DE3543300A1

DE3543300A1 - Verfahren zur regelung von schaltnetzteilen

Info

Publication number: DE3543300A1
Application number: DE19853543300
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Stiefken; Guenter Dipl Ing Kellner; Peter Dipl Ing Walther
Original assignee: CEAG Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Current assignee: ABB Ceag Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Priority date: 1985-12-07
Filing date: 1985-12-07
Publication date: 1987-06-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rege lung von Schaltnetzteilen mit Potentialtrennung durch einen Transformator im Leistungsteil und einem Schalt element sowie sekundären Gleichrichter- und Filteranord nungen und mit einer Höhenregelung der Ausgangsspannung durch eine Pulsbreitenregelung des Schaltelementes. Die Anordnung findet Anwendung bei der Stromversorgung von elektronischen Geräten.

Bei Schaltnetzteilen wird die Impulsbreite geregelt, beispielsweise durch Zu- und Abschalten eines Transi stors, so daß am Ausgang eine konstante lastunabhängige Gleichspannung abgreifbar ist. Grundlagen für die Rege lung von Schaltnetzteilen sind bekannt aus dem Buch: "Stromversorgungen für die Elektronik" von H. Stiefken, Springer-Verlag 1979, ab Seite 86.

Die Leitend-Phase für den Schalttransistor und damit die Stromabgabe am Ausgang wird durch eine sekundärseitige Impulsbreitenregelung erreicht. Die erforderliche Poten tialtrennung erfolgt dabei durch Optokoppler oder Trans formatoren. Dieser Aufwand wird noch erhöht durch ein Hilfsnetzteil zur Spannungsversorgung der Impulsbreiten regelung. Eine Impulsbreitenregelung mit einer Span nungsversorgung aus der Netzseite ist ebenfalls bekannt. Das Erfassen der Ausgangsspannung erfolgt dabei weiter hin auf der Niederspannungsseite, und das Ergebnis wird analog auf die netzseitige Regelung übertragen. Auch hier ist wieder eine Potentialtrennung, beispielsweise durch Optokoppler, erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zu finden, mit dem beim stationären Betrieb des Schaltnetzteils über eine digitale Übertragungs strecke eine Regelung der Durchflußphase des Schalttran sistors durch die Niederspannungsseite erfolgt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patent anspruchs 1 erzielt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Durch die Aufteilung von Steuerung und Regelung auf die Primär- und die Sekundärseite des Schaltnetzteiles mit getrennten Steuerungs- bzw. Regelgliedern ergibt sich besonders in der Anlaufphase eine sehr geringe Störan fälligkeit. So kann in vorteilhafter Weise der sehr kri tische Anlaufbetrieb von der primärseitigen Steuerung übernommen werden, während für den stationären Betrieb der sekundärseitige Pulsbreitenregler vorgesehen ist.

Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ersichtlich.

Das Prinzipschaltbild für ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Vom Prinzip her ist es dabei gleichgültig, ob ein Sperr wandler- oder ein Flußwandlertransformator zum Einsatz kommt, die Erfindung ist bei beiden anwendbar.

An den beiden Eingangsklemmen 1, 2 liegt eine Gleich spannung U ₁, die auf einen niedrigen Wert U ₂ an den Aus gangsklemmen 3, 4 übertragen werden soll. Ein gestri chelt eingezeichneter Lastwiderstand 5 soll den Strom fluß am Ausgang symbolisieren. Schutzdioden und Konden satoren, die selbstverständlich in der Praxis vorhanden sind, die aber bei dem erfindungsgemäßen Prinzip keine Bedeutung haben, wurden der Übersicht halber in der Zeichnung weggelassen.

Von der Eingangsklemme 1 zur Eingangsklemme 2, die auf Massepotential geführt ist, ist die Reihenschaltung der Primärwicklung L 1 eines Transformators 6 mit der Kollek tor-Emitterstrecke eines Schalttransistors 7 gelegt. Die Basis des Schalttransistors 7 wird durch einen Treiber 8 angesteuert, der wiederum über einen Umschalter 9 mit oberer und unterer Schaltstellung in der oberen Stellung durch eine Pulsbreitensteuerung 10 beeinflußt wird. Die Pulsbreitensteuerung 10 und der Treiber 8 werden span nungsmäßig an die Eingangsklemme 1 bzw. die Eingangs spannung U 1 gelegt. Beim Einschaltvorgang (Anlaufbe trieb) ist der Umschalter 9 immer in der oberen Schalt stellung. Der Einschaltvorgang wird durch einen nicht gezeigten Netzschalter, beispielsweise an der Klemme 1, ausgelöst.

Auf der potentialgetrennten Sekundärseite des Schalt netzteils ist die Sekundärwicklung L 2 des Transformators 6 und die übliche Gleichrichter- und Siebschaltung ange ordnet. Ein Pulsbreitenregler 11 ist spannungsmäßig an die Niederspannungsseite der Ausgangsklemmen 3 und 4 gelegt. Um deutlicher herauszustellen, daß die Sekundär seite potentialgetrennt von der Primärseite ist, wurde die negative Ausgangsspannung U ₂ (an der Klemme 4) mit einem Pfeil gekennzeichnet. Der sekundärseitige Puls breitenregler 11 wird signalmäßig durch die Höhe der Ausgangsspannung U ₂ angesteuert. Diese Ansteuerung er folgt über die nicht näher bezeichneten Spannungsteiler widerstände zwischen Plus U ₂ (Klemme 3) und Minus U 2 (Klemme 4).

Der Pulsbreitenregler 11 erzeugt intern eine Referenz spannung und vergleicht diese mit der Höhe der Ausgangs spannung U ₂. Die Referenzspannung kann aber in Ausge staltung der Erfindung auch von außen zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist am Pulsbreitenregler 11 ein Eingang U _ref vorgesehen.

Durch Vergleich zwischen Referenzspannung und Ausgangs spannung U ₂ innerhalb des Pulsbreitenreglers wird ein Impuls gebildet, dessen Breite die Höhe der Vergleichs spannung darstellt. Je breiter der Impuls also ist, umso höher ist der Unterschied zwischen Referenzspannung und Ausgangsspannung U ₂. Diese digitalen Impulse werden nun von der Sekundärseite des Schaltnetzteils über eine Po tentialtrennstufe 12 auf die Primärseite übertragen. Die Potentialtrennstufe 12 kann beispielsweise aus einem Optokoppler oder einem Transformator bestehen. Auf der Primärseite werden die digitalen Impulse aus dem Puls breitenregler 11 über die untere Schaltstellungdes Um schalters 9 auf den Treiber 8 geführt. Während der Be triebsphase des Schaltnetzteils (stationärer Betrieb) übernimmt also der Pulsbreitenregler 11 über die untere Schaltstellung des Schalters 9 die Basisansteuerung des Schalttransistors 7.

Während des Einschaltvorganges (Anlaufbetrieb) ist der Schalter 9 in die obere Stellung geschaltet, so daß die Pulsbreitensteuerung 10 Impulse von ansteigender Breite abgeben kann. Diese Impulse werden im Treiber 8 ver stärkt und schalten die Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors 7 durch. Durch die breiter werdenden Impulse schaltet der Schalttransistor 7 immer länger durch und die Spannung U ₂ auf der Sekundärseite steigt immer höher an. Ab einer gewissen Größe der Ausgangs spannung U ₂ (stationärer Betrieb) übernimmt der Regler 11 die Regelung der Ausgangsspannung U ₂. Dazu wird der Schalter 9 in die untere Stellung gebracht, und der Reg ler 11 steuert über den Treiber 8 nunmehr die Durchlaß zeiten des Schalttransistors 7.

In der Pulsbreitensteuerung 10 ebenso wie in der Puls breitenregelung 11 sind Oszillatoren (beispielsweise RC-Generatoren) angeordnet, die synchron arbeiten müs sen. Zur Synchronisation dieser Oszillatoren zwischen der Steuerung 10 und dem Regler 11 ist ein digitaler Übertragungsweg über eine Potentialtrennstufe 13 vorge sehen. Die Synchronisation zwischen Regler und Steuerung kann aber auch extern erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung von Schaltnetzteilen mit Potentialtrennung durch einen Transformator im Lei stungsteil und einem Schaltelement sowie sekundären Gleichrichter- und Filteranordnungen und mit einer Hö henregelung der Ausgangsspannung durch eine Pulsbreiten regelung des Schaltelementes, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Anlauf- und der Be triebsphase zwei verschiedene Pulsbreitenregelungen des Schaltelementes (7) derart erfolgen, daß eine Steuerung (10) für die Anlaufphase des Schaltnetzteils und ein Pulsbreitenregler (11) für den stationären Betrieb und die Regelung zuständig sind,
daß die Steuerung (10) spannungsmäßig aus der Primärsei te des Schaltnetzteils versorgt wird und über den oberen Kontakt eines Umschalters (9) und einen Treiber (8) das Schaltelement (7) ansteuert,
daß der Pulsbreitenregler (11) spannungsmäßig von der Sekundärseite des Schaltnetzteils versorgt wird und von dem Istwert eines Strom/Spannungs-Wertes (U 2) am Ausgang (3, 4) des Schaltnetzteils angesteuert wird,
daß der Pulsbreitenregler (11) durch Vergleich zwischen einer internen Referenzspannung und dem Istwert des Strom/Spannungs-Wertes am Ausgang (3, 4) eine Impulsspan nung erzeugt, die digital über eine Potentialtrennung (12) und einen unteren Kontakt des Umschalters (9) und den Treiber (8) das Schaltelement (7) ansteuert und
daß die Synchronisation des Pulsbreitenreglers über ei nen digitalen Übertragungsweg mit Potentialtrennung (13) durch die Steuerung (10) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die interne Referenzspannung des Pulsbreiten reglers (11) durch einen extern zugeführten Sollwert (U _ref) vorgebbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Synchronisation der Steuerung (10) und des Pulsbreitenreglers (11) extern erfolgt.