DE4029057A1 - Anlaufversorgungsspannung fuer primaergetaktete netzteile - Google Patents

Anlaufversorgungsspannung fuer primaergetaktete netzteile

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DE4029057A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36Means for starting or stopping converters
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/24Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only

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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 Ue und dem Widerstand bestimmten Querstrom Iq durchflossen, wobei an der Zenerdiode eine von der Eingangsspannung Ue näherungsweise unabhängige Versorgungsspannung Uv für die Steuerelektronik abfällt. Dabei muß der Querstrom Iq so gewählt werden, daß der notwendige maximale Versorgungsstrom Iv entnommen werden kann, ohne daß die Spannung Uv zusammenbricht. Eine bekannte Verbesserung der Schaltung stellt die Ausstattung mit einem Transistor als Emitterfolger gemäß Fig. 2b dar. Dabei kann der Querstrom Iq um den Faktor der Stromverstärkung des Transistors reduziert werden, da an der Zenerdiode nur der Basisstrom IB des Transistors aufgebracht werden muß.
Kritik des Standes der Technik (Fig. 2a, b)
Um bei der minimalen Eingangsspannung Uemin den nötigen Versorgungsstrom IV bereitstellen zu können, muß der Widerstand so dimensioniert werden, daß bei Uemin der mindestens nötige Querstrom Igmin fließt. Damit fließt bei höheren Eingangsspannungen Ue ein unnötig höherer Querstrom Iq, 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 Uemax fließenden, maximalen Querstrom Iqmax 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 UN eines Netzes verlustarm in eine Gleichspannung Ua bestimmter Größe zu wandeln, wobei die entnehmbare Ausgangsleistung an Ua je nach Ausführung 3 bis 10 Watt beträgt. Das Netzteil ist zum Betrieb mit Netzspannungen UN geeignet, die um den Faktor 3 bis 4 variiert werden kann. Die Netzspannung UN wird über Gleichrichter und Glättungskondensator in die Eingangsgleichspannung Ue übergeführt. Die Steuerelektronik schaltet über Transistor den Stromfluß in der primären Wicklung des Übertragers .
Beim Abschalten des Primärstromes Ip wird in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die durch Gleichrichter und Glättungskondensator in die Ausgangsgleichspannung Ua überführt wird. Der Wert von Ua 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 Uv der Steuerelektronik zur Verfügung stellt.
Während der Anlaufphase des Netzteiles wird die Versorgungsspannung Uv mittels der Anlaufspannungsquelle aus der Eingangsspannung Ue gewonnen. Die Anlaufspannungsquelle liefert eine geringere Spannung Uv als die Versorgungswicklung , so daß während des Betriebes des Netzteiles der Versorgungsstrom Iv 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 Ue unabhängigen Querstrom Ig durch dIe Zenerdiode fließen läßt. Da der Gatestrom IG des Feldeffekttransistors näherungsweise Null ist, kann der Querstrom Ig 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 UZ an der stromdurchflossenen Zenerdiode konstant ist, ergibt sich durch Schaltungszwang eine näherungsweise konstante Versorgungsspannung UV.

Claims (1)

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