DE4342805A1 - Selbstschwingendes Schaltnetzteil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem selbstschwingenden Schaltnetz­ teil gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Schaltnetzteil ist bekannt durch die DE-OS 42 12 472. Es benötigt in der Regel einen Trenntransformator mit drei Primär­ wicklungen. Das sind die eigentliche Arbeitswicklung in Reihe mit dem Schalttransistor, eine Wicklung für die Mitkopplung zur Schwingungserzeugung sowie eine weitere Wicklung für die Erzeugung der Regelspannung zur Stabilisierung der von dem Schaltnetzteil erzeugten Betriebsspannungen. Außerdem enthalt der Trenntransformator mehrere Sekundärwicklungen zur Erzeugung von Betriebsspannungen unterschiedlicher Größe und Polarität. Ein derartiger Transformator ist daher ein relativ kompliziertes Bauteil mit einer Vielzahl von Anschlußstiften, sogenannten Pins.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Transformator für ein derartiges selbstschwingendes Schaltnetzteil zu vereinfa­ chen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung werden somit der Mitkopplungsweg für die Schwingungserzeugung und der Regelspannungsweg von derselben zweiten primärseitigen Wicklung gesteuert. Dieses ist dadurch möglich, daß der Mitkopplungsweg auf die positive Halbwelle und der Regelspannungsweg auf die negative Halbwelle des von der zweiten Wicklung gelieferten Impulses anspricht.

Vorzugsweise ist an die zweite Wicklung zusätzlich eine auf die positive Halbwelle ansprechende Gleichrichterschaltung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für primärseitige Bauteile angeschlossen. Bei dieser Lösung wird die zweite Wicklung somit für drei Aufgaben ausgenutzt. Die dabei erzeugte Betriebsspan­ nung dient vorzugsweise zur Speisung eines Regelverstärkers im Regelspannungsweg.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind an ein Ende der zweiten Wicklung zwei entgegengesetzt gepolte Dioden angeschlos­ sen, von denen eine zur Erzeugung der Regelspannung und die an­ dere zur Erzeugung der Betriebsspannung dient. Zur Erzielung der genannten Mitkopplung zur Schwingungserzeugung sind die Arbeits­ wicklung und die zweite Wicklung gleichsinnig gepolt.

Im Fußpunkt des Schalttransistors liegt vorzugsweise ein Strommeßwiderstand, der an die Basis eines Abschalttransistors angeschlossen ist, der zwischen einem Punkt im Basisweg des Schalttransistors und Erde liegt. Die Regelspannung ist über ei­ nen Regelverstärker an die Basis des Abschalttransistors angelegt.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kollektor des Schalttransistors über eine amplitudenselektive, auf den positi­ ven Impuls zu Beginn der Sperrphase ansprechende Schaltung mit der Basis eines Abschalttransistor verbunden, dessen Kollek­ tor/Emitter-Strecke zwischen einem Punkt in der Basisleitung des Schalttransistors und Erde liegt. Die amplitudenselektive Schaltung ist vorzugsweise ein sogenanntes Snubber-Netzwerk aus der Reihenschaltung eines Kondensators und der Parallelschaltung eines Widerstandes und einer Diode. Durch diese Variante werden das Abschaltverhalten des Schalttransistors betrachtlich verbessert und die Abschaltverluste an diesem Transistor verringert.

Vorzugsweise ist ein zur Temperaturkompensation dienender Transistor vorgesehen, dessen Kollektor/Emitter-Strecke parallel zur Basis/Emitter-Strecke eines Transistors des Regelverstärkers liegt und dessen Basis an den Abgriff eines Spannungsteiler an­ geschlossen ist, der zwischen der Quelle der Regelspannung und Erde liegt.

Dadurch, daß dieselbe Primärwicklung des Transformators mehr­ fach, namlich doppelt oder dreifach ausgenutzt wird, wird der Trenntransformator wesentlich vereinfacht. Es kann dann derselbe Trafo vorzugsweise für verschiedene Konzepte eines Schaltnetz­ teiles eingesetzt werden. Die an dem Trafo auftretenden Verluste und die Temperatur werden verringert, so daß gegebenenfalls auf ein Kühlblech verzichtet werden kann. Durch die Reduzierung der Zahl der Wicklungen wird auch die Anzahl der am Transformator notwendigen Anschlußstifte oder Pins verringert. Ebenso wird der gesamte Platzbedarf des Transformators herabgesetzt. Auch die Herstellung des Transformators, insbesondere der Wickelvorgang, wird vereinfacht. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für kleine Schaltnetzteile mit geringen Leistungen von 5 bis 50 Watt, z. B. für Fernsehempfänger, Videorecorder, Satellitenempfanger oder andere kleine Haushaltsgeräte mit einer derart geringen Leistung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Die Figur zeigt ein Schaltnetzteil, das durch eine Gleichspan­ nung von +300 Volt von der Klemme 1 gespeist wird und an den Ausgangsklemmen 2 eine stabilisierte Betriebsspannung UB erzeugt. Dargestellt sind der Trenntransformator Tr mit der Ar­ beitswicklung W1, der zweiten Primärwicklung W2 und der Sekundärwicklung W3, der Schalttransistor T1, der Mitkopplungs­ weg mit den Bauteilen R2, C1, D1, D2 zur Schwingungserzeugung, das zur Begrenzung von Spannungsspitzen dienende Snubber- Netzwerk 3, die Gleichrichterschaltung D7, C7 zur Erzeugung ei­ ner Betriebsspannung U1 sowie die Gleichrichterschaltung D8, C8 zur Erzeugung einer Regelspannung Ur. Im Fußpunkt des Schalttransis­ tors T1 liegt der Strommeßwiderstand R1, an dem eine sage­ zahnförmige Spannung us abfällt, die proportional dem durch den Schalttransistor T1 fließenden Strom i1 ist.

Im folgenden werden die einzelnen Funktionen des Schaltnetzteils nacheinander beschrieben.

Mitkopplungsweg zur Schwingungserzeugung

Dadurch, daß die Wicklungen W1 und W2 gleichsinnig gepolt sind, wird von der Wicklung W2 über die Bauteile R2, C1, D1, D2 dem Schalttransistor T1 im Sinne einer Mitkopplung ein positiver Impuls zugeführt. Die gesamte Schaltung ist dadurch selbst­ schwingend ausgebildet. Für diese Mitkopplung zur Schwingungser­ zeugung wird somit die positive Halbwelle des Impulses an der Wicklung W2 ausgenutzt. Der Kondensator C1 wird dabei über den Widerstand R1 aufgeladen. Der Widerstand R2 begrenzt den Basisstrom von T1 und den Kollektorstrom von T3. Der Kondensator C1 lädt sich alternierend während einer Halbwelle über die Basis/Emitter-Strecke des Transistors T1 und während der anderen Halbwelle über den Kollektor von T2 und T3 auf. Die Entladung von T1 erfolgt über den Widerstand R4 und die Diode D5.

Regelspannungsweg

Durch D8 und C8 wird am Punkt b die Regelspannung Ur gewonnen, und zwar aus der negativen Halbwelle des Impulses an der Wicklung W2. Ur gelangt über den Regelspannungsverstärker mit den Transistoren T5 und T4 auf die Basis von T3 und steuert des­ sen Basisvorspannung im Sinne einer Stabilisierung von UB. Wenn z. B. UB und damit die Impulsspannung am Transformator Tr ansteigen, wird Ur größer, also negativer. Dadurch wird T5 mehr leitend, T4 ebenfalls mehr leitend und somit die Basisvorspan­ nung von T3 positiver. Das bedeutet, daß der Transistor T3 durch die Spannung us früher leitend wird, somit der Punkt a früher geerdet wird und der Strom i1 in T1 früher abgeschaltet wird und daher einen geringeren Endwert erreicht. Dadurch wird die angenommene Erhöhung von UB ausgeregelt.

Erzeugung einer Betriebsspannung

Mit D7 und C7 wird aus der positiven Halbwelle des Impulses an der Wicklung W2 die Betriebsspannung U1 für den Regelverstärker mit den Transistoren T5, T4 erzeugt.

Temperaturkompensation

Der Transistor T6, dessen Kollektor/Emitter-Strecke parallel zur Basis/Emitter-Strecke von T5 liegt und dessen Basis an den Abgriff des an die Regelspannung Ur angeschlossenen Potentiome­ ters P liegt, dient zur Temperaturkompensation. T6 und P können in dieser Schaltung auch entfallen.

Verbesserung der Ausräumung des Schalttransistors

Der Kollektor von T1 ist zusätzlich über die Bauteile C5, D6, R9 an die Basis des Abschalthilfstransistors T2 angeschlossen, der zwischen dem Basisweg von T1 und Erde liegt. Dadurch gelangt zu Beginn der Sperrphase von T1 ein positiver Impuls vom Kollektor von T1 auf die Basis von T2. Dadurch wird T2 leitend und erdet den Punkt c. Dadurch wird die positive Elektrode von C2 geerdet, so daß die an C2 stehende Spannung mit der dargestellten Polarität an der Basis von T1 zusätzliche als Sperrspannung wirksam wird. Durch diese Schaltung wird die Ausräumung von T1 zu Beginn der Sperrphase wesentlich verbessert und die Ausschaltverluste an T1 verringert. Ein Vorteil dabei ist, daß sich diese Schaltung immer selbsttätig an die Funktion von T1 anpaßt. Diese zusätzlich Schaltung zur Verbesserung der Ausräumung von T1 ist näher beschrieben in der DE-OS 42 12 472.

Claims (10)

1. Selbstschwingendes Schaltnetzteil mit einem Schalttransistor (T1) in Reihe zur Arbeitswicklung (W1) eines Transformators (Tr), dessen Primärseite einen Mitkopplungsweg für die Schwingungserzeugung und einen Regelspannungsweg für die Stabilisierung der auf der Sekundärseite erzeugten Betriebs­ spannung (UB) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitkopplungsweg (R2, C1, D1, D2) und der Regelspannungsweg (D8, C8) von derselben zweiten primärseitigen Wicklung (W2) gesteuert sind, indem der Mitkopplungsweg auf die positive Halbwelle und der Regelspannungsweg auf die negative Halbwelle des von der zweiten Wicklung (W2) gelieferten Impulses anspricht.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite Wicklung (W2) zusätzlich eine auf die positive Halb­ welle ansprechende Gleichrichterschaltung (D7, C7) zur Erzeu­ gung einer Betriebsspannung (U1) für primärseitige Bauteile (T4, T5) angeschlossen ist.

3. Netzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ triebsspannung zur Speisung eines Regelspannungsverstärkers (T5, T4) im Regelspannungsweg dient.

4. Netzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an ein Ende der zweiten Wicklung (W2) zwei entgegengesetzt gepolte Dioden (D7, D8) angeschlossen sind, von denen eine (D8) zur Erzeugung der Regelspannung (Ur) und die andere (D7) zur Erzeugung der Betriebsspannung (U1) dient.

5. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung (W1) und die zweite Wicklung (W2) gleichsin­ nig gepolt sind.

6. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fuß­ punkt des Schalttransistors (T1) ein Strommeßwiderstand (R1) liegt, der an die Basis eines Abschalttransistors (T3) ange­ schlossen ist, der zwischen einem Punkt (a) im Basisweg des Schalttransistors (T1) und Erde liegt.

7. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Re­ gelspannung (Ur) über einen Regelspannungsverstärker (T5, T4) an die Basis des Abschalttransistors (T3) angelegt ist.

8. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Schalttransistors (T1) über eine amplitudense­ lektive, auf den positiven Impuls zu Beginn der Sperrphase ansprechende Schaltung mit der Basis eines Abschalthilfstran­ sistors (T2) verbunden ist, dessen Kollektor/Emitter-Strecke zwischen einem Punkt in der Basisleitung des Schalttransi­ stors (T1) und Erde liegt.

9. Netzteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die am­ plitudenselektive Schaltung ein Snubber-Netzwerk aus der Reihenschaltung eines Kondensators (C5) und der Parallel­ schaltung eines Widerstandes (R9) und einer Diode (D6) ent­ hält.

10. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Temperaturkompensation dienender Transistor (T6) vorgesehen ist, dessen Kollektor/Emitter-Strecke parallel zur Ba­ sis/Emitter-Strecke eines Transistors (T5) des Regelverstär­ kers liegt und dessen Basis an den Abgriff eines Spannungs­ leiters (P) angeschlossen ist, der zwischen der Quelle der Regelspannung (Ur) und Erde liegt.