DE4029221B4 - Elektronisches Schaltnetzteil - Google Patents

Abstract

Elektronisches Schaltnetzteil zur Erzeugung von netzgetrennten Betriebsspannungen für elektronische Geräte aus einer durch eine Gleichrichterbrücke gleichgerichteten Netzspannung, die über eine Primärwicklung eines Transformators und einen gesteuerten elektronischen Schalter (T) periodisch auf Bezugspotential geschaltet wird, wobei in Serie zur Gleichrichterbrücke ein Strombegrenzungswiderstand geschaltet ist, sowie mit einer die Steuerelektrode des elektronischen Schalters ansteuernden Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzungswiderstand (R2) derart mit der Gleichrichterbrücke (D1 - D4) gleichstromseitig verbunden ist, dass an ihm eine negative Spannung (UR2) abfällt, die der Steuerelektrode des elektronischen Schalters (T) zugeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltnetzteil zur Erzeugung von netzgetrennten Betriebsspannungen für elektronische Geräte wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs angegeben ist.
• Derartige Schaltnetzteile erzeugen an Sekundärwicklungen eines Transformators netzgetrennte Betriebsspannungen, indem die Primärwicklung periodisch über einen steuerbaren elektronischen Schalter an eine gleichgerichtete Netzspannung gelegt wird. Seim Sperren des elektronischen Schalters wird die in der Primärwicklung des Transformators gespeicherte magnetische Energie frei und auf die Sekundärseite übertragen. Es kommt für eine verlustfreie Übertragung darauf an, daß der elektronische Schalter in möglichst kurzer Zeit gesperrt wird, da nur eine vollkommene Sperrung verlustfrei ist, andernfalls erwärmt sich der Schalter, z.B. ein Transistor, was zu seiner Zerstörung führt. Zur exakten Sperrung wird deshalb eine negative Vorspannung erzeugt und an die Steuerelektrode des Transistors gelegt, so daß bei fehlenden Ansteuerimpulsen diese negative Spannung den Transistor sofort sperrt. Dazu ist es bekannt, an die Steuerschaltung, die die lastabhängigen in ihrer Breite veränderli chen Impulse liefert, eine Diodenbatterie zu schalten, an welcher diese negative Vorspannung entsteht. Ein Elektrolytkondensator speichert diese negative Vorspannung. Der Wert des Kondensators soll einerseits klein sein, damit er schnell aufgeladen wird, andererseits soll er aber möglichst groß sein, damit er den großen Wechselstrom aushält. Der Basisstrom beträgt beim Einschalten ca. + 1A und beim Abschalten – 2A. Es muß also ein Kompromiß gefunden werden. Während der ersten Pulse in der Anlaufphase kann der Transistorschalter wegen der noch nicht vorhandenen negativen Vorspannung nicht verlustfrei gesperrt werden, so daß die Betriebsbedingungen in dieser Anlaufphase sehr hart sind. Durch das verlustbehaftete Schalten wird der Transistor thermisch zerstört und bildet so eine häufige Fehlerquelle für das Schaltnetzteil. Auch der Kondensator in der Diodenbatterie verliert mit der Zeit seine Kapazität, so daß er nicht mehr die negative Vorspannung halten kann. Durch diesen Rückkopplungseffekt wird der Transistor noch schneller zerstört.
• Ein elektronisches Schaltnetzteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der JP 01-157266 A bekannt. Aus der DE 37 32 790 A1 ist ein Schaltnetzteil bekannt, bei dem aus einer Netzspannung mittels eines passiven Netzwerks, das einen Gleichrichter aufweist, eine negative Vorspannung gewonnen wird. Diese liegt für eine Sperrung des Schalttransistors an der Treiberschaltung für den Schalttransistor an.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgehend geschilderten Nachteile zu beheben, indem die negative Vorspannung unmittelbar nach Einschalten des Schaltnetzteils zur Verfügung steht, damit der elektronische Schalter sofort gesperrt wird. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung erläutert.
• Die Netzwechselspannung UN wird nach Einschalten über den Schalter S mit Hilfe der aus den Dioden D1, D2, D3 und D4 gebildeten Gleichrichterbrücke zu einer Gleichspannung UB gleichgerichtet.
• Die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 sowie die Drosseln L1 und L2 sind für die Entstörung vorgesehen. Die gleichgerichtete Spannung UB wird am Ladekondensator C5 gesiebt. Diese Gleichspannung ist über die Primärwicklung W1 des Schaltnetzteiltransformators TR an den Transistor T geschaltet. In der Emitterleitung des Transistors T liegt ein Strommeßwiderstand R1, an welchem eine Spannung UR1 abgenommen wird, die bei Überlastung des Transistors T die den Transistor ansteuernde Schaltung IC abschaltet. Diese Ansteuerschaltung erzeugt Impulse, die in ihrer Breite veränderbar sind. Die Breite der Impulse richtet sich nach der Belastung des Schaltnetzteils. Je mehr Energie übertragen werden muß, desto breiter werden die Impulse. Die Steuerschaltung IC besteht z.B. aus der integrierten Schaltung der Type TEA 2260/61 der Firma CSF.
• An Sekundärwicklungen W2, W3 und W4 können die verschiedenen Betriebsspannungen U1, U2 und U3 für ein elektronisches Gerät über Dioden D5, D6 und D7 an Kondensatoren C6, C7 und C8 abgenommen werden. Damit der Transistor T sehr schnell abschaltet, wird mit Hilfe einer aus den Dioden D8, D9 und D10 bestehenden Diodenbatterie, der ein Kondensator C9 parallelgeschaltet ist, eine negative Vorspannung UC9 in die Ansteuerleitung für den Transistor T gelegt. Die Diode D13 dient zur Schließung des Gleichstromkreises für die Diodenbatterie. Sie kann, wie bei Verwendung der genannten integrierten Schaltung TEA 2260/61 auch in diesem bereits enthalten sein, wie dies angedeutet ist.
• Gemäß der Erfindung ist der allgemein übliche zum Schutz des Netzgleichrichters und des Netzschalters dienende Einschalt-Strombegrenzungswiderstand R2 für den Ladekondensator C5 nicht in den Wechselstromzweig der Gleichrichterbrückenschaltung gelegt, sondern in den Gleichstromzweig des Gleichrichters geschaltet. Auf diese Weise kann beim Einschalten des Netzteils, wenn also der Ladekondensator C5 noch leer ist, an diesem eine gegen Bezugspotential negative Spannung UR2 abgenommen werden, die über einen Strombegrenzungs- und Entkopplungswi derstand R3 und über eine Entkopplungsdiode D11 an die Basis des Transistors T gelangt. Die Spannung UR2 ist demnach nur beim Einschalten groß, z.B. 130 Volt. Im Betrieb beträgt sie nur etwa 6 Volt. Die Parallelschaltung aus dem Widerstand R4 und der Spule L3 dient in bekannter Weise zur Formung der negativen Ansteuerimpulse. Der Kondensator C10 in Serie zur Parallelschaltung von Diode D12 und Widerstand R5 dient zum Schutz des Transistors T gegenüber Spannungen, die beim Abschalten einer Induktivität entstehen. Bei einem praktisch erprobten Schaltungsaufbau haben sich für die Widerstände und Kondensatoren folgende Werte als günstig erwiesen:
  R2 = 2,4 Ohm, R3 = 1 kOhm, C5 = 150 μF, C9 = 100 μF.
• Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß der Transistor T schon sofort bei Inbetriebnahme des Schaltnetzteils sicher gesperrt wird, da die negative Vorspannung UR2 bereitgestellt wird, bevor es zu arbeiten beginnt. Die Erfindung vermeidet, daß man einen Kompromiß schließen muß, der darin besteht, daß der Kondensator C9 einerseits klein sein soll, damit er schnell aufgeladen ist, andererseits aber groß, damit eine große Lademenge einen großen Ausräumstrom im Basiskreis des Transistors T erzeugt. Ein zu kleiner Kondensator C9 hätte zudem den Nachteil, daß er durch die großen Ladeströme überlastet wäre, wodurch er altern würde und seine Kapazität verlieren würde. Der Kondensator kann jetzt ohne Nachteile vergrößert werden.

Claims (4)

1. Elektronisches Schaltnetzteil zur Erzeugung von netzgetrennten Betriebsspannungen für elektronische Geräte aus einer durch eine Gleichrichterbrücke gleichgerichteten Netzspannung, die über eine Primärwicklung eines Transformators und einen gesteuerten elektronischen Schalter (T) periodisch auf Bezugspotential geschaltet wird, wobei in Serie zur Gleichrichterbrücke ein Strombegrenzungswiderstand geschaltet ist, sowie mit einer die Steuerelektrode des elektronischen Schalters ansteuernden Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzungswiderstand (R2) derart mit der Gleichrichterbrücke (D1 - D4) gleichstromseitig verbunden ist, dass an ihm eine negative Spannung (UR2) abfällt, die der Steuerelektrode des elektronischen Schalters (T) zugeführt wird.
2. Elektronisches Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Spannung (UR2) über einen Begrenzungswiderstand (R3) und eine Diode (D11) an die Steuerelektrode geschaltet ist.
3. Elektronisches Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Vorspannung (UR2) über einen Begrenzungswiderstand (R3), eine Diode (D11) und eine Parallelschaltung aus einem Widerstand (R4) und einer Spule (L3) an die Steuerelektrode geschaltet ist.
4. Elektronisches Schaltnetzteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung an die Steuerelektrode des elektronischen Schalters (T) in Abhängigkeit von der Belastung des Transformators (TR) in ihrer Breite veränderbare Impulse legt, und dass eine in die Steuerzuleitung des elektronischen Schalters (T) geschaltete Diodenbatterie (D8, D9, D10) parallel zu einem Kondensator (C9) zur Erzeugung einer negativen Sperrspannung für den elektronischen Schalter (T7) zum schnellen Abschalten während der Sperrphase des elektronischen Schalters (T7) dient.