DE3300285A1 - Electronic switched-mode power supply - Google Patents
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Abstract
Description
Elektronisches SchaltnetzteilElectronic switching power supply
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Schaltnetzteil zur Stromversorgung insbesondere eines Akkumulators aus einer Wechsel- oder Gleichspannungsquelle veränderlicher Spannungshöhe mit einem primär getakteten Sperrwandler, bei dem die Primärwicklung eines Ubertragers in Reihe zur Schaltstrecke eines ersten Transistors und eines ersten Widerstandes und die Sekundärwicklung des Obertragers in Reihe zum Akkumulator und einer ersten Diode geschaltet ist, die Basis des ersten Transistors sowohl über die Reihenschaltung eines Rückkopplungs -Kondensators und eines Rückkopplungswiderstandes mit einem Wicklungsende der Sekundärwicklung des Ubertragers und über einen Widerstand mit dem einen Schaltstreckenanschluß des ersten Transistors, die Basis eines zweiten Transistors mit dem ersten Widerstand und der eine Schaltstreckenanschluß des zweiten Transistors mit Masse- oder Bezugspotential verbunden ist.Description The invention relates to an electronic switched-mode power supply for power supply, in particular for an accumulator, from an AC or DC voltage source variable voltage level with a primarily clocked flyback converter, in which the Primary winding of a transformer in series with the switching path of a first transistor and a first resistor and the secondary winding of the upper carrier in series is connected to the accumulator and a first diode, the base of the first transistor both via the series connection of a feedback capacitor and a feedback resistor with one winding end of the secondary winding of the transformer and via a resistor with one switching path connection of the first transistor, the base of a second Transistor with the first resistor and one switching path connection of the second Transistor is connected to ground or reference potential.
Elektronische Schaltnetzteile dienen zur Konstantspannungs- und/oder Konstantstromversorgung elektrischer oder elektronischer Geräte und sind in vielen Fällen als primär oder sekundär getaktete Sperr- oder Durchflußwandler oder Gegentaktwandler aufgebaut. Sie weisen in der Regel eine Gleichrichterschaltung mit nachgeschalteter Sieb- und Glättungsanordnung auf, an die ein Ubertrager oder eine Drossel angeschlossen ist. In Reihe zur Primärwicklung des Ubertragers oder in Reihe zur Drossel ist ein elek- tronischer Schalter vorgesehen, der in Abhängigkeit von einer oder mehreren Regelgrößen ein- und ausgeschaltet wird, wobei die in dem Ubertrager bzw.Electronic switching power supplies are used for constant voltage and / or Constant current supplies to electrical or electronic equipment and are in many Cases as primary or secondary clocked flyback or forward converters or push-pull converters built up. They usually have a rectifier circuit with a downstream Sieve and smoothing arrangement to which a transformer or a throttle is connected is. In series with the primary winding of the transformer or in series with the choke is a elec- tronic switch provided, which depends on a or several control variables is switched on and off, the in the transformer respectively.
in der Drossel gespeicherte Energie in Abhängigkeit davon, ob ein Sperr- oder Durchlaßwandler bzw. Gegentaktwandler vorliegt, in der Sperr- oder Durchlaßphase bzw. sowohl in der Sperr- als auch in der Durchlaßphase über eine entsprechend gepolte Diode an einen elektrischen Verbraucher abgegeben wird. Um bei der Verwendung eines Ubertragers die Baugröße des Ubertragers gering zu halten, wird der elektronische Schalter mit einer Frequenz von ca. 20 KHz betrieben.Energy stored in the choke depending on whether a Blocking or forward converter or push-pull converter is present, in the blocking or forward phase or both in the blocking and in the forward phase via a correspondingly polarized Diode is delivered to an electrical consumer. In order to use a Keeping the size of the transformer small, the electronic Switch operated at a frequency of approx. 20 KHz.
Zum netzunabhängigen Betrieb eines elektrischen Gerätes wie beispielsweise elektrische Trockenrasierapparate, Elektronenblitzgeräte, Rundfunk- bzw. Fernsehgeräte oder dergl. weisen die elektrischen Geräte einen Akkumulator auf, bei dem zur Ladung des Akkumulators mit konstantem Strom eine Regelschaltung vorgesehen werden muß, die auch bei unterschiedlichen Eingangsspannungen im Bereich von beispielsweise 90 bis 240 Volt einen konstanten Ausgangsstrom zur Ladung des Akkumulators gewährleistet. Als Eingangsspannungen sind dabei sowohl Wechsel- als auch Gleichspannungen im Bereich von 90 bis 240 Volt und im Falle von Wechselspannungen mit Frequenzen zwischen 50 Hz und 60 Hz geeignet.For network-independent operation of an electrical device such as electric dry shavers, electronic flash units, radio and television sets or the like. The electrical devices have an accumulator that is used for charging a control circuit must be provided for the accumulator with constant current, even with different input voltages in the range of, for example 90 to 240 volts ensures a constant output current for charging the battery. Both AC and DC voltages are in the range as input voltages from 90 to 240 volts and in the case of alternating voltages with frequencies between 50 Hz and 60 Hz suitable.
Aus der europäischen Patentanmeldung-Al-80 10 74 74.1 ist eine Schaltungsanordnung zur geregelten Speisung eines Verbrauchers bekannt, die an verschiedenen Gleich- oder Wechselspannungen sowie an verschiedenen Wechselstromfrequenzen ohne Umschaltung betrieben werden kann. Diese bekannte Schaltungsanordnung weist einen Sperrwandler auf, der mittels zweier steuerbarer Halbleiterschalter abhängig von dem durch die Primärwicklung eines Ubertragers fließenden Strom und abhängig von der zugeführten Eingangsspannung so gesteuert wird, daß der abgegebene Ladestrom konstant ist. Als Verbraucher ist die Parallelschaltung eines Akkumulators mit einem Gleichstrommotor vorgesehen, so daß die Schaltungsanordnung beim Netzbetrieb entweder die volle Motorleistung oder bei ausgeschaltetem Motor einen Nachladestrom für den Akkumulator liefert.From the European patent application-Al-80 10 74 74.1 is a circuit arrangement known for the regulated supply of a consumer, which is connected to different or alternating voltages as well as at various AC frequencies can be operated without switching. This known circuit arrangement has a flyback converter, which is dependent by means of two controllable semiconductor switches on the current flowing through the primary winding of a transformer and dependent is controlled by the input voltage supplied so that the discharged charging current is constant. As a consumer, the parallel connection of an accumulator with a DC motor provided, so that the circuit arrangement in mains operation either the full engine power or, with the engine switched off, a recharging current for the Accumulator supplies.
Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist in Reihe zur Primärwicklung des Ubertragers die Schaltstrecke eines ersten Transistors und ein in Reihe geschalteter Emitterwiderstand und ein die Basis-Kollektor-Strecke des Schalttransistors überbrückender Widerstand vorgesehen. Parallel zur Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors und des Emitterwiderstandes ist die Schaltstrecke eines zweiten Transistors geschaltet, dessen Basis über einen Widerstand und dessen Kollektor über einen Rückkopplungswiderstand und einen Kondensator mit einem Wicklungsende der Sekundärwicklung des Ubertragers verbunden sind.In this known circuit arrangement is in series with the primary winding of the transformer, the switching path of a first transistor and a series-connected one Emitter resistor and one that bridges the base-collector path of the switching transistor Resistance provided. Parallel to the series connection of the base-emitter path of the first transistor and the emitter resistor is the switching path of a second Transistor switched, its base via a resistor and its collector via a feedback resistor and a capacitor with one winding end the secondary winding of the transformer are connected.
Wird bei dieser bekannten Schaltungsanordnung eine Gleichspannung an die Reihenschaltung aus der Primärwicklung des Ubertragers, den ersten Transistor und den Emitterwiderstand angelegt, so fließt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors ein Basisstrom über den die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors überbrückenden Widerstand. Dieser Basisstrom bewirkt einen kleinen Kollektorstrom, der durch die Primärwicklung des Ubertragers fließt und in der Sekundärwicklung eine positive Spannung induziert, die über den Rückkopplungswiderstand und den in Reihe geschalteten Kondensator an die Basis des Transistors geführt wird und einen gröBeren Basisstrom hervorruft. Mit dem Einschalten des Schalttransistors steigt der durch die Primärwicklung des Ubertragers fließenden Strom linear an bis über dem Emitterwiderstand eine dem Emitterstrom proportionale Spannung abfällt, die von einer bestimmten Höhe an im zweiten Transistor einen Basisstrom fließen läßt, wodurch der zweite Transistor eingeschaltet und damit das Potential an der Basis des ersten Transistors auf Bezugspotential gezogen wird und damit der erste Transistor abschaltet. Während der Sperrphase des ersten Transistors fließt die im Kern des Ubertragers gespeicherte magnetische Energie über die Sekundärwicklung ab, wobei über die leitende Diode der Akkumulator einen linear abfallenden Ladestrom erhält.In this known circuit arrangement, a DC voltage to the series connection of the primary winding of the transformer, the first transistor and the emitter resistor is applied, it flows between the collector and the base of the transistor a base current through which the collector-base path of the Transistor bridging resistance. This base current causes a small collector current, which flows through the primary winding of the transformer and in the secondary winding induces a positive voltage across the feedback resistor and the in Series connected capacitor is led to the base of the transistor and a causes larger base current. With the switching on of the switching transistor increases the current flowing through the primary winding of the transformer linearly to over a voltage proportional to the emitter current drops across the emitter resistance, which allows a base current to flow in the second transistor from a certain level, whereby the second transistor is switched on and thus the potential at the base of the first transistor is pulled to reference potential and thus the first transistor turns off. During the blocking phase of the first transistor, the flow in the core of the Transmitter stored magnetic energy via the secondary winding, wherein The accumulator receives a linearly decreasing charging current via the conductive diode.
Ein Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß sich die Einschaltschwelle der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors bzw.A disadvantage of this known circuit arrangement is that the switch-on threshold of the base-emitter voltage of the first transistor resp.
Schalttransistors nur in einem geringen Bereich von 200 bis 500 Millivolt Schaltvorgang ändert.Switching transistor only in a small range of 200 to 500 millivolts Switching process changes.
Geringe Änderungen der Basis-Emitter-Schwellenspannung des Schalttransistors bewirken aber eine Verlagerung des Einschalt-Zeitpunktes des Schalttransistors. Aufgrund der geringen Einschaltschwelle ist das bekannte Schaltnetzteil äußerst empfindlich gegenüber Störeinflüssen wie Impulsspitzen, , Bauelemente-Streuungen u. dergl. So führen Impulsspitzen im Ubertrager bei geringen Eingangsspannungen von 80 bis 90 Volt bereits zu einem vorzeitiaen Einschalten des in Reihe zur Primärwicklung des Ubertragers geschalteten Schalttransistors und damit zu einer Erhöhung der Schaltfrequenz, was wiederum einer Erhöhung des Ladestroms für den Akkumulator mit sich bringt. Da jedoch ein zu hoher Ladestrom von beispielsweise mehr als 50 Milliampere bereits zur Zerstörung eines MC-Akkumulators führt, ist damit eine Gefährdung des Akkumulators und damit der Schaltungsanordnung selbst gegeben. Darüber hinaus bewirkt ein vorzeitiaes Einschalten des Schalttransistors eine Erhöhung des Spitzenstroms am Emitter des Schalttransistors und damit eine Gefährdung des Schalttransistors selbst.Small changes in the base-emitter threshold voltage of the switching transistor but cause a shift in the switch-on time of the switching transistor. Due to the low switch-on threshold, the known switched-mode power supply is extremely sensitive to interference such as pulse peaks,, component scatter and the like. Impulse peaks result in the transformer at low input voltages from 80 to 90 volts to a premature connection of the series to the primary winding of the transformer switched switching transistor and thus to an increase in the switching frequency, which in turn increases the charging current for the accumulator. However, there is already too high a charging current of, for example, more than 50 milliamperes leads to the destruction of an MC accumulator, this is a hazard to the accumulator and thus given to the circuit arrangement itself. It also causes a vorzeitiaes Turning on the switching transistor increases the peak current at the emitter of the Switching transistor and thus a risk to the switching transistor itself.
Aufgabe der vorliegenden Erfindunq ist es, ein elektronisches Schaltnetzteil zur Stromversorgung insbesondere eines Akkumulators aus einer Wechsel-oder Gleichspannungsquelle veränderlicher Spannungshöhe zu schaffen, das gegenüber Streueinflüssen wie Bauelemente-Streuungen , Impulsspitzen u.dgl. weitestgehend umempfindlich ist und einen in weiten Grenzen der Eingangsspannung konstanten Sekundärstrom ge- währleistet und mit einem Minimum an Bauelementen auskommt.The object of the present invention is to provide an electronic switched-mode power supply for supplying power to, in particular, an accumulator from an AC or DC voltage source to create a variable voltage level against scatter influences such as component scatter , Pulse peaks, etc. is largely insensitive and one within wide limits the input voltage constant secondary current ensures and gets by with a minimum of components.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Basis des ersten Transistors über eine zweite Diode mit dem anderen Schaltstreckenanschluß des zweiten Transistors verbunden ist.This object is achieved in that the basis of the first transistor via a second diode to the other switching path connection of the second transistor is connected.
Die erfindungsgemäß Lösung ist weitgehend unabhängig gegenüber Streueinflüssen und stellt einen konstanten Sekundärstrom zur Aufladung eines Akkumulators sicher und gewährleistet eine konstante Ladefrequenz und tbschaltung des Schalttransistors bei konstantem Spitzenwert der Ermitterspannung.The solution according to the invention is largely independent of scatter influences and ensures a constant secondary current for charging an accumulator and ensures a constant charging frequency and disconnection of the switching transistor with a constant peak value of the emitter voltage.
Dies wird dadurch erzielt, daß der Spannungsunterschied zwischen Ein- und Ausschalten des Schalttransistors ein Vielfaches gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung beträgt, so daß die Auswirkungen einer Änderung der Basis-Emitter-Spannung des Schalttransistors zum Beispiel infolge Erwärmung des Schalttransistors oder infolge von Impulsspitzen im Wandler nur ein Bruchteil der Abweichungen im Sekundärstrom gegenüber der bekannten Anordnung beträgt.This is achieved by the fact that the voltage difference between input and turning off the switching transistor a multiple compared to the known circuit arrangement is so that the effects of changing the base-emitter voltage of the switching transistor for example as a result of heating of the switching transistor or as a result of pulse peaks in the converter only a fraction of the deviations in the secondary current compared to the known Arrangement amounts.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur zweiten Diode ein Schalter vorgesehen ist, der mit einem Schalter gekoppelt ist, der einen parallel zum Akkumulator geschalteten Gleichstrommotor ein-und ausschaltet.An advantageous embodiment of the solution according to the invention is thereby characterized in that a switch is provided in parallel to the second diode which is coupled to a switch, the one connected in parallel to the accumulator DC motor turns on and off.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des ersten Transistors geschaltete erste Widerstand aus zwei Teilwiderständen besteht, an deren Verbindung einerseits und an Masse- oder Bezugspotential andererseits eine Zenerdiode mit anodenseitigem Anschluß an Masse- oder Bezugspotential angeschlossen ist.Another advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that the parallel to the base-collector path of the first Transistor switched first resistor consists of two partial resistors, at whose Connection on the one hand and a Zener diode on the other hand to ground or reference potential is connected to ground or reference potential with an anode-side connection.
Durch diese Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung wird erzielt, daß bei einem Wechsel der Polarität des Rückkopplungs-Kondensators im Zusammenhang mit dem Ein- und Ausschaltzustand des Schalttransistors ein Entladen des Rückkopplungs-Kondensators erfolgen kann, und daß die Aufladung des Rückkopplungs-Kondensators von einem konstanten Potential aus erfolgt, so daß die Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung,einen konstanten Sekundärstrom über einen großerenSpannungsbereich zu erzielen, unterstützt wird.These configurations of the solution according to the invention achieve that related to a change in polarity of the feedback capacitor with the on and off state of the switching transistor, a discharge of the feedback capacitor can be done, and that the charging of the feedback capacitor from a constant Potential off takes place, so that the effect of the solution according to the invention, a constant Secondary current over a larger voltage range is supported.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden.Based on an embodiment shown in the drawing the idea on which the invention is based is to be explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Basis-Emitter-Spannung des Schalttransistors bei einem bekannten Schaltnetzteil, und Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Basis-Emitter-Spannung des Schalttransistors bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil.1 shows a circuit diagram of the switched-mode power supply according to the invention, Fig. 2 shows the time course of the base-emitter voltage of the switching transistor a known switching power supply, and 3 shows the course over time the base-emitter voltage of the switching transistor in the switching power supply according to the invention.
In Fig. 1 ist ein elektronisches Schaltnetzteil dargestellt, das aus einem primär getakteten Sperrwandler mit einem Ubertrager 5 und einem ersten Transistor 1 sowie einer im Lastkreis vorgesehenen ersten Diode 7 besteht. Der Sperrwandler wird über eine Gleichrichter-Brückenschaltung 3 und einen Widerstand 26 aus einem Gleich- oder Wechselspannungsnetz gespeist, dessen Spannung zwischen 90 bis 250 Volt und dessen Frequenz im Falle eines speisenden Wechselspannungsnetzes nahezu beliebig sein kann. Parallel zu den Eingangs-Spannungsklemmen ist ein zusätzlicher Kondensator 25 vorgesehen. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung der Gleichrichter-Brückenschaltung 3 wird einer Sieb- und Glättungsanordnung, bestehend aus einer Längsdrossel 20 und zwei Glättungskondensatoren 21, 22,an den Eingang des Sperrwandlers bzw.In Fig. 1, an electronic switching power supply is shown, which consists of a primary clocked flyback converter with a transformer 5 and a first transistor 1 and a first diode 7 provided in the load circuit. The flyback converter is via a rectifier bridge circuit 3 and a resistor 26 from a Direct or alternating voltage network supplied with a voltage between 90 and 250 Volt and its frequency in the case of a feeding AC voltage network almost can be anything. There is an additional one parallel to the input voltage terminals Capacitor 25 is provided. The rectified output voltage of the rectifier bridge circuit 3 is a sieve and smoothing arrangement, consisting of a longitudinal throttle 20 and two smoothing capacitors 21, 22, to the input of the flyback converter or
der Steuer- und Regelelektronik gelegt.the control and regulation electronics.
Parallel zu den Gleichspannungsklemmen der Gleichrichter-Brückenschaltung 3 ist die Reihenschaltung der Primärwicklung 51 des Ubertragers 5 mit der Kollektor-Emitter-Streckedes ersten Transistors 1 und zweier in Reihe geschalteter Ermitterwiderstände 13, 14 geschaltet. Parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des ersten Transistors 1 sind zwei in Reihe geschaltete Widerstände 61, 62 vorgesehen, an deren Verbindung die Kathode einer Zenerdiode 12 angeschlossen ist, die anodenseitig mit Masse- oder Bezugspotential verbunden ist. Die Basis des ersten Transistors 1 ist über eine anodenseitig mit der Basis des ersten Transistors 1 verbundene zweite Diode 11 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors 2 mit Masse- oder Bezugspotential verbunden.In parallel with the DC voltage terminals of the rectifier bridge circuit 3 is the series connection of the primary winding 51 of the transformer 5 with the collector-emitter segment first transistor 1 and two series-connected emitter resistors 13, 14 switched. There are two parallel to the base-collector path of the first transistor 1 Series-connected resistors 61, 62 are provided, at the connection of which the cathode a Zener diode 12 is connected, the anode side with ground or reference potential tied together is. The base of the first transistor 1 is connected to the base via an anode side of the first transistor 1 connected second diode 11 and the collector-emitter path a second transistor 2 connected to ground or reference potential.
Darüber hinaus ist die Basis des ersten Transistors 1 über einen Rückkopplungs-Widerstandl0 und einen Rückkopplungs-Kondensator 9 an ein Wicklungsende der Sekundärwicklung 52 des Ubertragers 5 angeschlossen. Die Basis des zweiten Transistors 2 ist an die Verbindung der beiden Emitterwiderstände 13, 14 des ersten Transistors 1 angeschlossen. Der Emitter des ersten Transistors 1 ist darüber hinaus über einen zweiten Kondensator 15 an das andere Wicklungsende der Sekundärwicklung 22 des Ubertragers 5 bzw. an Masse- oder Bezugspotential angeschlossen.In addition, the base of the first transistor 1 is through a feedback resistor 10 and a feedback capacitor 9 at one winding end of the secondary winding 52 of the transmitter 5 connected. The base of the second transistor 2 is connected to the Connection of the two emitter resistors 13, 14 of the first transistor 1 connected. The emitter of the first transistor 1 is also via a second capacitor 15 to the other winding end of the secondary winding 22 of the transformer 5 or Ground or reference potential connected.
Parallel zur Primärwicklung 51 des Ubertragers 5 sind eine dritte Diode 23 und eine zweite Zenerdiode 24 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung geschaltet. Sie dienen dazu, die beim Abschalten des ersten Transistors 1 infolge der Streuinduktivitäten ansteigende Spannung auf die Netzspannung zuzüglich des Spannungsabfalls an der zweiten Zenerdiode 24 zu begrenzen.In parallel with the primary winding 51 of the transformer 5 are a third Diode 23 and a second Zener diode 24 connected with opposite forward direction. They serve to prevent the first transistor 1 from being switched off as a result of the leakage inductances increasing voltage to the mains voltage plus the voltage drop at the second Zener diode 24 to limit.
Parallel zur Reihenschaltung des Rückkopplungs-Kondensators 9 mit dem Rückkopplungs-Widerstand 10 ist ein dritter Kondensator 18 vorgesehen, der dazu dient, beim Abschalten des ersten Schalttransistors 1 infolge der schnellen, steil ansteigenden Kollektorspannung des ersten Schalttransistors 1 auftretenden sogenannten "Wiedereinschaltpeak" der Basis-Emitter-Spannung des ersten Schalttransistors entgegenzuwirken, so daß kein verzögertes Abschalten des Schalttransistors sondern ein steiles, direktes Abschalten erfolgt.Parallel to the series connection of the feedback capacitor 9 with the feedback resistor 10, a third capacitor 18 is provided for this purpose is used when switching off the first switching transistor 1 as a result of fast, steeply rising collector voltage of the first switching transistor 1 occurring so-called "restart peak" of the base-emitter voltage of the first switching transistor counteract, so that no delayed switching off of the switching transistor but there is a steep, direct shutdown.
Parallel zur Sekundärwicklung 52 des Ubertragers 5 ist zusätzlich die Reihenschaltuna eines Vorwiderstandes 16 mit einer lichtemittierenden Diode 17 vorgesehen, die im Ladebetrieb bzw. bei Betrieb des Verbrauchers 4 aufleuchtet. Als Verbraucher 4 ist an die Anode der ersten Diode 7 bzw. an Masse- bzw.Parallel to the secondary winding 52 of the transformer 5 is also the series connection of a series resistor 16 with a light-emitting diode 17 is provided, which lights up in the charging mode or when the consumer 4 is in operation. The consumer 4 is connected to the anode of the first diode 7 or to ground or
Bezugspotential die Parallelschaltung eines Akkumulators 41 und eines Gleichstrommotors 42 vorgesehen, wobei parallel zum Gleichstrommotor 42 ein dritter Kondensator 19 und in Reihe zum Gleichstrommotor 42 ein Schalter 82 vorgesehen ist, der mit einem parallel zur zweiten Diode 11 geschalteten Schalter 81 mechanisch gekoppelt ist.Reference potential the parallel connection of an accumulator 41 and one DC motor 42 is provided, with a third parallel to the DC motor 42 Capacitor 19 and a switch 82 in series with DC motor 42, with a switch 81 connected in parallel to the second diode 11 mechanically is coupled.
Nachstehend soll die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 näher erläutert werden.The following is the mode of operation of the circuit arrangement according to Fig. 1 will be explained in more detail.
Nach der Gleichrichtung mittels der Gleichrichter-Brückenschaltung 3 und Siebung bzw. Glättung mittels der Längsdrossel 20 bzw. der Kondensatoren 21, 22 wird der als Schalttransistor arbeitende erste Transistor 1 über die Reihenschaltung der beiden Widerstände 61, 62 mit einem geringen Basisstrom angesteuert.Infolge des einschaltenden ersten Transistors 1 entsteht über die Schaltstrecke des ersten Tran- sistors 1 und die Primärwicklung 51 des Ubertragers 5 ein Mitkopplungseffekt, durch den der erste Transistor 1 zusätzlich angesteuert und in den leitenden Zustand geschaltet wird. Der Emitterstrom steigt linear an und erzeugt an den beiden Emitterwiderständen 13, 14 eine proportionale Spannung. Bei Erreichen eines bestimmten Spitzenstromwertes wird der mit seiner Basis an die Verbindung der beiden Emitterwiderstände 13, 14 angeschlossenen zweite Transistor 2 angesteuert, gelangt dadurch in den leitenden Zustand und verbindet über die zweite Diode 11 die Basis des ersten Transistors 1 mit Masse- bzw.After rectification using the rectifier bridge circuit 3 and sieving or smoothing by means of the series throttle 20 or the capacitors 21, The first transistor 1, which operates as a switching transistor, becomes 22 via the series circuit of the two resistors 61, 62 controlled with a low base current. As a result of the switching-on first transistor 1 is created via the switching path of the first Tran- sistor 1 and the primary winding 51 of the transformer 5 a Positive feedback effect through which the first transistor 1 is additionally controlled and is switched to the conductive state. The emitter current increases linearly and generates a proportional voltage across the two emitter resistors 13, 14. at Reaching a certain peak current value is the one with its base on the connection the second transistor 2 connected to the two emitter resistors 13, 14 is activated, as a result, it becomes conductive and connects via the second diode 11 the base of the first transistor 1 with ground or
Bezugpotential und entzieht damit dem ersten Transistor 1 den Basisstrom, woraufhin der erste Transistor 1 sperrt. Mit Beginn der Sperrphase wechselt die Polarität der in der Sekundärwicklung 52 des Ubertragers 5 induzierten Spannung und die im Ubertrager 5 gespeicherte Energie wird damit nach dem Prinzip des Sperrwandlers über die nunxMr leitende erste Diode 7 an den Verbraucher 4 abgegeben. Dadurch erhält der beispielsweise aus einem Nickel-Cadmium-Akkumulator bestehende Verbraucher 41 einen linear abfallenden Ladestrom. Ein negativer, abfallender Strom über den Rückkopplungs-Widerstand 10 und den Rückkopplungs-Kondensator 9 hält den ersten Transistor 1 gesperrt, bis die in dem Ubertrager 5 gespeicherte magnetische Energie abgeflossen ist. Erst danach kann,wieder ein Anlaßstrom über die Widerstände 61, 62 in die Basis des ersten Transistors 1 fließen, der den bereits beschriebenen Durchschaltvorgang auslöst.Reference potential and thus withdraws the base current from the first transistor 1, whereupon the first transistor 1 blocks. When the blocking phase begins, the Polarity of the voltage induced in the secondary winding 52 of the transformer 5 and the energy stored in the transformer 5 is thus based on the principle of the flyback converter Delivered to the consumer 4 via the nunxMr conductive first diode 7. This gets the consumer 41 consisting, for example, of a nickel-cadmium accumulator a linearly decreasing charging current. A negative, falling current across the feedback resistor 10 and the feedback capacitor 9 keeps the first transistor 1 blocked until the magnetic energy stored in the transmitter 5 has flowed off. Only after can, again a starting current through the resistors 61, 62 in the base of the first transistor 1 flow, which triggers the switching process already described.
Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die für das Umschalten von einem hohen Sekundärstrom auf eine niedrigen Sekundärstrom und für den über einen großen Betriebsspannungsbereich konstanten Sekundärstrom die in dem Rückkopplungs-Kondensator 9 gespeicherte Ladung ausgenutzt wird. Den niedrigen Sekundärstrom beispielsweise zum Laden des NC-Akkumulators 41 erhält man bei geöffnetem Schalter 81, 82, was besonders wichtig bei einem Ausfall des Schalters ist, da dann der Akkumulator nur mit einem niedrigen Ladestrom versorgt wird.The peculiarity of the solution according to the invention is that the for switching from a high secondary current to a low secondary current and for the secondary current, which is constant over a large operating voltage range the charge stored in the feedback capacitor 9 is used. The low secondary current, for example for charging the NC accumulator 41, is obtained when the switch 81, 82 is open, which is particularly important if the switch fails is because the battery is then only supplied with a low charging current.
Während der Einschaltzeit des ersten Transistors 1 wird der Rückkopplungs-Xondensator 9 am Punkt A positiv aufgeladen. Am Punkt B1 dem anderen Anschluß des Rückkopplungs-Kondensators 9,bildet sich somit eine negative Polarität aus. Erreicht der Emitterstrom des ersten Transistors 1 - wie oben beschrieben - einen bestimmten Wert, so wird der zweite Transistor 2 angesteuert und entzieht dem ersten Transistor 1 den Basisstrom. Der erste Transistor 1 kippt somit in den Sperrzustand. Die am Punkt A induzierte Spannung der Sekundärwicklung 52 des Ubertragers 5 wechselt die Polarität und liegt jetzt in Reihe mit der Spannung am Rückkopplungs-Kondensator 9. Die negative Ladung am Punkt B kann wegen der in Sperrichtung gepolten zweiten Diode 11 bei offenem Schalter 81 nicht über die Kollektor-Basis-Strecke des zweiten Transistors 2 sowie den einen Emitter-Widerstand 14 nach Masse- oder Bezugspotential abfließen und verhindert deshalb solange ein Wiedereinschalten des ersten Transistors 1 bis über den einen Widerstand 62 parallel zut Basis-Kollektor-Strecke des ersten Transistors 1 und den Rückkopplungs-Widerstand 10, wobei der Rückkopplungs-Widerstand 10 wegen des sehr kleinen Widerstandswertes gegenüber dem Widerstandswert des Widerstandes 62 vernachlässigbar ist, der Rückkopplungs-Kondensator 9 am Punkt B wieder bis auf die Basis-Emitter-Schwellenspannung des ersten Transistors 1 aufgeladen ist. Bei diesem Vorgang kann der parallel zur Reihenschaltung des Rückkopplungs-Kondensators 9 mit dem Rückkopplungs-Widerstand 10 geschaltete weitere Kondensator 18 vernachlässigt werden, da seine Kapazität sehr klein gegenüber der Kapazität des Rückkopplungs-Kondensators 9 ist.During the switch-on time of the first transistor 1, the feedback capacitor becomes 9 positively charged at point A. At point B1 the other terminal of the feedback capacitor 9, a negative polarity is thus formed. When the emitter current reaches the first Transistor 1 - as described above - has a certain value, so becomes the second Transistor 2 is driven and withdraws the base current from the first transistor 1. Of the first transistor 1 thus flips into the blocking state. The voltage induced at point A. the secondary winding 52 of the transformer 5 changes polarity and is now in series with the voltage on the feedback capacitor 9. The negative charge on the Point B can because of the reverse polarity of the second diode 11 when the switch is open 81 not through the collector-base path of the second transistor 2 and the one Emitter resistor 14 to ground or reference potential and prevents it therefore, as long as the first transistor 1 is switched on again until Via a resistor 62 parallel to the base-collector path of the first transistor 1 and the feedback resistor 10, the feedback resistor 10 because of the very small resistance value compared to the resistance value of the resistor 62 is negligible, the feedback capacitor 9 at point B again except for the base-emitter threshold voltage of the first transistor 1 is charged. at this process can be performed in parallel with the series connection of the feedback capacitor 9 further capacitor 18 connected to the feedback resistor 10 is neglected because its capacitance is very small compared to the capacitance of the feedback capacitor 9 is.
Durch die Zenerdiode 12 wird erreicht, daß die Aufladung des Rückkopplungs-Kondensators 9 am Punkt B auf die Basis-Emitter-Schwellenspannung des ersten Transistors 1 von einem konstanten Spannungspotential aus erfolgt. Dies hat zur Folge, daß der Sekundärstrom über einen großen Betriebsspannungsbereich konstant bleibt und somit ein konstanter Ladestrom in den Akkumulator 41 fließt.The Zener diode 12 ensures that the feedback capacitor is charged 9 at point B to the base-emitter threshold voltage of the first transistor 1 of takes place at a constant voltage potential. This has the consequence that the secondary current remains constant over a large operating voltage range and thus a constant Charging current flows into the accumulator 41.
Die Abschaltung des ersten Transistors 1 bei einem konstanten Spitzenwert des Emitterstromes des ersten Transistors 1 führt zu einer konstanten Schaltfrequenz und zu einem konstanten Sekundärstrom. Dadurch wird der Akkumulator 41 einerseits vor einem zu hohen Ladestrom von beispielsweise mehr als 50 Milliampere geschützt, was zu einer Zerstörung des Akkumulators führen würde und andererseits ein höherer Ladestrom von beispielsweise mehr als 20 Milliampere dem Akkumulator 41 zugeführt, wobei ein Ladestrom von beispielsweise 20 Milliampere lediglich der Erhaltungsladung dienen würde.The switching off of the first transistor 1 at a constant peak value of the emitter current of the first transistor 1 leads to a constant switching frequency and a constant secondary current. As a result, the accumulator 41 becomes on the one hand protected from excessive charging current of, for example, more than 50 milliamperes, which would lead to a destruction of the accumulator and on the other hand a higher one Charging current of, for example, more than 20 milliamperes the accumulator 41 supplied, with a charging current of, for example, 20 milliamps only the Trickle charge would serve.
Das Schaltverhalten des erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles gegenüber den bekannten Schaltnetzteilen wird am besten anhand der Fig. 2 und 3 verdeutlicht.The switching behavior of the switched-mode power supply according to the invention the known switched-mode power supplies is best illustrated with reference to FIGS.
In Fig. 2 ist die Spannung zwischen der Basis des ersten Schalttransistors 1 und Masse- bzw. Bezugspotential bzw. der Spannung am Emitter des zweiten Schalttransistors 2 über der Zeit dargestellt. Die Einschaltschwelle des ersten Transistors 1, d.h. die entsprechende Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors 1 beträgt ca. 0,55 Volt. Der Spannungsunterschied während der Aufladezeit T vom Rückkopplungs-Kondensator 9 bis zum Wiedereinschalt-Zeitpuntk Tein beträgt ca. 0,2 Volt. Daraus geht deutlich hervor, daß geringe Änderungen der Basis-Emitter-Schwellenspannung des ersten Schalttransistors z.B.In Fig. 2 is the voltage between the base of the first switching transistor 1 and ground or reference potential or the voltage at the emitter of the second switching transistor 2 shown over time. The switch-on threshold of the first transistor 1, i.e. the corresponding base-emitter voltage of the first transistor 1 is approximately 0.55 Volt. The voltage difference during the charging time T from the feedback capacitor 9 up to the restart time Tein is approx. 0.2 volts. It is clear from this show that small changes in the base-emitter threshold voltage of the first switching transistor e.g.
bei einer Erwärmung des ersten Schalttransistors oder infolge von Streueinflüssen den Schaltpunkt T ein zu einem früheren Zeitpunkt verlagern. Die damit verbundenen Frequenzänderung verursacht deshalb eine erhebliche Änderung des mittleren Sekundär-Ladestromes. Wie aus dieser Darstellung deutlich hervorgeht, genügt bereits eine minimale Spannungs änderung, um bei der geringen Neigung des Anstiegs der Basis-Emitter-Spannung während der Aufladezeit T des Rückkopplungs-Kondensators 9 ein frühzeitiges Einschalten des ersten Schalttransistors zu bewirken.when the first switching transistor is heated or as a result of Due to the effects of scatter, move the switching point T on to an earlier point in time. the associated frequency change therefore causes a significant change in the mean secondary charging current. As can be clearly seen from this illustration, A minimal voltage change is enough to make the Increase in the base-emitter voltage during the charging time T of the feedback capacitor 9 to cause the first switching transistor to be switched on at an early stage.
In Fig. 3 ist dagegen das Schaltverhalten des ersten Schalttransistors 1 bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltnetzteil dargestellt. Wie aus der Darstellung deutlich hervorgeht beträgt der Spannungsunterschied während der Aufladezeit T des Rückkopplungs-Kondensators bis zum Wiedereinschaltzeitpunkt T ein ca. 3 Volt. Die Auswirkung einer Änderung der Basis-Emitter-Spannung des ersten Schalttransistors z.B. infolge von Erwärmung des Transistors bzw. infolge von Streueinflüssen auf den Sekundärstrom beträgt somit nur ein zehntel gegenüber der bekannten Anordnung. Aufgrund der wesentlich stärkeren Neigung bewirkt eine Veränderung der Basis-Emitter-Schwellenspannung des ersten Schalttransistors lediglich eine geringfügige Verscheibung des Einschalt-Zeitpunktes T in und somit eine nur geringfügige Frequenzänderung und damit Änderung des Ladestromes.In Fig. 3, however, is the switching behavior of the first switching transistor 1 shown in the electronic switching power supply according to the invention. As from the The illustration clearly shows the voltage difference during the charging time T of the feedback capacitor until the time T is switched on again, approx. 3 volts. The effect of changing the base-emitter voltage of the first switching transistor e.g. as a result of heating of the transistor or as a result of stray influences the secondary current is therefore only a tenth compared to the known arrangement. Because of the much stronger slope, it causes a change in the base-emitter threshold voltage of the first switching transistor only a slight shift in the switch-on time T in and thus only a slight change in frequency and thus a change in the charging current.
Wie aus der Beschreibung der Schaltungsanordnung und der Funktionsweise deutlich hervorgeht, wird die Sicherung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles unter Einhaltung eines konstanten Sekundärstromes und einer konstanten Ladefrequenz mit nur einer zusätzlichen Diode 11 sowie zur Zwischensiebung einer Zenerdiode 12 erzielt.As from the description of the circuit arrangement and the mode of operation It can be clearly seen that securing the functionality of the invention Switching power supply while maintaining a constant secondary current and a constant Charging frequency with only one additional diode 11 and one for intermediate sieving Zener diode 12 achieved.
Damit ist jedoch gegenüber dem bekannten Schaltnetz teilen ein sicherer Schutz des Nickel-Cadmium Akkumulators gegenüber einem zu hohen Ladestrom gegeben bzw. sichergestellt, daß der Ladestrom des Akkumulators stets in den engen Grenzen zwischen der Erhaltungsladung und einem den Akkumulator gefährdenden Ladestrom liegt.However, this is a safer share compared to the known switching network The nickel-cadmium accumulator is protected against excessive charging current or ensures that the charging current of the accumulator is always within the narrow limits lies between the trickle charge and a charging current that could endanger the accumulator.
Claims (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3300285C2 (en) | 1985-08-22 |
| JPS59156125A (en) | 1984-09-05 |
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