DE3940955A1 - Switched power supply - has coupled converter stages to provide different voltage levels - Google Patents

Switched power supply - has coupled converter stages to provide different voltage levels

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Abstract

The switched power supply has an input rectifier (1), a current supplied feedback converter (2) and a through flow converter (3). The rectifier is formed of a diode (13) and a capacitor (18). The feedback converter is based around a transformer (10) with the primary having a pair of switching transistors (12,13). The secondary winding has rectifying diodes (22,23) and a smoothing capacitor (27).$ Other tappings (28,33) connect via diodes (29,34) to the inductive coil of the through flow converter (3). This has a transistor switch (36) that can be used to raise the voltage from 4 to 12 volts.$ ADVANTAGE - Allocated switching between different voltage levels.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a switching power supply the preamble of claim 1.

Ein solches aus dem Stand der Technik bekanntes Schalt­ netzteil ist in Fig. 1 dargestellt. Die dort gezeigte Schaltung des Schaltnetzteils setzt sich zusammen aus einem Eingangsgleichrichter 1, einem stromgespeisten Gegentaktwandler 2, welcher eine erste Ausgangsspannung U 1 liefert, und einem Durchflußwandler 3, welcher eine zweite Ausgangsspannung U 2 bereitstellt. Die Schaltung des stromgespeisten Gegentaktwandlers 2 ist aus Elektro­ nik 1978, Heft 4, Seite 102 bis 107, insbesondere Bild 13 und zugehörigem Text bekannt. Die Schaltung des Durchflußwandlers 3 ist aus Bild 4 der angegebenen Lite­ raturstelle bekannt.Such a known from the prior art switching power supply is shown in Fig. 1. The circuit of the switched-mode power supply shown there is composed of an input rectifier 1 , a current-fed push-pull converter 2 , which supplies a first output voltage U 1 , and a forward converter 3 , which provides a second output voltage U 2 . The circuit of the current-fed push-pull converter 2 is known from Elektro nik 1978, number 4, pages 102 to 107, in particular Figure 13 and associated text. The circuit of the forward converter 3 is known from Figure 4 of the specified lite location.

Dem Durchflußwandler 3 ist die erste Ausgangsspannung U 1 als Eingangsspannung zugeführt. Übliche Spannungswerte sind z.B. U 1=12 V und U 2=5 V. Die Belastung der Drosselspule 30 des Durchflußwandlers 3 ist proportional zur Spannung, welche an der Drosselspule 30 anliegt. Bei der bekannten Schaltungsanordnung liegt während der Ent­ magnetisierungsphase die Spannung U 2 an der Drosselspule an, wodurch sich eine relativ große Spannungszeitfläche ergibt. Die Drosselspule 30 muß entsprechend groß dimen­ sioniert werden.The flow converter 3 is supplied with the first output voltage U 1 as an input voltage. Usual voltage values are, for example, U 1 = 12 V and U 2 = 5 V. The load on the inductor 30 of the forward converter 3 is proportional to the voltage applied to the inductor 30 . In the known circuit arrangement, the voltage U 2 is present at the inductor during the magnetization phase, which results in a relatively large voltage time area. The choke coil 30 must be dimensioned accordingly large.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun­ de, ein Schaltnetzteil anzugeben, das mit verringertem Aufwand hergestellt werden kann.On this basis, the invention is based on the object de to specify a switching power supply that with reduced Effort can be made.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltnetzteil mit einem stromgespeisten Gegentaktwandler, der eine erste Ausgangsspannung abgibt und außerdem eine zweite Aus­ gangsspannung, welche - ausgehend von der ersten Aus­ gangsspannung - mit Hilfe einer Durchflußwandlerschal­ tung erzeugt wird, wobei die Durchflußwandlerschaltung dahingehend abgeändert ist, daß der Verbindungspunkt zwischen elektronischem Schalter und Drosselspule nicht in üblicher Weise über eine Freilaufdiode mit Masse ver­ bunden ist, sondern über Dioden mit Anzapfungen an der Sekundärwicklung des Transformators, welche symmetrisch zur sekundärseitigen, mit Masse verbundenen Mittelanzap­ fung angeordnet sind, wobei die an den Anzapfungen abge­ griffene Spannung unterhalb der zweiten Ausgangsspannung liegt.This object is achieved by a switching power supply with a current-fed push-pull converter, which outputs a first output voltage and also a second output voltage, which - starting from the first output voltage - is generated with the aid of a forward converter circuit, the forward converter circuit being modified such that the Connection point between the electronic switch and inductor is not connected in the usual way via a freewheeling diode to ground, but rather via diodes with taps on the secondary winding of the transformer, which are arranged symmetrically to the secondary-side, ground-connected center tap, the tapped at the taps Voltage is below the second output voltage.

Die vorgeschlagene Änderung der Schaltungsanordnung des Schaltnetznetzteils hat den Vorteil, daß die Baugröße der Drosselspule des Durchflußwandlers für die Bereit­ stellung der zweiten Ausgangsspannung U 2 wesentlich, beispielsweise auf 30% verkleinert werden kann. Vorzugs­ weise wird eine Spannung am Eingang der Drosselspule gewählt, die etwa 20% unter der zweiten Ausgangsspannung U 2 liegt. The proposed change in the circuit arrangement of the switching power supply has the advantage that the size of the inductor of the forward converter for the provision of the second output voltage U 2 can be reduced significantly, for example to 30%. Preferably, a voltage is selected at the input of the inductor, which is approximately 20% below the second output voltage U 2 .

Eine nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachste­ hend anhand der Zeichnung und eines darin dargestellten Ausführungsbeispiels.A more detailed explanation of the invention follows Based on the drawing and one shown in it Embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Schaltnetzteil nach dem Stand der Technik, Fig. 1 A power supply according to the prior art,

Fig. 2 Schaltznetzteil gemäß der Erfindung, Fig. Schaltznetzteil 2 according to the invention,

Fig. 3 Spannungs-Zeitdiagramm für den Durchflußwand­ ler im erfindungsgemäßen Schaltnetzteil. Fig. 3 voltage-time diagram for the flow wall ler in the switching power supply according to the invention.

Fig. 2 zeigt ein Schaltnetzteil, welches ebenso wie das aus dem Stand der Technik bekannte Schaltnetzteil aus einem Eingangsgleichrichter 1, einem stromgespeisten Gegentaktwandler 2 und einem Durchflußwandler 3 besteht, wobei jedoch die Schaltung des Durchflußwandlers 3 abge­ ändert ist. Fig. 2 shows a switching power supply, which, like the switching power supply known from the prior art, consists of an input rectifier 1 , a current-fed push-pull converter 2 and a forward converter 3 , but the circuit of the forward converter 3 is changed.

Der Eingangsgleichrichter 1 enthält einen Gleichrichter 19 und einen Glättungskondensator 20. Am Eingang 18 liegt eine Wechselspannung an.The input rectifier 1 contains a rectifier 19 and a smoothing capacitor 20 . An AC voltage is present at input 18 .

Die vom Eingangsgleichrichter 1 gelieferte Gleichspan­ nung speist den Gegentaktwandler 2 über einen Tiefsetz­ steller, welcher durch einen Transistor 16 mit Ansteuer­ einrichtung 17, eine Freilaufdiode 50 und eine primär­ seitige Speicherdrosselspule 51 gebildet wird. Der Tief­ setzsteller speist in die primärseitige Mittelanzapfung 14 der Primärwicklung 11 eines Transformators 10 ein. Die äußeren Enden der Primärwicklung 11 sind über Schalttransistoren 12, 13 mit Masse verbunden.The DC voltage supplied by the input rectifier 1 feeds the push-pull converter 2 via a buck converter, which is formed by a transistor 16 with a control device 17 , a freewheeling diode 50 and a primary-side storage inductor 51 . The step-down converter feeds into the primary tapping 14 of the primary winding 11 of a transformer 10 . The outer ends of the primary winding 11 are connected to ground via switching transistors 12 , 13 .

An der Sekundärwicklung 21 des Transformators 10 ist an den äußeren Enden die volle Sekundärspannung abgegrif­ fen, über Dioden 22, 23 gleichgerichtet und durch einen Kondensator 27 geglättet zur Bildung einer ersten Aus­ gangsspannung U 1, welche an einem ersten Ausgang 26 aus­ gegeben wird. Die sekundärseitige Mittelanzapfung 40 ist mit Masse verbunden. On the secondary winding 21 of the transformer 10 , the full secondary voltage is tapped at the outer ends, rectified via diodes 22 , 23 and smoothed by a capacitor 27 to form a first output voltage U 1 , which is output at a first output 26 . The secondary tapping 40 is connected to ground.

Die Sekundärwicklung 21 weist Anzapfungen 28, 33 auf, welche symmetrisch zur Mittelanzapfung 40 angeordnet sind. An diesen Anzapfungen 28, 33 ist über Dioden 29, 34 eine Spannung abgegriffen und einer Drosselspule 30 im Durchflußwandler 3 zugeführt. Der Ausgang der Dros­ selspule 30 ist mit einem zweiten Ausgang 31 des Schalt­ netzteils verbunden, über welchen eine zweite Ausgangs­ spannung U 2 ausgegeben wird. Am Ausgang der Drosselspule 30 ist außerdem ein Glättungskondensator 32 angeschlos­ sen. An einem Verbindungspunkt 35 am Eingang der Dros­ selspuel 30 wird über einen elektronischen Schalter 36 die erste Ausgangsspannung U 1 impulsweise zugeschaltet.The secondary winding 21 has taps 28 , 33 , which are arranged symmetrically to the center tap 40 . At these taps 28 , 33 , a voltage is tapped via diodes 29 , 34 and fed to a choke coil 30 in the forward converter 3 . The output of the Dros selspule 30 is connected to a second output 31 of the switching power supply, via which a second output voltage U 2 is output. At the output of the inductor 30 , a smoothing capacitor 32 is also ruled out. At a connection point 35 at the input of the Dros selspuel 30 , the first output voltage U 1 is switched on in pulses via an electronic switch 36 .

Die Anzapfungen 28, 33 an der Sekundärwicklung 21 sind so gewählt, daß die dort abgegriffene Spannung unterhalb der bereitzustellenden Spannung U 2 liegt. Beispielsweise könnte über die Anzapfungen 28, 33 und die ausgangssei­ tig verbundenen Dioden 29, 34 eine Spannung von 4 V ge­ liefert werden, wenn eine zweite Ausgangsspannung U 2 von 5 V erzeugt werden soll. Wenn der elektronische Schalter 36 ausgeschaltet ist, liegt in diesem Fall an der Dros­ selspule 30 eine Spannung von 4 V gegenüber Masse an. Während der Einschaltzeiten des elektronischen Schalters 36 erhöht sich die Spannung auf U 1, beispielsweise 12 V. Die Einschaltdauer des elektronischen Schalters 36 ist so gewählt, daß sich als Mittelwert am Ausgang eine Spannung von U 2=5 V einstellt.The taps 28 , 33 on the secondary winding 21 are selected such that the voltage tapped there lies below the voltage U 2 to be provided . For example, a voltage of 4 V could be supplied via the taps 28 , 33 and the diodes 29 , 34 connected on the output side if a second output voltage U 2 of 5 V is to be generated. If the electronic switch 36 is switched off, in this case there is a voltage of 4 V with respect to ground at the throttle coil 30 . During the switch-on times of the electronic switch 36 , the voltage increases to U 1 , for example 12 V. The switch-on duration of the electronic switch 36 is selected such that a voltage of U 2 = 5 V is established as the mean value at the output.

In Fig. 3 ist für die beispielhaft genannten Spannungen ein Impulsdiagramm angegeben. Dabei ist als ausgezogene Linie der Verlauf der Spannung U am Verbindungspunkt 35 gegenüber Masse während der Zeit t aufgetragen. Die Aus­ gangsspannung U 2=5 V ist als gestrichelte Linie einge­ tragen. Die Ausgangsspannung U 2 entsteht am Kondensator 32 durch Mittelwertbildung, wobei an der Drosselspule 30 während der Magnetisierungsphase I eine Spannungsdiffe­ renz von 7 V und während der Entmagnetisierungsphase II von 1 V anliegt. Da die Drosselspule 30 proportional zur Spannungszeitfläche belastet wird, bedeutet das erfin­ dungsgemäße Anheben des Spannungsniveaus am Verbindungs­ punkt 35 auf z.B. 4 V anstelle von 0 Volt eine wesentli­ che Entlastung der Drosselspule 30. Die Baugröße der Drosselspule 30 kann daher auf etwa 30% der Baugröße reduziert werden, welche bei üblicher Verbindung des Drosselspulenanfangs mit Masse über eine Freilaufdiode erforderlich wäre.In Fig. 3 is a timing diagram is given for the exemplified voltages. The solid line shows the curve of the voltage U at the connection point 35 with respect to ground during the time t . The output voltage U 2 = 5 V is shown as a broken line. The output voltage U 2 is produced on the capacitor 32 by averaging, with a voltage difference of 7 V being applied to the inductor 30 during the magnetization phase I and 1 V during the demagnetization phase II. Since the inductor 30 is loaded in proportion to the voltage time area, the inventive raising of the voltage level at the connection point 35 to, for example, 4 V instead of 0 volts means a substantial relief of the inductor 30 . The size of the choke coil 30 can therefore be reduced to approximately 30% of the size that would be required if the choke coil start was normally connected to ground via a freewheeling diode.

Claims (2)

1. Schaltnetzteil mit einem stromgespeisten Gegen­ taktwandler, der eine erste Ausgangsspannung (U 1) abgibt und außerdem eine zweite Ausgangsspannung (U 2), welche - ausgehend von der ersten Ausgangsspannung (U 1) - mit Hilfe einer Durchflußwandlerschaltung erzeugt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchflußwandlerschaltung (3) dahingehend abgeändert ist, daß der Verbindungspunkt (35) zwischen elektronischem Schalter (36) und Drossel­ spule (30) nicht in üblicher Weise über eine Freilaufdi­ ode mit Masse verbunden ist, sondern über Dioden (29, 34) mit Anzapfungen (28, 33) an der Sekundärwicklung (21) des Transformators (10), welche symmetrisch zur sekundärsei­ tigen, mit Masse verbundenen Mittelanzapfung (40) ange­ ordnet sind, wobei die an den Anzapfungen (28, 33) abge­ griffene Spannung unterhalb der zweiten Ausgangsspannung (U 2) liegt.1. Switching power supply with a current-fed counter clock converter, which outputs a first output voltage ( U 1 ) and also a second output voltage ( U 2 ), which - starting from the first output voltage ( U 1 ) - is generated with the aid of a forward converter circuit, as characterized by that the Durchflußwandlerschaltung (3) is modified such that the connection point (35) coil between the electronic switch (36) and throttle (30) does not ode in a conventional manner via a Freilaufdi is connected to ground, but by means of diodes (29, 34) with taps ( 28 , 33 ) on the secondary winding ( 21 ) of the transformer ( 10 ), which are arranged symmetrically to the secondary side, ground connected center tap ( 40 ), the tapped at the taps ( 28 , 33 ) voltage below the second output voltage ( U 2 ). 2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzapfungen (28, 33) an der Sekun­ därwicklung (21) so gewählt sind, daß die Spannung am Verbindungspunkt (35) um etwa 20% unter der zweiten Aus­ gangsspannung (U 2) liegt.2. Switched-mode power supply according to Claim 1, characterized in that the taps ( 28 , 33 ) on the secondary winding ( 21 ) are selected such that the voltage at the connection point ( 35 ) is approximately 20% below the second output voltage ( U 2 ) lies.
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