DE4029057A1 - Anlaufversorgungsspannung fuer primaergetaktete netzteile - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft den Einsatz einer Konstantstromquelle; aufgebaut aus einem selbstleitenden N-Kanal-Feldeffekttransistor, welche zur Hilfsspannungsversorgung der Steuerelektronik von primärgetakteten Netzteilen (nach dem Funktionsprinzip: Sperr-, Durchfluß-, Gegentaktwandler) während der Anlaufphase dient.

Zweck (Fig. 1)

Bei getakteten Netzteilen mit Wandler, die sich im Betrieb selbstversorgen, d. h. die die zum Betrieb der Steuerelektronik notwendige Hilfsenergie aus dem Spannungsübertrager auskoppeln, ist eine gesonderte Spannungsquelle während der Anlaufphase nötig. Die Erfindung betrifft die Verbesserung der technischen Eigenschaften, die Minimierung des Schaltungsaufwandes dieser Spannungsquelle, sowie die Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades von getakteten Netzteilen.

Stand der Technik (Fig. 2a, b)

Es ist bekannt, die Anlaufspannungsquelle als Konstantspannungsquelle (Fig. 2a, b) auszuführen, da getaktete Netzteile oft über einen Bereich verschiedener Eingangsspannungen arbeiten sollen. Dabei wird nach Fig. 2a eine Zenerdiode von einem durch die Eingangsspannung U_e und dem Widerstand bestimmten Querstrom I_q durchflossen, wobei an der Zenerdiode eine von der Eingangsspannung U_e näherungsweise unabhängige Versorgungsspannung U_v für die Steuerelektronik abfällt. Dabei muß der Querstrom I_q so gewählt werden, daß der notwendige maximale Versorgungsstrom I_v entnommen werden kann, ohne daß die Spannung U_v zusammenbricht. Eine bekannte Verbesserung der Schaltung stellt die Ausstattung mit einem Transistor als Emitterfolger gemäß Fig. 2b dar. Dabei kann der Querstrom I_q um den Faktor der Stromverstärkung des Transistors reduziert werden, da an der Zenerdiode nur der Basisstrom I_B des Transistors aufgebracht werden muß.

Kritik des Standes der Technik (Fig. 2a, b)

Um bei der minimalen Eingangsspannung U_emin den nötigen Versorgungsstrom I_V bereitstellen zu können, muß der Widerstand so dimensioniert werden, daß bei U_emin der mindestens nötige Querstrom I_gmin fließt. Damit fließt bei höheren Eingangsspannungen U_e ein unnötig höherer Querstrom I_q, der zu unnötig hoher Verlustleistung an Widerstand und Zenerdiode führt und damit den Gesamtwirkungsgrad insbesondere bei getakteten Netzteilen für kleine Leistung verschlechtert. Ferner müssen die Bauteile und auf den bei maximaler Eingangsspannung U_emax fließenden, maximalen Querstrom I_qmax dimensioniert werden.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustleistung der Anlaufspannungsquelle zu minimieren und damit den Gesamtwirkungsgrad des getakteten Netzteiles zu verbessern, sowie den Aufwand an elektronischen Bauteilen zu minimieren.

Lösung (Fig. 3)

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannungsquelle für die Anlaufversorgung von getakteten Netzteilen mit Wandler mit einem als Konstantstromquelle geschalteten, selbstleitenden N-Kanal-Feldeffekttransistor ausgeführt wird. Diese aus (1) bekannte Schaltung wird hier erstmals in dieser Anwendung eingesetzt. (1) Siemens Components Heft 26 (1988), Seite 196.

Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die in der Anlaufspannungsquelle von getakteten Netzteilen entstehende Verlustleistung minimiert wird.

Dadurch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad des Netzteiles und die mit weniger Verlustleistung beaufschlagten Bauteile können geringer dimensioniert werden.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Fig. 1: Prinzipschaltbild eines getakteten Kleinnetzteiles
Fig. 3: Anlaufspannungsquelle

Anwendung in einem getakteten Kleinnetzteil nach dem Sperrwandlerprinzip (Fig. 1); (gilt auch für Durchfluß- und Gegentaktwandler).

Aufgabe des Netzteiles ist es, die Gleich- oder Wechselspannung U_N eines Netzes verlustarm in eine Gleichspannung U_a bestimmter Größe zu wandeln, wobei die entnehmbare Ausgangsleistung an U_a je nach Ausführung 3 bis 10 Watt beträgt. Das Netzteil ist zum Betrieb mit Netzspannungen U_N geeignet, die um den Faktor 3 bis 4 variiert werden kann. Die Netzspannung U_N wird über Gleichrichter und Glättungskondensator in die Eingangsgleichspannung U_e übergeführt. Die Steuerelektronik schaltet über Transistor den Stromfluß in der primären Wicklung des Übertragers .

Beim Abschalten des Primärstromes I_p wird in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die durch Gleichrichter und Glättungskondensator in die Ausgangsgleichspannung U_a überführt wird. Der Wert von U_a wird durch die Auslegung der Steuerelektronik sowie von Übersetzungsverhältnis des Wandlers bestimmt. Die Spannungsversorgung des Steuerelektronik erfolgt im Betrieb über eine Versorgungswicklung im Wandler, die über Gleichrichtdiode und Glättungskondensator die Versorgungsgleichspannung U_v der Steuerelektronik zur Verfügung stellt.

Während der Anlaufphase des Netzteiles wird die Versorgungsspannung U_v mittels der Anlaufspannungsquelle aus der Eingangsspannung U_e gewonnen. Die Anlaufspannungsquelle liefert eine geringere Spannung U_v als die Versorgungswicklung , so daß während des Betriebes des Netzteiles der Versorgungsstrom I_v ausschließlich aus der Versrogungswicklung entnommen wird.

Ausführung der Anlaufspannungsquelle (Fig. 3):

Die Anordnung aus selbstleitenden N-Kanal-Feldeffekttransistor und Widerstand stellt eine zweipolige Konstantstromquelle das, die einen in weiten Bereichen von der Eingangsspannung U_e unabhängigen Querstrom I_g durch dIe Zenerdiode fließen läßt. Da der Gatestrom I_G des Feldeffekttransistors näherungsweise Null ist, kann der Querstrom I_g durch entsprechende Wahl des Wertes des Widerstandes extrem niedrig (einige µA) dimensioniert werden. Damit ist die Verlustleistung an den Bauteilen und minimal, und es kann eine entsprechend geringe Dimensionierung von und vorgenommen werden.

Da der Spannungsabfal U_Z an der stromdurchflossenen Zenerdiode konstant ist, ergibt sich durch Schaltungszwang eine näherungsweise konstante Versorgungsspannung U_V.

Claims (1)

1. Oberbegriff:
   Konstantspannungsquelle für die Anlaufversorgung der Steuerelektronik von primärgetakteten Netzteilen mit Wandler . . .
   Kennzeichnender Teil:
   als Konstantstromquelle geschalteten, selbstleitenden Feldeffekttransistor aufgebaut ist.