DE3720197C2

DE3720197C2 -

Info

Publication number: DE3720197C2
Application number: DE3720197A
Authority: DE
Inventors: Ernst 8893 Hilgertshausen De Paulik; Werner 8060 Dachau De Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1992-04-16
Also published as: DE3720197A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil, das folgende Merkmale aufweist:

a) einen Transformator mit mindestens einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung;
b) einen Schalttransistor, der eine Gleichspannung periodisch an die Primärwicklung schaltet;
c) eine erste Gleichrichteranordnung, deren Eingangsklemmen an die Sekundärwicklung geschaltet ist und deren Ausgangsklemmen zum Anschluß einer Last vorgesehen sind;
d) eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Schalttransistors;
e) die Ansteuerschaltung weist einen Regeleingang auf;
f) dieser Regeleingang wird mit einer Regelspannung beaufschlagt, die dem Istwert für die zu regelnde Spannung entspricht.

Eine solche Schaltungsanordnung ist z. B. in der EP-A2-00 46 515 und auch in Siemens Components, Heft 2, 1980 auf den Seiten 100 und 101 beschrieben. Eine Netzwechselspannung wird über einen Brückengleichrichter und einen Siebkondensator gleichgerichtet. An die Ausgangsklemmen dieser Gleichrichteranordnung ist die Laststrecke eines Schalttransistors und die Primärwicklung eines Transformators in Reihe geschaltet. Zum Ansteuern dieses Schalttransistors ist eine integrierte Ansteuerschaltung vorgesehen. Als integrierte Ansteuerschaltung wird dort der integrierte Baustein TDA 4600 verwendet. Um diese integrierte Schaltungsanordnung zur richtigen Steuerung des Schalttransistors anzuregen, werden dieser integrierten Schaltung zwei Informationen zugeführt: einmal über Anschluß 2 der Nulldurchgang der Schaltimpulse und über Anschluß 3 der vorhandene Istwert der Sekundärspannung. Dazu weist das Schaltnetzteil eine Regelwicklung auf, an der mittels einer Diode der negative Anteil der Regelimpulse abgesaugt wird und die über einen Kondensator geglättet werden. Zwischen dem Anodenanschluß dieser Diode und dem Regeleingang der Ansteuerschaltung ist ein variabler Widerstand zur Einstellung der Sekundärspannung geschaltet. Zusätzlich ist an diesen Regeleingang das eine Ende eines Spannungsteilers angeschlossen, dessen anderes Ende mit einer Klemme der Ansteuerschaltung verbunden ist, an der eine Referenzspannung anliegt.

An der ausgangsseitigen Sekundärwicklung - die in der Figur der genannten EP-A2-00 46 515 nicht dargestellt ist - ist ein Einweg gleichrichter bestehend aus der Reihenschaltung einer Diode mit Siebkondensator geschaltet. Parallel zu diesem Siebkondensator sind die Ausgangsklemmen des Schaltnetzteiles angeordnet. An diese Ausgangsklemmen kann die vom Schaltnetzteil zu versorgende Last, z. B. ein Fernsehgerät, angeschlossen werden. Die Sekundärseite des Schaltnetzteils kann auch mehrere Sekundär wicklungen aufweisen, um so unterschiedliche Ausgangsspannungen zur Verfügung zu stellen.

Sowohl Netzspannungs- als auch Laständerungen sind für die Regel erfassung an der Regelwicklung gleichbedeutend. Beide Änderungen wirken durch eine Spannungsänderung auf den Regeleingang, der die variable Seite eines Differenzverstärkers darstellt. Beim Vermindern der Ausgangsleistung steigt jedoch die gleich gerichtete Spannung an den Ausgangsklemmen stark an. Es tritt eine Spitzengleichrichtung auf, mit der die einzelnen Siebkonden satoren der an die Sekundärwicklungen angeschlossenen Einweg gleichrichter aufgeladen werden. Eine Entladung dieser Siebkonden satoren findet nicht statt. Dieser Spannungsanstieg wird nicht zur Regelwicklung transformiert und kann so auch nicht durch die Ansteuerschaltung ausgeregelt werden.

Die Spannungserhöhung an den Ausgangsklemmen des Schaltnetz teiles bei Stand-by-Betrieb erforderte bisher, daß die Siebkonden satoren für entsprechend hohe Spannungsfestigkeit ausgelegt waren. Dadurch wurden die Kosten für ein solches Schaltnetzteil erheblich erhöht. Auch die Verwendung von Lastwiderständen, die parallel zu den Siebkondensatoren geschaltet wurden, um so die Ausgangsleistung nicht unter einen bestimmten Wert sinken zu lassen, hatte eine erhöhte Verlustleistung zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Leerlauf spannung bzw. die Ausgangsspannung bei geringer Belastung des Schaltnetzteiles gegenüber der Ausgangsspannung bei stärkerer Belastung reduziert ist. Dadurch nimmt das Schaltnetzteil im Stand-by-Betrieb eine geringere Eingangsleistung auf.

Diese Aufgabe wird durch die folgenden Merkmale gelöst:

g) eine Schaltvorrichtung zur Reduzierung der Regelspannung;
h) diese Schaltvorrichtung weist eine zweite Gleichrichter anordnung auf, die in die Steuerstrecke des Schalttransistors geschaltet ist und die die beim Abschalten des Schalttransistors auftretende Ausräumspannung gleichrichtet; und
i) die Schaltvorrichtung reduziert die Regelspannung solange die gleichgerichtete Ausräumspannung einen einstellbaren Wert nicht überschreitet.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil mit TDA 4600 als Ansteuerschaltung,

Fig. 2 das erfindungsgemäße Prinzip der Regelspannungsreduzierung und

Fig. 3 Kurvenverläufe der Basis-Emitter-Sapnnung des Schalt transistors bei Lastbetrieb und Stand-by-Betrieb.

Das in Fig. 1 dargestellte Netzteil weist einen Transformator Tr mit einer Primärwicklung 1-7, eine Versorgungswicklung 11-13, eine Regelwicklung 9-15 und mehrere Sekundärwicklungen 4-16, 6-16 und 12-16 auf. Der Wicklungssinn dieser Wicklungen ist durch Punkte gekennzeichnet. Ein Schalttransistor T1 ist mit seiner Laststrecke über eine Parallelschaltung einer Drossel Dr3 mit parallel geschaltetem Widerstand R18 mit der Primär wicklung 1-7 und den Eingangsklemmen A-A′ einer Gleich spannungsquelle in Reihe geschaltet. Diese Eingangsklemmen AA′ sind zugleich die Ausgangsklemmen eines Graetz-Brücken gleichrichters Br mit Siebkondensator C12 und Sicherung Si. An die Eingangsklemmen CC′ ist z. B. eine Netzwechselspannung von 165V-265V anschließbar. Zwischen dem Emitteranschluß des Schalttransistors T1 und dessen Kollektoranschluß ist ein Konden sator C8 geschaltet. Der Emitteranschluß dieses Schalttransistors ist außerdem mit dem Ende 13 der Versorgungswicklung 11-13 verbunden. Das Schaltnetzteil weist außerdem eine Ansteuer schaltung IC zum Ansteuern des Schalttransistors T1 auf. Als Ansteuerschaltung kann z. B. der integrierte Baustein TDA 4600 oder TDA 4601 oder ein weiterer Baustein der Familie TDA 46XX verwendet werden. Die Anschlußbelegung und die Funktionsweise dieses integrierten Schaltkreises TDA 4600 wird hier aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht beschrieben. Eine ausführliche Beschreibung dieses integrierten Bausteines TDA 4600 findet sich in der EP-A3-00 46 515. Der Anschluß 6 dieser Ansteuerschaltung IC - der zugleich Bezugspotential der Ansteuerschaltung ist - ist mit dem Emitteranschluß des Schalttransistors T1 verbunden. An den Anschluß 7 der Ansteuerschaltung IC ist ein Anschluß eines Kondensators C7 geschaltet. Der andere Anschluß dieses Kondensators C7 ist über eine Parallelschaltung einer Drossel Dr1 mit parallel geschaltetem Widerstand R17 an den Basisanschluß des Schalttransistors geschaltet. Zwischen dem Knotenpunkt des Kondensators C7 und der Drossel Dr1 ist der Kathodenanschluß einer Diode D4 angeschlossen, deren Anodenanschluß an den Anschluß 6 der Ansteuerschaltung IC geschaltet ist. Zur Spannungsversorgung der integrierten Ansteuerschaltung IC ist ein Einweggleichrichter, bestehend aus einer Diode D2, die die positiven Anteile der an der Versorgungswicklung anstehenden Versorgungsspannung absaugt, mit Glättungskondensator C6 zum Anschluß an Pin 9 der Ansteuerschaltung IC vorgesehen. Um ein sichereres Anlaufen des Schaltnetzteiles zu gewährleisten ist außerdem zwischen Anschluß 9 der Ansteuerschaltung IC und dem einen Pol der Wechselspannung die Serienschaltung eines Kaltleiter-Widerstandes PTC mit einem Widerstand R15 geschaltet. Zwischen den Anschlüssen 8 und 7 der Ansteuerschaltung IC ist die Serienschaltung einer Drossel Dr2 mit einem Widerstand R14 geschaltet. Zusätzlich sind die Anschlüsse 5 und 9 der Ansteuerschaltung IC mit einem Widerstand R13 verbunden.

Die Ansteuerschaltung IC erhält zum richtigen Ansteuern des Schalttransistors T1 zwei Informationen: einmal über Anschluß 2 der Nulldurchgang der Schaltimpulse, um die vorhandene Frequenz und das vorhandene Tastverhältnis zu erkennen, wobei das Zeitglied R11/C5 Überschwinger und Spitzen verhindert, die an den Schaltflanken auftreten. Der Widerstand R16, der mit seinem einen Ende an den Anschluß 2 der Ansteuerschaltung IC angeschlossen ist und der mit seinem anderen Ende mit dem Knoten des Zeitgliedes R11/C5 verbunden ist, arbeitet als Spannungsteiler.

Zum zweiten wird der negative Anteil der an der Regelwicklung 9-15 anstehenden Regelimpulse durch die Diode D3 abgesaugt und durch den Kondensator C3 geglättet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Anodenanschluß der Diode D3 und dem Kondensator C3 ist über die in Reihe geschalteten Widerstände R5 und R6 mit dem Anschluß 3 der Ansteuerschaltung IC verbunden. Der Widerstand R5 ist dabei ein variabler Widerstand, durch dessen Änderung die Sekundärspannung eingestellt werden kann. Der Anschluß 3 ist der Regeleingang der Ansteuerschaltung IC. Zwischen diesen Regeleingang 3 und dem Anschluß 2 der Ansteuer schaltung IC ist ein weiterer Kondensator C13 geschaltet. Die von der Ansteuerschaltung IC am Anschluß 1 herausgeführte Referenzspannung ist über die Serienschaltung der Widerstände R10 und R9 mit dem Regeleingang 3 verbunden. Außerdem ist an den Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände R10 und R9 ein Kondensator C4 geschaltet, dessen anderes Ende auf Bezugspotential liegt und mit dem Anschluß 9 der Regelwicklung 9-15 in Verbindung steht.

Der positive Pol A der Gleichspannungsquelle ist über einen Widerstand R12 an Anschluß 4 der Ansteuerschaltung IC angeschlossen. Dieser Anschluß 4 der Ansteuerschaltung IC ist außerdem mit einem Kondensator C2 mit dem Anschluß der Ansteuerschaltung IC verbunden.

Die Ausgangsklemmen der Sekundärwicklungen 4-16, 6-16 und 12-16 sind jeweils über Einweggleichrichter D6, C9; D7, C10 und D8, C11 mit den Ausgangsklemmen b, b′ des Schaltnetzteiles verbunden. Entsprechend den gewählten Windungsverhältnissen der Sekundärwicklungen zur Primärwicklung stehen an den Ausgangsklemmen b, b′ unterschiedliche und für die Speisung eines elektrischen Gerätes nötige Spannungen zur Verfügung. Die an dieses Schaltnetzteil anzuschließende Last in in der Fig. 1 nicht dargestellt.

Gemäß der Erfindung weist das in Fig. 1 dargestellte Schaltnetzteil eine Schaltvorrichtung zur Reduzierung der Regelspannung auf. Diese Schaltvorrichtung weist eine zweite Gleichrichteranordnung auf, die in die Steuerstrecke des Schalttransistors T1 geschaltet ist, und die die beim Abschalten des Schalttransistors auftretende Ausräumspannung gleichrichtet. Die Schaltvorrichtung reduziert dabei die Regelspannung, solange die gleichgerichtete Ausräumspannung einen einstellbaren Wert nicht überschreitet. Dazu ist in die Steuerstrecke, also zwischen dem Basisanschluß und den Kollektoranschluß des Schalttransistors T1 die Reihen schaltung einer Diode D1 mit Kondensator C1 geschaltet. Parallel zur Steuerstrecke des Schalttransistors T1 ist außerdem ein Widerstand R1 geschaltet. Der Kathodenanschluß der Diode D1 ist direkt mit dem Basisanschluß des Schalttransistors T1 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen Diode D1 und Kondensator C1 ist über einen Widerstand R2 mit dem Basisanschluß eines PNP-Transistors T2 verbunden. Der Emitteranschluß dieses Transistors T2 ist an das Bezugspotential, also an den Anschluß 6 der Ansteuerschaltung IC angeschlossen. Der Kollektor anschluß dieses PNP-Transistors T2 ist direkt mit dem Basis anschluß eines weiteren NPN-Transistors T3, dessen Emitteranschluß auch auf Bezugspotential liegt, verbunden. Zwischen dem Knoten der Widerstände R10 und R9 und dem Kollektoranschluß des NPN-Transistors T3 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes R8 mit einem Potentiometer R7 angeordnet. Außerdem sind die Basisanschlüsse dieser beiden Transistoren T2 und T3 jeweils über einen Widerstand R3 bzw. R4 mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden, vorzugsweise der Referenzspannung, die am Anschluß 1 der Ansteuerschaltung IC herausgeführt ist.

In Fig. 3 ist die Basis-Emitter-Spannung des Schalttransistors T1 bei unterschiedlicher Ausgangsleistung dargestellt. In Fig. 3a ist die Basis-Emitter-Spannung des Schalttransistors T1 bei Lastbetrieb, d. h. bei einer ausgangsseitigen Leistung von z. B. ca. 100 W dargestellt und in Fig. 3b bei Stand-by-Betrieb, also bei einer geringen ausgangsseitigen Leistungsaufnahme von z. B. nur etwa 3 W. Es ist deutlich zu erkennen, daß bei Lastbetrieb die negativen Spannungsimpulse wesentlich größer sind als bei Stand-by-Betrieb, also bei geringer Leistungsaufnahme. Diese negativen Spannungsspitzen sind vom Ausräumvorgang, also vom Abschalten des Schalttransistors T1 abhängig. Beim Abschalten des Schalttransistors muß aus dessen Basiszone die Ladung ausgeräumt werden, damit der Schalttransistor T1 sperrt. Dies führt dann zu den negativen Spannungsspitzen, die im folgenden als Ausräumspannung bezeichnet werden. Diese Ausräumspannung wird über die Gleichrichteranordnung, die aus der Diode D1 und dem Kondensator C1 besteht, gleichgerichtet. Am Anodenanschluß der Diode D1 liegt damit eine gleichgerichtete negative Spannung gegenüber dem Bezugspotential an. Ist diese negative gleichgerichtete Spannung am Basisanschluß des PNP-Transistors T2 genügend groß, so schaltet der PNP-Transistor T2 ein. Damit ist aber der NPN-Transistor T3 ausgeschaltet, d. h., daß die Widerstände R7 und R8 nicht auf Bezugspotential geschaltet werden. Am Regeleingang 3 der Ansteuerschaltung IC liegt damit eine Spannung an, die sich aus dem durch den Spannungsteiler der Widerstände R10, R9, R6 und R5 gebildeten Spannung und der Referenzspannung am Anschluß 1 der Ansteuerschaltung ergibt. Eine Änderung der am Ausgang des Gleichrichters D3, C3 anliegenden Spannung bewirkt damit eine Spannungsänderung am Regel eingang.

Ist die gleichgerichtete negative Ausräumspannung aber so klein, daß der Transistor T2 nicht einschaltet, so befindet sich der NPN-Transistor T3 im eingeschalteten Zustand. Dadurch wird der Widerstand R7 auf Bezugspotential geschaltet. Die Referenzspannung wird somit durch die Serienschaltung der Widerstände R8 und R7 belastet. Durch diese Belastung der Referenzspannung vermindert sich die am Regeleingang 3 anliegende Regelspannung. Über den Widerstand R2 kann die Einschalt schwelle des PNP-Transistors T2 eingestellt werden.

In Fig. 2 ist nochmals ein Ausschnitt des in Fig. 1 beschriebenen Schaltnetzteiles dargestellt. Die Schaltungsvorrichtung wird in dieser Figur durch einen einfachen Schalter S vereinfacht dargestellt. Ansonsten haben gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 auch die gleiche Bedeutung. Zusätzlich ist in dieser Fig. 2 der Differenzspannungsverstärker im Inneren der Ansteuerschaltung IC dargestellt. Aus dieser Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß bei geschlossenem Schalter S die Reihenschaltung der Widerstände R8 und R7 auf Bezugspotential geschaltet wird und somit die am Regeleingang 3 gegenüber Masse anliegende Spannung reduziert wird.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil ist es also möglich, die Regelspannung solange die gleichgerichtete Ausräumspannung einen einstellbaren Wert nicht überschreitet, zu reduzieren. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil kann also die Ausgangs spannung im Stand-by-Betrieb reduziert werden und somit die aufgenommene Eingangsleistung des Schaltnetzteils vermindert werden. Die Spannungsfestigkeit der ausgangsseitigen Kondensatoren C9, C10 und C11 kann gegenüber bisher bekannten Schalt netzteilen reduziert werden. Mit dem Widerstand R7 ist zusätzlich die gewünschte zurückgeregelte Ausgangsspannung einstellbar. Im folgenden ist eine bevorzugte Dimensionierung der Bauelemente des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles für ein Schaltnetzteil, das für Eingangsspannungen von 160-265 V ausgelegt ist, angeführt: vgl. beigelegte Bauteileliste.

Bauteile-Liste

Br = 4 × 1N4007
D1 = 1N4148
D2 = BYW 72
D3 = BY 360
D4 = 1N4007
D6, D7, D8 = BYW 76

Dr1 = 4,7 µH
Dr2 = 0,6 µH
Dr3 = 50 µH

C1 = 100 nF
C2 = 5,6 nF
C3 = 1 µF/100 V
C4 = 100 µF/6,3 V
C5 = 8,2 nF
C6 = 100 µF/25 V
C7 = 100 µF/16 V
C8 = 2,2 nF/1500 V
460 = 100 µF/160 V
C10 = 2200 µF/40 V
C11 = 2200 µF/16 V
C12 = 150 µF/385 V
C13 = 100 pF

PTC = J29

T1 = S 2055 AF
T2 = BC 307
T3 = BC 237

Tr = TD 3220
Si = 1,25 A

R1 = 56
R2 = 1 K
R3 = 8,2 K
R4 = 4,7 K
R5 = 10 K variabel
R6 = 12 K
R7 = 2 K variabel
R8 = 2 K
R9 = 1,2 K
R10 = 220
R11, R17, R18 = 100
R12 = 270 K
R13 = 100 K
R14 = 0,68
R15 = 2,7 K
R16 = 10 K

IC = TDA 4601 D oder
TDA 4600 oder
TDA 46 XX

Claims

1. Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil, das folgende Merkmale aufweist:

a) einen Transformator (Tr) mit mindestens einer Primärwicklung (1-7) und einer Sekundärwicklung (4-16);
b) einen Schalttransistor (T1), der eine Gleichspannung periodisch an die Primärwicklung (1-7) schaltet;
c) eine erste Gleichrichteranordnung (D6, C9), deren Eingangs klemmen an die Sekundärwicklung (4-16) geschaltet ist, und deren Ausgangsklemmen zum Anschluß einer Last vorgesehen sind;
d) eine Ansteuerschaltung (IC) zum Ansteuern des Schalt transistors (T1);
e) die Ansteuerschaltung (IC) weist einen Regeleingang (3) auf;
f) dieser Regeleingang (3) wird mit einer Regelspannung beaufschlagt, die dem Istwert für die zu regelnde Spannung entspricht;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

g) eine Schaltvorrichtung (S, T3, T2) zur Reduzierung der Regelspannung;
h) diese Schaltvorrichtung weist eine zweite Gleichrichteranordnung (D1, C1) auf, die in die Steuerstrecke des Schalttransistors (T1) geschaltet ist und die die beim Abschalten des Schalttransistors auftretende Ausräumspannung gleichrichtet; und
i) die Schaltvorrichtung reduziert die Regelspannung, solange die gleichgerichtete Ausräumspannung einen einstellbaren Wert nicht überschreitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wert durch einen ersten Widerstand (R2) einstellbar ist und zum Schalten eines Transistors (T3) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichrichteran ordnung (D1, C1) eine Diode (D1) und einen Kondensator (C1) aufweist, daß der Kathodenanschluß der Diode (D1) mit dem Basis anschluß des Schalttransistors (T1) und der Anodenanschluß mit einem Anschluß des Kondensators (C1) verbunden ist und daß der andere Anschluß des Kondensators (C1) mit dem Emitteranschluß des Schalttransistors (T1) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleingang (3) über zwei in Serie geschaltete Widerstände (R9, R10) mit dem Pluspol einer Referenzspannungsquelle (Uref) verbunden ist, daß zwischen dem Regeleingang (3) und einem Regelimpulse führenden einen Anschluß (15) einer Regelwicklung (9-15) die Reihenschaltung eines variablen Widerstandes (R6, R5, R11) und einer weiteren Diode (D3) angeordnet ist, und das der Knoten der zwei Widerstände (R9, R10) über einen weiteren variablen Widerstand (R7) durch die Schaltvorrichtung (S, T2, T3) an das Bezugspotential der Ansteuerschaltung schaltbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen NPN-Transistor (T3) und einen PNP-Transistor (T2) aufweist, deren Emitteranschlüsse an das Bezugspotential der Ansteuer schaltung (IC) geschaltet sind, daß der Kollektoranschluß des NPN-Transistors (T3) mit dem weiteren variablen Widerstand (R7) verbunden ist, daß der Basisanschluß des NPN-Transistors an den Kollektoranschluß des PNP-Transistors geschaltet ist, daß der Basisanschluß des PNP-Transistors über einen Widerstand (R2) an den Anodenanschluß der Diode (D1) geschaltet ist und daß an die beiden Basisanschlüsse der Transistoren jeweils über einen Widerstand (R3, R4) eine positive Spannung angelegt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansteuerschaltung eine integrierte Schaltung der Bausteinfamilie TDA 46XX vorgesehen ist.