DE4116434A1 - TV power supply blocking converter with auxiliary winding only at primary transformer side - has transistor switching stage controlled by comparison of regulator input with measured value - Google Patents
TV power supply blocking converter with auxiliary winding only at primary transformer side - has transistor switching stage controlled by comparison of regulator input with measured valueInfo
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Abstract
Description
Anwendungsgebiete der Erfindung sind all jene, bei denen eine Gleich- oder Wechselspannung in einer für Sperrwandlerschaltungen gebräuchlichen Leistungsklasse aus allgemein üblichen Stromnetzen in eine andere Gleichspannung umgewandelt werden soll.Fields of application of the invention are all in which one DC or AC voltage in one for flyback converter circuits Usual performance class from common electricity networks to be converted into another DC voltage.
Dementsprechend vielfältig sind die Einsatzgebiete, welche von der Stromversorgung von TV-Geräten über die Versorgung von Beleuchtungseinrichtungen, Ladegeräten, Laserstromversorgungen bis zur Anwendung in der Computertechnik und dem wissenschaftlichen Gerätebau reichen.The areas of application, which are supported by the Power supply for TV sets via the supply of lighting equipment, Chargers, laser power supplies up to Application in computer technology and scientific Device construction is enough.
Transverterschaltungen in der Ausführung als selbstschwingender Sperrwandler, welcher außer einer Primär- und einer Sekundärwicklung noch mindestens eine zusätzliche Steuerwicklung zur Bereitstellung des Basisstroms für den Schalttransistor und einer negativen Spannung zu dessen zyklischen Abschalten aufweisen, sind hinreichend bekannt.Transverter circuits as self-oscillating Flyback converter, which in addition to a primary and a secondary winding at least one additional tax winding to provide of the base current for the switching transistor and one have negative voltage for its cyclical shutdown well known.
Weiterhin ist es üblich, wenn die Anforderungen an die Konstanz der Ausgangsspannung(en) nicht zu hoch sind, die Regelung der Ausgangsspannung(en) von der Primärseite her vorzunehmen, wofür ein Sperrwandler von seinem physikalischen Wirkprinzip her besonders geeignet ist. Damit entfällt die Notwendigkeit der potentialgetrennten Übertragung des Reglerausgangssignals von der Sekundärseite der Gesamtschaltung auf die Primärseite.It is also common if the requirements for constancy the output voltage (s) are not too high, the regulation of the Output voltage (s) from the primary side, for what a flyback converter from its physical principle of action particularly suitable is. This eliminates the need for Isolated transmission of the controller output signal from the secondary side of the overall circuit on the primary side.
Eine solche Schaltung ist beispielsweise in der Patentschrift DD 2 55 826 beschrieben.Such a circuit is for example in the patent DD 2 55 826.
Darüber hinaus ist es zur Sicherung eines korrekten und verlustleistungsarmen Schaltverhaltens wünschenswert, den Basisstrom zur Steuerung des Schalttransistors so zu beeinflussen, daß er dem Kollektorstrom in einem konstanten, proportionalen Verhältnis angepaßt ist.In addition, it is to ensure a correct and low power loss Switching behavior desirable, the base current for Control of the switching transistor to influence that he Collector current in a constant, proportional ratio is adjusted.
Die Steuerung des Basisstroms in der beschriebenen Weise ist z. B. in der Patentschrift DD 2 25 571 dargestellt.The control of the base current in the manner described is e.g. B. represented in the patent specification DD 2 25 571.
Auch ist die Vereinigung eines primärseitig geregelten und selbstschwingenden Sperrwandlers mit kollektorstromproportionalem Basisstrom durch die Patentschriften DD 2 22 462 und DD 2 23 308 bekannt.Also, the unification of a primary regulated and self-oscillating flyback converter with collector current proportional Base current through the patents DD 2 22 462 and DD 2 23 308 known.
Bei diesen Schaltungen besteht allerdings die Problematik, daß die Regelstufen keinen primärseitigen Massebezug besitzen. Aus diesem Grunde sind Symmetriewiderstände erforderlich, welche die Regelstufe potentialmäßig so zu den übrigen Schaltungsteilen legen, daß ein spannungsgeregelter Betrieb überhaupt erst möglich wird. Diese Symmetriewiderstände müssen ein Mehrfaches des Stromes führen, der für den Betrieb der Vergleichsstufe notwendig wäre. Dadurch werden allerdings nachteiligerweise der Wirkungsgrad und die Regelgenauigkeit beeinträchtigt.With these circuits, however, there is the problem that the Control stages do not have a primary reference to ground. For this Basically, symmetry resistors are required, which is the control level potential to the other circuit parts so that voltage-controlled operation is possible in the first place. These Symmetry resistors must carry a multiple of the current that would be necessary for the operation of the comparison stage. This will however, the efficiency and the control accuracy are disadvantageous impaired.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln, insbesondere ohne weitere zusätzlich zur Versorgung des Schalttransistors erforderliche primärseitige Hilfswicklung des Übertragers, ohne Symmetriewiderstände und ohne zusätzliche Rückkopplungsmittel vom Ausgangs- zum Primärkreis, z. B. mittels Optokoppler, eine ausgangsspannungsproportionale und primärpotentialbezogene Regelspannung für die Einschaltdauer des Schalttransistors zu gewinnen.The invention is based, with the simplest possible Funds, in particular without further in addition to supplying the Switching transistor required primary-side auxiliary winding of the Transformer, without symmetry resistors and without additional Feedback means from the output to the primary circuit, e.g. B. means Optocoupler, an output voltage proportional and primary potential related Control voltage for the duty cycle of the Switching transistor to win.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Sperrwandler mit nur einer primärseitigen Übertrager-Hilfswicklung, enthaltend einen Schalttransistor, in dessen Kollektorkreis sich eine Primärwicklung des Übertragers befindet und dessen Emitter mit Primärbezugspotential verbunden ist, wobei ein Strommeßwiderstand am Emitter mit dem Eingang einer spannungsgesteuerten und primärpotentialbezogenen Stromquelle gekoppelt ist, die ausgangsseitig über die Übertrager-Hilfswicklung mit der Basis des Schalttransistors in Verbindung steht, sowie enthaltend einen ebenfalls primärpotentialbezogenen Regler, der eingangsseitig an einen über eine Entkoppeldiode jeweils in der Sperrphase des Sperrwandlers aufgeladenen Kondensator angeschlossen ist und ausgangsseitig über eine Vergleichsstufe zum Vergleich der Reglerausgangsspannung und dem Spannungsabfall am Strommeßwiderstand mit einer Schaltstufe zur Basisstromabschaltung des Schalttransistors in Verbindung steht, dadurch gelöst, daß der Knotenpunkt zwischen dem Ausgang der spannungsgesteuerten Stromquelle und der Übertrager-Hilfswicklung über mindestens zwei in Reihe geschaltete und in der Sperrphase des Wandlers leitende Dioden mit dem Primärbezugspotential verbunden ist und daß die Entkopplungsdiode auf dem anderen Anschluß der Übertrager-Hilfswicklung geführt ist.According to the invention, this object is achieved with a flyback converter with only a primary-side transformer auxiliary winding containing one Switching transistor, in the collector circuit of which there is a primary winding of the transformer and its emitter with primary reference potential is connected, with a current measuring resistor on Emitter with the input of a voltage controlled and primary potential related Power source is coupled, the output side via the transformer auxiliary winding with the base of the switching transistor is connected, and also contains one primary potential-related controller, the input side to a a decoupling diode each in the blocking phase of the flyback converter charged capacitor is connected and on the output side via a comparison stage for comparing the Controller output voltage and the voltage drop across the current measuring resistor with a switching stage for switching off the base current of the Switching transistor is connected, thereby solved, that the node between the output of the voltage controlled Power source and the transformer auxiliary winding over at least two connected in series and conducting in the blocking phase of the converter Diodes is connected to the primary reference potential and that the Decoupling diode on the other terminal of the transformer auxiliary winding is led.
Der Schalttransistor bezieht seinen Basisstrom in an sich bekannter Weise über eine spannungsgesteuerte Stromquelle und eine primärseitige Übertrager-Hilfswicklung, wobei ein Meßwiderstand im Emitterzweig des Schalttransistors mit dem Eingang der spannungsgesteuerten Stromquelle verbunden ist. Gleichzeitig bildet das Emitterpotential des Schalttransistors das Bezugspotential für einen Regler und eine Vergleichsstufe zur Abschaltung des Schalttransistors. Der kollektorstromabhängige Spannungsabfall am Meßwiderstand im Emitterzweig steuert somit die Stromquelle für die Basisstromversorgung des Schalttransistors über die Übertrager-Hilfswicklung und ist gleichzeitig Vergleichsgröße zur Einleitung des Abschaltvorganges für den Schalttransistor.The switching transistor draws its base current in itself known manner via a voltage controlled current source and primary-side transformer auxiliary winding, with a measuring resistor in Emitter branch of the switching transistor with the input of the voltage controlled Power source is connected. At the same time that forms Emitter potential of the switching transistor is the reference potential for a regulator and a comparison stage for switching off the switching transistor. The collector current dependent voltage drop across the measuring resistor in the emitter branch thus controls the current source for the Base power supply for the switching transistor via the transformer auxiliary winding and is at the same time a comparison variable for introduction the switch-off process for the switching transistor.
In der Wandler-Sperrphase kehrt sich die Polarität in der primärseitigen Übertrager-Hilfswicklung um. Über mindestens zwei in Reihe geschalteten Dioden wird der Knotenpunkt zwischen der Übertrager-Hilfswicklung und dem Ausgang der spannungsgesteuerten Stromquelle unter Berücksichtigung der Dioden-Flußspannungen auf das Primär-Bezugspotential gezogen. Damit lädt die besagte Übertrager-Hilfswicklung über diese Dioden und über eine Entkoppeldiode an ihrem anderen (schalttransistorseitigen) Anschluß einen Kondensator auf, der primärpotentialbezogen mit dem Eingang des Reglers in Verbindung steht. Gleichzeitig wird die Spannung über der Stromquelle auf die Größe der besagten Diodenflußspannungen begrenzt. Aus der Ladespannung des Kondensators bildet der Regler eine aktuelle Sollgröße für den Spannungsvergleich zum Abschalten des Schalttransistors in der nachfolgenden Wandler-Leitphase. Einerseits dient die primärseitige Hilfswicklung bekannterweise zur Basisstromgewinnung für die kollektorstromproportionale Basissteuerung des Schalttransistors an sich, andererseits wird auch aus eben dieser Hilfswicklung ohne weitere erforderliche Wandler-Rückkopplungsmittel eine aktuelle vom Ausgangszustand des Wandlers abhängige Sollgröße für die Abschaltung des Schalttransistors in der nächstfolgenden Wandler-Leitphase erzeugt. Die Gewinnung dieser Sollgröße ist primärbezugspotentialbezogen, erfordert keine Symmetriewiderstände und ähnliche Mittel, welche die Verlustleistung des Sperrwandlers nachteilig beeinflussen würden, und erfolgt mit einfachsten Mitteln, insbesondere ohne zusätzlich benötigte Hilfswicklungen des Übertragers.In the converter blocking phase, the polarity reverses in the primary side Transformer auxiliary winding. About at least two in Series connected diodes becomes the node between the transformer auxiliary winding and the output of the voltage controlled Current source taking into account the diode forward voltages the primary reference potential is drawn. This loads the auxiliary transformer winding via these diodes and via a decoupling diode at their other (switching transistor side) connection one Capacitor connected to the primary potential with the input of the Controller is connected. At the same time the tension is over the current source to the magnitude of said diode forward voltages limited. The regulator forms from the charging voltage of the capacitor a current setpoint for the voltage comparison to switch off of the switching transistor in the subsequent converter lead phase. On the one hand, the primary-side auxiliary winding is known to serve for generating basic electricity for basic control proportional to the collector current of the switching transistor itself, on the other hand, is also off this auxiliary winding without any further converter feedback means required a current from the initial state of the converter dependent setpoint for switching off the switching transistor in the next following converter leading phase. The extraction this target variable is related to the primary reference potential and does not require any Resistance to symmetry and similar means, the power loss of the flyback converter would adversely affect, and is done with the simplest of means, especially without additional ones required auxiliary windings of the transformer.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Der Kollektor eines Schalttransistors 1 steht über eine Primärwicklung 2 eines Übertragers mit einer Spannungs-Eingangsklemme 3 in Verbindung. Der Emitter des Schalttransistors 1, der ein Primärbezugspotential 4 darstellt, ist über einen Strommeßwiderstand 5 sowie über ein an sich bekanntes Netzwerk 6 zur Gewinnung einer Abschaltspannung für den Schalttransistor 1 aus dem Eingangsstrom des Sperrwandlers auf eine zweite Spannungs-Eingangsklemme 7 geführt. Eine Sekundärwicklung 8 des Übertragers ist bekannterweise über einen Gleichrichter 9 an einen Ausgangskondensator 10 und einen parallel zu diesem liegenden Lastwiderstand 11 angeschlossen. Der Schalttransistor 1 bezieht seinen Basisstrom primärpotentialbezogen über eine spannungsgesteuerte Stromquelle 12 aus einer primärseitigen Hilfswicklung 13 des Übertragers, die in Reihe vom Ausgang der Stromquelle 12 zur Basis des Schalttransistors 1 liegt. Gleichzeitig steht die Basis des Schalttransistors 1 über eine Schaltstufe 14 zur Basisstromabschaltung mit dem Netzwerk 6 zur Gewinnung der besagten Abschaltspannung in Verbindung. Die Schaltstufe 14 besitzt einen Steuereingang, der mit dem Ausgang einer auf Primärbezugspotential 4 liegenden Vergleichsstufe 15 mit einem Sollwert-Eingang 16 und mit einem Istwert-Eingang 17 gekoppelt ist. Der Istwert-Eingang 17 ist mit dem Strommeßwiderstand 5 und der Sollwert-Eingang 16 mit dem Ausgang eines ebenfalls auf Primärbezugspotential 4 liegenden Reglers 18 verbunden. Der Regler 18 steht eingangsseitig mit einem Ladekondensator 19 gegen Primärpotential 4 sowie über ein Integrationsglied 20 und über eine Entkoppeldiode 21 mit dem Wicklungsanfang der primärseitigen Hilfswicklung 13 und mit der Basis des Schalttransistors 1 in Verbindung. Das Wicklungsende der Hilfswicklung 13, das mit dem Ausgang der Stromquelle 12 verbunden ist, ist über zwei in Reihe geschaltete und in der Sperrphase des Sperrwandlers leitende Dioden 22, 23 mit dem Primärbezugspotential 4 gekoppelt.The invention will be explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. The collector of a switching transistor 1 is connected to a voltage input terminal 3 via a primary winding 2 of a transformer. The emitter of the switching transistor 1, which is a primary reference potential 4 is guided via a current measuring resistor 5 and on a per se known network 6 to obtain a cut-off voltage for the switching transistor 1 of the input current of the flyback converter to a second voltage input terminal. 7 A secondary winding 8 of the transformer is known to be connected via a rectifier 9 to an output capacitor 10 and a load resistor 11 lying parallel to it. The switching transistor 1 draws its base current based on primary potential via a voltage-controlled current source 12 from a primary-side auxiliary winding 13 of the transformer, which is connected in series from the output of the current source 12 to the base of the switching transistor 1 . At the same time, the base of the switching transistor 1 is connected via a switching stage 14 for switching off the base current to the network 6 for obtaining the switch-off voltage. The switching stage 14 has a control input which is coupled to the output of a comparison stage 15 lying at primary reference potential 4 with a setpoint input 16 and with an actual value input 17 . The actual value input 17 is connected to the current measuring resistor 5 and the setpoint input 16 is connected to the output of a controller 18 which is also at the primary reference potential 4 . The controller 18 is connected on the input side to a charging capacitor 19 against primary potential 4 and via an integration element 20 and via a decoupling diode 21 to the start of the winding of the auxiliary winding 13 on the primary side and to the base of the switching transistor 1 . The winding end of the auxiliary winding 13 , which is connected to the output of the current source 12 , is coupled to the primary reference potential 4 via two diodes 22, 23 connected in series and conducting in the blocking phase of the flyback converter.
Während der Leitphase des Schalttransistors 1 steigt dessen Kollektorstrom durch die Primärwicklung 2 zeitlinear von Null an. During the conducting phase of the switching transistor 1 , its collector current rises linearly from zero through the primary winding 2 .
Dabei erzeugt der Emitterstrom des Schalttransistors 1, der annähernd dessen Kollektorstromgröße entspricht, einen Kollektorstromproportionalen Spannungsabfall am Strommeßwiderstand 5, der am Eingang der spannungsgesteuerten Stromquelle 12 gegen Primärbezugspotential 4 anliegt. Auf diese an sich bekannte Weise wird die Basisstromversorgung des Schalttransistors 1 aus der Hilfswicklung 13 über die Stromquelle 12 Kollektorstromabhängig gesteuert. Gleichzeitig bildet der Spannungsabfall über dem Strommeßwiderstand 5 eine kollektorstromproportionale Istwert-Größe für die Vergleichsstufe 15 zur Basisstromabschaltung des Schalttransistors 1 über die Schaltstufe 14. Zu dieser Basisstromabschaltung stellt das Netzwerk 6, das im einfachsten Fall aus Dioden und Kondensatoren bestehen kann, aus dem Eingangsstrom des Sperrwandlers eine negative Abschaltspannung bereit, die bei aktivem Ausgang der Vergleichsstufe 15 über die Schaltstufe 14 auf die Basis des Schalttransistors 1 zu dessen Ladungsträgerausräumung wirkt. Die Vergleichsstufe 15 wirkt somit als Spitzenstromschalter und vergleicht die kollektorstromproportionale Istwert-Eingangsgröße vom Strommeßwiderstand 5 mit einer vom Ausgang des Reglers 18 vorgegebenen Sollwertgröße. Erreicht bzw. überschreitet der kollektorstromproportionale Istwert diese Referenzgröße, wird der besagte Basisstrom-Abschaltvorgang initiiert.The emitter current of the switching transistor 1 , which approximately corresponds to its collector current size, generates a collector current-proportional voltage drop across the current measuring resistor 5 , which is present at the input of the voltage-controlled current source 12 against primary reference potential 4 . In this manner known per se, the base current supply of the switching transistor 1 is controlled from the auxiliary winding 13 via the current source 12 as a function of the collector current. At the same time, the voltage drop across the current measuring resistor 5 forms an actual value value which is proportional to the collector current for the comparison stage 15 for switching off the base current of the switching transistor 1 via the switching stage 14 . For this base current switch-off, the network 6 , which in the simplest case can consist of diodes and capacitors, provides a negative cut-off voltage from the input current of the flyback converter, which acts on the base of the switching transistor 1 to clear its charge carrier when the comparison stage 15 has an active output via the switching stage 14 . The comparison stage 15 thus acts as a peak current switch and compares the collector current-proportional actual value input variable from the current measuring resistor 5 with a setpoint value predetermined by the output of the controller 18 . If the actual value proportional to the collector current reaches or exceeds this reference value, the said base current switch-off process is initiated.
Während der Sperrphase des Sperrwandlers wird die im Übertrager gespeicherte Energie in den Ausgangskreis abgegeben, wobei sich die Polarität der Hilfswicklung 13 umkehrt. Damit werden die Dioden 22, 23 leitend, so daß der Knotenpunkt zwischen der Hilfswicklung 13 und dem Ausgang der Stromquelle 12 bis auf die Summe der Diodenflußspannungen auf Primärbezugspotential 4 gezogen wird. Gleichzeitig wird die Spannung über der primärpotentialbezogenen Stromquelle 12 auf die Größe dieser Diodenflußspannungen begrenzt. über die in der Sperrphase des Sperrwandlers aufgrund der Spannungsverhältnisse an der Hilfswicklung 13 ebenfalls leitende Entkoppeldiode 21 sowie über das Integrationsglied 20 wird aus der gleichen Hilfswicklung 13, die in der Leitphase des Schalttransistors 1 zu dessen Basisstromeinspeisung dient, der Ladekondensator 19 auf eine der Wandlerausgangsspannung proportionale negative Spannung gegen Primärbezugspotential 4 aufgeladen. Diese negative Spannung des Ladekondensators 19 wertet der Regler 18 aus und bildet daraus aktualisiert die Sollwert-Größe für die Vergleichsstufe 15, bei welchem in der nächstfolgenden Leitphase des Sperrwandlers der Schalttransistor 1 abzuschalten ist. Das aus einer Induktivität 24 mit parallelgeschaltetem Widerstand 25 bestehende Integrationsglied 20 beeinflußt bekannterweise die Integrationskonstante und verbessert die Proportionalität zwischen der Wandlerausgangsspannung am Lastwiderstand 11 und der Spannung des Ladekondensators 19.During the blocking phase of the flyback converter, the energy stored in the transformer is released into the output circuit, the polarity of the auxiliary winding 13 being reversed. The diodes 22, 23 thus become conductive, so that the node between the auxiliary winding 13 and the output of the current source 12 is pulled to the primary reference potential 4 except for the sum of the diode forward voltages. At the same time, the voltage across the primary potential-related current source 12 is limited to the magnitude of these diode flux voltages. Via the decoupling diode 21 , which is also conductive in the blocking phase of the flyback converter due to the voltage conditions on the auxiliary winding 13, and via the integration element 20 , the same auxiliary winding 13 , which is used in the leading phase of the switching transistor 1 to feed its base current, transforms the charging capacitor 19 into a proportion of the converter output voltage negative voltage against primary reference potential 4 charged. The controller 18 evaluates this negative voltage of the charging capacitor 19 and uses this to update the setpoint value for the comparison stage 15 , at which the switching transistor 1 is to be switched off in the next leading phase of the flyback converter. The integration element 20 , consisting of an inductor 24 with a resistor 25 connected in parallel, is known to influence the integration constant and improve the proportionality between the converter output voltage at the load resistor 11 and the voltage of the charging capacitor 19 .
Wenn der Übertrager am Ende der Sperrphase des Sperrwandlers entmagnetisiert und die von der Leitphase gespeicherte Energie vollständig in den Ausgangskreis abgegeben ist, kehren sich die Wicklungs-Spannungsverhältnisse des Übertragers, so auch die Polarität der Hilfswicklung 13, wieder um. Infolge dessen sind die Dioden 22, 23 und die Entkoppeldiode 21 gesperrt. Der Knotenpunkt zwischen Hilfswicklung 13 und der Stromquelle 12 wird vom Primärbezugspotential 4 gelöst, und die Hilfswicklung 13 dient nicht mehr zur Speisung des Ladekondensators 19, sondern wieder zur Basisstromeinspeisung des Schalttransistors 1.When the transformer is demagnetized at the end of the blocking phase of the flyback converter and the energy stored by the leading phase is completely released into the output circuit, the winding-voltage ratios of the transformer, and also the polarity of the auxiliary winding 13 , are reversed. As a result, the diodes 22 , 23 and the decoupling diode 21 are blocked. The node between the auxiliary winding 13 and the current source 12 is released from the primary reference potential 4 , and the auxiliary winding 13 is no longer used to supply the charging capacitor 19 , but again to supply the base current to the switching transistor 1 .
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| DE19914116434 DE4116434A1 (en) | 1991-05-18 | 1991-05-18 | TV power supply blocking converter with auxiliary winding only at primary transformer side - has transistor switching stage controlled by comparison of regulator input with measured value |
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Publications (1)
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| DE19914116434 Withdrawn DE4116434A1 (en) | 1991-05-18 | 1991-05-18 | TV power supply blocking converter with auxiliary winding only at primary transformer side - has transistor switching stage controlled by comparison of regulator input with measured value |
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| DE (1) | DE4116434A1 (en) |
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1991
- 1991-05-18 DE DE19914116434 patent/DE4116434A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |