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Schaltnetzteil für ein Gerät mit Bereitschaftbetrieb, insbe-
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sondere für ein Fernsehgerät Bei Geräten der Nachrichtentechnik wie
z.B. einem Fernsehgerät ist es bekannt, die für die einzelnen Stufen notwendigen
Betriebsspannungen mit einem Schaltnetzteil aus der Netzspannung zu erzeugen (Funkschau
1975, Heft 5, Seite 40 - 43). Ein Schaltnetzteil ermöglicht die für den Anschluß
äußergGeräte und für die Maßnahmen zur Schutzisolierung vorteilhafte galvanische
Trennung zur Empfängerschaltung vom Netz. Da ein Schaltnetzteil mit einer gegenüber
der Netzfrequenz hohen Frequenz arbeitet, kann der zur galvanischen Trennung dienende
Transformator gegenüber einem Netztrafo für 50 Hz wesentlich kleiner und leichter
ausgebildet sein. Durch mehrere Wicklungen oder Wick lungsabgriffe sowie daran angeschlossene
Gleichrichter können Spannungen unterschiedlicher Größe und Polarität erzeugt werden.
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Fernsehempfänger haben überwiegend einen sogenannten Bereitschaftsbetrieb,
damit sie ton einer Fernbedieneinheit eingeschaltet werden können. Zu diesem Zweck
wird die Leistungsaufnahme auf einen möglichst kleinen Wert begrenzt. Dies ist sinnvoll,
da der Bereitschaftsbetrieb für den überwiegenden Teil der Zeit (90,ó ca.) ohne
Nutzen aufrechterhalten wird und damit die aufgenommene Leistung praktisch verloren
ist. Wie in DE-OS 32 23 756.1 beispielhaft beschrieben, wird im Bereitschaftbetrieb
die Leistungsaufnahme durch Herabsetzen der Betriebsspannungen etwa um den Faktor
10 erreicht. Dieses geschieht gegenüber dem Normalbetrieb durch eine sehr viel kürzere
Einschaltdauer des Schalttransistors verbunden mit einer niedrigeren Schaltfrequenz.
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Durch einen besonderen Schaltungskniff ist trotz der herabgesetzten
Spannungen die Versorgung des Fernbedienempfängers sichergestellt, dadurch daß der
Fernbedienempfänger im Bereitschaftsbetrieb von der Spannungsquelle versorgt wird,
die im Normalbetrieb mit etwa 150 V den Fernsehempfänger speist.
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Ein Problem ergibt sich allerdings im Bereitschaftsbetrieb bei der
Spannungsversorgung für den den Schalttransistor steuernden Thyristor, der mit seiner
Anoden-Kathodenstrecke galvanisch parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors
geschaltet ist und der Steuerung des Abschaltzeitpunktes des Stromanstiegs im Schalttransistor
dient. Diese Spannung für den Thyristor wird üblicherweise durch Gleichrichtung
und Speicherung in einem Ladekondensator aus der in der Rückkopplungswicklung induzierten
Wechselspannung gewonnen. Im Normalbetrieb ist diese Gleichspannung so groß, daß
eine sichere Funktion des Thyristors gegeben ist. Bei Bereitschaftsbetrieb aber
wird diese Spannung ebenfalls herabgesetzt und erreicht dadurch unzulässig niedrige
Werte, so daß durch den Thyristor in seiner leitenden Phase nur ein geringer, undefinierter
Strom fließt. Zwar wird der Stromanstieg im Leistungstransistor noch abgeschaltet
aber durch den geringen Strom durch den Thyristor und damit auch durch die Basis-Emitter-Strecke
des Leistungstransistors werden die positiven Ladungsträger aus der Basiszone des
Schalttransistors nzr langsam ausgeräumt. Dadurch ist im Bereitschaftsbetrieb die
Einschaltdauer des Schalttransistors unnötig groß und bewirkt eine unerwünscht hohe
Energieübertragung.
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Der Gedanke ist naheliegend , durch Erhöhung der Windungszahl für
die Rückkopplungswindung eine auch im Bereitschaftsbetrieb ausreichende Spannungsversorung
für den Thyristor zu erreichen.
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Allerdings zeigt sich, daß durch die Erhöhung der Windungszahl Probleme
im Normalbetrieb, also bei der höheren Spannung auftreten. Der negative Anteil der
Basis-Emitter-Spannung erreicht dann Werte, die in den Bereich der Ausräumspitze
(Basis-Emitter-Durchbruchspannung) kommen, wodurch die Funktion des Schalttransistors
in Frage gestellt ist. Es müßten daher für diesen Fall zusätzliche Mittel für die
Herabsetzung der Spannung im Normalbetrieb eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsversorgung
für den Thyristor zu schaffen, die sowohl im Normalbetrieb
als
auch im Bereitschaftsbetrieb mit herabgesetzten Betriebsspannungen eine sichere
Funktion des Thyristors gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird gegenüber der bekannten Lösung mit Gleichrichterschaltung
ein Ladekondensator nebst Gleichrichterdiode eingespart. Außerdem können im Bereitschaftsbetrieb
alle Versorgungsspannungen im Netzteil um den Faktor 10 herabgesetzt werden, ohne
die oben beschriebenen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
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Es wird nämlich gerade zum Schaltzeitpunkt des Thyristors, der in
der stromführenden Phase des Schalttransistors liegt, eine zum Kathodenanschluß
des Thyristors und damit auch zum Emitter des Schalt transistors positiv gerichtete
Spannung in der Rückkopplungswicklung und damit auch in der mit dieser in Reihe
geschalteten weiteren Wicklung induziert. Der Energieinhalt dieser induzierten Spannung
reicht aus, einen so großen Strom durch den Thyristor und damit auch durch die Emitter-Basis-Strecke
des Zeittransistors zu treiben, daß der Schalttransistor im vorgegebenen Moment
gesperrt wird und die noch in der Basiszone vorhandenen positiven Ladungsträger
in sehr kurzer Zeit ausgeräumt werden.
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Als wesentlich für die Funktion des Thyristors bei dieser Art der
Spannungsversorgung hat sich erwiesen, daß die Steuerelektrode des Thyristors frei
von Störspannungen sein muß, durch die unerwünschte Regelschwingungen erzeugt werden
können.
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Diese Störspannungen werden bei den Schaltvorgängen durch die Sperrträgheit
des Thyristors erzeugt. Es gelangen hauptsächlich negative Störspitzen von der Thyristoranode
zur Steuerelektrode, so daß sich hier eine negative Spannung aufbaut, die den für
die Thyristorsteuerung erforderlichen Steuerspannungen entgegenwirkt. Um diese störende
negative Spannung abzuleiten, ist eine
Diode mit entsprechender
Polung zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors geschaltet. Durch diese
Maßnahme wird es auch möglich, den Längswiderstand an der Steuerelektrode hochohmiger
auszulegen, z.B. von 47 Ohm auf 1 kOhm zu erhöhen.
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Dadurch ergibt sich außerdem der Vorteil einer guten Entkopplung zwischen
dem Steueranschluß des Thyristors und den an diesen angelegten Steuer- oder Regelspannungen,
so daß insgesamt eine geringere Steuerleistung für den Thyristor aufgebracht werden
muß.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Figur erläutert: Die Figur zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Schaltnetzteils
mit der erfindungsgemäßen Schaltung, in welcher die Regelung des jeweiligen Betriebszustandes
entsprechend DE-OS 32 23 756 durch Steuerung eines Regelkreises mit Hilfe eines
Optokopplers 19 erfolgt. Im Bereitschaftsbetrieb ist der Optokoppler 19 stromlos
geschaltet. Der Abschaltzeitpunkt im Schalttransistor 9 wird nur durch seinen eigenen
Strom gesteuert, der einen Spannungsabfall am Widerstand 3 erzeugt. Erreicht dieser
Spannungsabfall einen bestimmten Wert, wird der Thyristor 4 gezündet.
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Aus der an die Eingangsklemmen A,B angelegten Netzwechselspannung
wird im Gleichrichter 1 mit dem Ladekondensator 2 eine Gleichspannung erzeugt, die
als Betriebsspannung für das Schaltnetzteil dient. Die Leistungsübertragung mit
galvanischer Trennung vom Netz geschieht über den Transformator 10 mit seinen Sekundärwicklungen
15,16,17 und 18. Auf der Primärseite des Transformators 10 sind mehrere Stromkreise
angeordnet, die miteinander verkoppelt sind und durch ihr Zusammenwirken den Generator
bilden, der die jeweils erforderliche Leistung zur Verfügung stellt.
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Der erste Stromkreis, der Leistungskreis, besteht aus der Kollektor-Emitter-Strecke
des Schalttransistors 9, der Primärwicklung 14, der Betriebsspannungsquelle mit
dem Ladekondensator 2 und
mit II ö4/ö dem itiderstand J. Der Rückkopplungskreis
wird gebildet aus der Rückkopplungswicklung 11, deren Fußpunkt E wechselstrommäßig
über eine Parallelschaltung von Kondensator 23 und Diode 24 über einen Widerstand
25 mit dem Emitter des Schalttransistors 9 verbunden ist und deren Hochpunkt F über
eine Induktivität 26 mit der Basis des Schalttransistors 9 verbunden ist.
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Die Rückkopplungswicklung 11 ist zur Erfüllung der Rückkopplungsbedinguen
derart gepolt, daß bei stromführendem Schalttransistor 9 eine, bezogen auf den Anschluß
E der Wicklung 11 und damit auch auf den Emitter des Schalttransistors 9 positive
Spannung UR an der Basis des Schalttransistor-s 9 anliegt.
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Die Spannungsversorgung für den Thyristor 4 erfolgt aus der mit der
Rückkopplungswicklung 11 in Reihe geschalteten weiteren Wicklung 12. Der Fußpunkt
F der weiteren Wicklung 12 ist über die Induktivität 26 und einen der Basis-Emitter-Strecke
des Schalttransistors 9 parallelgeschalteten Widerstand 27 galvanisch mit dem Emitter
des Schalttransistors und damit auch über den Widerstand 3 mit der Kathode des Thyristors
4 verbunden. Der Hochpunkt G der weiteren Wicklung 12 ist direkt an die Anode des
Thyristors 4 gelegt. So ist es möglich, die in der weiteren Wicklung 12 induzierten
Momentanwerte der Spannung U als Versorgungsspannung für den Thyristor 4 auszunutzen
, da diese Spannung auch im Bereitschaftsbetrieb wenn auch mit verringerter Frequenz
etwa die Größenordnung der Spannung hat, die im Normalbetrieb vorhanden ist.
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Die Informationen für den Einschaltpunkt, d.h. die Regelung des Thyristors
4 erfolgt auf zwei Wegen.
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Einerseits durch den vom Strom im Schalttransistor 9 bedingten Spannungsabfall
am Widerstand 3 und andererseits durch einen Spannungsabfall am Widerstand 6, erzeugt
durch einen Strom im Optokoppler 19 welcher von sekundärseitigen Steuersignalen
an der Klemme C bewirkt wird. Die Quelle für diesen Strom wird aus der Wicklung
13 durch Gleichrichtung mit Diode 20 und Speicherung im Ladekondensator 21 gebildet.
Die Widerstände' 3 und 6 sind mit
einem weiteren, der Entkopplung
dienenden Widerstand 7 in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung ist zwischen Kathode
und dem Steueranschluß von Thyristor 4 angeordnet. Parallel dazu liegt die Diode
5 deren Aufgabe es ist, negative, durch die Sperrträgheit des Schalttransistors
9 bedingte Spannungsspitzen, von der Steuerstrecke des Thyristors abzuleiten.
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-Bezugszeichenliste 1 Gleichrichter 2 Ladekondensator 3 Widerstand
4 Thyristor 5 Diode 6 Widerstand 7 Widerstand 8 9 Schalttransistor 10 Transformator
11 Rückkopplungswicklung 12 weitere Wicklung 13 Primärwicklung 14 Primärwicklung
| 15 |
| 16 Sekundär- |
| 17 wicklungen |
| 18 |
19 Optokoppler 20 Diode 21 Ladekondensator 22 -23 Kondensator 24 Diode 25 Widerstand
26 Induktivität 27 Widerstand
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