DE3918134C2 - Getaktete stromversorgungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung zur Erzeugung mindestens einer Ausgangsspannung mit einem steuerbaren Schalter zum Takten einer Eingangsspannung, mit einem Transformator, mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung und mit mindestens einem Sekundär­ kreis mit einer Speicherdrossel, mit einer Transduktor­ drossel und mit einer von einer Versorgungsspannung ge­ speisten Regeleinheit, wobei zur Abnahme der Versorgungs­ spannung der Regeleinheit eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator vorgesehen ist (JP 63-242167 (A)).

Für die Versorgung elektronischer Geräte werden Stromver­ sorgungseinrichtungen benötigt, die eine oder mehrere Gleichspannungen liefern. In der Regel wird eine Regelung bzw. Stabilisierung der Gleichspannungen und galvanische Trennung verlangt. Bei getakteten Stromversorgungsein­ richtungen sind die Grundtypen Sperrwandler und Durch­ flußwandler zu unterscheiden. Die z. B. aus der Netzspan­ nung durch Gleichrichtung und Siebung gewonnene Eingangs­ spannung der Stromversorgungseinrichtung wird in der Re­ gel mit Hilfe eines schnell schaltenden Transistors in eine Rechteckspannung (= getaktete Eingangsspannung) um­ gewandelt. Beim Durchflußwandler wird während der Leit­ phase Energie in einen aus einer Gleichrichterdiode, ei­ ner Freilaufdiode, einer Speicherdrossel und einem Kon­ densator gebildeten Lastkreis übertragen.

Aus DE 29 49 070 A1 ist eine Stromversorgungseinrichtung vom Durchflußwandlertyp bekannt, wobei mindestens ein Se­ kundärkreis mit einer Regeleinheit zur Stabilisierung ei­ ner Ausgangsspannung versehen ist. Die Regeleinheit ist dabei an eine sättigbare Drosselspule angeschlossen, die eine Leistungswicklung in Reihe mit einer Sekundärwick­ lung und eine Steuerwicklung zur Einstellung der Vormag­ netisierung der Drosselspule aufweist. Die Versorgungs­ spannung der Regeleinheit wird aus der Ausgangsspannung des Durchflußwandlerkreises abgeleitet. Bei Kurzschluß an den Ausgangsklemmen entfällt dann die Versorgungsspannung der Regeleinheit. Dadurch wird die Regeleinheit unwirksam und die als Folge auftretenden hohen Ströme führen zu ei­ ner Zerstörung der Regeleinheit.

Aus JP 63-242167 (A) ist eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Dabei ist die Sekun­ därwicklung auf Grund ihres Wicklungssinns so mit der Pri­ märwicklung gekoppelt, daß der Sekundärkreis als Sperr­ wandler arbeitet. Parallel zur Sekundärwicklung 2b ist die Reihenschaltung aus einer Diode 17 und aus einem Kondensa­ tor 18 angeordnet, aus der die Versorgungsspannung einer Regeleinheit abnehmbar ist. Die Regeleinheit besteht dabei aus einer Steuereinrichtung 22, der über eine Stromerfas­ sungseinrichtung 10 eine den Laststrom des Sekundärkreises kennzeichnende Größe zugeführt wird, aus einem Transistor 20, der von der Steuereinrichtung 22 angesteuert wird und über eine Diode 21 den Steuerstrom an die Transduktordros­ sel abgibt, sowie aus einem zwischen dem Emitter des Tran­ sistors 20 und einem Bezugspotential 8b der Ausgangsspan­ nung eingeschalteten Widerstand 19.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromver­ sorgungseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Steuerstrom auch bei einem Kurzschluß der Ausgangs­ spannung noch sicher verfügbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sowohl der Sekundärkreis als auch ein aus der Reihenschaltung aus der Diode und aus dem Kondensator gebildeter Hilfskreis als Durchflußwandlerkreis ausgebildet sind, daß die Regelein­ heit zur Erzeugung des Steuerstroms einen Spannungsregler und/oder einen Stromregler aufweist, wobei der Spannungs­ regler und der Stromregler von einer am Kondensator anlie­ genden Gleichspannung versorgt werden, und daß der Steuer­ strom aus der am Kondensator anliegenden Gleichspannung abgeleitet wird.

Dabei wird aus der Anordnung aus der Diode und dem Konden­ sator die Versorgungsspannung der Regeleinheit abgeleitet, ohne daß eine zusätzliche externe beispielsweise an einer weiteren Sekundärwicklung des Transformators zu gewinnende Versorgungsspannung benötigt wird. Durch die Ausbildung des Sekundärkreises sowie des Hilfskreises als Durchfluß­ wandlerkreise wird gewährleistet, daß die Stromversor­ gungseinrichtung auch lediglich mit einem Sekundärkreis realisiert werden kann, während bei einer Stromversor­ gungseinrichtung mit einem als Sperrwandlerkreis ausgebil­ deten Sekundärkreis weitere Sekundärkreise vorgesehen werden müssen, damit nach dem Abschalten des steuerbaren Schalters die im Transformator gespeicherte Energie sicher entweichen kann. Die Ausgangsspannung des Sekundärkreises und die am Kondensator anliegende Gleichspannung sind vorteilhafterweise gleichsinnig gepolt, so daß bei einer positiven Ausgangsspannung die am Kondensator des Hilfs­ kreises anliegende Gleichspannung direkt zur Speisung des beispielsweise als Operationsverstärker ausgebildeten Spannungs- bzw. Stromreglers geeignet ist. Zur Ableitung des Steuerstroms weist die Regeleinheit den Spannungs- oder den Stromregler bzw. Spannungs- und Stromregler ge­ meinsam auf. Der Spannungsregler vergleicht eine die Aus­ gangsspannung kennzeichnende erste Regelspannung mit einem Spannungsreferenzwert, während der Stromregler eine den Laststrom kennzeichnende Regelspannung mit einem Stromre­ ferenzwert vergleicht. Aus den Regelspannungen erzeugt der Spannungs- und/oder Stromregler den Steuerstrom für die Transduktordrossel. Dabei werden sowohl der Spannungs- als auch der Stromregler von der Versorgungsspannung der Regeleinheit gespeist, d. h. sie sind mit ihren Spannungs­ versorgungseingängen an den Kondensator des Hilfskreises angeschlossen. Die Versorgungsspannung wird im Durchfluß­ wandlerkreis vor der Speicherdrossel abgenommen, so daß die Versorgungsspannung auch bei einem Kurzschluß der Ausgangsspannung für die Regeleinheit noch zur Verfügung steht und somit ein sicheres Zurückregeln der Stromver­ sorgungseinrichtung gewährleistet. Die Erzeugung des Steuer­ stroms ist unter allen Betriebsbedingungen sicherge­ stellt, da der Steuerstrom aus der am Kondensator des Hilfskreises anliegenden Gleichspannung abgeleitet wird, die auch bei einem Kurzschluß der Ausgangsspannung sicher zur Verfügung steht.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteran­ sprüchen enthalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in den Figuren gezeichneten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine getaktete Stromversorgungseinrichtung mit einem geregelten Durchflußwandlerkreis.

Fig. 2 zeigt die getaktete Stromversorgungseinrichtung der Fig. 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer Regelein­ heit.

Die in der Fig. 1 gezeigte getaktete Stromversorgungsein­ richtung weist einen Transformator Tr auf, welcher eine Primärwicklung N0 und eine Sekundärwicklung N1 besitzt. Der Transformator Tr übersetzt Spannung und Strom und trennt Eingang und Ausgang galvanisch. In Reihe zur Pri­ märwicklung N0 ist ein z. B. als Transistor ausgebildeter steuerbarer Schalter S angeordnet. Parallel zu den Ein­ gangsklemmen, an denen eine Eingangsspannung U0 liegt, ist ein Kondensator C0 geschaltet. An den Klemmen 1, 2 der Sekundärwicklung N1 tritt eine getaktete Eingangs­ spannung U1 des Durchflußwandlerkreises auf. In Reihe zur Sekundärwicklung N1 sind eine Transduktordrossel L0 und eine Gleichrichterdiode D1 angeordnet. Parallel zu der Reihenschaltung aus Sekundärwicklung N1, Transduktordros­ sel L0 und Gleichrichterdiode D1 liegt eine Freilaufdio­ de D2. In Serie zu der Anordnung aus Sekundärwicklung N1, Transduktordrossel L0, Gleichrichterdiode D1 und Frei­ laufdiode D2 ist eine Speicherdrossel L1 angeordnet. Die Speicherdrossel L1 (Klemme 3) ist über einen Kondensa­ tor C1 mit der Klemme 2 der Sekundarwicklung N1 verbun­ den. Die Klemme 2 der Sekundärwicklung N1 ist über einen Strommeßwiderstand R1 mit einer Klemme 4 verbunden, wel­ che eine der beiden Ausgangsklemmen bildet. Die andere Ausgangsklemme 3 wird von dem mit dem Kondensator C1 ver­ bundenen Anschluß der Speicherdrossel L1 gebildet. Paral­ lel zu den Ausgangsklemmen 3, 4 tritt eine Ausgangsspan­ nung U2 auf. Diese ist einer Regeleinheit R zugeführt, die abhängig von Lastschwankungen der Ausgangsspannung U2 einen Steuerstrom I liefert. Die Spannungsversorgung der Regeleinheit R erfolgt aus einer Versorgungsspannung U3, die aus dem Durchflußwandlerkreis an den Klemmen 1 und 2 vor der Speicherdrossel L1 aus der getakteten Eingangs­ spannung U1 gewonnen wird. Bei dem in der Figur darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist die Versorgungsspan­ nung U3 der Regeleinheit R gleich der getakteten Ein­ gangsspannung U1 des Durchflußwandlerkreises.

Während der Leitphase des steuerbaren Schalters S ist die Gleichrichterdiode D1 leitend, der Strom fließt nach dem Durchschalten der Transduktordrossel L0 zur nicht darge­ stellten Last und die Speicherdrossel L1 nimmt Ernergie auf, wobei die Freilaufdiode D2 gesperrt ist. Während der Sperrphase des steuerbaren Schalters S fließt der Strom aus der Speicherdrossel L1 weiter über die Freilaufdio­ de D2 in die Last. Die Vormagnetisierung der Transduktor­ drossel L0 erfolgt bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe des von der Regeleinheit R gelieferten Steuerstroms I. Beim Ausführungsbeispiel ist die Versorgungsspannung U3 der Regeleinheit R gleich der getakteten Eingangsspannung U1 an den Klemmen 1, 2 der Sekundärwicklung N1. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Versorgungsspannung U3 über die in der Figur ge­ strichelt gezeichnete Verbindung der Regeleinheit mit der Anode der Gleichrichterdiode D1 und an dem Bezugspoten­ tial an der Klemme 2 abgenommen. Bei einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten, Ausführungsform wird die Versorgungsspannung U3 der Regeleinheit an der Kathode der Gleichrichterdiode D1 und der Klemme 2 abgenommen.

In der in Fig. 2 gezeigten Stromversorgungseinrichtung ist ein Ausführungsbeispiel der Regeleinheit R darge­ stellt. Zur Erzeugung der Versorgungsspannung U3 der Re­ geleinheit R ist die Anode einer Diode D3 mit der Klem­ me 1 der Sekundärwicklung N1 verbunden. Zwischen der Kathode der Diode D3 und der Klemme 2 der Sekundärwick­ lung N1 liegt ein Kondensator C2, an dem die Versorgungs­ spannung U3 der Regeleinheit R anliegt. Parallel zum Kon­ densator C2 ist ein Widerstand R2 und eine Zenerdiode D4 angeordnet, deren Anode mit der Klemme 2 verbunden ist. Parallel zum Widerstand R2 liegt ein Transistor T1, des­ sen Basis mit der Diode D4 und dessen Kollektor mit der Diode D3 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T1 ist mit den Spannungsversorgungseingängen zweier als Stromregler IR und Spannungsregler UR arbeitender Opera­ tionsverstärker verbunden.

Der nicht invertierende Eingang des Spannungsreglers UR ist mit der Klemme 3 verbunden, während am invertierenden Eingang ein Spannungsreferenzwert Ref2 anliegt (Klem­ me 3). Der nicht invertierende Eingang des Stromreg­ lers IR ist mit der Klemme 4 verbunden, während am inver­ tierenden Eingang ein Referenzwert Ref2 anliegt. Die Aus­ gänge des Stromreglers IR und des Spannungsreglers UR sind über Dioden D5, D6 miteinander verbunden, wobei der gemeinsame Kathodenanschluß der Dioden D5, D6 über eine Verbindungsleitung, in der der Steuerstrom I fließt, mit der Anode der Gleichrichterdiode D1 des Durchflußwandler­ kreises verbunden ist.

Der Spannungsregler UR vergleicht die Ausgangsspannung U2 Zwischen den Ausgangsklemmen 3 und 4 der Versorgungsein­ richtung mit dem Spannungsreferenzwert Ref1 und bildet daraus als Meßgröße den Steuerstrom I. Dabei wird bei ei­ ner Ausgestaltungsform die Ausgangsspannung U2 zunächst durch einen Spannungsteiler an den Referenzwert des Ope­ rationsverstärkers angepaßt. Auf entsprechende Weise wird der Steuerstrom I auch von dem Stromregler IR beeinflußt, der an der Klemme 4 über den Strommeßwiderstand R1 den Ausgangsstrom IL erfaßt und mit dem Stromreferenz­ wert Ref2 vergleicht.

Die getaktete Stromversorgungseinrichtung arbeitet im ge­ samten Lastbereich, d. h. für einen Laststrom IL von 0 Am­ pere bis zum Kurzschluß, zuverlässig, ohne daß eine zu­ sätzliche externe, beispielsweise an einer weiteren Se­ kundärwicklung des Transformators Tr gewonnene, Versor­ gungsspannung dafür benötigt wird. Diese Bauteilereduzie­ rung führt auch zu einer Platz- und Kosteneinsparung. Durch die interne Gewinnung der Versorgungsspannung U3 für die Regeleinheit R aus dem Durchflußwandlerkreis vor der Speicherdrossel L1 wird zudem sichergestellt, daß die Regeleinheit R ohne Schwierigkeiten, beispielsweise als kurzschlußfester Vierpol, auch als Baustein anschaltbar bzw. nachrustbar ist. Die Regeleinheit R weist vorteil­ hafterweise eine rückläufige Regelkennlinie auf.

Bei einer anderen Ausführungsform weist die Sekundärseite der getakteten Stromversorgungseinrichtung mindestens ei­ nen Sperrwandlerkreis auf. Dabei kann ein Hauptregelkreis zur Regelung der Pulsbreite des steuerbaren Schalters S vorgesehen sein, der von der Primär- oder Sekundärseite beeinflußt wird. Der steuerbare Schalter S wird dabei von Impulsen gesteuert, die in ihrer Breite in Abhängigkeit von Eingangsspannungsänderungen oder von Lastschwankungen einer der Ausgangsspannungen moduliert werden.

Soll die getaktete Stromversorgungseinrichtung eine wei­ tere oder mehrere zusätzliche Spannungen abgeben, so kann anstelle des Durchflußwandlerkreises des in der Figur ge­ zeigten Ausführungbeispieles eine entsprechende Anzahl von weiteren Sekundärkreisen vorgesehen werden, wobei de­ ren Ausgangsspannungen sowohl nach dem Sperrwandlerprin­ zip, als auch nach dem Durchflußwandlerprinzip geregelt oder ungeregelt erzeugt werden können.

Claims (10)

1. Stromversorgungseinrichtung zur Erzeugung mindestens einer Ausgangsspannung (U2) mit einem steuerbaren Schalter (S) zum Takten einer Eingangsspannung (U0), mit einem Transformator (Tr), mit einer Primärwicklung (N0) und mit einer Sekundärwicklung (N1) und mit mindestens einem Se­ kundärkreis mit einer Speicherdrossel (L1), mit einer Transduktordrossel (L0) und mit einer einen Steuerstrom (I) an die Transduktordrossel (L0) abgebenden Regeleinheit (R), wobei zur Abnahme einer Versorgungsspannung (U3) für die Regeleinheit (R) eine Reihenschaltung aus einer Diode (D3) und einem Kondensator (C2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Sekundärkreis als auch ein aus der Reihen­ schaltung aus der Diode (D3) und aus dem Kondensator (C2) gebildeter Hilfskreis als Durchflußwandlerkreis ausgebil­ det sind, daß die Regeleinheit (R) zur Erzeugung des Steuer­ stroms (I) einen Spannungsregler (UR) und/oder einen Stromregler (IR) aufweist, wobei der Spannungsregler (UR) und der Stromregler (IR) von einer am Kondensator (C2) an­ liegenden Gleichspannung versorgt werden, und daß der Steuerstrom (I) aus der am Kondensator (C2) anliegenden Gleichspannung abgeleitet wird.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsregler (UR) und als Stromregler (IR) jeweils ein Operationsverstärker oder ein Komparator vor­ gesehen sind, deren Spannungsversorgungseingänge an den Kondensator (C2) und deren Ausgänge über jeweils eine Diode (D5, D6) an die Transduktordrossel (L0) ange­ schlossen sind.

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsversorgungseingang der Operationsverstär­ ker (UR, IR) über die Schaltkreise eines Transistors (T1) an den Kondensator (C2) angeschlossen ist, wobei parallel zum Kondensator (C2) ein Widerstand (R2) in Reihe mit einer Zenerdiode (D4) liegt und wobei der Abgriff der Reihenschaltung aus dem Widerstand (R2) der Zenerdiode (D4) an die Steuerelektrode des Transistors (T1) ange­ schlossen ist.

4. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung (U3) der Regeleinheit (R) gleich einer an der Sekundärwicklung (N1) abgreifbaren getakteten Eingangsspannung (U1) des Sekundärkreises ist.

5. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung (U3) der Regeleinheit (R) zwischen der Anode einer in Reihe zur Transduktordrossel (L0) angeordneten Gleichrichterdiode (D1) des Sekundär­ kreises und einem Bezugspotential (2) abgenommen wird.

6. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung (U3) der Regeleinheit (R) an der Katode einer in Reihe zur Transduktordrossel (L0) angeordneten Gleichrichterdiode (D1) des Durchflußwandler­ kreises und einem Bezugspotential (2) abgenommen wird.

7. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Anschlußklemme (2) der Eingangsspannung (U1) des Sekundärkreises und zwischen einer Anschlußklemme (4) der Ausgangsspannung (U2) ein Strommeßwiderstand (R1) angeschlossen ist.

8. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (R) eine rückläufige Kennlinie auf­ weist.

9. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sperrwandlerkreis vorgesehen ist.

10. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Regeleinheit zur Regelung der Pulsbreite des steuerbaren Schalters (S) vorgesehen ist.