DE9410995U1 - Switching power supply - Google Patents
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Description
BeschreibungDescription
Schaltnetzteil
5Switching power supply
5
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, enthaltend:The invention relates to a switching power supply comprising:
- einen Transformator, der eine Primärseite und eine Sekundärseite, an die über einen Gleichrichter eine Last anschließbar ist, aufweist,- a transformer having a primary side and a secondary side, to which a load can be connected via a rectifier,
- einen Schalttransistor, durch den eine gleichgerichtete Wechselspannung in getakteter Weise an die Primärseite anlegbar ist,- a switching transistor through which a rectified alternating voltage can be applied to the primary side in a clocked manner,
- eine Steuerschaltung zur Taktsteuerung des Schalttransistors in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das an die am Gleichrichterabfallende Spannung gekoppelt ist- a control circuit for controlling the timing of the switching transistor in dependence on a control signal which is coupled to the voltage drop across the rectifier
Bei Schaltnetzteilen wird bekanntlich die der Primärseite zugeführte Spannung mit relativ hoher Taktfrequenz zerhackt. Die Ein- und Ausschaltzeiten des Schalttransistors werden von einer Steuerungseinrichtung derart geregelt, daß die sekundärseitig abgreifbare Ausgangsspannung im wesentlichen konstant ausgeregelt wird. Hierzu wird der Steuerschaltung ein Steuersignal zugeführt, das an die an der Sekundärwicklung abfallende Spannung gekoppelt ist.As is well known, in switching power supplies the voltage supplied to the primary side is chopped at a relatively high clock frequency. The switching on and off times of the switching transistor are regulated by a control device in such a way that the output voltage that can be tapped on the secondary side is regulated to be essentially constant. For this purpose, a control signal is fed to the control circuit that is coupled to the voltage drop across the secondary winding.
Bei bisher bekannten Schaltnetzteilen sind der sekundärseitigen Ausgangsspannung noch Storspannungen überlagert. Diese Störanteile enthalten einen vom Zerhacken der Eingangsspannung verursachten Störanteil und einen von der gleichgerich-0 teten Eingangswechselspannung verursachten Störanteil. Der durch das Schaltverhalten verursachte Störanteil ist an die Taktfrequenz des Schaltnetzteil gekoppelt und liegt in der Größenordnung von etwa 10OkHz. Der von der gleichgerichteten Net&zgr;eingangsspannung erzeugte Störanteil, die sogenannte Netzbrummspannung, liegt bekanntlich bei der doppelten Netzwechselfrequenz, zum Beispiel lOOHz. Während der Schaltfrequenz störanteil beispielsweise durch entsprechende Dimen-In previously known switching power supplies, interference voltages are superimposed on the secondary output voltage. These interference components contain an interference component caused by the chopping of the input voltage and an interference component caused by the rectified input alternating voltage. The interference component caused by the switching behavior is coupled to the clock frequency of the switching power supply and is in the order of magnitude of about 100 kHz. The interference component generated by the rectified mains input voltage, the so-called mains hum voltage, is known to be twice the mains alternating frequency, for example 100 Hz. While the switching frequency interference component can be reduced by appropriate dimensions, for example,
»-G1A52»-G1A52
sionierung eines sekundärseitigen Siebkondensators verringert werden kann, sind zur Verringerung der Netzbrummspannung bislang keine Lösungen bekannt.sioning a secondary filter capacitor, there are currently no known solutions for reducing the mains hum voltage.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Ausgangsspannung keinen von der Frequenz der Eingangswechselspannung herrührenden Spannungsanteil mehr enthält.The object of the invention is to improve a switching power supply of the type mentioned at the outset in such a way that the output voltage no longer contains any voltage component resulting from the frequency of the input alternating voltage.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Filtermittel, das für einen von der Wechselspannung erzeugten Brummspannungsanteil durchlässig ist und das einen mit dem Gleichrichter gekoppelten Eingang und einen mit einem Anschluß der Steuerschaltung für das Steuersignal gekoppelten Ausgang aufweist.According to the invention, this object is achieved by a filter means which is permeable to a ripple voltage component generated by the alternating voltage and which has an input coupled to the rectifier and an output coupled to a connection of the control circuit for the control signal.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird dem zur Spannungsregelegung verwendeten Steuersignal ein Signalanteil überlagert, der nur den Netzbrummspannungsanteil der Ausgangsspannung 0 enthält. Hierfür sorgen die entsprechenden Filtermittel. Ein Koppelelement, das zur Kopplung dieses Steuersignalanteils auf die Primärseite vorgesehen ist, wird nur durch den Netzbrummspannungsanteil ausgesteuert und ist folglich für diesen besonders empfindlich. Bei Schaltnetzteilen nach dem Stand der Technik wird hingegen die gesamte Ausgangsspannung der Sekundärseite des Schaltnetzteils zur Regelung verwendet. Dabei bewirken durch den Netzbrumm verursachte Schwankungen der Ausgangsspannung nur eine bezogen auf den Absolutwert der Ausgangsspannung relativ geringe Regelabweichung.The solution according to the invention superimposes a signal component on the control signal used for voltage regulation, which only contains the mains hum voltage component of the output voltage 0. The corresponding filter means ensure this. A coupling element, which is provided for coupling this control signal component to the primary side, is only controlled by the mains hum voltage component and is therefore particularly sensitive to it. In the case of state-of-the-art switching power supplies, however, the entire output voltage of the secondary side of the switching power supply is used for regulation. Fluctuations in the output voltage caused by the mains hum only cause a relatively small control deviation in relation to the absolute value of the output voltage.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below using the embodiment shown in the drawing. They show:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil undFigure 1 shows a switching power supply according to the invention and
Figur 2 ausgewählte Signalverlaufe im Schaltnetzteil der Figur 1.Figure 2 selected signal curves in the switching power supply of Figure 1.
»8H52 &iacgr;»8H52 &iacgr;
Dem Schaltnetzteil gemäß Figur 1 wird an Anschlußklemmen El, E2 eine Netzwechselspannung UN zugeführt. Diese wird über eine Entstördrossel ES einem Brückengleichrichter Vl...V4 zugeführt, der daraus eine gleichgerichtete Netzwechselspannung erzeugt. Diese wird über einen Schalttransistor Tl an die Primärseite nP eines Transformators T angelegt. An einer Sekundärseite nSl ist über einen Gleichrichter VOl, CSOl eine Gleichspannung UOl abgreifbar, durch die eine Last RSOl versorgt wird. Durch eine Steuerungsschaltung IC, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Siemens-Schaltkreis TDA 4605 ist, wird die Ausgangsspannung UOl im wesentlichen konstant ausgeregelt. Hierzu wird an einer Regelwicklung nR ein Spannungssignal abgegriffen, das dem Regeleingang 1 des Steuerungsschaltkreises IC zugeführt wird. Außerdem wird dem Steuerungsschaltkreis IC am Anschluß 2 ein über ein RC-Glied R3·, C4 gewonnenes Primärstromsignal und am Anschluß 3 ein über einen Spannungsteiler R4, R5 gewonnenes Primärspannungsüberwachungssignal zugeführt. In Abhängigkeit dieser Signale wird das Ein- und Ausschaltverhalten des Transistors Tl geregelt, so daß die Ausgangsspannung UOl im wesentlichen konstant bleibt.The switching power supply according to Figure 1 is supplied with a mains alternating voltage UN at connection terminals El, E2. This is supplied via a suppression choke ES to a bridge rectifier Vl...V4, which generates a rectified mains alternating voltage from it. This is applied to the primary side nP of a transformer T via a switching transistor Tl. A direct voltage UOl can be tapped off on a secondary side nSl via a rectifier VOl, CSOl, which supplies a load RSOl. The output voltage UOl is essentially regulated to a constant level by a control circuit IC, which in the present embodiment is the Siemens circuit TDA 4605. For this purpose, a voltage signal is tapped off from a control winding nR, which is supplied to the control input 1 of the control circuit IC. In addition, a primary current signal obtained via an RC element R3·, C4 is fed to the control circuit IC at connection 2 and a primary voltage monitoring signal obtained via a voltage divider R4, R5 is fed to connection 3. The switching on and off behavior of the transistor Tl is regulated depending on these signals, so that the output voltage UOl remains essentially constant.
Erfindungsgemäß ist parallel zur Last RSOl eine Filterschaltung F geschaltet, durch die der in der Ausgangsspannung UOl enthaltene Netzbrummspannungsanteil ausgefiltert wird. Die Filterschaltung F enthält im einzelnen einen Spannungsteiler RFl, RF2, durch den der in der Ausgangsspannung UOl enthaltene Gleichspannungsanteil abgetrennt wird. Der Kondensator CFl sorgt dafür, daß die in der Ausgangsspannung UOl enthaltene lOOHz-Brummspannung und die Sehaltstörspannung weitergeleitet werden. Die an den gekoppelten Anschlüssen des Widerstands RFl und des Kondensators CFl anliegende Spannung UFl ist also die vom Gleichspannungsanteil befreite in der Ausgangsspannung UOl enthaltene Störspannung. Diese wird durch ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand RF2 und einem Kondensator CF2 gefiltert. Die Tiefpaßwirkung des RC-GliedsAccording to the invention, a filter circuit F is connected in parallel to the load RSOl, by means of which the mains ripple voltage component contained in the output voltage UOl is filtered out. The filter circuit F contains a voltage divider RFl, RF2, by means of which the direct voltage component contained in the output voltage UOl is separated. The capacitor CFl ensures that the 100 Hz ripple voltage and the line interference voltage contained in the output voltage UOl are passed on. The voltage UFl present at the coupled terminals of the resistor RFl and the capacitor CFl is therefore the interference voltage contained in the output voltage UOl freed from the direct voltage component. This is filtered by an RC element consisting of a resistor RF2 and a capacitor CF2. The low-pass effect of the RC element
ist derart dimensioniert, daß der Schaltstöranteil stark gedämpft, die 10OHz-Brummspannung aber gut weitergeleitet wird. Parallel zum Ausgang des RC-Glieds RF2, CF2 liegt eine Diode D eines Optokopplers OP, Das von der Diode D abgegebene Signal wird in einen Optotransistor TR eingespeist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu einem Widerstand R13 liegt, der in, die an den Anschluß 1 der Steuerungseinrichtung IC angeschlossene Leitung geschaltet ist. Außerdem ist eine Diode DFl vorgesehen, deren Anode mit der Sekundärmasse MS verbunden ist und deren Katode an den Widerstand RFl und den Kondensator CFl angeschlossen ist. Die Diode DFl dient zur Kurzschlußstromableitung bei sekundärseitigem Kurzschluß.is dimensioned in such a way that the switching noise component is strongly attenuated, but the 10 ohm ripple voltage is well passed on. A diode D of an optocoupler OP is connected in parallel to the output of the RC element RF2, CF2. The signal emitted by the diode D is fed into an optotransistor TR, whose collector-emitter path is connected in parallel to a resistor R13, which is connected in the line connected to connection 1 of the control device IC. A diode DFl is also provided, the anode of which is connected to the secondary mass MS and the cathode of which is connected to the resistor RFl and the capacitor CFl. The diode DFl is used to divert short-circuit current in the event of a short circuit on the secondary side.
Durch das erfindungsgemäße Schaltnetzteil wird der Optokoppler nur mit dem in der Ausgangsspannung UOl enthaltenen Brummspannungsanteil angesteuert. Der Optokoppler OP ist demnach für diesen Brummspannungsanteil besonders empfindlich. Durch den Transistor TR wird der Leitwert des in die Regelleitung geschalteten Widerstands R13 entsprechend des Brummspannungsanteils verändert. Das über die Elemente R9, C8, V7, C7 an der Regelwicklung nR abgegriffene Regelsignal ist an den Absolutwert der sekundärseitigen Ausgangsspannung UOl gekoppelt. Da die in der Ausgangsspannung UOl enthaltenen, von der Netzbrummspannung erzeugten Spannungsschwankungen in Bezug auf den Absolutwert der Ausgangsspannung UO relativ gering sind, werden diese über die Regelwicklung nR und die entsprechenden nachgeschalteten Bauelemente nicht wirksam übertragen.The switching power supply according to the invention controls the optocoupler only with the ripple voltage component contained in the output voltage UOl. The optocoupler OP is therefore particularly sensitive to this ripple voltage component. The transistor TR changes the conductance of the resistor R13 connected in the control line according to the ripple voltage component. The control signal tapped off via the elements R9, C8, V7, C7 at the control winding nR is coupled to the absolute value of the secondary-side output voltage UOl. Since the voltage fluctuations contained in the output voltage UOl and generated by the mains ripple voltage are relatively small in relation to the absolute value of the output voltage UO, they are not effectively transmitted via the control winding nR and the corresponding downstream components.
Der'in der Figur .2 dargestellte Signalverlauf von Spannungen und Strömen zeigt die Sekundärspannung UOl, die vom Gleichanteil befreite Spannung UFl und den durch die Diode D des Optokopplers OP fließende Strom ID. Die Spannung Ul weist einen hohen Absolutwert auf. Ihr sind eine lOOHz-Netzbrummspannung und eine (nicht maßstabsgerecht dargestellte) Schaltstörspannung überlagert. Die Spannung UFl ist im wesentlichen von dem in der Ausgangsspannung UOl enthaltenenThe signal curve of voltages and currents shown in Figure .2 shows the secondary voltage UOl, the voltage UFl freed from the DC component and the current ID flowing through the diode D of the optocoupler OP. The voltage Ul has a high absolute value. A 100 Hz mains hum voltage and a switching noise voltage (not shown to scale) are superimposed on it. The voltage UFl is essentially dependent on the voltage contained in the output voltage UOl.
Gleichanteil befreit. Durch das RC-Glied RF2, CF2 wird der in der Spannung UFl enthaltene Schaltstörspannungsanteil ausgefiltert. Der vom RC-Glied abgegebene und durch die Diode D fließende Strom ID enthält dann nur noch den Netzbrummanteil. Das Verhältnis von Brummsignalanteil zu Gleichsignalanteil im Strom ID ist also wesentlich größer als das entsprechend Verhältnis für die Ausgangsspannung UOl.DC component is removed. The RC element RF2, CF2 filters out the switching interference voltage component contained in the voltage UFl. The current ID emitted by the RC element and flowing through the diode D then only contains the mains hum component. The ratio of hum signal component to DC signal component in the current ID is therefore significantly greater than the corresponding ratio for the output voltage UOl.
Claims (6)
das Filtermittel (RFl, CFl, RF2, CF2) umfasst:characterized in that
the filter medium (RFl, CFl, RF2, CF2) includes:
gekennzeichnet durch3. Switching power supply according to claim 2,
marked by
dadurch gekennzeichnet, daß4. Switching power supply according to claim 3,
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, daß5. Switching power supply according to claim 4,
characterized in that
gekennzeichnet durch6. Switching power supply according to claim 5,
marked by
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Cited By (3)
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-
1994
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