DE3336841A1

DE3336841A1 - Schaltnetzteil nach dem zweipunktregler-prinzip

Info

Publication number: DE3336841A1
Application number: DE19833336841
Authority: DE
Inventors: Waldemar 6832 Hockenheim Lau
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1985-04-25
Also published as: DE3336841C2

Description

Schaltnetzteil nach dem Zweipunktregler-Prinzip
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil nach dem Zweipunktregler-Prinzip mit einer zwischen Eingang und Ausgang gelegten Reihenschaltung aus einem Schaltelement, einer Speicherdrossel und einem Strommeßwiderstand sowie einer elektronischen Regeleinrichtung, die durch den Strommeßwiderstand beeinflußt wird und das Schaltelement steuert. Die Erfindung findet Anwendung bei elektronisch stabilisierten Stromversorgungsgeräten.
Bei getaktet geregelten Netzgeräten wird die Eingangsspannung nicht kontinuierlich auf den Ausgang geführt, sondern es wird eine Drosseel zur Energiespeicherung zwischengeschaltet. Aus der Patentanmeldung P 32 45 759.6 ist ein Schaltnetzteil bekannt, das aus der Reihenschaltung eines Schaltelementes, einer Speicherspule und eines Stromfühlers besteht und wobei ferner ein Stützkondensator am Ausgang vorhanden ist.
Weiterhin sind ein Stromregler und ein Spannungsregler vorhanden und derart geschaltet, daß der Stromregler vom Stromfühler und der Spannungsregler von der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils angesteuert werden. Die Strom- und Spannungsregler weisen definierte obere und untere Ein- und Ausschaltpunkte auf und steuern ein Verknüpfungsglied an, das wiederum auf ein Schaltelement einwirkt. Dieses Schaltelement trennt den Eingang vom Ausgang bei unzulässig hoher Ausgangsspannung oder zu hohem Ausgangsstrom. Durch die getrennte Zweipunkt-Spannungs- und Stromregelung wird eine lastabhängige Regeleigenschaft erreicht, so daß der Stützkondensator am Ausgang falls erforderlich sehr groß gewählt werden kann.
Bei dieser Anordnung wird mit abnehmender Last am Ausgang die Taktfrequenz des Schaltnetzteils niedriger, so daß eventuell diese Frequenz in den hörbaren Bereich abgleitet. Dies kann zu akustisch wahrnehmbaren Pfeifgeräuschen in der Speicherdrossel führen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Schaltnetzteil zu schaffen, dessen Schalthysterese abhängig von der Größe der Last ist, so daß bei geringer Last auch nur eine kleine Einschaltdauer benötigt wird.
Erfindungsgemäß wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist aus dem Anspruch 2 ersichtlich.
Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil ist besonders die gute Regeleigenschaft (geringe Totzeiten) auch bei großer Lastzuschaltung. Gemäß der Erfindung kann weiterhin wegen der geringen Totzeit auch ein kleiner Stützkondensator am Ausgang verwendet werden, wodurch preisliche und platzmäßige Vorteile entstehen.
Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
An den Eingang UE des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils ist eine ungeregelte Gleichspannung angelegt, die am Ausgang UA einen gegen Kurzschluß und Stromänderung gesicherten Wert annimmt. Eingangs- UE und Ausgangsklemme UA beziehen sich dabei auf O-Volt-Potential. An den Ausgang UA ist symbolhaft eine ohmsche Last R angeschaltet. Zwischen die Eingangsklemme UE und die Ausgangsklemme UA ist die Reihenschaltung eines Schaltelementes 1, einer Speicherdrossel 2 und eines Strommeßwiderstandes 3 gelegt. Das Schaltelement 1 hat die Aufgabe, das Netzteil je nach Strombedarf an- und auszuschalten, die Speicherdrossel 2 ist zur Energiezwischenspeicherung bzw. zur Einschaltstrombegrenzung vorgesehen, und der Strommeßwiderstand 3 dient zum Feststellen des Laststromes. Erforderlich bei Schaltnetzteilen ist auch eine Freilaufdiode V2, die vom O-Volt-Potential vor die Speicherdrossel 2 geschaltet ist und den Stromfluß auch bei Spannungsumkehr in der Speicherdrossel 2 gewährleistet. Von der Ausgangsklemme UA zu O-Volt-Potential ist noch ein Speicherkondensator C1 geschaltet.
Dies ist eine Schaltung, wie sie allgemein bekannt ist und in vielen Schaltnetzteilen angewendet wird. Erfindungsgemäß wird jetzt vor dem Strommeßwiderstand 3 eine Integrationsschaltung R1/C2 angeschaltet, welche einen dem Laststrom entsprechenden Spannungsmittelwert erzeugt. Dieses geglättete Signal wird auf den Plus-Eingang eines Operationsverstärkers 4 geführt. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 4 ist über einen Widerstand R2 mit der Ausgangsklemme UA verbunden.
Weiterhin ist vom Minus-Eingang des Operationsverstärkers 4 auf seinen Ausgang ein Widerstand R3 geschaltet.
Mit Hilfe dieser beiden Widerstände R2 und R3 läßt sich die Verstärkung des Operationsverstärkers 4 einstellen.
Eine derartige Verstärkungsregelung ist allgemein bekannt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 4 ist über eine Entkoppeldiode V1 auf eine Spannungsteilerschaltung R4/R5 gelegt und steuert einen weiteren Operationsverstärker 5 an seinem Plus-Eingang an. Der Ausgang des Operationsverstärkers 5 beeinflußt das Schaltelement 1 derart, daß bei einem oberen Schaltpunkt am Operationsverstärker 5 das Schaltelement 1 öffnet und bei einem unteren Schaltpunkt schließt.
Die Spannungsteilerschaltung R4/R5 ist dabei so geschaltet, daß R5 auf die Verbindung von Schaltelement 1 und Speicherdrossel 2 gelegt ist und Widerstand R4 über die Diode V1 auf den Ausgang des Operationsverstärkers 4 führt. An die Verbindung zwischen den Widerständen R4 und R5 ist ein weiterer Widerstand R6 geschaltet, der auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 5 führt.
Eine auf O-Volt-Potential bezogene Referenzspannungsquelle Uref (beispielsweise Zenerdiode) ist weiterhin noch über einen Widerstand R7 auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 5 gelegt. Der Spannungsistwert vom Ausgang UA wird auf den Minus-Eingang des Operationsverstärkers 5 geführt.
Die Festlegung der unteren und oberen Schaltpunkte zur Beeinflussung des Schaltelementes 1 wird durch die Beschaltung des Operationsverstärkers 5 erzielt. So dient beispielsweise die Spannungsquelle Uref zur Festlegung der Ausgangsspannung Uu. Dabei wird der festen Referenzspannung aus der Quelle Uref die Ausgangsspannung aus dem Schaltelement 1 (bei geschlossenem Schalter) überlagert. Diese Spannung aus dem Schaltelement 1 wird dabei durch die Spannungsteiler R5 und R6 gegenüber R7 heruntergeteilt, wodurch für den Operationsverstärker 5 vorgegeben wird. Der untere Schaltpunkt am Operations- verstärker 5 wird durch die Referenzspannungsquelle R7 Uref - Uref g6 + R7 bestimmt (das Schaltelement ist dabei geöffnet).
Der Operationsverstärker 4 bildet eine von der Last R, die in der Zeichnung nur symbolisch dargestellt wurde, abhängige Begrenzerspannung. Diese Spannung wird über dem Strommeßwiderstand 3 gebildet, über Ri/C2 geglättet, und im Operationsverstärker 4 verstärkt. Diese Begrenzerspannung beeinflußt jetzt über die Spannungsteiler R4,R5,R6 die Spannung vom Ausgang des Schaltelementes 1, so daß am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 5 eine geänderte, verkleinerte Spannung ansteht. Hierdurch läßt sich die Einschaltzeit (Schwingzeit) des Operationsverstärkers 5 so verändern, daß die gesamte Periodendauer, bestehend aus Einschaltzeit und Ausschaltzeit, gleich bleibt. Der Operationsverstärker wirkt dabei wie ein Zweipunktregler und bildet die Leistungsansteuerung für das Schaltelement 1. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 5 ist fest mit dem Ausgang UA verbunden, so daß vom Ausgang her ein Spannungsistwert fest vorgegeben wird.
In Abhängigkeit vom Operationsverstärker 5 schaltet also das Schaltelement 1 die Last R am Ausgang zu und ab. Der eigentliche Schaltpunkt für das Schaltelement 1 wird gebildet aus den Widerständen R4,R5,R6,R7 und die den Grundwert darstellende Spannungsquelle Uref. Regulierend wirkt dabei die Ausgangsspannung aus dem Operationsverstärker 4 auf die Spannungsteilerwiderstände R4,R5, R6,R7. Dies bedeutet, daß bei geringer Last R am Ausgang UA auch nur eine kleine Einschaltdauer am Schaltelement 1 benötigt wird, um eine konstante Periodendauer zu erreichen. Die Schalthysterese am Schaltelement 1 ist damit so lastabhängig, daß die Schwingfrequenz bei sich ändernder Last gleich bleibt. Lasteinbrüche, d.h. starke Lastunterschiede am Ausgang UA können so regelungstechnisch ausgeblendet werden, so daß über den gesamten Lastbereich die Schaltfrequenz des Schaltelementes 1 nahezu konstant bleibt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wird - in der Zeichnung gestrichelt dargestelt - von dem Ausgang UA zu dem gemeinsamen Punkt zwischen den Widerständen R4 und R5 eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode V3 und einem Widerstand R8 gelegt.
Anstelle dieser Bauelemente ist aber auch der Einsatz eines Varistors möglich. Hierdurch wird folgendes erreicht: Bei konstanter Last am Ausgang UA wird die Schaltfrequenz (Taktfrequenz, Schwingfrequenz = Frequenz des Ein- und Ausschaltens des Schaltgliedes 1) bei sich ändernder Eingangsspannung noch stabilisiert. So wird in vorteilhafter Weise trotz der Störgröße schwankende Eingangsspannung eine konstante Schalt frequenz wie bei einem pulsbreitengeregelten Schaltnetzteil erreicht.
- Leerseite -

Claims

A n s p r ü c h e Schaltnetzteil nach dem Zweipunktregler-Prinzip mit einer zwischen Eingang und Ausgang gelegten Reihenschaltung aus einem Schaltelement, einer Speicherdrossel und einem Strommeßwiderstand sowie einer elektronischen Regeleinrichtung, die durch den Strommeßwiderstand beeinflußt wird und das Schaltelemnt steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Strommeßwiderstand (3) über eine Integrationsschaltung (Ri/C2) einen Operationsverstärker (4) mit vorgegebener Verstärkung (R2,R3) ansteuert, daß dieser stromabhängigen Begrenzerschaltung ein weiterer Operationsverstärker (5) nachgeschaltet ist, dessen Plus-Eingang über einen Widerstand (R7) an eine auf O-Volt-Potential bezogene Referenzspannungsquelle (Uref) geführt ist und hierdurch der untere Schalt punkt einstellbar ist, daß der Plus-Eingang des Operationsverstärkers (5) über eine Reihenschaltung von zwei Widerständen (R6,R5) auf den Ausgang des Schaltelementes (1) führt und zwischen den beiden Widerständen (R6,R5) eine Verbindung über einen Widerstand (R4) und eine Diode (V1) zu dem Ausgang des Operationsverstärkers (4) besteht, so daß sich der obere Schaltpunkt des Schaltnetzteils durch die Ausgangsspannung des Schaltelementes (1) unter zusätzlicher Beeinflussung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers (4) bildet.
2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung einer Zenerdiode (V3) und eines Widerstandes (R5) von dem Ausgang (UA) auf die Verbindung zwischen den Widerständen (R4,R5) geschaltet ist.