DE3622986A1 - Schaltnetzteil zur erzeugung mehrerer netzgetrennter betriebsspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil zur Erzeugung mehrerer netzgetrennter Betriebsspannungen mit Hilfe einer mit ihrem einen Ende an einer ungeregelten gleichgerichteten Netzspannung liegenden Primärwicklung, deren anderes Ende über einen gesteuerten Schalter periodisch mit einem Bezugspotential verbunden wird und die Betriebsspannungen über Sekundärwick­ lungen und Gleichrichter an Ladekondensatoren erzeugt werden.

Schaltnezteile sind bekannt und ausführlich z.B. in der Zeitschrift "Elektronik" 1978, Heft 4, Seiten 102 bis 107 beschrieben.

Die Erfindung geht aus von einem dort erwähnten primär getakteten Sperrwandlernetzteil, welches mit einer konstanten Taktfrequenz, deren Tastverhältnis veränderbar ist, betrieben wird. Das Tastverhältnis ist abhängig von einer Regelinforma­ tion zur Stabilisierung der erzeugten Betriebsspannung.

Ein derartiges Schaltnetzteil besitzt mehrere Sekundärwick­ lungen zur Erzeugung unterschiedlicher Betriebsspannungen. Hierbei wird die Regelinformation nur von einer der Betriebs­ spannungen abgenommen. Sämtliche weiteren Betriebsspannungen werden indirekt durch die Verkopplung der Wicklungen stabili­ siert und beeinflussen sich gegenseitig in Abhängigkeit ihrer Belastungen.

Da die Regelung wegen ihrer Schwingneigung nicht in unendlich kurzer Zeit erfolgen kann, können schnelle Laständerungen auf der Sekundärseite auch die geregelte Spannung beeinflussen. Diese Beeinflussungen werden deshalb durch einen besonderen Aufbau des Schaltnetzteiltransformators, insbesondere durch eine spezielle Aufteilung und Verschachtelung der Wicklungen in dem Spulenkörper mit mehreren Kammern, jedoch nur teilweise, beseitigt.

Insbesondere bei in Fernsehempfängern verwendeten Schaltnetz­ teilen, die einen Stereotonverstärker versorgen, werden immer größere Anforderungen gestellt. Bei großer Aussteuerung der Tonendstufe, besonders im unteren Frequenzbereich, kann es dann zu störenden Beeinflussungen des Bildes kommen. Die maximale Ausgangsleistung der Tonendstufe wird also nicht durch die Leistungsfähigkeit des Netzteils, sondern durch die Grenze der zugelassenen sichtbaren Störungen des Bildes durch den Ton festgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auswirkung von großen Lastschwankungen unterworfenen Stufen des Fernsehempfän­ gers, z.B. der Tonendstufe, auf die geregelten Betriebsspan­ nungen des Schaltnetzteils für die Versorgung anderer Stufen, z.B. für die Ablenkstufen, so gering wie möglich zu halten. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung mit Hilfe der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Schaltnetzteils

Fig. 2 zeigt Spannungs- und Stromdiagramme unter verschiedenen Lastbedingungen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es nicht notwendig ist die Betriebsspannung für die Tonendstufe zu stabilisieren. Die Betriebsspannung hierfür ist lediglich festgelegt durch die größte geforderte Ausgangsleistung, sowie durch die maximal zulässige Betriebsspannung.

In Fig. 1 ist ein Schaltnetzteil in seinem prinzipiellen Aufbau wiedergegeben. Die Primärwicklung 1 eines Schaltnetz­ teiltransformators 2 ist einerseits an die nicht geregelte aus der Netzwechselspannung U _N mit Hilfe eines Gleichrichters 3 an einem Ladekondensator 4 erzeugte Betriebsspannung U _B gelegt und andererseits über einen elektronischen Schalter 5 auf Bezugs­ potential schaltbar. Der elektronische Schalter 5 wird durch Impulse angesteuert, die in ihrer Breite in Abhängigkeit von der der Sekundärseite des Schaltnetzteiltrans­ formators 2 entnommenen Leistung moduliert werden. Die Impulse werden von einem Impulsbreitenmodulator 6 erzeugt und über eine netztrennende Koppelschaltung 7 und eine Treiberschaltung 8 an die Steuerelektrode des elektronischen Schalters 5 gelegt. Mehrere Sekundärwicklungen 9, 10, 11 und 12 erzeugen über Gleichrichter 13, 14, 15 und 16 an Ladekondensatoren 17, 18, 19 und 20 abnehmbare Betriebsspan­ nungen U ₁ bis U ₄ zur Versorgung verschiedener Stufen in einem Fernsehempfänger. Von einer mit U ₁ bezeichneten Betriebs­ spannung wird ein Regelkriterium abgenommen, das über eine Regelstufe 21 den Impulsbreitenmodulator 6 steuert. Die übrigen Betriebsspannungen U ₂ und U ₃ werden über diese Regelung miterfasst. Die Betriebsspannungen U ₁ bis U ₃ werden nach dem Sperrwandlerprinzip erzeugt, d.h. es wird immer dann Energie in die Ladekondensatoren 17 bis 19 geliefert, wenn der elektronische Schalter 5 gesperrt wird. Je mehr Energie benötigt wird, desto länger ist der elektronische Schalter 5 durchgeschaltet, so daß infolge des höherern Endstromes I die magnetische Energie LI ²/2 höher wird.

Anders verhält es sich nun mit der Betriebsspannung U ₄ für die Versorgung der Tonendstufe. Die für die Erzeugung der Betriebsspannung U ₄ vorgesehene Sekundärwicklung 12 des Schaltnetzteiltransformators 2 ist derart gepolt, daß das Schaltnetzteil als Durchflusswandler arbeitet, d.h. die Energie wird immer dann nachgeliefert, wenn der elektro­ nische Schalter 5 durchgeschaltet ist. Am Ladekondensator 20 ergibt sich somit eine der Netzspannung U _N proportionale Betriebsspannung, die unabhängig von der Impulsbreite, d.h. von der Dauer des leitenden Zustandes des elektronischen Schalters 5. Damit ist diese Spannung rückwirkungsfrei auf die übrigen Betriebsspannungen U ₁ bis U ₃. Die Windungszahl der Sekundärwicklung 12 ist hierbei so gewählt, daß bei maximaler Netzspannung U _max die zulässige Betriebsspannung U ₄ für die Tonendstufe nicht überschritten wird.

Mit Hilfe der Fig. 2 wird die Wirkungsweise der Schaltung anhand von Spannungs- und Stromdiagrammen erläutert.

Fig. 2a zeigt die Kollektorspannung U _CE des elektronischen Schalters 5. Je mehr Leistung auf der Sekundärseite erforder­ lich ist, desto länger ist der elektronische Schalter 5 durchgeschaltet (U _CE =0).

In Fig. 2b ist die Spannung U _CE für den Fall einer höheren Betriebsspannung U _B2 (U _B2 größer U _B1) aufgetragen.

In Fig. 2c ist der in der Primärwicklung 1 fließende Strom I _P aufgetragen, dessen Endwert I _max in Abhängigkeit von der Belastung der Sekundärwicklungen 9, 10 und 11 unterschied­ lich sein kann, da der Strom bei größerer Belastung durch das frühere Schalten des elektronischen Schalters 5 früher zu fließen beginnt und umgekehrt. Im Fall höherer Betriebs­ spannung U _B wird der Schalter 5 zu einem späteren Zeitpunkt geschlossen. Um den gleichen Endwert I _max des Stromes I _p zu erreichen, muss der Stromanstieg dI _p /dt größer werden. (Fig. 2d).

In Fig. 2e sind die Verhältnisse aufgetragen unter der Annahme, daß die Belastung durch die Tonendstufe schwankt. Die durch die Tonendstufe erhöhte Belastung wirkt sich nicht auf den Einschaltzeitpunkt des elektronischen Schalters 5 aus, sondern nur auf den Stromanstieg dI _p /dt. Da die Leistung während eines Zeitraumes entnommen wird, in welchem die Spannungen U ₁ bis U ₃ nicht geregelt werden, wirkt sich ihre Schwankungauch nicht nachteilig auf die geregelten Spannungen aus. Der erhöhte Strom I _p wird während der leitenden Phase des elektronischen Schalters 5 direkt auf die Sekundärwicklung 12 gekoppelt und ist durch das Übersetzungsverhältnis bestimmt. Fig. 2f zeigt die Verhältnisse bei einer höheren Betriebsspan­ nung U _B2.

In Fig. 2g ist die sich an der Sekundärwicklung 12 für die Tonendstufe ausbildende Spannung U _T aufgezeichnet. Man erkennt, daß bei durchgeschaltetem elektronischen Schalter 5 die Spannung U _T ungeregelt bleibt. Es ändert sich lediglich das Tastverhältnis, da die Spannung U _T bei Durchschaltung des elektronischen Schalters 5 übertragen wird. Fig. 2h zeigt die Verhältnisse für eine höhere Betriebsspannung U _B2, wobei der Spannungsanteil von U _T , der über die Diode 16 an den Ladekondensator 20 gelangt, ungeregelt bleibt.

Besonders wirkungsvoll arbeitet die angemeldete Anordnung, wenn das Schaltnetzteil die Ablenkung der Elektronenstrahlen in der Fernsehbildröhre übernimmt.

Die Schaltung besitzt den Vorteil, daß der Regelbereich für die Netzteilfunktion bei Tonlastschwankungen nicht eingeschränkt wird.

Claims (5)

1. Schaltnetzteil zur Erzeugung mehrerer netzgetrennter Sekun­ därspannungen mit Hilfe einer mit ihrem einen Ende an einer ungeregelten gleichgerichteten Netzspannung liegenden Pri­ märwicklung, deren anderes Ende über einen gesteuerten Schalter periodisch mit einem Bezugspotential verbunden wird und die Betriebsspannungen über Sekundärwicklungen und Gleichrichter an Ladekondensatoren erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltnetzteil durch entsprechende Polung der Sekundärwick­ lungen für stabil zu haltende geregelte Betriebsspannungen als Sperrwandler und für nicht geregelte Betriebsspan­ nungen als Durchflusswandler arbeitet.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es zur Erzeugung der Betriebs­ spannungen in einem Fernsehempfänger dient.

3. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Tonendstufe des Fernsehempfängers speisende Betriebsspannung aus dem den Durchflusswandler bildenden Teil des Schaltnetzteils gewon­ nen wird.

4. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichet, daß die Windungszahl der die Betriebsspannung für die Tonendstufe liefernden Sekundär­ wicklung derart gewählt ist, daß bei maximaler dem Schaltnetzteil zugeführter Netzspannung die zulässige Betriebsspannung für die Tonendstufe nicht überschritten wird.

5. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es die Ablenkung der Elektronenstrahlen in der Fernsehbildröhre übernimmt.