DE3231817A1 - NETWORK MONITORING AND CONTROLLER ARRANGEMENT - Google Patents
NETWORK MONITORING AND CONTROLLER ARRANGEMENTInfo
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Description
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Netz-Überwachungsund Regelschaltungsanordnung.The present invention relates to network monitoring and control circuitry.
Eine pulsbreitenmodulierte Umschaltung ist eine bekannte Regeltechnik für bestimmte Gleichspannungsquellen. Ein prinzipieller Vorteil dieser Art der Regelung ist ein wesentlich reduzierter Leistungsverbrauch in der Spannungs- -,Q quelle selbst bei gleichzeitiger Erhaltung eines mittleren Regelgrades. Dies führt zu der Möglichkeit der Verwendung von kleineren leichteren Transformatoren sowie zu einem geringeren Aufwand an Schaltelementen.Pulse width modulated switching is a known one Control technology for certain DC voltage sources. A principal advantage of this type of regulation is an essential one reduced power consumption in the voltage source, even while maintaining an average Degree of regulation. This leads to the possibility of using it of smaller, lighter transformers as well as a lower cost of switching elements.
,,- Bekannte Schutz schaltungen zur automatischen Abschaltung für den Fall von Netzfehlern sind beispielsweise Unterbrecherschaltungen, gesteuerte Gleichrichterschaltungen und programmierbare Transistorschaltungen. Es sind weiterhin Spannungsregler zur Erzeugung von geregelten Referenzspannungen bekannt. Die Einfügung der vorgenannten Schaltungen und der dazu notwendigen Schaltelemente macht jedoch den durch die pulsbreitenmodulierte Schaltregelung erzielbaren Vorteil zunichte. Es wäre dabei vorteilhaft, in bekannte kommerzielle pulsbreitenmodulierte Schaltspan-,, - Known protective circuits for automatic shutdown in the event of network faults, for example, interrupter circuits, controlled rectifier circuits and programmable transistor circuits. There are also voltage regulators for generating regulated reference voltages known. The insertion of the aforementioned circuits and the necessary switching elements makes however, the advantage that can be achieved by the pulse-width-modulated switching control is negated. It would be advantageous into well-known commercial pulse-width modulated switching voltage
„g nungsquellen bzw. Netzteile spezielle Schutz- und Regelfunktionen einzuschalten, wobei jedoch der Schaltungsaufwand klein gehalten werden kann und der Leistungsverbrauch nicht unnötig erhöht wird.Power sources or power supply units have special protection and control functions switch on, but the circuit complexity can be kept small and the power consumption is not increased unnecessarily.
_q Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Netz-Uberwachungs- und Regelschaltungsanordnung für eine geschaltete Spannungsquelle bzw. ein Schaltnetzteil anzugeben, mit der eine große Anzahl von Schutz- und Regelfunktionen zur Sicherstellung einer richtigen_q The present invention is therefore based on the object a network monitoring and control circuit arrangement for a switched voltage source or a switched-mode power supply specify with which a large number of protection and control functions to ensure a correct
gp. Betriebsfunktion eines elektronischen Systems möglich ist, und die durch Verwendung von relativ wenigen Teilen für einegp. Operational function of an electronic system is possible, and that by using relatively few parts for one
große Anzahl von Funktionen einfach und wenig aufwendig ist.large number of functions is simple and inexpensive.
Die Schaltungsanordnung soll dabei insbesondere einen gültigen und sicheren Satz von Signalen für die Regelschaltung einer pulsbreitenmodulierten geschalteten Spannungsquelle bzw. eines Netzgerätes für jede Netzspannung in einem gegebenen Bereich unabhängig von Anstiegszeiten, Ausfalldauern, Ein-Ausschaltfrequenzen oder vorhergehenden Signalzuständen liefern.The circuit arrangement should in particular provide a valid and safe set of signals for the control circuit a pulse-width-modulated switched voltage source or a power supply unit for each line voltage in a given range independent of rise times, Failure times, switch-on / switch-off frequencies or previous ones Deliver signal states.
Diese Aufgabe wird bei einer Netz-Überwachungs- und Regelschaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is accomplished in network monitoring and control circuitry of the type mentioned according to the invention by the features of the characterizing part of the Claim 1 solved.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt eine einfache Überwachungs- und Regelschaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil dar und ermöglicht verschiedene Schutz- und Regelfunktionen mit einer relativ kleinen Anzahl von Schaltelementen. Speziell ermöglicht eine Ausführungsform mit einem einzigen kommerziell erhältlichen Spannungsregler in Form einer integrierten Schaltung, einem Transistor und einer kleinen Anzahl von notwendigen passiven Schaltungselementen eine Erfassung des Netzspannungspegels, eine Erfassung von Netzausfällen, eine Steuerspannungsregelung, eine Referenzspannungserzeugung sowie die Erzeugung bestimmter Übergangszustands-Steuersignale (bei Ein- und Ausschaltung der Spannung.The circuit arrangement according to the invention represents a simple one Monitoring and control circuit arrangement for a switched-mode power supply and enables various protection and control functions with a relatively small number of switching elements. In particular, one embodiment enables with a single commercially available voltage regulator in the form of an integrated circuit, a transistor and a small number of necessary passive circuit elements a detection of the mains voltage level, a detection of power failures, a control voltage regulation, a reference voltage generation as well as the generation certain transition state control signals (for input and Switching off the voltage.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.Further refinements of the circuit arrangement according to the invention are characterized in subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the figures of the drawing. It shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Schaltnetzteils unter Ver-Fig. 1 is a block diagram of a switched-mode power supply with
Wendung einer erfindungsgemäßen Netz-Überwachungsund Regelschaltungsanordnung; undTurn of a network monitoring device according to the invention Control circuitry; and
Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.2 shows a circuit diagram of a preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 1 wird eine Wechselspannung auf einer Leitung von einer Spannungsguelle über einen Transformator 10 in eine Gleichrichter- und Filter-According to the block diagram of FIG. 1, an alternating voltage is transmitted on a line from a voltage source a transformer 10 into a rectifier and filter
2Q schaltung 12 eingespeist. Eine durch diese Schaltung erzeugte gleichgerichtete und gefilterte Gleichspannung wird in eine geschaltete Ausgangsstufe 14 eingespeist, welche mindestens eine geregelte Ausgangsgleichspannung liefert. In einer kommerziellen Ausführungsform enthält die geschal-2Q circuit 12 fed. One generated by this circuit rectified and filtered DC voltage is fed into a switched output stage 14, which supplies at least one regulated DC output voltage. In a commercial embodiment, the shelled
^5 tete Ausgangsstufe 14 ein Paar von Transistoren, welche abwechselnd mit einer Frequenz von 20 kHz leiten, um die Primärwicklung eines Ausgangstransformators anzusteuern. Eine oder mehrere Sekundärwicklungen mit jeweils einer zugehörigen Gleichrichter- und Filterschaltung dienen zur Erzeugung der Ausgangsspannungen. Prüfwerte der Ausgangsspannungen werden auf einen Ausgangsregler 16 rückgekoppelt, welcher den Rückkoppelprüfwert mit einer vorgegebenen Referenzspannung vergleicht und aus diesen Vergleich ein Steuerlogiksignal erzeugt, das anzeigt, ob die geregelte Ausgangsgleichspannung über oder unter einem Ausgangsnennwert liegt. Das Steuerlogiksignal wird in eine Steuerlogik- und Treiberschaltung 18 eingespeist, welche Pulsbreiten-Steuersignale zur Ansteuerung der geschalteten Ausgangsstufe 14 liefert. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ^ 5 th output stage 14 a pair of transistors, which alternately conduct at a frequency of 20 kHz to control the primary winding of an output transformer. One or more secondary windings, each with an associated rectifier and filter circuit, are used to generate the output voltages. Test values of the output voltages are fed back to an output regulator 16, which compares the feedback test value with a predetermined reference voltage and uses this comparison to generate a control logic signal that indicates whether the regulated DC output voltage is above or below a nominal output value. The control logic signal is fed into a control logic and driver circuit 18 which supplies pulse width control signals for controlling the switched output stage 14. In the embodiment in question
go wird die Steuerlogik- und Treiberschaltung durch einen Takt mit 40 kHz angesteuert, welcher heruntergeteilt und durch verschiedene Steuersignale modifiziert wird, wobei es sich u.a. um das Steuerlogiksignal vom Ausgangsregler 16 handelt, um Pulsbreiten-Steuersignale mit 20 kHz zur Ansteuerunggo is the control logic and driver circuit by a clock driven at 40 kHz, which is divided down and through various control signals are modified, including the control logic signal from output controller 16, around pulse width control signals with 20 kHz for control
gp- der geschalteten Ausgangsstufe 14 zu erzeugen. Die Treiber können zweckmäßigerweise Transistoren mit geerdeten Emit-gp- the switched output stage 14 to generate. The drivers it is advisable to use transistors with earthed emitters
tern sein, welche auf die Pulsbreiten-Steuersignale ansprechen, um einen ausreichenden Treiberstrom für die Ausgangsstufe zu erzeugen. An den Transformator 10 ist eine Netz-Überwachungs- und Regelschaltungsanordnung 20 angekoppelt, mit der eine Erfassung des Spannungspegels auf der Wechselspannungsleitung, eine Erfassung von Leitungsausfällen, eine gesteuerte Spannungsregelung, eine Referenzspannungserzeugung und die Erzeugung von gültigen und sicheren Signalzuständen für die Steuerlogik- und Treiberschaltung 18 sowie mindestens eine Spannungsanzeigeschaltung möglich ist.be tern, which respond to the pulse width control signals, a sufficient driver current for the output stage to create. A network monitoring and control circuit arrangement 20 is coupled to the transformer 10, with which a detection of the voltage level on the AC voltage line, a detection of line failures, a controlled voltage regulation, a reference voltage generation and the generation of valid and safe signal states for the control logic and driver circuit 18 and at least one voltage display circuit is possible.
Die Einzelheiten der Netz-Überwachungs- und Regelschaltungsanordnung 20 sind in Fig. 2 dargestellt. Die Spannung fürThe details of the network monitoring and control circuitry 20 are shown in FIG. The tension for
Ij- die Schaltungsanordnung wird durch eine Wechselspannung von 16 V an einer Sekundärwicklung 40 des Transformators erzeugt, so daß diese Spannung direkt von der Netzwechselspannung abgeleitet ist und damit einen Prüfwechselspannungswert darstellt. Diese Wechselspannung wird über eine Sicherung 42 in eine Einweg-Gleichrichterdiode 44 und ein Filter 46 eingespeist, um eine Nenngleichspannung von +20 V zu erzeugen. Diese Spannung wird in einen Regler 50 eingespeist, der in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie eingefaßt ist.Ij- the circuit arrangement is powered by an alternating voltage of 16 V generated on a secondary winding 40 of the transformer, so that this voltage is derived directly from the mains AC voltage and thus a test AC voltage value represents. This alternating voltage is converted into a one-way rectifier diode 44 and a via a fuse 42 Filter 46 fed to generate a nominal DC voltage of +20V. This voltage is fed into a regulator 50, which is bordered in Fig. 2 by a dashed line.
Der Regler 50 wird bei der hier in Rede stehenden Ausführungsform durch einen konventionellen Spannungsregler in Form eines integrierten Schaltkreises mit der Bezeichnung A723 gebildet. Bestimmte für die Wirkungsweise der Schal-In the embodiment in question, the regulator 50 is controlled by a conventional voltage regulator in FIG Formed an integrated circuit called A723. Certain for the mode of operation of the switching
oQ tungsanordnung wichtige Innenschaltungsteile werden im folgenden erläutert:oQ management arrangement important internal circuit parts are in the explained below:
Der Spannungsregler kann auch durch diskrete Schaltungselemente aufgebaut werden, wobei jedoch die Vorteile hinsichtlich Raumbedarf, Aufwand und möglicherweise auch Leistungsverbrauch verlorengehen können.The voltage regulator can also be constructed by discrete circuit elements, but with the advantages in terms of Space requirements, effort and possibly also power consumption can be lost.
- J-- J-
Im Regler 50 ist ein Längsregel-Ausgangstransistor Q zwischen Spannungsversorgungsanschlusse V+ und V sowie einen Ausgangsspannungsanschluß V geschaltet. Der Ausgangsspannungsanschluß V ist über die Serienschaltung einer Diode 52 und zweier Widerstände 54 und 56 an Masse geschaltet. An den Widerständen 54 und 56 wird eine für die verschiedenen Schaltspannungs-Versorgungskreise verfügbare, geregelte Gleichspannung von +10 V erzeugt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 54 und 56 ist an einen invertierenden Eingang eines internen Differenzverstärkers DA angekoppelt, um eine heruntergeteilte Rückkoppelspannung zu erzeugen, um die Operationsverstärkersteuerung des Längsregel-Ausgangstransistors Q zu erzeugen. Eine interne Referenzspannungsstufe erzeugt eine Referenzspannung von +7,15 V, welche über einen Anschluß VREF externen Spannungen zuführbar ist. Ein nicht-invertierender Eingang des internen Differenzverstärkers DA ist ebenfalls an die Referenzspannung von +7,15 V angekoppelt. Direkt miteinander gekoppelte Emitter eines Transistörpaars des Differenzverstärkers sind über eine Stromquelle und einen Substrat-Spannungsanschluß V an Masse gekoppelt. Ei-Kompensationskondensator 58 liegt zwischen einer Frequenzvergleichs-Klemme und dem invertierenden Eingang im Regler 50.A series regulating output transistor Q is located in regulator 50 connected between voltage supply connections V + and V and an output voltage connection V. The output voltage connection V is connected to ground via the series connection of a diode 52 and two resistors 54 and 56 switched. At the resistors 54 and 56 an available for the various switching voltage supply circuits is regulated DC voltage of +10 V generated. The connection point of the resistors 54 and 56 is at one inverting input of an internal differential amplifier DA coupled to a divided feedback voltage to generate the operational amplifier control of the Series control output transistor Q to generate. An internal reference voltage stage generates a reference voltage of +7.15 V, which via a connection VREF external Voltages can be supplied. A non-inverting input of the internal differential amplifier DA is also on the reference voltage of +7.15 V is coupled. Directly coupled emitters of a transistor pair of the Differential amplifiers are coupled to ground via a current source and a substrate voltage connection V. Egg compensation capacitor 58 lies between a frequency comparison terminal and the inverting input in the controller 50.
Ein Strombegrenzungstransistor Q_T dient im Regler 50 zur Abschaltung des Längsregel-Ausgangstransistors Q unter bestimmten noch zu erläuternden Umständen. Die Basis des Transistors Q„T ist über einen mit Strombegrenzung bezeichneten Anschluß und einen Strombegrenzungs-Basiswiderstand 60 an den Kollektor eines Schalttransistors 62 angekoppelt. Der Kollektor des Schalttransistors 62 ist weiterhin über einen Lastwiderstand 64 an die Nenngleichspannung von +20 V angekoppelt, während der Emitter die-A current limiting transistor Q_ T is used in the regulator 50 to switch off the series regulating output transistor Q under certain circumstances to be explained. The base of the transistor Q " T is coupled to the collector of a switching transistor 62 via a connection labeled current limiting and a current-limiting base resistor 60. The collector of the switching transistor 62 is furthermore coupled to the nominal DC voltage of +20 V via a load resistor 64, while the emitter
35ses Transistors an Masse liegt. Der Emitter des Strombegrenzungstransistors Q__ ist über einen Stromerfassungs-35ses transistor is connected to ground. The emitter of the current limiting transistor Q__ is via a current measurement
CLCL
anschluß und ein Paar von niederohmigen Widerständen 68 und
70 an Masse angekoppelt. Ein Paar von Klemmdioden 72 und
stellt sicher, daß der Verbindungspunkt der Widerstände 68 und 70 unter allen Betriebsbedingungen etwa auf Massepotential
gehalten wird. Dieser Punkt ist weiterhin über die Sicherung 42 an ein Ende der Sekundärwicklung 4 0 angekoppelt/
um eine Referenz für die den vorgenannten Schalttransistor 62 enthaltende Netzüberwachungs-Schaltungsanordnung
zu erzeugen.
10connection and a pair of low resistance resistors 68 and 70 coupled to ground. A pair of clamping diodes 72 and ensures that the junction of resistors 68 and 70 is held approximately at ground potential under all operating conditions. This point is also coupled to one end of the secondary winding 40 via the fuse 42 / in order to generate a reference for the network monitoring circuit arrangement containing the aforementioned switching transistor 62.
10
Eine Diode 80 und ein Kondensator 82 liegen in Serie über der Sekundärwicklung 40, während ein Widerstand 84 deren Verbindungspunkt an die Basis des Transistors 62 ankoppelt. Ein Vorspannungswiderstand 86 liegt zwischen der Basis des Transistors 62 und Masse. Unter normalen Betriebsbedingungen lädt sich der Kondensator 8 2 auf die Nenngleichspannung von +20 V auf, wodurch der Transistor 62 durchgeschaltet wird. Der Kollektor des Transistors 62 fällt bei dessen Sättigung auf Erdpotential, wodurch der Transistor Q_ im Regler 50 gesperrt wird. Bei gesperrtem Transistor Q„T wird der Längsregel-Ausgangstransistor QA diode 80 and a capacitor 82 are connected in series across the secondary winding 40, while a resistor 84 couples its connection point to the base of the transistor 62. A bias resistor 86 is connected between the base of transistor 62 and ground. Under normal operating conditions, the capacitor 8 2 charges to the nominal DC voltage of +20 V, whereby the transistor 62 is switched on. The collector of transistor 62 drops to ground potential when it is saturated, as a result of which transistor Q_ in regulator 50 is blocked. When the transistor Q " T is blocked, the series control output transistor Q
LJj OLJj O
durchgesteuert, so daß die geregelte Ausgangsspannung von +10 V ihren stationären Zustand annimmt, wenn der Transistor Q schnell durchgeschaltet wird. Die als Mitkopplung über einen Widerstand 90 auf die Basis des Transistors 62 gegebene Spannung von 10V unterstützt dessen Durchschaltung, so daß die Ausgangsgleichspannung von +10 V sprungartig eingeschaltet wird.controlled through, so that the regulated output voltage of +10 V assumes its steady state when the transistor Q is switched through quickly. As positive feedback via a resistor 90 to the base of the transistor 62 given voltage of 10V supports its through-connection, so that the output DC voltage of +10 V is switched on suddenly.
Die Zeitkonstante des vorbeschriebenen, den Kondensator 82 und den Widerstand 84 enthaltenden Imp-danznetzwerkes ist relativ kurz gewählt. Sie kann beispielsweise so kurz sein, daß ein Ausfall von zwei Perioden der Netzspannung erfaßt werden kann. In einem derartigen Fall, oder beiThe time constant of the above-described impedance network containing the capacitor 82 and the resistor 84 is chosen to be relatively short. For example, it can be so short that there is a failure of two periods of the mains voltage can be detected. In such a case, or with
35Abfalldes Netzspannungswertes unter einen vorgegebenen Wert, entlädt sich der Kondensator 8 2 bis zu einem Wert,35 Drop in the line voltage value below a specified value Value, the capacitor 8 2 discharges to a value
bei dem der Transistor 62 zu sperren beginnt, so daß dessen Kollektorpotential bei nicht mehr vorhandener Sättigung zu steigen beginnt. Dies führt wiederum dazu, daß der Transistor QrT durchgeschaltet wird, wodurch der Längsre-at which the transistor 62 begins to block, so that its collector potential begins to rise when there is no longer saturation. This in turn leads to the transistor Q rT being turned on, whereby the longitudinal re-
gel-Ausgangstransistor Q gesperrt wird. Da die Ausgangsspannung von +10 V fällt und der Regler 50 in einen Strombegrenzungsbetrieb übergeht, fällt die Spannung am Frequenzvergleichsanschluß schnell.gel output transistor Q is blocked. As the output voltage of +10 V and the controller 50 in a current limiting mode goes over, the voltage at the frequency comparison terminal drops rapidly.
Aus den vorliegenden Ausführungen zur Funktion der Schaltungsanordnung folgt, daß am Kollektor des Transistors 62 und am Frequenzvergleichsanschluß Zustandssignale erzeugt werden, welche den Regelzustand anzeigen. Bei richtigem Betrieb des Reglers 50 liegt der Kollektor des Translstors 62 auf tiefem Pegel und der Frequenzvergleichsanschluß auf hohem Pegel. Tritt ein Ausfall im oben beschriebenen Sinne auf, so nimmt der Kollektor des Transistors 62 einen hohen Pegel und der Frequenzvergleichsanschluß einen tiefen Pegel an. Der Kollektor des Transistors 62 ist über ein Paar von Widerständen 94 und 96 an die Basen von Treibertransistoren 18-1 und 18-2 in der Steuerlogik- und Treiberschaltung 18 (Fig. 1) angekoppelt, um bei Ausfällen das Pulsbreiten-Steuersignal von der geschalteten Ausgangsstufe abzublocken und es bei richtigem Betrieb durchzulassen. Der tiefe Pegel am Frequenzvergleichsanschluß des Reglers 50 bei einem Ausfall wird über eine Diode 100 auf bestimmte Spannungsanzeigeschaltungen gekoppelt, um eine den Betriebszustand des Spannungsreglers und damit der Spannungsquelle bzw. des Netzgeräts zu gewinnen.From the present statements on the function of the circuit arrangement it follows that state signals at the collector of transistor 62 and at the frequency comparison terminal which indicate the control status. When the controller 50 is operating correctly, the collector of the translator is located 62 is low and the frequency comparison terminal is high. If a failure occurs in the above Sense, the collector of transistor 62 goes high and the frequency comparison terminal goes high low level. The collector of transistor 62 is connected through a pair of resistors 94 and 96 to the bases of driver transistors 18-1 and 18-2 in the control logic and driver circuit 18 (Fig. 1) coupled to the Blocking the pulse width control signal from the switched output stage and allowing it through when operating correctly. Of the low levels at the frequency comparison connection of the controller 50 in the event of a failure is determined via a diode 100 Voltage display circuits coupled to the operating state of the voltage regulator and thus the voltage source or the power supply unit.
Die vorstehend beschriebene Netz-überwachungs- und Regelschaltungsanordnung liefert also einen gültigen und sicheren Satz von Zustandssignalen zur Steuerschaltung eines pulsbreitenmodulierten Schaltnetzgerätes für jede Netzspannung in einem gegebenen Bereich und zwar unabhängig von der Anstiegszeit, der Ausfalldauer der Ein-Ausschaltfrequenz oder , des vorhergehenden Signalzustandes. Weiterhin werden auch die gewünschten Referenzspannungen erzeugt.The network monitoring and control circuitry described above thus provides a valid and safe set of status signals for the control circuit of a pulse-width modulated Switched-mode power supply for each mains voltage in a given range, regardless of the rise time, the duration of the failure of the switch-on / switch-off frequency or the previous signal state. Continue to be too generates the desired reference voltages.
Claims (7)
weist.(62) coupled circuit (Q CL ) to switch off the longitudinal control!
shows.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8131 | Rejection |