der Start der Sperrschwinger-Schaltung beim ersten Einschalten in üblicher Weise durch einen positiven, über den Anschluß "I start" zugeführten Impuls erfolgt, und daß dann die am Kondensator 16 in der Sperrphase aufgebaute Spannung die weitere Einprägung der für jede erneute Durchschaltung des Transistors 1 erforderlichen positiven Startimpulse übernimmt. Der Kondensator 16 erhält in der Sperrphase am Verbindungspunkt mit der Wicklung 3 positive Ladung, die dann für jeden erneuten Start des Transistors 1 über die Wicklung 3 an die Bais des Transistors 1 gelangt. Es muß nun verhindert werden, daß der Kondensator 16 während der Durchschaltphase des Transistors 1 infolge des relativ hohen Spannungsabfalls an der Reihenschaltung von Konstantstromquelle 5 und Diode 13 stärker umgeladen wird, da diese Ladung dann während der Sperrphase erst wieder kompensiert werden müßte, ehe sich die für den Start erforderliche, richtig gepolte Ladung am Kondensator 16 wieder aufbauen kann.
Diese Funktion übernehmen der Widerstand 17 und die Diode 18.
Die während der Durchschaltphase unerwünschte Fehlpolung am Kondensator 16 wird durch ihre Wirkung auf eine Spannung von 0,7 V begrenzt.
In der Abb. 1 gelten die folgenden Bezeichnungen: 1 = Leistungs-Schalttransistor 2 = Transformator 3 = Rückkopplungswicklung 4 = Referenzspannungswicklung 5 = Konstant-Stromquelle 6 = Transistor der Konstantstromschaltung 7 = Diodenkette der Konstantstromschaltung 8 = Emitterwiderstand der Konstantstromschaltung 9 = Abschalt-Thyristor 10 = Speisestrom-Referenzwiderstand 11 = Widerstand für Referenz-Zusatzsteuerung 12 = Regelschaltung 13 = Inversstrom-Sperrdiode 14 = Zenerdiode für Haltestrom-Versatz 15 = Zenerdiode für Sperrspannungsbegrenzung 16 = Start-Kondensator 17 = Ladewiderstand 18 = Begrenzerdiode für Fehlpolung Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE === -====== - = 1) Sperrwandler-Netzteil mit einem als Sperrschwinger betriebenen Leistungs-Schalttransistor, einem Transformator mit zusätzlichen Wicklungen für die Erzeugung der Rückkopplungsspannung und einer Referenzspannung für die lastabhängige Regelung des Tastverhältnisses der erzeugten Impulsfolge, sowie mit Schaltmitteln für die Abschaltung und Ausräumung des Leistungs-Schalttransistors während der Sperrphase, dadurch gekennzeichnet, daß in den Basisstromkreis des Leistungs-Schalttransistors in Reihe mit der Rückkopplungswicklung eine Konstantstromquelle eingeschaltet ist.
2) Sperrwandler-Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantstromquelle ein Transistor verwendet wird, dessen Basispotential durch die Reihenschaltung mehrerer von einem Querstrom durchflossener Dioden festgelegt ist und daß in seiner Emitterleitung ein so bemessener Widerstand liegt, daß der Emitterstrom im wesentlichen unabhängig von der Betriebsspannung konstant bleibt.
3) Sperrwandler-Netzteil nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Regel-Thyristor für die lastabhängige Regelung des Tastverhältnisses und mit einem Referenzwiderstand in der Speisespannungszuleitung, welcher die Zündspannung für den Regelthyristor liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gesamtstrom abhängige, am Referenzwiderstand abfallende Spannung über einen Widerstand mit der Basis des Transistors der Konstantstromquelle verbunden ist.