DE3815979C2

DE3815979C2 -

Info

Publication number: DE3815979C2
Application number: DE19883815979
Authority: DE
Inventors: Walter 8510 Fuerth De Loesel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1990-11-15
Also published as: DE3815979A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a switching power supply according to the preamble of claim 1.

Oftmals werden Verbraucher über längere Verbindungslei tungen mit einer Stromversorgungseinrichtung verbunden. Auch bei Lastschwankungen des Verbrauchers, d.h. Schwan kungen des durch den Verbraucher fließenden Laststromes, infolge Änderungen des Lastwiderstandes des Verbrauchers wird die Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung konstant gehalten. Leitungswiderstände der Verbindungs leitungen sowie Übergangswiderstände von Ausgangsbuchsen, Ausgangssteckern oder dergleichen, verursachen einen Spannungsabfall, welcher proportional zu dem ebenfalls durch sie fließenden Laststrom ist. Hierdurch ist die di rekt am Verbraucher liegende Spannung geringer als die Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung und än dert sich zudem fortlaufend mit den Schwankungen des Laststromes.Often, consumers are told about longer liaisons lines connected to a power supply device. Even with load fluctuations of the consumer, i.e. Swan changes in the load current flowing through the consumer, due to changes in the load resistance of the consumer becomes the output voltage of the power supply device kept constant. Line resistance of the connection cables and contact resistance of output sockets, Output plugs or the like cause one Voltage drop, which is proportional to that as well load current flowing through it. As a result, the di voltage directly at the consumer is lower than that Output voltage of the power supply device and the like also changes continuously with the fluctuations of the Load current.

In dem Buch "Halbleiterschaltungstechnik", U. Tietze, CH. Schenk, Springer-Verlag Berlin, 1986, 8. Auflage, Seite 523, sind hierzu an einem Verbraucher zwei Sensor leitungen angeschlossen, welche mit einem Regelverstärker verbunden sind. Der Verbraucher muß also mit insgesamt vier Leitungen, nämlich zwei Stromzuführungsleitungen und zwei Sensorleitungen am Spannungsregeler angeschlossen werden.In the book "Semiconductor Circuit Technology", U. Tietze, CH. Schenk, Springer-Verlag Berlin, 1986, 8th edition, Page 523, there are two sensors on one consumer lines connected, which with a control amplifier are connected. The consumer must therefore take a total four lines, namely two power supply lines and two sensor cables connected to the voltage regulator will.

Des weiteren ist aus der US-PS 33 71 269 ein Spannungs regler bekannt, in dessen ersten Längszweig ein Längs transistor und in dessen zweiten Längszweig ein Wider stand liegt, wobei zwischen beiden Langszweigen eine Last angeschlossen ist. Eine über dem Widerstand abfallende Spannung wird mittels einer Regelschaltung zur Steuerung des Längstransistors verwandt, so daß die Spannung über der Last trotz der über dem Widerstand abfallenden vom Laststrom abhängigen Spannung konstant gehalten wird.Furthermore, from US-PS 33 71 269 a voltage Known regulator, in the first longitudinal branch a longitudinal transistor and in its second longitudinal branch a counter stood, with a load between the two branches connected. One falling over the resistance Voltage is controlled by a control circuit of the series transistor, so that the voltage over the load in spite of the falling from the resistance Load current dependent voltage is kept constant.

Aus GB 11 52 295 ist ein Schaltnetzteil zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung bekannt, bei dem mittels eines elektronischen Schalters ein gepulster Stromfluß durch die Primärwicklung eines Transformators erzeugt wird. Die Ausgangsspannung dieses Schaltnetzteils wird durch eine Anordnung geregelt, der sowohl Steuersignale eines primärseitig angeordneten Stromfühlers als auch eines sekundärseitig angeordneten Stromfühlers, sowie ein von der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils abgeleitetes Steuersignal zugeführt sind.From GB 11 52 295 is a switching power supply for generating a regulated DC voltage known, by means of of an electronic switch a pulsed current flow generated by the primary winding of a transformer becomes. The output voltage of this switching power supply is regulated by an arrangement of both control signals a current sensor arranged on the primary side and also one current sensor arranged on the secondary side, and a derived from the output voltage of the switching power supply Control signal are supplied.

Des weiteren sind aus "Schaltnetzteile", 1982, Expert-Verlag, Seiten 177 bis 180 verschiedene Arten der galvanischen Netztrennung des Ausgangs eines Schaltnetzteiles vom Wechselstromnetz bekannt, bei denen eine Netztrennung auch innerhalb der Regelschleife des Schaltnetzteils vorgenommen werden muß. Hierzu ist es ferner bekannt, zur Netztrennung auch einen Optokoppler zu benutzen, wobei vorgeschlagen wird, den Sollwert-Istwert-Vergleich zweckmäßigerweise auf der Sekundärseite vorzunehmen. Die verstärkte Regelabweichung wird vom Optokoppler auf den primärseitigen Teil der Regelstrecke übertragen.Furthermore, from "Switching Power Supplies", 1982, Expert Verlag, Pages 177 to 180 different types of galvanic Mains isolation of the output of a switching power supply known from the AC grid, where a grid separation also made within the control loop of the switching power supply must become. For this purpose it is also known to Mains separation also to use an optocoupler, whereby is proposed, the setpoint-actual value comparison is expedient on the secondary side. The reinforced Control deviation is from the optocoupler on the primary side Transfer part of the controlled system.

Aus Kokai 61-2 07 171 ist weiterhin ein Schaltnetzteil be kannt, bei der eine im Sekundärkreis des Schaltnetzteiles angeordnete Regeleinrichtung über einen zur Potential trennung zwischengeschalteten Transformator einen im Pri märkreis des Schaltnetzteiles angeordneten Schalttransis tor steuert. Die über einen im Ausgangskreis des Schalt transistors angeordneten Widerstand abfallende Spannung wird mittels eines Optokopplers der Regeleinrichtung zu geführt. From Kokai 61-2 07 171 there is still a switching power supply knows one in the secondary circuit of the switching power supply arranged control device via a potential isolation intermediate transformer one in the pri switching circuit power supply arranged switching circuit gate controls. The one in the output circuit of the switching transistor arranged resistance falling voltage becomes the control device by means of an optocoupler guided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die durch Leitungswiderstände verursachten Spannungsschwankungen an einem Verbraucher auf möglichst einfache Weise kompensiert werden.The object of the present invention is a switching power supply of the type mentioned at the outset, that the voltage fluctuations caused by line resistances to a consumer in the simplest possible way Way to be compensated.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine dem Stromfühler abfallenden Spannung einen Mittelwert bildet und die Anordnung zur Mittelwertbildung derart mit der Regeleinrichtung verbunden ist, daß proportional zum Ansteigen des gebildeten Mittelwertes die Ausgangsspannung entsprechend angehoben wird.This task is based on a circuit arrangement of the type mentioned in that a a voltage drop across the current sensor forms and the arrangement for averaging with the control device is connected that proportional to The output voltage increases is raised accordingly.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are shown in marked the subclaims.

Anhand des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten beschrieben und erläutert. Es zeigtBased on the embodiment shown in FIG. 1, the invention is described and explained in further detail. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Schaltnetzteiles. Fig. 1 is a block diagram of a switching power supply.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schaltnetzteiles mit einem Primärkreis 1, welcher über Klemmen N 1 und N 2 mit einer Netzspannung verbunden ist und einem Primär kreis 2 an dessen Ausgangsklemmen C und D ein Verbraucher anschließbar ist. Eine an den Klemmen N 1 und N 2 anliegen de Netzspannung Unetz wird in einer Gleichrichterstufe 3 gleichgerichtet und gesiebt. Diese gleichgerichtete Netz spannung ist einem primärseitigen Wicklungsanschluß eines Transformators 4 zugeführt. Ein zweiter primärseitiger Wicklungsanschluß des Transformators 4 ist mit einer Schaltstufe 5 verbunden, deren zweiter Anschluß über ei nem Stromfühler mit einem primärseitigen Bezugspotential verbunden ist. Fig. 1 shows a block diagram of a switching power supply with a primary circuit 1 , which is connected via terminals N 1 and N 2 to a mains voltage and a primary circuit 2 to its output terminals C and D, a consumer can be connected. A line voltage Unetz present at the terminals N 1 and N 2 is rectified and screened in a rectifier stage 3 . This rectified mains voltage is fed to a primary-side winding connection of a transformer 4 . A second primary-side winding connection of the transformer 4 is connected to a switching stage 5 , the second connection of which is connected to a primary-side reference potential via a current sensor.

Eine sekundärseitig angeordnete, als Pulsbreitenmodulator ausgebildete, Regelschaltung 6 steuert über einen ersten Optokoppler 7 die Schaltstufe 5. Mittels der Schaltstu fe 5 wird die gleichgerichtete Netzspannung in bekannter Weise zerhackt und über den Transformator 4 auf die Se kundärseite 2 des Schaltnetzteiles übertragen. Auf diese Weise wird eine an den Klemmen C und D abgreifbare Aus gangsspannung Ua erzeugt, wobei bei dem in Fig. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel die Bauelemente so dimensio niert sind, daß die Ausgangsspannung Ua klein gegenüber der Netzspannung Unetz ist.A control circuit 6 arranged on the secondary side and designed as a pulse width modulator controls the switching stage 5 via a first optocoupler 7 . By means of the Schaltstu fe 5 , the rectified mains voltage is chopped in a known manner and transmitted via the transformer 4 to the secondary side 2 of the switching power supply. In this way, a tapped at the terminals C and D from output voltage Ua is generated, the components in the embodiment shown in FIG. 1 Darge are so dimensioned that the output voltage Ua is small compared to the mains voltage Unetz .

Der Mittenabgriff eines zwischen den beiden Ausgangsklem men C und D liegenden Spannungsteilers R 8, R 9 ist dem Steuereingang des Pulsbreitenmodulators 6 zugeführt. Der Pulsbreitenmodulator 6 ist so ausgelegt, daß mit sinken der Eingangsspannung die Pulsbreite seines Ausgangssigna les erhöht wird. Sinkt die Ausgangsspannung Ua des Schaltnetzteiles, so sinkt die Eingangsspannung des Puls breitenmodulators 6. Hierdurch erhöht sich die Pulsbreite des Ausgangssignales des Pulsbreitenmodulators. Das über den ersten Optokoppler 7 übertragene Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators 6 steuert in bekannter Weise die Schaltstufe 5, welche den Stromfluß durch die Primärwick lung des Transformators 4 erhöht. Hierdurch steigt die Ausgangsspannung Ua wieder auf ihren ursprünglichen Wert an.The center tap of a voltage divider R 8 , R 9 lying between the two output terminals C and D is fed to the control input of the pulse width modulator 6 . The pulse width modulator 6 is designed so that the pulse width of its output signal is increased as the input voltage falls. If the output voltage Ua of the switching power supply falls, the input voltage of the pulse width modulator 6 drops. This increases the pulse width of the output signal of the pulse width modulator. The transmitted via the first optocoupler 7 output signal of the pulse width modulator 6 controls the switching stage 5 , which increases the current flow through the primary winding of the transformer 4 in a known manner. As a result, the output voltage Ua rises again to its original value.

Mit steigendem Laststrom bleibt die Ausgangsspannung Ua konstant. Der größer werdende Spannungsabfall über den Leitungswiderständen der Leitungen zu einem Verbraucher vermindert jedoch, wie eingangs beschrieben, die über dem Verbraucher liegende Spannung. Die von dem, zwischen der Schaltstufe 5 und Bezugspotential des Primärkreises 1 liegenden Stromfühler gelieferte Spannung ist proportio nal zu dem Schaltstrom der Schaltstufe 5. Als Stromfüh ler R 7 wird im Ausführungsbeispiel ein Widerstand verwen det. Wegen des getakteten Schaltstromes eignet sich als Stromfühler aber auch ein Stromwandlertransformator.With increasing load current, the output voltage Ua remains constant. The increasing voltage drop across the line resistances of the lines to a consumer, however, reduces, as described at the beginning, the voltage above the consumer. The voltage supplied by the current sensor lying between the switching stage 5 and the reference potential of the primary circuit 1 is proportional to the switching current of the switching stage 5 . A resistor is used as a current sensor R 7 in the exemplary embodiment. Because of the clocked switching current, a current transformer is also suitable as a current sensor.

Die vom Stromfühler R 7 gelieferte Spannung ist einem Ver stärker 9 zugeführt, welcher mittels eines nicht darge stellten Gleichrichters und Siebgliedern den Mittelwert aus der zerhackten Gleichspannung bildet. Diese Mittel wertspannung steuert eine Fotosendediode 81 des zweiten Optokopplers 8. Ein Fototransistor 82 des zweiten Opto kopplers 8 liegt in Reihe mit einem Strombegrenzungswi derstand R 10 parallel zu dem zwischen Eingang des Puls breitenmodulators 6 und sekundärseitigen Bezugspotential liegenden Widerstandes R 9 des Spannungsteilers R 8, R 9. Bei einer Erhöhung des Schaltstromes I 1 wird durch die größer werdende Mittelwertspannung des Verstärkers 9 der Strom durch die Fotosendediode 81 entsprechend erhöht, durch deren emittiertes Licht der Fototransistor 82 lei tend wird. Hierdurch sinkt die Spannung am Eingang des Pulsbreitenmodulators 6 und die Ausgangsspannung Ua des Schaltnetzteiles wird wie vorstehend beschrieben erhöht.The voltage supplied by the current sensor R 7 is fed to a United amplifier 9 , which forms the average of the chopped DC voltage by means of a rectifier and filter elements not shown. This average voltage controls a photosend diode 81 of the second optocoupler 8 . A phototransistor 82 of the second opto-coupler 8 is in series with a current limiting resistor R 10 parallel to the resistor R 9 between the input of the pulse width modulator 6 and the secondary-side reference potential of the voltage divider R 8 , R 9 . When the switching current I 1 is increased, the current through the photo-emitting diode 81 is increased accordingly by the increasing mean voltage of the amplifier 9 , by means of whose emitted light the phototransistor 82 becomes conductive. As a result, the voltage at the input of the pulse width modulator 6 drops and the output voltage Ua of the switching power supply is increased as described above.

Durch Dimensionierung des Spannungsteilers R 7, R 8 und des Strombegrenzungswiderstandes R 10 kann die Spannungserhö hung der Ausgangsspannung Ua so eingestellt werden, daß sie die Spannungsabfalle über den Zuleitungswiderständen des Verbrauchers ausgleichen wird.By dimensioning the voltage divider R 7 , R 8 and the current limiting resistor R 10 , the voltage increase of the output voltage Ua can be set so that it will compensate for the voltage drops across the supply line resistances of the consumer.

Bei Schaltnetzteilen besteht eine proportionale Beziehung zwischen dem primärseitigen Schaltstrom IS und dem Aus gangsstrom I 2 des Schaltnetzteiles. Durch die Leistungs transformation des Transformators 4 ist das Verhältnis von Ausgangsstrom des Schaltnetzteiles zu Schaltstrom I 1 umgekehrt proportional zum Verhältnis Ausgangsspannung Ua zu gleichgerichteter Netzspannung.In switching power supplies there is a proportional relationship between the primary switching current IS and the output current I 2 from the switching power supply. Due to the power transformation of the transformer 4 , the ratio of the output current of the switching power supply to the switching current I 1 is inversely proportional to the ratio of the output voltage Ua to the rectified mains voltage.

Somit bietet diese Ausgestaltung der Erfindung den Vor teil, daß der durch den Stromfühler R 7 fließende Schalt strom I 1 bei Ausgangsspannungen Ua, welche kleiner sind als die gleichgerichtete Netzspannung, entsprechend ge ringer ist als der Laststrom I 2. Bei sehr großen Span nungsverhältnissen Unetz zu Ua wird die über dem Strom fühler R 7 abfallende Verlustleistung unbeträchtlich klein.Thus, this embodiment of the invention provides the part before that the current flowing through the current sensor R 7 switching current I 1 at output voltages Ua, which are smaller than the rectified mains voltage, is correspondingly lower than the load current I 2 . With very high voltage ratios Unetz to Ua , the power loss falling across the current sensor R 7 becomes negligibly small.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Regelschaltung 6 auf der Sekundärseite des Schalt netzteiles angeordnet. Um die galvanische Trennung von Primärkreis 1 und Sekundärkreis 2 des Schaltnetzteiles zu erhalten, muß daher die Stellgröße zur Spannungserhöhung der Ausgangsspannung Ua mittels dem Optokoppler 8 des galvanisch trennenden Koppelelementes übertragen werden. Wird als Stromfühler ein Stromwandlertransformator einge setzt, so kann die galvanische Trennung auch durch den Stromwandlertrafo gewährleistet werden. In diesem Fall wird der zur Mittelwertbildung am Ausgang des Stromwand lertransformators angeschlossene Verstärker 9 der Sekun därseite des Schaltnetzteiles zugeordnet und der Opto koppler 8 kann entfallen. Der Ausgang des Verstärkers wird dann mit dem Mittelabgriff des Spannungsteilers R 8, R 9 verbunden. Bei Schaltnetzteilen, bei welchen die Re gelschaltung hingegen auf der Primärseite angeordnet ist, ist ein galvanisch trennendes Koppelelement wie Optokopp ler oder ein Stromwandlertransformator nicht erforder lich.In the example shown in Fig. 1 embodiment, the control circuit 6 is arranged on the secondary side of the switching power supply. In order to maintain the galvanic isolation of primary circuit 1 and secondary circuit 2 of the switching power supply, the manipulated variable for increasing the voltage of the output voltage Ua must therefore be transmitted by means of the optocoupler 8 of the galvanically isolating coupling element. If a current transformer is used as a current sensor, the electrical isolation can also be guaranteed by the current transformer. In this case, the amplifier 9 connected to the output of the current converter transformer is assigned to the secondary side of the switching power supply and the opto-coupler 8 can be omitted. The output of the amplifier is then connected to the center tap of the voltage divider R 8 , R 9 . In the case of switching power supplies, in which the control circuit is arranged on the primary side, a galvanically isolating coupling element such as an optocoupler or a current transformer is not required.

Claims

1. Switching power supply with a primary circuit of the switching power supply arranged current sensor and a regulating device for regulating a secondary-side output voltage, characterized in that the current sensor (R 7) downstream arrangement (9) forms an average of the drop across the current sensor (R 7) voltage and the arrangement for the mean value voltage ( 9 ) is connected to the control device ( 5, 6, 7 ) in such a way that the output voltage is raised accordingly in proportion to the rise in the mean value formed.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the input of a control amplifier belonging to the control device ( 6 ) is at a center tap of a voltage divider ( R 8 , R 9 ), the voltage divider ( R 8 , R 9 ) one of the output voltage (Ua ) proportional voltage is supplied and that the center tap is connected to the output of the arrangement for averaging ( 9 ).

3. Switching power supply according to claim 1 or 2, characterized in that the primary circuit ( 1 ) and secondary circuit ( 2 ) are electrically isolated, the control device being arranged on the secondary side ( 2 ) and in that the voltage emitted by the arrangement for averaging ( 9 ) is fed to the control device ( 5, 6, 7 ) via a coupling element ( 8 ) with electrical isolation.

4. Power supply device according to claim 3, characterized in that the coupling element ( 8 ) is an optocoupler.