DE3518195A1

DE3518195A1 - Schutzschaltung fuer ein schaltnetzteil

Info

Publication number: DE3518195A1
Application number: DE19853518195
Authority: DE
Inventors: Erich 7731 Unterkirnach Geiger; Uwe 7730 Villingen-Schwenningen Hartmann
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1985-05-21
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1986-11-27
Also published as: WO1986007214A1; EP0221974A1

Description

Schutzschaltung für ein Schaltnetzteil.
Die Erfindung geht aus von einer Schutzschaltung für ein als Sperrwandler arbeitendes Schaltnetzteil zur Speisung elektronischer Geräte mit einem Transformator, dessen Primärwicklung von einer Treiberstufe lastabhängig durch einen in ihrer Breite modulierte Impulse gesteuerten elektronischen Schalter während einer Ladephase an eine ungeregelte Gleichspannung anschaltbar ist, wobei eine die Treiberstufe ansteuernde Regelschaltung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Belastung des Schaltnetzteils und der ungeregelten Spannung das Tastverhälnis der Impulse ändert und den elektronischen Schalter während einer Entladephase sperrt.
Es ist eine Schutzschaltung bekannt, bei welcher in Verbindung mit einer Horizontalablenkschaltung mit einem Zeilentransformator in einem Fernsehempfangsgerät von einer Wicklung des Zeilentransformators eine Informationsspannung abgegriffen wird, die in einem Schwellwertschalter mit einer Referenzspannung verglichen wird, bei deren Überschreiten eine monostabile Kippstufe eingeschaltet wird. Die Kippstufe schaltet die Treiberstufe ab, die den den Ablenkstrom liefernden Endtransistor sperrt, so daß dieser vor zu großem Strom geschützt wird.
(DE-PS 27 50 213). Nach der durch die monostabile Kippstufe vorgegebenen Zeitkonstante tritt die Horizontalablenkschaltung wieder in Funktion und wird wieder abgeschaltet, wenn die Störinformation noch vorhanden ist.
Dieser Vorgang wiederholt sich intermittierend bis nach einer Anzahl von Abschaltungen das gesamte Fernsehempfangsgerät abgeschaltet wird.
Es ist auch bekannt, für die Stromversorgung von elektronischen Geräten, insbesondere für die Stromversorgung von Fernsehempfangsgeräten Schaltnetzteile zu verwenden. Diese arbeiten als Sperrwandler, d.h. bei gesperrtem zumeist mit zeilenfrequenten Impulsen angesteuerten elektronischen Schalter, der in der im Oberbegriff des Patentanspruchs bezeichneten Art eingeschaltet ist, wird die Energie auf die Sekundärseite des Transformators Ubertragen. Auch derartig aufgebaute Schaltnetzteile sind mit einer Schutzschaltung versehen, die bei zu großem Strom im elektronischen Schalter in der zuvor beschriebenen Weise abgeschaltet werden.
Bei der Anwendung von Schaltnetzteilen in Fensehempfangsgeräten sind die Anforderungen besonders hoch. Sie sollen zunächst einen möglichst hohen Regelbereich besitzen, d.h.
sie sollen Netzspannungen von 90V bis 264V ausregeln. Die Regelung erfolgt durch Änderung des Tastverhältnisses der zeilenfrequenten Ansteuerimpulse. Diese Schaltnetzteile sind großen Lastschwankungen ausgesetzt, die durch die großen Strahlstromschwankungen und in Abhängigkeit von der abgegebenen niederfrequenten Leistung hervorgerufen werden.
Bei der zukünftigen Anwendung in Verbindung mit Kameras, Bildschirmtextdecodern und anderen Peripheriegeräten ergeben sich zusätzliche Belastungen des Schaltnetzteils.
Bei einem Schaltnetzteil nach dem Sperrwandlerprinzip ist sowohl der Scheitelwert des Ladestroms, der durch den eingeschalteten elektronischen Schalter und durch die Primärwicklung des Transformators fliesst sowie die Entladezeit, während der die gespeicherte Energie an die Sekundärseite des Transformators abgegeben wird, proportional der entnommenen Leistung. Die Ladezeit dagegen ist abhängig von der angelegten ungeregelten Betriebsspannung und der entnommenen Leistung. Der Transformator soll dabei so dimensioniert sein, daß bei maximal abgenommener Leistung und minimaler Spannung die Entladezeit und die Ladezeit des Schaltnetzteils gleich groß sind und damit eine höchstmögliche Aussteuerung erreicht wird und daß sich bei dieser Leistung die Entladephase und die Aufladephase zeitlich gerade nicht überschneiden. Bei minimaler entnommer Leistung und maximaler ungeregelter Betriebsspannung soll die kleinstmögliche Ladezeit keine größere Ladung als Entladung zur Folge haben. Bei einem Fernsehgerät sind diese Forderungen sehr schwer zu erfüllen. Die Lastschwankungen können bei einem Fernsehempfänger durch die starken Strahlstromschwankungen sehr groß sein, zumal bei großformatigen Bildröhren der Kontrast sehr hoch eingestellt wird. Trotz Vorkehrungen gegen zu hohe Strahlströme mit Hilfe von Schaltungen zur Strahlstrombegrenzung kann der Strahl strom für kurze Dauer z.B. für die Dauer eines oder mehrerer Halbbilder um das Sechs- bis Siebenfache überschritten werden. Sowohl die Zeilenendstufe als auch das Netzteil müssen diese Überlast ohne Schaden zu erleiden verarbeiten können.
Diese Überlast ist umso größer, je kleiner der Innenwiderstand der Zeilenendstufe ist. Diese zusätzliche aufzubringende Leistung wirkt auf das Netzteil zurück und dieses müßte für die Absicherung gegen diese kurzzeitigen Uberlastungen überdimensioniert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben der statischen Schutzschaltung zusätzlich eine dynamische Schutzschaltung vorzusehen, die das Schaltnetzteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art auch gegen kurzzeitige Überlastungen schützt. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbei -spiel eines Schaltnetzteil beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Schaltnetztzeil mit der angemeldeten Schaltungsmaßnahme; Figur 2 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 1.
In Figur 1 ist ein bekanntes Sperrwandlerschaltnetzteil dargestellt, welches aus der mit Hilfe des Gleichrichters 1 aus der Netzspannung UN gleichgerichteten ungeregelten Gleichspannung UB die stabilen Betriebsspannungen U1 bis Un für den Fernsehempfänger erzeugt. Das Schaltnetzteil besteht aus einem Transformator 2 dessen Primärwicklung 3 in Serie zum elektronischen Schalter 4 liegt, der mit impulsbreiten-modulierten Impulsen über den Transistor 5 und die Gegentakttreiberstufe 6 angesteuert wird. An den Sekundärwicklungen 7 werden die Betriebsspannungen U1 bis Un abgenommen. In Abhängigkeit von der Belastung des Schaltnetzteils sorgt eine Regelschaltung 8 für eine Änderung des Tastverhältnisses der Ansteuerimpulse. Zum Schutz vor Dauerüberlastung wird am Emitter des elektronischen Schalters 4 eine Spannung abgenommen, die eine monostabile Kipschaltung 9 derart umschaltet, daß die Ansteuerimpulse ltr eine gewisse Zeit abgeschaltet werden.
Wie oben bereits erwähnt, ist die Entladezeit des Transformators allein von der Belastung des Schaltnetzteils abhängig und vergrößert sich mit dieser. Wird die Entladezeit bei Überlastung so groß, daß der elektronische Schalter 4 durch die Regelschaltung 8 vor Abklingen des Entladestroms IE bereits wieder eingeschaltet wird, startet der Ladestrom IL nicht mit dem Wert Null sondern besitzt schon einen Anfangswert. Dies is in Figur 2b dargestellt.
Figur 2a zeigt den Fall des Normalbetriebes bei extreme Bedingungen für das Schaltnetzteil, d.h. für den Fall der niedrigsten unstabilisierten Betriebsspannung UB bei maximal entnommener Leistung Pmax In Figur 2b tritt zum Zeitpunkt to der Überlastfall ein. Durch die Verlängerung der Entladezeit, d.h. durch die Verkleinerung des di/dt wird der Ladestrom IL zum Zeitpunkt tl bereits wieder eingeschaltet, so daß nach fortdauernder Überlast nach einigen Zyklen die Sollspannung US überschritten wird und der elektronische Schalter 4 in die Sättigung kommt und zerstört werden kann. Erst nach Entfernen der Überlast zum Zeitpunkt t2 pendelt sich der Lade- und Entladevorgang wieder auf normale Werte ein (Figur 2b). Ist die Überlast jedoch von längerer Dauer, ist leicht einzusehen, daß der elektronische Schalter dadurch zerstört wird.
Die angemeldete Schaltungsmaßnahme verhindert nun einen Ladevorgang durch den Ladestrom IL zwangsläufig solange noch ein Entladestrom IE fließt, d.h. im geschilderten Extremfall wird der elektronische Schalter 4 nicht eher wieder einschaltbar, bis der Entladestrom IE verschwindet.
Dazu wird die Tatsache ausgenutzt, daß, solange der Entladestrom IE fließt, an einem Ende einer Primärwicklung des Transformators ein positives Potential vorhanden ist.
Diese Information gelangt über die Dioden 10 und 11 und den Widerstand 12 an den Transistor 5, der auch die Ansteuerimpulse UT erhält, die damit teilweise umwirksam werden, indem trotz Ansteuerung mit den Impulsen UT (Figur 2d) während der Zeit Ot kein Aufladestrom fliessen kann, sondern der Transformator erst vollkommen entladen wird, was in Figur 2c mit der unterbrochenen Linie angedeutet ist.
Es wird hier das Schaltnetzteil nicht vollkommen abgeschaltet, sondern es wird nur die Regelung auf die konstante Ausgangsspannung für die Dauer der Überlastung außer Funktion gebracht. Solange über den Widerstand 12 die Information anliegt, ist der elektronische Schalter 4 zwangsläufig gesperrt und nicht einschaltbar. Es wird dann zwar nicht der Endwert des . Ladestroms IL erreicht, so daß während der Uberlast die Sollspannung US nicht erreicht wird und etwas zurückgeht, jedoch ist für den Benutzer des Fernsehgerätes ein kurzzeitiges Absinken dieser nicht mehr geregelten Sollspannung nicht erkennbar.
Es wird mit der Schaltungsmaßnahme erreicht, daß für die Absicherung gegen kurzzeitige Überlastung das Schaltnetzteil nicht überdimensioniert zu werden braucht.
Bezugszeichenliste 1 Gleichrichter 2 Transformator 3 Primärwicklung 4 elektronischer Schalter 5 Transistor 6 Gegentakttreiberstufe 7 Sekundärwicklungen 8 Regelschaltung 9 monostabile Kippstufe 10 Diode 11 Diode 12 Widerstand - Leerseite --

Claims

Patentansprüche 1. Schutzschaltung für ein als Sperrwandler arbeitendes Schaltnetzteil zur Speisung elektronischer Geräte mit einem Transformator, dessen Primärwicklung von einer Treiberstufe last- und spannungsabhängig über einen durch in ihrer Breite modulierte Impulse gesteuerten elektronischen Schalter während einer Ladephase an eine ungeregelte Gleichspannung anschaltbar ist, wobei eine die Treiberstufe ansteuernde Regelschaltung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Belastung des Schaltnetzteils und ungeregelter Spannung das Tastverhältnis der Impulse ändert und den elektronischen Schalter während einer Entladephase sperrt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß ein Steuerkreis vorgesehen ist, der während der Entladephase des Sperrwandlernetzteils den elektronischen Schalter zwangsläufig unabhängig von dem von der Regelschaltung erzeugten Signal in gesperrtem Zustand hält.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Steuerkreis an das Ende einer Wicklung des Transformators des Schaltnetzteils angeschlossen ist, die während der Entladephase eine positive Spannung über eine Diode und einen Widerstand an die Treiberschaltung liefert, die den den Basisstrom für den elektronischen Schalter liefernden Transistor sperrt.