DE3419792C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetz­ teil nach dem Sperrwandlerprinzip, mit einer Regel­ schaltung zur Ansteuerung, Regelung und Überwachung eines Schalttransistors, mit einer Primärwicklung, in die während der Leitphase des Schalttransistors Energie eingespeist und die während der Sperrphase des Schalttransistors die in ihr gespeicherte Ener­ gie über einen Transformator an einen oder mehrere sekundärseitige Verbraucher abgibt, mit einer zwei­ ten primärseitigen Wicklung, mit deren Hilfe die Regelinformation zur Ansteuerung des Schalttransi­ stors gewonnen wird, mit Mitteln zur Bereitstellung der Anlaufspannung für die Regelschaltung und mit einer dritten primärseitigen Wicklung, über die im eingeschwungenen Zustand die Versorgung der Regel­ schaltung erfolgt.

Ein solches Schaltnetzteil, wie es aus der deutschen Offenlegungsschrift 30 32 034 bekannt ist, ist in stark vereinfachter Form in der Fig. 1 dargestellt. Bei diesem bekannten Schaltnetzteil wird die aus dem Wechselspannungsnetz (13) erhaltene Wechselspan­ nung über einen Schalter (11) an ein Gleichrichter­ netzwerk (23) weitergegeben und dort gleichgerichtet. Diese gleichgerichtete Spannung wird während der Leitphase des Schalttransistors (22) über eine Diode (20) in die Primärwicklung (35) eines Transformators (TR) eingespeist. Während der Sperrphase des Schalt­ transistors (22) findet in bekannter Weise die Über­ tragung der in der Primärwicklung (35) gespeicherten Energie auf eine oder mehrere Sekundärwicklungen des Transformators statt, so daß nach einer Gleichrich­ tung auf der Sekundärseite die Versorgungsspannungen für den bzw. die angeschlossenen Verbraucher zur Verfügung stehen.

Zur Ansteuerung, Regelung und Überwachung des Schalt­ transistors (22) ist beim bekannten Schaltnetzteil eine Regelschaltung (10) vorgesehen, die an ihrem Ausgang (7) die für die Aufladung des zur Basis des Schalttransistors (22) führenden Koppelkondensators (21) erforderliche Gleichstromkomponente und an ihrem Ausgang (8) den für die Basis des Schalttransistors (22) erforderlichen Regelimpuls liefert.

Ferner weist das bekannte Schaltnetzteil eine Primär­ wicklung (38) auf, in der die Regelinformation zur Regelung der Leitzeit des Schalttransistors (22) ge­ wonnen wird. Diese Regelinformation wird der Regel­ schaltung (10) über ihren Eingang (3) zugeführt. Der Anschluß (2) der Regelschaltung dient als Eingang für die von der Wicklung (38) gelieferten Schwingun­ gen, in deren Nullpunkt der Ansteuerimpuls für den Schalttransistor (22) gestartet wird.

Am Ausgang (1) der Regelschaltung (10) liegt die regelkreisintern erzeugte, für den Regelvorgang not­ wendige Sollspannung (Referenzspannung) an.

Mit Hilfe der am Eingang (4) erhaltenen Information, die ein Maß für den Kollektorstrom des Schalttran­ sistors (22) ist (während der Leitphase des Schalt­ transistors (22) wird der an den Eingang (4) der Regelschaltung angeschlossene Kondensator über einen Widerstand aufgeladen; die Steilheit des Anstiegs der Ladekurve (Sägezahn) ist proportional zum Kollek­ torstrom des Schalttransistors (22)), kann die Regel­ schaltung den im Kollektor des Schalttransistors fließenden maximalen Strom begrenzen.

Der Eingang (5) der Regelschaltung dient als Schutz­ eingang, der dann anspricht, wenn die gleichgerich­ tete Netzspannung einen vorgegebenen Wert unterschrei­ tet.

Über den Eingang (9) der Regelschaltung erfolgt die Stromversorgung der Regelschaltung. In der Anlauf­ phase, also unmittelbar nach dem Schließen des Schal­ ters (11) findet diese Stromversorgung über eine Anlaufschaltung (15) statt. Erst wenn die am Strom­ versorgungseingang (9) der Regelschaltung anliegende Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht, gibt die Regelschaltung Impulse an den Schalttransistor (22) ab, so daß das Schaltnetzteil Energie an die sekun­ därseitigen Verbraucher abgeben kann. Die in der Wicklung (37) induzierten Impulse sind dann groß genug, um die Stromversorgung der Regelschaltung über eine Diode (16) zu ermöglichen.

Weitere Informationen über dieses bekannte Schalt­ netzteil können der Beschreibung der DE-OS 30 32 034 entnommen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schalt­ netzteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art derart weiterzubilden, daß es auch für den Batteriebetrieb geeignet ist und dabei möglichst viele der bereits bei Netzbetrieb vorhandenen Schaltungsteile auch für den Batteriebetrieb verwen­ det werden können.

Aus der DE-AS 23 45 073 ist bereits ein Netzgerät zur Stromversorgung eines Gleichstromverbrauchers wahlweise von einem Wechselstromnetz relativ hoher Spannung oder von einer Gleichstromquelle relativ niedriger Spannung bekannt. Bei dem bekannten Netz­ gerät ist auf der Sekundärseite ein Impulsdauer­ modulator vorgesehen. Dieser Impulsdauermodulator erzeugt in Abhängigkeit von einem aus dem sekundär­ seitigen Ausgangssignal abgeleiteten Fehlersignal Impulse variabler Breite, die über zusätzliche Transformatoren (12 a und 12 b) den Basen der primär­ seitigen Schalttransistoren (7 a und 7 b) zugeführt werden, um deren Einschaltdauer zu steuern. Diese Schaltung ist wegen der zusätzlichen Transformatoren sehr aufwendig.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ male.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß das zugrundegelegte Schaltnetzteil auch an einer Batterie betreibbar ist, ohne daß eine zusätzliche Regel­ schaltung und ein zusätzlicher Sperrwandlertransfor­ mator nötig ist.

Weitere Vorteile und Eigenschaften des Schaltnetz­ teils nach der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist eine Netzspannungsquelle (13) vorgesehen, die über einen Schalter (11) mit einem Gleichrichter (23) verbunden ist. Der Anschluß a des Gleichrichters (23) liegt über eine Diode (20) an einem Ende der Primärwick­ lung (35), an deren anderes Ende der Kollektor des Schalttransistors (22) angeschlossen ist. Weiterhin ist der Anschluß a des Gleichrichters (23) mit den Eingängen (4) und (5) der Regelschaltung (10) sowie den Basen der Transistoren (31), (32) und (33) ver­ bunden.

Ein Anschluß b des Gleichrichters (23) liegt über eine Anlaufschaltung (15) am Stromversorgungseingang (9) der Regelschaltung (10), der weiterhin über eine Diode (16) an ein Ende einer Wicklung (37), deren anderes Ende an Masse liegt, und über eine Schaltung (17) und die Kollektor-Emitterstrecke eines Tran­ sistors (34) an den positiven Pol der Batterie (14) angeschlossen ist.

Weiterhin ist eine Wicklung (38) vorgesehen, deren eines Ende an Masse liegt, und deren anderes Ende über einen Widerstand mit dem Anschluß (1) der Regel­ schaltung (10), über einen Kondensator mit dem An­ schluß (2) der Regelschaltung (10) und über eine Diode mit dem Anschluß (3) der Regelschaltung (10) verbunden ist.

Die Anschlüsse (4) und (5) der Regelschaltung (10) liegen am Kollektor des Transistors (32), dessen Emitter an die Basis des Transistors (34), den Kol­ lektor des Transistors (33), dessen Emitter an Masse liegt, und an einen Anschluß des Schalters (12) angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß mit dem Pluspol der Batterie (14) verbunden ist.

Der Ausgang (7) der Regelschaltung (10) liegt einer­ seits über der Emitter-Kollektorstrecke des Tran­ sistors (30) und den dazu in Serie geschalteten Koppelkondensator (21) an der Basis des Schalttran­ sistors (22), und andererseits über einen Konden­ sator (42), eine Schaltung (18) und eine Schaltstufe (19) am einen Ende der Wicklung (36), deren anderes Ende an den Pluspol der Batterie (14) geschaltet ist. Der Ausgang (8) der Regelschaltung (10) ist über einen Widerstand mit dem Ausgang (7) verbunden.

Die Basis des Transistors (30) ist an den Kollektor des Transistors (31) angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt.

Schließlich weist der Transformator (Tr) eine oder mehrere Sekundärwicklungen (39) auf, die über Gleich­ richter (40) und (41) mit dem bzw. den angeschlosse­ nen Verbrauchern verbunden sind.

Im folgenden wird die Funktion der beschriebenen Schaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Bei Netzbetrieb wird der Schalter (11) geschlossen, während der Schalter (12) geöffnet bleibt. Die aus dem Netz gewonnene Wechselspannung wird über den geschlossenen Schalter (11) an den Gleichrichter (23) weitergegeben und dort gleichgerichtet.

In der Anlaufphase, also unmittelbar nach dem Ein­ schalten des Gerätes, wird die Regelschaltung (10) über eine Anlaufschaltung (15) solange mit Gleich­ strom versorgt, bis die am Stromversorgungseingang (9) anliegende Spannung einen vorgegebenen Wert er­ reicht. In dieser Anlaufphase gibt die Regelschal­ tung (10) noch keine Impulse an die Basis des Schalttransistors ab, so daß dieser gesperrt ist.

Die am Ausgang a des Gleichrichters (23) anliegende Gleichspannung liegt an den Basen der npn-Tran­ sistoren (31) und (33) sowie an der Basis des pnp- Transistors (32) an. Das hat zur Folge, daß die Transistoren (31) und (33) leiten, während der Tran­ sistor (32) sperrt. Durch den leitenden Transistor (31) wird die Basis des pnp-Transistors (30) auf Massepotential gezogen, so daß der Transistor (30) in den leitenden Zustand gebracht wird und damit ein Informationsfluß zwischen den Ausgängen (7) und (8) der Regelschaltung (10) und dem Koppelkondensator (21) bzw. der Basis des Schalttransistors (22) er­ möglicht wird. Durch den leitenden Transistor (33) wird die Basis des npn-Transistors (34) auf Masse­ potential gezogen, so daß der Transistor (34) sperrt. Damit ist der Stromversorgungseingang (9) der Regel­ schaltung (10) vom Pluspol der Batterie (14) abge­ trennt. Durch den sperrenden Transistor (32) wird schließlich das an der Basis des Transistors (34) anliegende Massepotential von den Eingängen (4) und (5) der Regelschaltung (10) getrennt.

Über den Ausgang (7) der Regelschaltung (10) wird während der Anlaufphase der Koppelkondensator (21) aufgeladen.

Am Kollektor des Schalttransistors (22 ) liegt in der Anlaufphase ebenfalls eine Gleichspannung an.

Ist die Anlaufphase beendet bzw. hat die Spannung am Stromversorgungseingang (9) der Regelschaltung (10) den vorgegebenen Wert erreicht, dann wird eine regelkreisintern erzeugte Referenzspannung, die alle Stufen der Regelschaltung versorgt und als Sollwert für den Regelvorgang dient, freigegeben und steht am Ausgang (1) der Regelschaltung (10) zur Verfügung. Gleichzeitig dazu wird über den Ausgang (8) der Regelschaltung die Basis des Schalttransistors (22) mit Impulsen angesteuert, so daß das Schaltnetzteil seinen normalen Betrieb aufnimmt. Dieser normale Betrieb besteht im wesentlichen darin, während der Sperrphase des Schalttransistors (22) die während der Leitphase des Schalttransistors in der Primär­ wicklung (35) abgespeicherte Energie über den Trans­ formator (Tr) auf die sekundärseitigen Wicklungen (39) zu übertragen, die dann nach Gleichrichtung in den Gleichrichtern (40) und (41) den an den Ausgän­ gen A und B angeschlossenen Verbrauchern zur Verfü­ gung steht.

Die in der Wicklung (38) induzierten Schwingungen werden zu Regelzwecken verwendet und dazu einerseits dem Eingang (2) der Regelschaltung (10) zur Detek­ tion der Nulldurchgänge der in der Wicklung (38) induzierten Schwingungen, in denen die Ansteuer­ impulse für den Schalttransistor (22) getastet wer­ den, und andererseits dem Eingang (3) der Regel­ schaltung (10) zur Regelung der Leitzeit des Schalt­ transistors (22) zugeführt.

Im Normalbetrieb wird die Stromversorgung der Regel­ schaltung (10) über die Wicklung (37) durchgeführt, da die in der Wicklung (37) induzierten Impulse groß genug sind, um eine ausreichende Stromversorgung der Regelschaltung (10) über die Diode (16) und den Stromversorgungseingang (9) zu gewährleisten.

Mit Hilfe der an ihrem Eingang (4) enthaltenen Infor­ mation, die ein Maß für den Kollektorstrom des Schalttransistors (22) ist, kann die Regelschaltung (10) den im Kollektor des Schalttransistors fließen­ den maximalen Strom begrenzen.

Der Eingang (5) der Regelschaltung dient als Schutz­ eingang, der dann anspricht, wenn die gleichgerich­ tete Netzspannung einen vorgegebenen Wert unter­ schreitet.

Die bei der Erläuterung des Netzbetriebes nicht angesprochenen Schaltungsteile (17), (18) und (19) snd für den Netzbetrieb ohne Bedeutung.

Bei Batteriebetrieb wird der Schalter (12) geschlos­ sen, während der Schalter (11) geöffnet bleibt.

Wegen des geöffneten Schalters (11) liegt sowohl am Ausgang a des Gleichrichters (23) als auch an den Basen der Transistoren (31), (32) und (33) die Span­ nung "Null" an, so daß die npn-Transistoren (31) und (33) sperren, während der pnp-Transistor (32) leitet. Das Sperren des Transistors (31) hat zur Folge, daß auch der pnp-Transistor (30) gesperrt ist und somit die Ausgänge (7) und (8) der Regelschaltung (10) von der Basis des bei Netzbetrieb angesteuerten Schalt­ transistors (22) abgetrennt werden. Das Sperren des Transistors (33) hat zur Folge, daß die Basis des npn-Transistors (34) über den bei Batteriebetrieb geschlossenen Schalter (12) mit einer Spannung ange­ steuert wird, die den Transistor (34) in den leiten­ den Zustand überführt. Durch den leitenden Transi­ stor (32) und den geschlossenen Schalter (12) ist bei Batteriebetrieb der Pluspol der Batterie (14) mit den Eingängen (4) und (5) der Regelschaltung (10) verbunden.

In der Anlaufphase, also unmittelbar nach dem Ein­ schalten des Geräts, wird die Regelschaltung (10) über eine Anlaufschaltung (17), die beispielsweise aus einem Multivibrator bestehen kann, solange mit Gleichstrom versorgt, bis die am Stromversorgungs­ eingang (9) der Regelschaltung anliegende Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht. In dieser Anlauf­ phase lädt die Regelschaltung (10) über ihren Aus­ gang (7) den Koppelkondensator (42) auf, gibt aber an ihrem Ausgang (8) noch keine Impulse an die im Batteriebetrieb aktive Schaltstufe (19) ab.

Ist die Anlaufphase beendet bzw. hat die Spannung am Stromversorgungseingang (9) der Regelschaltung den vorgegebenen Wert erreicht, dann wird eine regelkreis­ intern erzeugte Referenzspannung, die alle Stufen der Regelschaltung versorgt und als Sollwert für den Regelvorgang dient, freigegeben und steht am Ausgang (1) der Regelschaltung (10) zur Verfügung. Gleich­ zeitig dazu wird über den Ausgang (8) der Regelschal­ tung die beim Batteriebetrieb aktive Schaltstufe (19) über eine Anpassungsschaltung (18) mit Impulsen an­ gesteuert, so daß das Schaltnetzteil seinen normalen Betrieb aufnimmt. Dieser normale Betrieb besteht im wesentlichen darin, während der Sperrphase der Schaltstufe (19) von der Batterie (14) in eine Zu­ satzwicklung (36) des Transformators (Tr) eingespei­ cherte Energie auf die sekundärseitigen Wicklungen (39) zu übertragen. Diese übertragene Energie steht dann nach Gleichrichtung in den Gleichrichtern (40) und (41) den an die Ausgänge A und B angeschlossenen Verbrauchern zur Verfügung. Die Schaltstufe (19) kann beispielsweise aus zwei parallelgeschalteten SIPMOS-Transistoren bestehen, da diese nur eine ge­ ringe Ansteuerleistung benötigen.

Auch im Batteriebetrieb werden die in der Wicklung (38) induzierten Schwingungen zu Regelzwecken ver­ wendet, d. h. einerseits dem Eingang (2) der Regel­ schaltung (10) zur Nulldurchgangsidentifikation und dem Eingang (3) der Regelschaltung (10) zur Regelung der Leitzeit der Schaltstufe (19) zugeführt. Also findet die Regelwicklung (38) sowohl bnei Netz- als auch bei Batteriebetrieb Anwendung. Dies gilt ebenso für die Versorgungswicklung (37), die im eingeschwun­ genen Zustand die Versorgung des Regelkreises (10) über dessen Eingang (9) übernimmt.

Über den Schalter (12) und den bei Batteriebetrieb leitenden Transistor (32) gelangen Informationen über den in der Schaltstufe (19) fließenden Strom und über die Größe der Batteriespannung an die Eingänge (4) und (5) der Regelschaltung (10), so daß auch bei Batteriebetrieb der in der Schaltstufe fließende Strom überwacht werden kann.

Beim Schaltnetzteil nach der vorliegenden Erfindung können also sämtliche für die Regelung der Ansteuerung der Schaltstufe bei Netzbetrieb vorhandenen Bauteile, insbesondere die Regelschaltung (10), auch bei Batte­ riebetrieb verwendet werden. Dies wird unter anderem mit Hilfe von Schaltern erreicht, die von der (vor­ handenen bzw. nicht vorhandenen) gleichgerichteten Netzspannung gesteuert werden und diejenigen Bauteile, die bei Netz- bzw. Batteriebetrieb gebraucht bzw. nicht gebraucht werden, mit den entsprechenden An­ schlüssen der Regelschaltung (10) verbinden bzw. von den Anschlüssen der Regelschaltung (10) abtrennen.

Ein Schaltnetzteil nach der vorliegenden Erfindung eignet sich beispielsweise für tragbare Fernseh­ geräte, die nicht nur am Wechselspannungsnetz, son­ dern auch an einer Batterie betreibbar sein sollen.

Claims (4)

1. Schaltnetzteil nach dem Sperrwandlerprinzip,
mit einer Regelschaltung zur Ansteuerung, Regelung und Überwachung eines Schalttransistors,
mit einer Primärwicklung, in die während der Leit­ phase des Schalttransistors Energie eingespeist und die während der Sperrphase des Schalttransistors die in ihr gespeicherte Energie über einen Transfor­ mator an einen oder mehrere sekundärseitige Ver­ braucher abgibt,
mit einer zweiten primärseitigen Wicklung, mit deren Hilfe die Regelinformation zur Ansteuerung des Schalttransistors gewonnen wird,
mit Mitteln zur Bereitstellung der Anlaufspannung für die Regelschaltung,
und mit einer dritten primärseitigen Wicklung, über die im eingeschwungenen Zustand die Versorgung der Regelschaltung erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß für den wahlweisen Betrieb an Netz- oder einer Batteriespannung vorgesehen sind:

• - eine Zusatzwicklung (36), über die bei Batterie­ betrieb Energie über den Transformator (Tr) an einen oder mehrere sekundärseitige Verbraucher übertragen wird,
• - eine zweite Schaltstufe (19), die bei Batterie­ betrieb unter Steuerung durch die Regelschaltung (10) die Energieeinspeisung in die Zusatzwick­ lung (36) ermöglicht bzw. sperrt,
• - ein zwischen der Regelschaltung (10) und dem Schalttransistor (22) für Netzbetrieb angeordne­ ter, von der gleichgerichteten Netzspannung ge­ steuerter erster Schalter (30), der bei vorhande­ ner Netzspannung leitend und bei nicht vorhandener Netzspannung gesperrt ist,
• - ein zwischen dem positiven Anschluß der Batterie und der Regelschaltung (10) angeordneter, von der gleichgerichteten Netzspannung gesteuerter zwei­ ter Schalter (34), der bei vorhandener Netzspan­ nung gesperrt und bei nicht vorhandener Netz­ spannung leitend ist,
• - und ein zwischen der Batterie (14) und der Regel­ schaltung (10) angeordneter dritter Schalter (32), der bei vorhandener Netzspannung sperrt und bei nicht vorhandener Netzspannung leitet.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schalter (30), (32) und (34) Transistoren sind.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (19) aus zwei parallelgeschalteten SIPMOS-Transistoren besteht.

4. Schaltnetzteil nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (17) zur Bereit­ stellung der Anlaufspannung für die Regelschaltung (10) bei Batteriebetrieb vorgesehen sind, die einen Multivibrator enthalten.