DE4204912C2 - Schaltnetzteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil mit Merkma­ len gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem als Überstromschutzschaltung wirkenden, bekannten Schaltnetzteil dieser Art (JP 2-119529 (A) in "Patents Abstr. of Japan", Sect. E, 1990, Vol. 14, Nr. 346 (E-956)) weist ein Leistungsübertrager eine Primärwicklung auf, die von einem steuerbaren elektronischen Schalter schaltbar ist; der Schal­ ter ist von einem Pulsbreitenmodulator gesteuert. Von dem Sekundärwicklungskreis des Leistungsübertragers wird eine Spannung auf den Steuereingang des Pulsbreitenmodulators ge­ führt. Eine zusätzliche Wicklung des Leistungsübertragers ist über eine Gleichrichterschaltung mit einem Stromversorgungs­ eingang des Pulsbreitenmodulators verbunden. Über einen Rück­ kopplungswiderstand ist die von der Gleichrichterschaltung abgegebene Spannung der primärseitig am Schaltnetzteil lie­ genden Spannung überlagert, wodurch eine konstante Ausgangs­ spannung bewirkt ist.

Ein anderes bekanntes Schaltnetzteil ist in der Siemens- Druckschrift "Schaltbeispiel - Sperrwandler-SNT mit mehreren Ausgangsspannungen", Bestell-Nr. B/3032 beschrieben. Bei die­ sem bekannten Schaltnetzteil wird in einem eine 5 V-Spannung abgebenden Sekundärwicklungskreis hinter Glättungsmitteln eine Spannung abgenommen und einer Steuer- und Regelschaltung zugeführt. Diese Schaltung ist mit einem Verstärker versehen, dem ausgangsseitig die Sendeseite eines Optokopplers nachge­ ordnet ist. Empfangsseitig ist an den Optokoppler ein Puls­ breitenmodulator angeschlossen, der als integrierte Schaltung ausgeführt ist. Die von dem Pulsbreitenmodulator erzeugten Impulse dienen zur Ansteuerung eines steuerbaren elektroni­ schen Schalters, der als Feldeffekttransistor ausgebildet ist. Durch diesen Transistor wird der Stromfluß durch eine Primärwicklung des Leistungsübertragers des bekannten Schalt­ netzteils entsprechend den Ansteuerimpulsen gesteuert, wobei durch die Steuer- und Regelschaltung dafür gesorgt ist, daß am Ausgang des Sekundärwicklungskreises eine konstante Span­ nung von 5 V erreicht wird.

Um bei einem Schaltnetzteil der bekannten Art die Ausgangs­ spannung im Sekundärwicklungskreis des Leistungsübertragers bei einer Störung zu begrenzen, könnte man daran denken, dort eine Überwachungsschaltung mit einem Thyristor vorzusehen, wie sie an sich beispielsweise aus der Zeitschrift "Elektronik" 22 (1981), S. 57 bis 61 bekannt ist. Jedoch ergeben sich dabei Leistungsverluste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil mit geregelter Ausgangsspannung im Sekundärwicklungskreis seines Leistungsübertragers so auszugestalten, daß bei einer Störung im Bereich der Regelstrecke die Ausgangsspannung im Sekundärwicklungskreis leistungslos auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schaltnetzteil der eingangs angegebenen Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgeführt.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils besteht darin, daß bei einem Fehlerfall auf seiner Regel­ strecke eine leistungslose Begrenzung der Ausgangsspannung erfolgt. Außerdem wird in vorteilhafter Weise verhindert, daß bei einer Störung auf der Regelstrecke, die in einer Unter­ brechung des Regelkreises besteht, eine Zerstörung des elek­ tronischen Schalters eintreten kann. Dabei ist dies alles mit vergleichsweise geringem schaltungstechnischen Mehraufwand erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil kann die spannungs­ empfindliche Schalteinrichtung in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein; als besonders vorteilhaft wird es im Hinblick auf die Erzielung eines möglichst geringen Aufwan­ des angesehen, wenn die spannungsempfindliche Schalteinrich­ tung eine Zenerdiode enthält, die bei einer vorgegebenen Spannung an der zusätzlichen Wicklung durchbricht.

Um auf jeden Fall eine Überlastung des steuerbaren elektroni­ schen Schalters im Störfalle zu verhindern, ist dem Widerstand am steuerbaren Schaltelement eine Reihenschaltung aus zwei weiteren Widerständen parallel geschaltet, deren Abgriff mit einem Anschluß der Schaltstrecke des steuerbaren elektroni­ schen Schalters verbunden ist.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils darge­ stellt.

An Eingangsklemmen 1 und 2 des dargestellten Ausführungsbei­ spiels eines Schaltnetzteils liegt eine Gleichspannung U_E, aus der - wie unten näher erläutert wird - an Ausgangsklemmen 3 und 4 bzw. 5 und 6 Gleichspannungen U_A1 und U_A2 gewonnen werden. Zu diesem Zwecke enthält das Schaltnetzteil u. a. einen Leistungsübertrager 7, der mit einer Primärwicklung 8 einerseits unmittelbar an die Eingangsklemme 1 und anderer­ seits mit einem steuerbaren elektronischen Schalter 9 ver­ bunden ist. Dieser steuerbare Schalter 9 bildet zwischen einem äußeren Anschluß 10 und einem weiteren äußeren Anschluß 11 eine Schaltstrecke; der Anschluß 10 steht mit der anderen Eingangsklemme 2 in Verbindung, während der andere Anschluß 11 zur Primärwicklung 8 geführt ist. Der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Feldeffekttransistor ausgebildete elek­ tronische Schalter 9 ist mit seinem Steuereingang 12 an einen Steuerausgang 13 eines Pulsbreitenmodulators 14 angeschlossen, der so aufgebaut sein kann, wie es in der eingangs erwähnten Siemens-Druckschrift beschrieben ist. An einen Steuereingang 15 des Pulsbreitenmodulators 14 ist ein Ausgang 16 eines Optokopplers 17 angeschlossen, der mit seinem Eingang 18 einer Verstärkerschaltung 19 nachgeordnet ist, die ihrerseits an einen Sekundärwicklungskreis 20 unter Erfassung der dort anstehenden Spannung U_A1 angeschlossen ist.

Der Sekundärwicklungskreis 20 umfaßt u. a. eine Sekundär­ wicklung 21, der über Gleichrichterelemente 22 und 23 Glät­ tungsmitteln nachgeordnet sind, die im dargestellten Bei­ spiel aus einer Drossel 24 und einem Kondensator 25 be­ stehen. Der Sekundärwicklungskreis 20 ist so bemessen, daß an seinen Ausgängen 5 und 6 eine Spannung U_A1 = 5 V vorhanden ist.

Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein zweiter Sekundär­ wicklungskreis 26 vorhanden ist, der ähnlich wie der eine Se­ kundärwicklungskreis 20 aufgebaut ist und an seinen Ausgängen 3 und 4 eine Spannung von 15 V abgibt.

Wie die Figur ferner erkennen läßt, ist der Leistungsübertrager 7 mit einer zusätzlichen Wicklung 27 versehen, die mit ihrem einen Wicklungsende an Masse liegt und mit ihrem anderen Wicklungsende über eine Gleichrichteranordnung mit den Gleich­ richtern 28 und 29 sowie ein Siebglied mit einer Drossel 30 und einem Kondensator 31 sowie einen zusätzlichen Gleich­ richter 32 mit einem Stromversorgungseingang 33 des Pulsbrei­ tenmodulators 14 verbunden ist. Von der zusätzlichen Wicklung 27 wird somit eine Hilfsspannung U_H erzeugt, die durch eine spannungsempfindliche Schalteinrichtung 34 in Reihe mit einem Widerstand 35 auf ihren Schwellwert überwacht wird. Im darge­ stellten Ausführungsbeispiel enthält die spannungsempfindliche Schalteinrichtung 34 eine Zenerdiode 36 in Reihe mit einem Widerstand 37. Nimmt die Hilfsspannung U_H einen derartigen Wert an, daß die Zenerspannung an der Zenerdiode 36 erreicht wird, dann bricht diese Diode durch, woraufhin ein steuerba­ res elektronisches Schaltelement 38 in Form eines Transistors leitend wird. Dieses elektronische Schaltelement 38 ist an einen Strombegrenzungseingang 39 des Pulsbreitenmodulators 14 mit seiner Schaltstrecke angeschlossen; sein Steuereingang 40 ist mit der Zenerdiode 36 bzw. dem Widerstand 35 verbunden. Wird die Schaltstrecke dieses steuerbaren Schaltelementes geschlossen, dann wird vom Pulsbreitenmodulator 14 nur eine derartige Impuls folge an den Steuereingang 12 des steuerbaren Schalters 9 abgegeben, daß am Ausgang 5, 6 des Sekundärwick­ lungskreises 20 eine vorgegebene Spannung von z. B. 6 V auftritt. Dies setzt voraus, daß eine Zenerdiode 36 mit entsprechender Durchbruchspannung gewählt ist.

Parallel zu dem Widerstand 35 ist eine Reihenschaltung 41 aus zwei weiteren Widerständen 42 und 43 angeordnet und zwar derart, daß ihr Abgriff 44 mit einem Ende 10 der Schaltstrecke des steuerbaren Schalters 9 verbunden ist. Damit wird das Po­ tential an diesem Anschluß 10 auch in Abhängigkeit von dem Zustand der spannungsempfindlichen Schalteinrichtung 34 gesteuert und somit zusätzlich der Maximalstrom durch den steuerbaren Schalter 9 begrenzt, wodurch dieser vor Zerstörung geschützt ist.

Ergänzend ist noch darauf hinzuweisen, daß der Leistungs­ übertrager 7 des dargestellten Schaltnetzteiles eine wei­ tere Wicklung 45 aufweist, die zusammen mit einem ange­ schlossenen Gleichrichter zur Entmagnetisierung dient. Eine eingangsseitig vorgesehene Reihenschaltung aus einem Wider­ stand 47 und einer zusätzlichen Zenerdiode 48, denen ein Transistor 49 nachgeordnet ist, dient zum Anlauf des darge­ stellten Schaltnetzteils. Ein Kondensator 50 ist zur Stützung der Versorgungsspannung vorgesehen.

Claims (3)

1. Schaltnetzteil mit einem Leistungsübertrager mit einer von einem steuerbaren elektronischen Schalter mit vorgeordnetem Pulsbreitenmodulator geschalteten Primärwicklung und mit mindestens einem Sekundärwicklungskreis, von dem eine Spannung auf einen Steuereingang des Pulsbreitenmodulators geführt ist, sowie mit einer zusätzlichen Wicklung, die mit einem Stromversorgungseingang des Pulsbreitenmodulators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine spannungsempfindliche Schalteinrichtung (34) mit Schwellwert einerseits mit dem Stromversorgungseingang (33) und andererseits mit dem Steueranschluß (40) eines steuerbaren elektronischen Schaltelementes (38) verbunden ist, das mit seiner Schaltstrecke einem Strombegrenzungs­ eingang (39) des Pulsbreitenmodulators (14) vorgeordnet ist und
• - ein Widerstand (35) zwischen dem Steueranschluß (40) und dem pulsbreitenmodulatorabgewandten Ende der Schaltstrecke des steuerbaren Schaltelementes (38) angeordnet ist.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die spannungsempfindliche Schalteinrichtung (34) eine Zenerdiode (36) enthält.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - dem Widerstand (35) eine Reihenschaltung aus weiteren Wider­ ständen (42, 43) parallel geschaltet ist, deren Abgriff (44) mit einem Anschluß (10) der Schaltstrecke des steuer­ baren Schalters (9) verbunden ist.