DE3112377C2 - - Google Patents

Description

Für die Stromversorgung von elektronischen Geräten aller Art, insbesondere auch von Fernsehgeräten, haben sich die sogenannten 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.

Die Erfindung betrifft ein Sperrwandler-Netzteil mit einem als Sperrschwinger betriebenen Leistungs-Schalttransistor, einem Transformator mit zusätzlichen Wicklungen für die Erzeugung der Rückkopplungsspannung und einer Referenz­ spannung für die lastabhängige Regelung des Tastverhältnisses der erzeugten Impulsfolge sowie mit Schaltmitteln für die Abschaltung und Ausräumung des Leistungs-Schalttransistors während der Sperrphase (DE-OS 29 10 593).

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 Regelschaltungen 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 der be­ kannten Schaltung 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 Industrie­ ländern. Hinzu kommt, daß dort im allgemeinen Generator-An­ lagen aus Industrieländern mit unterschiedlichen Netz-Nenn­ spannungen importiert werden, so daß sowohl 2-Phasen Wechsel­ stromnetze mit Nennspannungen von 110 und 220 oder 240 bis 260 V als auch Drehstrom-Netze mit Netzspannungen von 117 bis 240 V und beliebiger Verkettung betrieben werden. Bei Be­ rücksichtigung extremer Toleranzen infolge schwacher Leistungen 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 herkömmlicher Bauart nicht ohne Bereichsumschaltung über­ strichen werden. Die Ursache für die Begrenzung des Regel­ bereiches von Schaltnetzteilen liegt u. a. darin, daß der Spitzenwert des Basisstromes des Leistungs-Schalttransistors durch ohmsche Widerstände im Basisstromkreis bestimmt wird. Das hat nun 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 Überlastung des Leistungs- Schalttransistors vermieden wird, so wird der für die volle Durchschaltung benötigte Steuerstrombedarf bei niedriger Speisespannung unterhalb eines Grenzwertes nicht mehr ge­ deckt. Eine Ausregelung der Schaltung auf konstante Sekundär­ leistung ist dann nicht mehr möglich.

Ein solches Schaltnetzteil ist aus der DE-OS 29 10 593 be­ kannt. Bei dieser Lösung wird erreicht, daß der Basis­ strom nicht konstant bleibt, sondern sich dem Anstieg des Kollektorstroms während der Stromflußdauer anpaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Steuer­ strombedarf des Schalttransistors auch bei sehr geringen Speisespannungen sicher zu decken. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in den Basisstromkreis des Leistungs-Schalt­ transistors in Reihe mit der Rückkopplungswicklung eine Konstantstromquelle eingeschaltet ist.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Leistungs-Schalttransistor 1 ist über seinen Emitter mit der Referenzspannungswicklung 4 des Transformators 2 und über seinen Kollektor mit dem Transformator 2 verbunden, dessen anderes Wicklungsende an der Versorgungsspannung +U _B liegt. Die Referenzspannungswicklung 4 ist anderer­ seits mit der Regelschaltung 12 über eine Diode 21 ver­ bunden; die Regelschaltung 12 liegt ihrerseits über verschiedene Dioden (Diode 22 und Zenerdiode 23) an den Startimpulsen I _Start und weiter über die Zenerdiode 15 (für Sperrspannungs­ begrenzung) an dem einen Pol der Rückkopplungswicklung 3, deren anderer Pol über die Zenerdiode 14 (für Haltestrom- Versatz) und die Diode 24 mit der Anode des Abschalt-Thy­ ristors 9 verbunden ist, dessen Kathode einerseits mit der Versorgungsspannung -U _B und andererseits mit dem Speise­ strom-Referenzwiderstand 10 verbunden ist. Die Zündelektrode des Abschalt-Thyristors 9 ist mit der Regelschaltung 12 verbunden. Die Kathode des Abschalt-Thyristors 9 ist über den Kondensator 19 mit der Basis des Leistungs-Schalt­ transistors 1 verbunden, während dieser gleichzeitig die Startimpulse beim Einschalten des Geräts zugeführt werden. Zwischen dem Emitter des Leistungs-Schalttransistors 1 und der Rückkopplungswicklung 3 ist über die Inversstrom-Sperr­ diode 13 die erfindungsgemäße Konstant-Stromquelle 5 geschaltet.

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 durchge­ schaltet wird. Die Ausregelung der Schaltung auf konstante Sekundärleistung kann dadurch in einem wesentlich größeren Betriebsspannungsbereich aufrechterhalten werden, so daß der zuvor angegebene Bereich von 70 V bis 260 V ohne Um­ schaltung 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 Wider­ stand 8 liegt, daß der Emitterstrom im wesentlichen unab­ hängig von der Betriebsspannung konstant bleibt. Eine solche Konstantstromquelle ist aus "Der Elektroniker" Nr. 10, 1974, zwar grundsätzlich bekannt, doch hat sie dort keinen Bezug auf Sperrwandlerschaltungen.

Die Funktion dieser wenig aufwendigen Schaltung läßt sich auch in der Weise auffassen, daß der Einfluß der Speise­ spannung auf den Spitzenwert des Basisstromes des Leistungs- Schalttransistors 1 durch die Wirkung des hohen dynamischen Innenwiderstandes der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 6 aufgehoben wird.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung geht aus von der aus der DE-OS 29 10 593 an sich bekannten Ausführung des Sperrwandler-Netzteils mit einem Abschalt- Thyristor für die lastabhängige Regelung des Tastverhältnisses und mit einem Referenzwiderstand 10 in der Speisespannungs­ zuleitung, welcher die Zündspannung für den Abschalt-Thyristor liefert, und besagt, daß die vom Gesamtstrom abhängige, am Referenzwiderstand 10 abfallende Spannung über einen Widerstand 11 mit der Basis des Transistors 6 der Konstant­ stromquelle 5 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 Wider­ standes 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 et­ waiges Ansteigen der Kollektor-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 Abschalt-Thyristors 9 benötigt wird, erfüllt durch ihren Verlauf gut die für den er­ wünschten Zweck erforderlichen Voraussetzungen, so daß keine zusätzlichen Bauelemente benötigt werden.

Zum weiteren Verständnis der erfindungsgemäßen Schaltung sei noch erwähnt, daß mit der Einfügung der Konstantstrom­ quelle 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 Rück­ kopplungsspannung in seiner Sperrphase über den Kollektor invers angesteuert werden kann. Dieses würde die Schalt­ zeiten in unerwünschter Weise beeinflussen.

Auch die Zenerdiode 14 erfüllt den Zweck, ungünstige Aus­ wirkungen der erhöhten Rückkopplungsspannung der Wicklung 3 aufzuheben; sie dient hier zur Verbesserung des Abschaltver­ haltens des Thyristors 9.

Mit der Zenerdiode 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 erforder­ lichen 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 Basis 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 Konstant­ stromquelle 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.

Claims (3)

1. Sperrwandler-Netzteil mit einem als Sperrschwinger betriebenen Leistungs-Schalttransistor, einem Trans­ formator 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-Schalttran­ sistors (1) in Reihe mit der Rückkopplungswicklung (3) eine Konstantstromquelle (5) eingeschaltet ist.

2. Sperrwandler-Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantstromquelle (5) ein Transistor (6) verwendet wird, dessen Basispotential durch die Reihen­ schaltung mehrerer von einem Querstrom durchflossener Dioden (7) festgelegt ist, und daß in der Emitterlei­ tung des Transistors (6) ein so bemessener Wider­ stand (8) liegt, daß der Emitterstrom im wesentlichen unabhängig von der Betriebsspannung konstant bleibt.

3. Sperrwandler-Netzteil nach Ansprüchen 1 und 2 mit einem Abschalt-Thyristor für die lastabhängige Regelung des Tastverhältnisses und mit einem Referenzwiderstand in der Speisespannungszuleitung, welcher die Zündspan­ nung für den Abschalt-Thyristor liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gesamtstrom abhängige, am Referenzwider­ stand (10) abfallende Spannung über einen Widerstand (11) mit der Basis des Transistors (6) der Konstantstrom­ quelle (5) verbunden ist.