EP0729667A1 - Switched mode power supply - Google Patents

Switched mode power supply

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Publication number
EP0729667A1
EP0729667A1 EP95928601A EP95928601A EP0729667A1 EP 0729667 A1 EP0729667 A1 EP 0729667A1 EP 95928601 A EP95928601 A EP 95928601A EP 95928601 A EP95928601 A EP 95928601A EP 0729667 A1 EP0729667 A1 EP 0729667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
branch
transformer
rectifier
secondary winding
energy
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95928601A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Albach
Thomas DÜRBAUM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Philips Patentverwaltung GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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Filing date
Publication date
Application filed by Philips Corporate Intellectual Property GmbH, Philips Patentverwaltung GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV, Philips Electronics NV filed Critical Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Publication of EP0729667A1 publication Critical patent/EP0729667A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters

Definitions

  • the invention relates to a switching power supply with a transformer, the primary winding of which, at periodically recurring time intervals, electrical energy can be supplied from an energy source and which has at least one secondary winding, via which the energy can be taken from the transformer and supplied to a storage inductance and a load impedance by means of a rectifier arrangement.
  • the invention relates to such a switching power supply for generating one or more DC output voltages which are electrically isolated from an input voltage.
  • Such circuit arrangements can be implemented with the help of an active switching element.
  • the various embodiments as forward converters or flyback converters are from the book “Switching Power Supplies - Fundamentals, Design, Circuit Examples” by J. Wüstehube et al. (Expert Verlag) known.
  • energy transfer from the primary side (input source) to the secondary side (consumer, load) takes place only during the on-time of the active switching element (flux converter) or only during the off-time of the active switching element
  • a circuit arrangement which allows energy transmission during the on and off duration of the active switching element is known from the article "A Dual Mode Forward / Flyback Converter” by JN Park and TR Zaloum (PESC 1982, 3).
  • the circuit arrangement proposed there requires two separate secondary windings per desired output voltage. This poses in particular With a small available winding space or with a large number of desired output voltages, this is a decisive disadvantage.
  • a switching regulator with a switch is known from US Pat. No. 3,740,639, the line status of which is controlled as a function of the voltage across a load.
  • This switching regulator contains a transformer, the primary winding of which is connected to the switch in a circuit.
  • a rectifier and an inductive memory are connected in a circuit to the secondary winding, with a diode leading from one end of the secondary winding to a connection of the load. This diode is intended to transfer energy from the secondary winding to the load in periods when the switch is not turned on.
  • the invention has for its object to achieve the advantage of energy transfer during the on and off duration of the active switching element with only a single secondary winding per desired output voltage and thereby optimal energy transfer, i.e. to achieve an improved efficiency, regardless of the dimensioning of the elements of the switching regulator.
  • this object is achieved in a switched-mode power supply of the generic type in that the rectifier arrangement has three current paths, of which a first one for supplying the energy for storage inductance and for load impedance during the said time intervals, a second one for demagnetizing the transformer via its secondary winding and the Load impedance and the third is designed to demagnetize the storage inductance via the load impedance, the second and third current paths being designed in such a way that the demagnetization of the transformer and the storage inductance take place outside the time intervals mentioned and at the same time and are unaffected by one another.
  • the electrical energy is supplied to transmit this energy to the output of the switching power supply and thus to the load impedance.
  • the storage inductance is used on the one hand to limit the current increase in the secondary winding and on the other hand to set the energy transferred in this switching state (mode). Freewheeling for the storage inductance is made possible by the rectifier arrangement (diode network) via the third current path formed by it.
  • the energy transmission during the switch-off time of the active switching element, ie outside the specified time intervals, takes place analogously to the flyback converter from the energy temporarily stored in the transformer.
  • the third current path for the free running of the storage inductance is independent of the second current path for the energy transfer from the transformer into the load impedance during the switch-off time.
  • the energy stored in the storage inductance can be delivered to the load impedance with optimum efficiency via the third current path.
  • the invention is based on the knowledge that in the circuit arrangements known from the prior art according to US Pat. No. 3,740,639, the demagnetization of the inductances of the transformer and of the inductive memory does not take place independently of one another.
  • the present invention enables an optimal energy yield with little circuit complexity.
  • the switching power supply according to the invention is designed such that the rectifier arrangement comprises a bridge circuit with four rectifier elements arranged in each branch of the bridge circuit in the manner of a Graetz bridge, the input connections of which are connected to the secondary winding and the output connections of which are connected to the load impedance, the Rectifier elements of a first and a second of the branches form the first current path and the remaining rectifier elements are in their locked state during the time intervals mentioned, the rectifier elements of the third and fourth branches of the rectifier arrangement form the second current path and in the first branch of the bridge circuit in Row with the rectifier element, the memory inductance is arranged such that the first and fourth branches of the bridge circuit form the third current path.
  • the rectifier arrangement comprises a fifth branch with a rectifier element, that the memory inductance in the first branch of the bridge circuit is connected on one side to the adjacent output connection and that the fifth branch is the series circuit comprising the fourth branch and the rectifier element of the bridged the first branch.
  • This fifth branch relieves the rectifier elements of the first and fourth branches of the bridge circuit from the demagnetizing current of the storage inductance. This can offer advantages when dimensioning the rectifier elements.
  • the switching power supply according to the invention can also advantageously be designed in such a way that the secondary winding has a tap to which the second branch of the bridge circuit is guided, the connection of the first and fourth branches forming the first input connection and the third branch to the second input connection is led.
  • the transformation ratio of the transformer for the energy transmission during the said time intervals i.e. increased during the duty cycle of the active switching element.
  • Another modification of the switching power supply according to the invention is such that the secondary winding has a tap to which the third branch of the bridge circuit is led, the connection of the first and fourth branches forming the first input connection and the second branch to the second input connection is led. With such a connection of the tapping of the secondary winding, the transmission ratio for the energy transmission is increased during the switch-off period of the active switching element, ie between two of the mentioned time intervals.
  • the switching power supply according to the invention can have one or more secondary windings with the circuitry described. In the simplest form, only one simple secondary winding is required for each galvanically isolated DC output voltage.
  • the ratio of the energy transferred during the switch-on times (named time intervals) to that during the switch-off times (periods between the named time intervals) can be set by the ratio of the primary inductance of the transformer to the inductance of the respective secondary windings.
  • outputs for electrically isolated DC output voltages can also be connected to the transformer of the switching power supply according to the invention, which are supplied with energy in a simple, known manner as flyback converter arrangements only during the switch-off times or as known flux converter arrangements only during the switch-on times of the active switching element.
  • FIG. 2 shows an embodiment with an alternative possibility of realizing the freewheel for the output inductance and possible forms of realization of further output voltages
  • FIG. 3 shows a possible realization of a larger transmission ratio for the
  • Fig. 1 is an energy source, which essentially outputs a DC voltage Uin, with the primary winding L p of a transformer with the transformation ratio N and a transistor S, which forms the active switching element, in one Circuit arranged.
  • the transistor S is alternately switched into its conductive or its blocked state via a control circuit (“control”).
  • a secondary winding of the transformer is connected to a rectifier arrangement, which comprises four rectifier elements (diodes) D1, D2, D3 and D4 in each branch of a bridge circuit.
  • An input connection formed by the connection between the first rectifier element D1 and the fourth rectifier element D4 is connected to one end of the secondary winding, a second input connection of the rectifier arrangement, formed by the connection of the third and second rectifier elements D3 and D2, is also connected connected to the other end of the secondary winding of the transformer.
  • a memory inductance L 0 is connected in series with the first rectifier element D1, the load-side connection thereof in connection with the third rectifier element D3 forms a first output connection of the rectifier arrangement.
  • the second output connection of the rectifier arrangement is represented by the connection between the second and fourth rectifier elements D2 and D4. Between the two output connections of the rectifier arrangement, the parallel connection of a load resistor R L and a smoothing capacitor C 0 is arranged as the load impedance.
  • FIG. 5 show the basic courses as an example for the case that both the transformer and the output coil work discontinuously. For the purpose of simplification, an embodiment with only one output voltage is considered here.
  • the transistor S is switched on by the control circuit at the time to and only switched off again at the time t1. During this duty cycle tl-to - o -
  • the voltage uT at the transistor is zero and the total input voltage Uin is at the primary side of the transformer. According to the selected transmission ratio N, the voltage Uin / N is found on the secondary side of the transformer.
  • the current through the transistor iT is composed of two parts.
  • the first part corresponds to the magnetizing current 1 ⁇ of the transformer.
  • This magnetizing current L ⁇ increases during the duty cycle according to the relationship:
  • Lp is the inductance of the primary winding of the transformer.
  • the second component corresponds to the current related to the primary side, which flows on the secondary side of the transformer (provided the transmission ratio is selected appropriately: N ⁇ Uin / Uo).
  • This current on the secondary side flows along the current path Dl-Lo-Co // RL-D2. It also rises linearly because the fixed differential voltage Uin / N-Uo is present at the output inductance Lo.
  • the currents iDl and iD2 therefore run according to:
  • the magnetizing current characterizes the energy stored in the transformer, which is transmitted during the switch-off period.
  • the current on the secondary side is a measure of the energy delivered directly to the secondary side during the on-time tl-to.
  • the currents through the diodes D3 and D4 are zero because they are reverse-polarized due to the voltage across the secondary winding.
  • the transistor is switched off via the control circuit and thus the current through the transistor is zero.
  • the energy stored in the transformer is released on the secondary side along the current path D3-Co / RL-D4. Since D3 and D4 are now conducting, the output voltage Uo is present at the secondary winding. This transforms with the transmission ratio on the primary side, so that a voltage Uin + N • Uo lies across the transistor.
  • the current forms in the time interval tl to t2 are composed of two parts.
  • the first part results from the demagnetization of the output inductance Lo.
  • the freewheeling branch for this inductance is provided by the diodes D1 and D4.
  • a voltage of -Uo is present across the output inductance Lo and the current through Lo (which corresponds to iDl) decreases linearly, according to:
  • the second part is generated by the demagnetization of the transformer and runs through the diodes D3 and D4. This current also decreases linearly:
  • the current through the diode D4 results from the superimposition of the currents of the diodes D1 and D3, since it is involved in both demagnetization processes.
  • the current through the diode D2 becomes zero at the time point tl, since this is polarized in the reverse direction by the change in sign of the voltage on the secondary winding. In the example given here, the current through the diode Dl to point t2 becomes zero and Dl begins to block.
  • the demagnetization of the transformer has not yet ended, so that the current iD3 continues to decrease linearly. Since iDl is zero from time point t2, the current through diode D4 in the time interval t2 to t3 corresponds to the current through diode D3.
  • the output voltage Uo is kept constant by varying the duty cycle (duty cycle) in the event of fluctuations in the load or the input voltage.
  • This control of the duty cycle can be implemented with standard control circuits.
  • diode D5 shown in broken lines provides the freewheeling path, i.e. it carries the current of the output inductance in the time interval tl to t2.
  • Diode D 1 blocks together with diode D2
  • FIG. 3 and 4 show embodiments which make it possible to work with different transmission ratios by a simple tap.
  • FIG. 3 shows the arrangement for a larger transmission ratio during the switch-off period
  • FIG. 4 shows the arrangement for a larger transmission ratio during the switch-on period.
  • the arrangement according to FIG. 3 only differs from FIG. 4 characterized in that the third rectifier element D3 is no longer connected to the second rectifier element D2, but to the tap of the secondary winding of the transformer.
  • the second rectifier element D2 is instead connected to the tap of the secondary winding of the transformer instead of the third rectifier element D3.
  • the transformer enables the generation of several galvanically isolated DC output voltages. There are various ways to generate such output voltages.
  • the first option is to generate additional output voltages using the same secondary sound system.
  • the output power can be redistributed for each output (in parts of the power transmitted during the switch-on period or during the switch-off period). This division is set by the output inductance used in each case (see FIG. 2a).
  • the other options can also be read directly. These are the two 100% limit cases, i.e. energy is only transferred during the switch-on period or only during the switch-off period.
  • the first case corresponds to a circuit on the secondary side analogous to the forward converter (see FIG. 2b), the second to a circuit analogous to the flyback converter (see FIG. 2c)).

Abstract

The invention concerns a switched mode power supply having a transformer (Lp, N) to whose primary winding electrical energy from an energy source (Uin) can be fed at periodically repeated time intervals (t0 to t1). The transformer comprises at least one secondary winding via which the energy can be taken from the transformer (Lp, N) and fed through a rectifier arrangement (D1 to D4) to a storage inductance (Lo) and a load impedance (Co, RL). The energy output is increased with low expenditure on circuitry as a result of the fact that the rectifier arrangement (D1 to D4) has three current paths of which the first is arranged for feeding the energy to the storage inductance (Lo) and to the load impedance (Co, RL) during said time intervals (t0 to t1); the second current path is arranged to demagnetize the transformer (Lp, N) via its secondary winding and the load impedance (Co, RL); and the third current path is arranged to demagnetize the storage inductance (Lo) via the load impedance (Co, RL). The design of the second and third current paths is such that the transformer (Lp, N) and the storage inductance (Lo) are demagnetized simultaneously outside said time intervals (t0 to t1) and uninfluenced by each other.

Description

SchaltnetzteilSwitching power supply
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil mit einem Transformator, dessen Primärwicklung in periodisch wiederkehrenden Zeitintervallen elektrische Energie aus einer Energiequelle zufuhrbar ist und der wenigstens eine Sekundärwicklung aufweist, über die die Energie dem Transformator entnehmbar und durch eine Gleichrichteranordnung einer Speicherinduktivität und einer Lastimpedanz zuführbar ist.The invention relates to a switching power supply with a transformer, the primary winding of which, at periodically recurring time intervals, electrical energy can be supplied from an energy source and which has at least one secondary winding, via which the energy can be taken from the transformer and supplied to a storage inductance and a load impedance by means of a rectifier arrangement.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Schaltnetzteil zur Erzeugung einer oder mehrerer von einer Eingangsspannung galvanisch getrennter Ausgangsgleich¬ spannungen.In particular, the invention relates to such a switching power supply for generating one or more DC output voltages which are electrically isolated from an input voltage.
Solche Schaltungsanordnungen lassen sich mit Hilfe eines aktiven Schaltelements realisieren. Die verschiedenen Ausführungsformen als Flußwandler bzw. Sperr¬ wandler sind aus dem Buch "Schaltnetzteile - Grundlagen, Entwurf, Schaltungs¬ beispiele" von J. Wüstehube u.A. (Expert Verlag) bekannt. In diesen Schaltungen findet ein Energietransfer von der Primärseite (Eingangsquelle) zur Sekundärseite (Verbraucher, Last) nur während der Einschaltzeit des aktiven Schaltelements (Flußwandler) oder nur während der Ausschaltzeit des aktiven SchaltelementsSuch circuit arrangements can be implemented with the help of an active switching element. The various embodiments as forward converters or flyback converters are from the book "Switching Power Supplies - Fundamentals, Design, Circuit Examples" by J. Wüstehube et al. (Expert Verlag) known. In these circuits, energy transfer from the primary side (input source) to the secondary side (consumer, load) takes place only during the on-time of the active switching element (flux converter) or only during the off-time of the active switching element
(Sperrwandler) statt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist die ineffiziente Nutzung der magnetischen Bauelemente.(Flyback converter) instead. A major disadvantage of this circuit arrangement is the inefficient use of the magnetic components.
Eine Schaltungsanordnung, die eine Energieübertragung während Ein- und Aus- schaltdauer des aktiven Schaltelements erlaubt, ist durch den Artikel "A Dual Mode Forward/Flyback Converter" von J.N. Park und T.R. Zaloum (PESC 1982, 3) bekannt. Die dort vorgeschlagene Schaltungsanordnung erfordert zwei getrennte Sekundärwicklungen pro gewünschter Ausgangsspannung. Dies stellt insbesondere bei kleinem verfügbaren Wickelraum bzw. bei einer großen Anzahl gewünschter Ausgangsspannungen einen entscheidenden Nachteil dar.A circuit arrangement which allows energy transmission during the on and off duration of the active switching element is known from the article "A Dual Mode Forward / Flyback Converter" by JN Park and TR Zaloum (PESC 1982, 3). The circuit arrangement proposed there requires two separate secondary windings per desired output voltage. This poses in particular With a small available winding space or with a large number of desired output voltages, this is a decisive disadvantage.
Aus der US-PS 3 740 639 ist ein Schaltregler mit einem Schalter bekannt, dessen Leitungszustand in Abhängigkeit von der Spannung über einer Last gesteuert wird. Dieser Schaltregler enthält einen Transformator, dessen Primärwicklung in einem Stromkreis mit dem Schalter verbunden ist. Ein Gleichrichter und ein induktiver Speicher sind in einem Stromkreis mit der Sekundärwicklung verbunden, wobei eine Diode von einem Ende der Sekundärwicklung an einen Anschluß der Last führt. Diese Diode soll Energie von der Sekundärwicklung an die Last in Zeiträumen übertragen, wenn der Schalter nicht leitend geschaltet ist.A switching regulator with a switch is known from US Pat. No. 3,740,639, the line status of which is controlled as a function of the voltage across a load. This switching regulator contains a transformer, the primary winding of which is connected to the switch in a circuit. A rectifier and an inductive memory are connected in a circuit to the secondary winding, with a diode leading from one end of the secondary winding to a connection of the load. This diode is intended to transfer energy from the secondary winding to the load in periods when the switch is not turned on.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Schaltregler gemäß US-PS 3 740 639 je nach den Dimensionierungen des Transformators und des induktiven Energiespeichers sowie nach Größe und Verlauf der Ströme im Schaltregler eine optimale Energie¬ übertragung in die Last nicht möglich ist.It has been shown, however, that in the switching regulator according to US Pat. No. 3,740,639, depending on the dimensions of the transformer and the inductive energy store and on the size and course of the currents in the switching regulator, optimum energy transfer to the load is not possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorteil der Energieübertragung während Ein- und Ausschaltdauer des aktiven Schaltelements mit nur einer einzigen Sekundärwicklung pro gewünschter Ausgangsspannung zu erzielen und dabei eine optimale Energieübertragung, d.h. einen verbesserten Wirkungsgrad, unabhängig von der Dimensionierung der Elemente des Schaltreglers zu erreichen.The invention has for its object to achieve the advantage of energy transfer during the on and off duration of the active switching element with only a single secondary winding per desired output voltage and thereby optimal energy transfer, i.e. to achieve an improved efficiency, regardless of the dimensioning of the elements of the switching regulator.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schaltnetzteil der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Gleichrichteranordnung drei Strompfade aufweist, von denen ein erster für die Zufuhr der Energie zur Speicherinduktivität und zur Lastimpedanz während der genannten Zeitintervalle, ein zweiter zur Abmagnetisierung des Transformators über seine Sekundärwicklung und die Lastimpedanz und der dritte zur Abmagnetisierung der Speicherinduktivität über die Last¬ impedanz eingerichtet ist, wobei der zweite und dritte Strompfad derart ausgebildet sind, daß die Abmagneti- sierungen des Transformators und der Speicherinduktivität außerhalb der genannten Zeitintervalle und gleichzeitig erfolgen und voneinander unbeeinflußt sind.According to the invention, this object is achieved in a switched-mode power supply of the generic type in that the rectifier arrangement has three current paths, of which a first one for supplying the energy for storage inductance and for load impedance during the said time intervals, a second one for demagnetizing the transformer via its secondary winding and the Load impedance and the third is designed to demagnetize the storage inductance via the load impedance, the second and third current paths being designed in such a way that the demagnetization of the transformer and the storage inductance take place outside the time intervals mentioned and at the same time and are unaffected by one another.
Bei der Erfndung werden somit, ausgehend von der Sekundärwicklung, mit Hilfe von Gleichrichterelementen (Dioden) zwei getrennte Strompfade (Leistungsfluβ- pfade) ermöglicht, um während der Ein- und Ausschaltzeit eines aktiven Schalt- elements, durch das der Primärwicklung in den periodisch wiederkehrendenIn the invention, starting from the secondary winding, two separate current paths (power flow paths) are made possible with the aid of rectifier elements (diodes) in order to switch an active switching element during the on and off time through which the primary winding in the periodically recurring
Zeitintervallen die elektrische Energie zugeführt wird, diese Energie zum Ausgang des Schaltnetzteils und damit zur Lastimpedanz zu übertragen. In den ersten Strompfad (Leistungspfad), der für die Energieübertragung während der Ein¬ schaltdauer des aktiven Schaltelements, d.h. während der oben genannten Zeit- intervalle, zur Verfügung steht, wird die Speicherinduktivität einerseits zur Begrenzung des Stromanstiegs in der Sekundärwicklung und andererseits zur Einstellung der in diesem Schaltzustand (Modus) übertragenen Energie eingefügt. Der Freilauf für die Speicherinduktivität wird durch die Gleichrichteranordnung (Diodennetzwerk) über den von ihr gebildeten dritten Strompfad ermöglicht. Die Energieübertragung während der Ausschaltzeit des aktiven Schaltelements, d.h. außerhalb der genannten Zeitintervalle, erfolgt analog zum Sperrwandler aus der im Transformator zwischengespeicherten Energie. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der dritte Strompfad für den Freilauf der Speicherinduk¬ tivität unabhängig vom zweiten Strompfad für die Energieübertragung aus dem Transformator in die Lastimpedanz während der Ausschaltzeit. Damit kann unabhängig vom Betriebszustand des zweiten Strompfades über den dritten Strompfad die in der Speicherinduktivität gespeicherte Energie mit optimalem Wirkungsgrad an die Lastimpedanz abgegeben werden. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnungen gemäß der US-PS 3 740 639 die Abmagnetisierungen der Induktivitäten des Transformators und des induktiven Speichers nicht unabhängig voneinander erfolgen. Insbesondere bei diesem letztgenannten Stand der Technik zeigt sich, daß nur aus dem größeren der beiden Ströme in der Sekundärwicklung des Transformators und dem induktiven Speicher während der Ausschaltzeit des Schalters eine Energieübertragung in die Last erfolgt. Somit ist im Endeffekt der Wirkungsgrad dieses Schaltreglers von der gerade gewählten Dimensionierung und dem Betriebszustand willkürlich abhängig.Time intervals the electrical energy is supplied to transmit this energy to the output of the switching power supply and thus to the load impedance. In the first current path (power path), which is available for energy transmission during the on-period of the active switching element, ie during the above-mentioned time intervals, the storage inductance is used on the one hand to limit the current increase in the secondary winding and on the other hand to set the energy transferred in this switching state (mode). Freewheeling for the storage inductance is made possible by the rectifier arrangement (diode network) via the third current path formed by it. The energy transmission during the switch-off time of the active switching element, ie outside the specified time intervals, takes place analogously to the flyback converter from the energy temporarily stored in the transformer. In the circuit arrangement according to the invention, the third current path for the free running of the storage inductance is independent of the second current path for the energy transfer from the transformer into the load impedance during the switch-off time. Thus, regardless of the operating state of the second current path, the energy stored in the storage inductance can be delivered to the load impedance with optimum efficiency via the third current path. The invention is based on the knowledge that in the circuit arrangements known from the prior art according to US Pat. No. 3,740,639, the demagnetization of the inductances of the transformer and of the inductive memory does not take place independently of one another. In particular, this latter prior art shows that only the larger of the two currents in the secondary winding of the transformer and the inductive memory during the switch-off time leads to an energy transfer into the load. In the end, the efficiency of this switching regulator is arbitrarily dependent on the dimensioning just selected and the operating state.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht dagegen eine optimale Energieausbeute bei geringem Schaltungsaufwand.The present invention, on the other hand, enables an optimal energy yield with little circuit complexity.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Schaltnetzteil derart ausgebildet, daß die Gleichrichteranordnung eine Brückenschaltung mit vier in je einem Zweig der Brückenschaltung nach Art einer Graetz-Brücke angeordneten Gleichrichterelementen umfaßt, deren Eingangsanschlüsse mit der Sekundärwicklung und deren Ausgangsanschlüsse mit der Lastimpedanz verbunden sind, wobei die Gleichrichterelemente eines ersten und eines zweiten der Zweige den ersten Strompfad bilden und die übrigen Gleichrichterelemente sich während der genannten Zeitintervalle in ihrem gesperrten Zustand befinden, die Gleichrichterelemente des dritten und des vierten Zweiges der Gleich¬ richteranordnung den zweiten Strompfad bilden und im ersten Zweig der Brückenschaltung in Reihe mit dem Gleichrichter- element die Speicherinduktivität angeordnet ist, derart, daß der erste und der vierte Zweig der Brückenschaltung den dritten Strompfad bilden.In a preferred embodiment, the switching power supply according to the invention is designed such that the rectifier arrangement comprises a bridge circuit with four rectifier elements arranged in each branch of the bridge circuit in the manner of a Graetz bridge, the input connections of which are connected to the secondary winding and the output connections of which are connected to the load impedance, the Rectifier elements of a first and a second of the branches form the first current path and the remaining rectifier elements are in their locked state during the time intervals mentioned, the rectifier elements of the third and fourth branches of the rectifier arrangement form the second current path and in the first branch of the bridge circuit in Row with the rectifier element, the memory inductance is arranged such that the first and fourth branches of the bridge circuit form the third current path.
Dadurch wird ein einfacher und kompakter Schaltungsaufbau erhalten, bei dem die Gleichrichterelemente des ersten und des vierten Zweiges insofern eine doppelte Funktion innehaben als sie außer je einem Teil des ersten und des zweiten Strompfades gemeinsam auch den dritten Strompfad bilden. In einer Abwandlung dieser Schaltungskonfiguration kann vorgesehen sein, daß die Gleichrichteranord¬ nung einen fünften Zweig mit einem Gleichrichterelement umfaßt, daß die Speicherinduktivität im ersten Zweig der Brückenschaltung einseitig mit dem angrenzenden Ausgangsanschluß verbunden ist und daß der fünfte Zweig die Reihenschaltung aus viertem Zweig und Gleichrichterelement des ersten Zweiges überbrückt. Dieser fünfte Zweig entlastet die Gleichrichterelemente des ersten und vierten Zweiges der Brückenschaltung vom Abmagnetisierungsstrom der Speicher¬ induktivität. Dies kann bei der Dimensionierung der Gleichrichterelemente Vorteile bieten.This results in a simple and compact circuit structure in which the rectifier elements of the first and fourth branches have a double function in that they each have a part of the first and second Current paths together also form the third current path. In a modification of this circuit configuration it can be provided that the rectifier arrangement comprises a fifth branch with a rectifier element, that the memory inductance in the first branch of the bridge circuit is connected on one side to the adjacent output connection and that the fifth branch is the series circuit comprising the fourth branch and the rectifier element of the bridged the first branch. This fifth branch relieves the rectifier elements of the first and fourth branches of the bridge circuit from the demagnetizing current of the storage inductance. This can offer advantages when dimensioning the rectifier elements.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil kann ferner vorteilhaft in der Weise ausgebildet sein, daß die Sekundärwicklung eine Anzapfung aufweist, an die der zweite Zweig der Brückenschaltung geführt ist, wobei die Verbindung des ersten und des vierten Zweiges den ersten Eingangsanschluß bildet und der dritte Zweig an den zweiten Eingangsanschluß geführt ist. Durch diese Anzapfung wird das Übersetzungs¬ verhältnis des Transformators für die Energieübertragung während der genannten Zeitintervalle, d.h. während der Einschaltdauer des aktiven Schaltelements, vergrößert.The switching power supply according to the invention can also advantageously be designed in such a way that the secondary winding has a tap to which the second branch of the bridge circuit is guided, the connection of the first and fourth branches forming the first input connection and the third branch to the second input connection is led. By means of this tapping, the transformation ratio of the transformer for the energy transmission during the said time intervals, i.e. increased during the duty cycle of the active switching element.
Eine andere Abwandlung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils ist derart ausge¬ bildet, daß die Sekundärwicklung eine Anzapfung aufweist, an die der dritte Zweig der Brückenschaltung geführt ist, wobei die Verbindung des ersten und des vierten Zweiges den ersten Eingangsanschluß bildet und der zweite Zweig an den zweiten Eingangsanschluß geführt ist. Bei einem derartigen Anschluß der Anzapfung der Sekundärwicklung wird das Übersetzungsverhältnis für die Energieübertragung während der Ausschaltdauer des aktiven Schaltelements, d.h. zwischen je zwei der genannten Zeitintervalle, vergrößert. Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil kann eine oder mehrere Sekundärwicklungen mit der beschriebenen Beschaltung aufweisen. In der einfachsten Ausbildung ist damit je galvanisch getrennter Ausgangsgleichspannung nur eine einfache Sekundärwicklung erforderlich. Für jede Ausgangsgleichspannung kann separat das Verhältnis der während der Einschaltdauern (genannte Zeitintervalle) übertragenen Energie zu der während der Ausschaltdauern (Zeiträume zwischen den genannten Zeitintervallen) durch das Verhältnis der Primärinduktivität des Transformators zur Induktivität der jeweiligen Sekundärwicklungen eingestellt werden. Außerdem können an den Transformator des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils auch Ausgänge für galvanisch getrennte Ausgangsgleichspannungen angeschlossen werden, die in einfacher, an sich bekannter Weise als Sperrwandleranordnung nur während der Ausschaltdauern bzw. als an sich bekannte Flußwandleranordnungen nur während der Einschaltdauern des aktiven Schaltelements mit Energie versorgt werden.Another modification of the switching power supply according to the invention is such that the secondary winding has a tap to which the third branch of the bridge circuit is led, the connection of the first and fourth branches forming the first input connection and the second branch to the second input connection is led. With such a connection of the tapping of the secondary winding, the transmission ratio for the energy transmission is increased during the switch-off period of the active switching element, ie between two of the mentioned time intervals. The switching power supply according to the invention can have one or more secondary windings with the circuitry described. In the simplest form, only one simple secondary winding is required for each galvanically isolated DC output voltage. For each DC output voltage, the ratio of the energy transferred during the switch-on times (named time intervals) to that during the switch-off times (periods between the named time intervals) can be set by the ratio of the primary inductance of the transformer to the inductance of the respective secondary windings. In addition, outputs for electrically isolated DC output voltages can also be connected to the transformer of the switching power supply according to the invention, which are supplied with energy in a simple, known manner as flyback converter arrangements only during the switch-off times or as known flux converter arrangements only during the switch-on times of the active switching element.
Anhand der Zeichnungen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with the aid of the drawings. Show it
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,1 shows a first embodiment,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Möglichkeit zur Realisierung des Freilaufs für die Ausgangsinduktivität sowie mögliche Realisierungs¬ formen weiterer Ausgangsspannungen, Fig. 3 eine mögliche Realisierung eines größeren Übersetzungsverhältnisses für den2 shows an embodiment with an alternative possibility of realizing the freewheel for the output inductance and possible forms of realization of further output voltages, FIG. 3 shows a possible realization of a larger transmission ratio for the
Energietransfer während der Ausschaltdauer, Fig. 4 eine mögliche Realisierung eines größeren Übersetzungsverhältnisses für den Energietransfer während der Einschaltdauer,4 a possible realization of a larger transmission ratio for the energy transfer during the on-time,
Fig. 5 Diagramme zur Erläuterung der Fig. 1.5 diagrams for explaining the Fig. 1st
In Fig. 1 ist eine Energiequelle, die im wesentlichen eine Gleichspannung Uin abgibt, mit der Primärwicklung Lp eines Transformators mit dem Übersetzungs- Verhältnis N und ein Transistor S, der das aktive Schaltelement bildet, in einem Stromkreis angeordnet. Der Transistor S wird in an sich bekannter Weise über seinen Steueranschluß durch eine Ansteuerschaltung ("Ansteuerung") wechselweise in seinen leitenden oder seinen gesperrten Zustand geschaltet.In Fig. 1 is an energy source, which essentially outputs a DC voltage Uin, with the primary winding L p of a transformer with the transformation ratio N and a transistor S, which forms the active switching element, in one Circuit arranged. In a manner known per se, the transistor S is alternately switched into its conductive or its blocked state via a control circuit (“control”).
Eine Sekundärwicklung des Transformators ist mit einer Gleichrichteranordnung verbunden, die vier Gleichrichterelemente (Dioden) Dl, D2, D3 und D4 in je einem Zweig einer Brückenschaltung umfaßt. Dabei ist ein durch die Verbindung zwischen dem ersten Gleichrichterelement Dl und dem vierten Gleichrichterelement D4 gebildeter Eingangsanschluß mit einem Ende der Sekundärwicklung verbunden, ein zweiter Eingangsanschluß der Gleichrichteranordnung, gebildet durch die Verbin¬ dung des dritten und des zweiten Gleichrichterelements D3 bzw. D2, ist mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformators verbunden. Mit dem ersten Gleichrichterelement Dl ist eine Speicherinduktivität L0 in Reihe geschaltet, deren lastseitiger Anschluß in Verbindung mit dem dritten Gleichrichterelement D3 einen ersten Ausgangsanschluß der Gleichrichteranordnung bildet. Der zweite Ausgangs¬ anschluß der Gleichrichteranordnung wird durch die Verbindung zwischen dem zweiten und dem vierten Gleichrichterelement D2 bzw. D4 dargestellt. Zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen der Gleichrichteranordnung ist als Lastimpedanz die Parallelschaltung eines Lastwiderstands RL und eines Glättungskondensators C0 angeordnet.A secondary winding of the transformer is connected to a rectifier arrangement, which comprises four rectifier elements (diodes) D1, D2, D3 and D4 in each branch of a bridge circuit. An input connection formed by the connection between the first rectifier element D1 and the fourth rectifier element D4 is connected to one end of the secondary winding, a second input connection of the rectifier arrangement, formed by the connection of the third and second rectifier elements D3 and D2, is also connected connected to the other end of the secondary winding of the transformer. A memory inductance L 0 is connected in series with the first rectifier element D1, the load-side connection thereof in connection with the third rectifier element D3 forms a first output connection of the rectifier arrangement. The second output connection of the rectifier arrangement is represented by the connection between the second and fourth rectifier elements D2 and D4. Between the two output connections of the rectifier arrangement, the parallel connection of a load resistor R L and a smoothing capacitor C 0 is arranged as the load impedance.
Die Funktionsweise der Schaltung läßt sich am einfachsten am Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 unter Zuhilfenahme der zugehörigen Strom- und Spannungskurven in Fig. 5 erläutern. Die Diagramme in Fig. 5 zeigen die prinzipiellen Verläufe exemplarisch für den Fall, daß sowohl der Transformator als auch die Ausgangs¬ spule diskontinuierlich arbeiten. Zum Zwecke der Vereinfachung wird hier eine Ausführung mit nur einer Ausgangsspannung betrachtet.The mode of operation of the circuit can be explained most simply using the exemplary embodiment from FIG. 1 with the aid of the associated current and voltage curves in FIG. 5. The diagrams in FIG. 5 show the basic courses as an example for the case that both the transformer and the output coil work discontinuously. For the purpose of simplification, an embodiment with only one output voltage is considered here.
Der Transistor S wird durch die Steuerschaltung zum Zeitpunkt to eingeschaltet und erst zum Zeiφunkt tl wieder ausgeschaltet. Während dieser Einschaltdauer tl-to - o -The transistor S is switched on by the control circuit at the time to and only switched off again at the time t1. During this duty cycle tl-to - o -
beträgt die Spannung uT am Transistor Null und die gesamte Eingansspannung Uin liegt an an der Primärseite des Transformators. Gemäß des gewählten Über¬ setzungsverhältnisses N findet man an der Sekundärseite des Transformators die Spannung Uin/N.the voltage uT at the transistor is zero and the total input voltage Uin is at the primary side of the transformer. According to the selected transmission ratio N, the voltage Uin / N is found on the secondary side of the transformer.
Der Strom durch den Transistor iT setzt sich aus zwei Anteilen zusammen. Der erste Anteil entspricht dem Magnetisierungsstrom 1^ des Transformators. Dieser Magnetisierungsstrom L^ steigt während der Einschaltdauer gemäß der Beziehung:The current through the transistor iT is composed of two parts. The first part corresponds to the magnetizing current 1 ^ of the transformer. This magnetizing current L ^ increases during the duty cycle according to the relationship:
"* ' Lp"* 'Lp
linear an. Hierbei ist Lp die Induktivität der Primärwicklung des Transformators.linear on. Here Lp is the inductance of the primary winding of the transformer.
Der zweite Anteil entspricht dem auf die Primärseite bezogenen Strom, der auf der Sekundärseite des Transformators fließt (geeignete Wahl des Übersetzungsverhält¬ nisses vorausgesetzt: N< Uin/Uo). Dieser Strom auf der Sekundärseite fließt entlang des Strompfades Dl-Lo-Co//RL-D2. Er steigt ebenfalls linear an, da an der Ausgangsinduktivität Lo die feste Differenzspanung Uin/N-Uo anliegt. Im Zeitintervall to bis tl verlaufen die Ströme iDl und iD2 also gemäß:The second component corresponds to the current related to the primary side, which flows on the secondary side of the transformer (provided the transmission ratio is selected appropriately: N <Uin / Uo). This current on the secondary side flows along the current path Dl-Lo-Co // RL-D2. It also rises linearly because the fixed differential voltage Uin / N-Uo is present at the output inductance Lo. In the time interval to to tl, the currents iDl and iD2 therefore run according to:
iDl ( t ) =iD2 ( t ) = Uin I N-Uo LoiDl (t) = iD2 (t) = Uin I N-Uo Lo
Diese beiden Stromanteile entsprechen den beiden oben beschriebenen Energie¬ mengen. Der Magnetisierungsstrom kennzeichnet die im Transformator gespeicherte Energie, die während der Ausschaltdauer übertragen wird. Der Strom auf der Sekundärseite ist ein Maß für die während der Einschaltdauer tl-to direkt an die Sekundärseite abgegebene Energie.These two current components correspond to the two amounts of energy described above. The magnetizing current characterizes the energy stored in the transformer, which is transmitted during the switch-off period. The current on the secondary side is a measure of the energy delivered directly to the secondary side during the on-time tl-to.
Die Ströme durch die Dioden D3 und D4 sind Null, da sie aufgrund der über der Sekundärwicklung anliegenden Spannung in Sperrichtung gepolt sind. Zum Zeitpunkt tl wird der Transistor über die Steuerschaltung ausgeschaltet und somit der Strom durch den Transistor zu Null. Die im Transformator gespeicherte Energie wird sekundärseitig entlang des Strompfades D3-Co/RL-D4 abgegeben. Da nun D3 und D4 leiten, liegt an der Sekundärwicklung die Ausgangsspannung Uo an. Diese transformiert sich mit dem Übersetzungsverhältnis auf die Primärseite, so daß über dem Transistor eine Spannung Uin+N • Uo liegt.The currents through the diodes D3 and D4 are zero because they are reverse-polarized due to the voltage across the secondary winding. At time t1, the transistor is switched off via the control circuit and thus the current through the transistor is zero. The energy stored in the transformer is released on the secondary side along the current path D3-Co / RL-D4. Since D3 and D4 are now conducting, the output voltage Uo is present at the secondary winding. This transforms with the transmission ratio on the primary side, so that a voltage Uin + N • Uo lies across the transistor.
Die Stromformen im Zeitintervall tl bis t2 setzen sich aus zwei Anteilen zusammen. Der erste Anteil entsteht durch die Abmagnetisierung der Ausgangsinduktivität Lo. Der Freilaufzweig für diese Induktivität wird durch die Dioden Dl und D4 gestellt. Während der Zeitdauer tl bis t2 liegt eine Spannung von -Uo über der Ausgangs¬ induktivität Lo an und der Strom durch Lo (der iDl entspricht) nimmt linear ab, gemäß:The current forms in the time interval tl to t2 are composed of two parts. The first part results from the demagnetization of the output inductance Lo. The freewheeling branch for this inductance is provided by the diodes D1 and D4. During the period tl to t2, a voltage of -Uo is present across the output inductance Lo and the current through Lo (which corresponds to iDl) decreases linearly, according to:
iDl ( t ) -iDl { tl ) - g ( t -tl )iDl (t) -iDl {tl) - g (t -tl)
Der zweite Anteil wird durch die Abmagnetisierung des Transformators erzeugt und verläuft über die Dioden D3 und D4. Auch dieser Strom nimmt zeidich linear ab:The second part is generated by the demagnetization of the transformer and runs through the diodes D3 and D4. This current also decreases linearly:
iD3 ( t ) =N wn N Uo ( t -tl ) LpiD3 (t) = N wn N Uo (t -tl) Lp
Der Strom durch die Diode D4 ergibt sich aus der Überlagerung der Ströme der Dioden Dl und D3, da sie an beiden Abmagnetisierungsvorgängen beteiligt ist. Der Strom durch die Diode D2 wird zum Zeiφunkt tl zu Null, da diese durch den Vorzeichenwechsel der Spannung an der Sekundärwicklung in Sperrichtung gepolt wird. Im hier angegebenen Beispiel wird der Strom durch die Diode Dl zum Zeiφunkt t2 zu Null und Dl beginnt zu sperren. Die Abmagnetisierung des Transformators ist noch nicht beendet, so daß der Strom iD3 weiter linear abnimmt. Da iDl ab Zeiφunkt t2 Null ist, entspricht der Strom durch Diode D4 im Zeitintervall t2 bis t3 dem Strom durch Diode D3.The current through the diode D4 results from the superimposition of the currents of the diodes D1 and D3, since it is involved in both demagnetization processes. The current through the diode D2 becomes zero at the time point tl, since this is polarized in the reverse direction by the change in sign of the voltage on the secondary winding. In the example given here, the current through the diode Dl to point t2 becomes zero and Dl begins to block. The demagnetization of the transformer has not yet ended, so that the current iD3 continues to decrease linearly. Since iDl is zero from time point t2, the current through diode D4 in the time interval t2 to t3 corresponds to the current through diode D3.
Zum Zeiφunkt t3 wird für den hier beschriebenen diskontinuierlichen Fall auch der Strom durch die Dioden D3 und D4 zu Null. Die Spannung an der Sekundärwick¬ lung wird hierdurch ebenfalls zu Null, so daß im verbleibenden Zeitintervall t3 bis t4 die Spannung am Transistor gleich der Eingangsspannung ist. Zeiφunkt t4 kennzeichnet das Ende der betrachteten Periode, die sich ab hier wiederholt.At point t3, the current through the diodes D3 and D4 also becomes zero for the discontinuous case described here. As a result, the voltage across the secondary winding also becomes zero, so that in the remaining time interval t3 to t4 the voltage across the transistor is equal to the input voltage. Point t4 marks the end of the period under review, which is repeated from here.
Die Ausgangsspannung Uo wird durch Variation der Einschaltdauer (Tastgrad) bei Schwankungen der Last bzw. der Eingangsspannung konstant gehalten. Diese Regelung des Tastgrades läßt sich mit Standardansteuerschaltungen realisieren.The output voltage Uo is kept constant by varying the duty cycle (duty cycle) in the event of fluctuations in the load or the input voltage. This control of the duty cycle can be implemented with standard control circuits.
Fig. 2 zeigt eine alternative Möglichkeit, den Freilauf für die Ausgangsinduktivität zu realisieren. Die gestrichelt eingezeichnete Diode D5 stellt in diesem Falle den Freilaufpfad zur Verfügung, d.h. sie trägt im Zeitintervall tl bis t2 den Strom der Ausgangsinduktivität. Diode D 1 sperrt zusammen mit Diode D2 ab dem2 shows an alternative possibility of realizing the freewheeling for the output inductance. In this case the diode D5 shown in broken lines provides the freewheeling path, i.e. it carries the current of the output inductance in the time interval tl to t2. Diode D 1 blocks together with diode D2
Zeiφunkt tl, an dem der Transistor ausgeschaltet wird. Da nun Diode D4 nicht mehr im Freilaufpfad liegt, entspricht der Stromverlauf von D4 dem von D3, d.h. die Strombelastungen von Dl und insbesondere von D4 nehmenab (auf Kosten einer weiteren Leistungsdiode).Time tl at which the transistor is switched off. Since diode D4 is no longer in the freewheeling path, the current profile of D4 corresponds to that of D3, i.e. the current loads of Dl and in particular of D4 decrease (at the expense of another power diode).
Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsformen, die es ermöglichen, durch eine einfache Anzapfung mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen zu arbeiten. Fig. 3 zeigt die Anordnng für ein größeres Übersetzungsverhältnis während der Ausschaltdauer, Fig. 4 die für ein größeres Übersetzungsverhältnis während der Einschaltdauer. Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 4 lediglich dadurch, daß das dritte Gleichrichterelement D3 nicht mehr mit dem zweiten Gleichrichterelement D2, sondern mit der Anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist. In Fig. 4 ist statt dessen das zweite Gleichrichter¬ element D2 statt mit dem dritten Gleichrichterelement D3 jetzt mit der Anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators verbunden.3 and 4 show embodiments which make it possible to work with different transmission ratios by a simple tap. FIG. 3 shows the arrangement for a larger transmission ratio during the switch-off period, FIG. 4 shows the arrangement for a larger transmission ratio during the switch-on period. The arrangement according to FIG. 3 only differs from FIG. 4 characterized in that the third rectifier element D3 is no longer connected to the second rectifier element D2, but to the tap of the secondary winding of the transformer. In FIG. 4 the second rectifier element D2 is instead connected to the tap of the secondary winding of the transformer instead of the third rectifier element D3.
Der Transformator ermöglicht die Erzeugung mehrerer galvanisch getrennter Ausgangsgleichspannungen. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten solche Ausgangsspannungen zu erzeugen. Die erste Möglichkeit besteht darin, weitere Ausgangsspannungen über gleiche sekundärseitige Beschallungen zu erzeugen.The transformer enables the generation of several galvanically isolated DC output voltages. There are various ways to generate such output voltages. The first option is to generate additional output voltages using the same secondary sound system.
Hierbei läßt sich die Ausgangsleistung für jeden Ausgang neu aufteilen (in Anteile der während der Einschaltdauer bzw. während der Ausschaltdauer übertragenen Leistung). Diese Aufteilung wird durch die jeweils benutzte Ausgangsinduktivität eingestellt (siehe Fig. 2a).The output power can be redistributed for each output (in parts of the power transmitted during the switch-on period or during the switch-off period). This division is set by the output inductance used in each case (see FIG. 2a).
Die anderen Möglichkeiten lassen sich damit auch direkt ablesen. Es handelt sich hierbei um die beiden 100%-Grenzfälle, d.h. nur während der Einschaltdauer bzw. nur während der Ausschaltdauer wird Energie übertragen. Der erste Fall entspricht einer sekundärseitigen Beschaltung analog zum Flußwandler (siehe Fig. 2b), der zweite einer Beschaltung analog zum Sperrwandler (siehe Fig. 2c)). The other options can also be read directly. These are the two 100% limit cases, i.e. energy is only transferred during the switch-on period or only during the switch-off period. The first case corresponds to a circuit on the secondary side analogous to the forward converter (see FIG. 2b), the second to a circuit analogous to the flyback converter (see FIG. 2c)).

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Schaltnetzteil mit einem Transformator (Lp, N), dessen Primärwicklung in periodisch wiederkehrenden Zeitintervallen (tO bis tl) elektrische Energie aus einer Energiequelle (U zuführbar ist und der wenigstens eine Sekundärwicklung aufweist, über die die Energie dem Transformator (Lp, N) entnehmbar und durch eine Gleichrichteranordnung1. Switched-mode power supply with a transformer (L p , N), the primary winding of which, at periodically recurring time intervals (tO to tl), can be supplied with electrical energy from an energy source (U) and which has at least one secondary winding via which the energy passes to the transformer (L p , N) removable and through a rectifier arrangement
(Dl bis D4) einer Speicherinduktivität (L0) und einer Lastimpedanz (C0, RJ zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet. daß die Gleichrichteranordnung (Dl bis D4) drei Strompfade aufweist, von denen - ein erster für die Zufuhr der Energie zur Speicherinduktivität (L„) und zur(Dl to D4) can be supplied to a storage inductance (L 0 ) and a load impedance (C 0 , RJ), characterized in that the rectifier arrangement (Dl to D4) has three current paths, one of which - a first one for supplying the energy to the storage inductance ( L ") and to
Lastimpedanz (C0, R während der genannten Zeitintervalle (tO bis tl), ein zweiter zur Abmagnetisierung des Transformators (Lp, N) über seine Sekundärwicklung und die Lastimpedanz (C0, R und der dritte zur Abmagnetisierung der Speicherinduktivität (L0) über die Lastimpedanz (C„, RL) eingerichtet ist, wobei der zweite und dritte Strompfad derart ausgebildet sind, daß die Abmagneti- sierungen des Transformators (Lp, N) und der Speicherinduktivität (L0) außerhalb der genannten Zeitintervalle (tO bis tl) und gleichzeitig erfolgen und voneinander unbeeinflußt sind.Load impedance (C 0 , R during said time intervals (tO to tl), a second for demagnetizing the transformer (L p , N) via its secondary winding and the load impedance (C 0 , R and the third for demagnetizing the storage inductance (L 0 ) is set up via the load impedance (C ", R L ), the second and third current paths being designed in such a way that the demagnetizations of the transformer (L p , N) and the storage inductance (L 0 ) outside the time intervals mentioned (t0 to tl) and take place simultaneously and are unaffected by each other.
2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Gleichrichteranordnung (Dl bis D4) eine Brückenschaltung mit vier in je einem Zweig der Brückenschaltung nach Art einer Graetz-Brücke angeordneten Gleichrichterelementen (Dl, D2, D3 bzw. D4) umfaßt, deren Eingangsanschlüsse (Verbindungen Dl, D4 bzw. D2, D3) mit der Sekundärwicklung und deren Ausgangsanschlüsse (Verbindungen L0, D3 bzw. D2, D4) mit der Lastimpedanz (C„,2. Switching power supply according to claim 1, characterized. that the rectifier arrangement (Dl to D4) comprises a bridge circuit with four rectifier elements (Dl, D2, D3 and D4) arranged in one branch of the bridge circuit in the manner of a Graetz bridge, the input connections (connections Dl, D4 and D2, D3 ) with the secondary winding and its Output connections (connections L 0 , D3 or D2, D4) with the load impedance (C ",
RL) verbunden sind, wobei die Gleichrichterelemente (Dl, D2) eines ersten und eines zweiten der Zweige den ersten Strompfad bilden und die übrigen Gleichrichterelemente (D3, D4) sich während der genannten Zeitintervalle (tO bis tl) in ihrem gesperrten Zustand befinden, die Gleichrichterelemente (D3, D4) des dritten und des vierten Zweiges der Gleichrichteranordnung den zweiten Strompfad bilden und im ersten Zweig der Brückenschaltung in Reihe mit dem Gleichrichterelement (Dl) die Speicherinduktivität (LQ) angeordnet ist, derart, daß der erste und der vierte Zweig (Dl, D4) der Brückenschaltung den dritten Strompfad bilden.R L ) are connected, the rectifier elements (Dl, D2) of a first and a second of the branches forming the first current path and the other rectifier elements (D3, D4) being in their blocked state during the said time intervals (tO to tl), the rectifier elements (D3, D4) of the third and fourth branches of the rectifier arrangement form the second current path and the memory inductance (L Q ) is arranged in the first branch of the bridge circuit in series with the rectifier element (Dl), such that the first and fourth Branch (Dl, D4) of the bridge circuit form the third current path.
3. Schaltnetzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß die Gleichrichteranordnung (Dl bis D4) einen fünften Zweig mit einem3. Switching power supply according to claim 2, characterized. that the rectifier arrangement (Dl to D4) has a fifth branch with a
Gleichrichterelement (D5) umfaßt, daß die Speicherinduktivität (L0) im ersten Zweig (Dl, L0) der Brückenschaltung einseitig mit dem angrenzenden Ausgangsanschluß (an D3) verbunden ist und daß der fünfte Zweig (D5) die Reihenschaltung aus viertem Zweig und Gleichrichterelement des ersten Zweiges (Dl, D4) überbrückt.Rectifier element (D5) comprises that the memory inductance (L 0 ) in the first branch (Dl, L 0 ) of the bridge circuit is connected on one side to the adjacent output terminal (at D3) and that the fifth branch (D5) is the series circuit comprising the fourth branch and rectifier element bridged the first branch (Dl, D4).
4. Schaltnetzteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Sekundärwicklung eine Anzapfung aufweist, an die der zweite Zweig (D2) der Brückenschaltung geführt ist, wobei die Verbindung des ersten und des vierten Zweiges (Dl, D4) den ersten Eingangsanschluß bildet und der dritte Zweig (D3) an den zweiten Eingangsanschluß geführt ist.4. Switching power supply according to claim 2 or 3, characterized. that the secondary winding has a tap to which the second branch (D2) of the bridge circuit is guided, the connection of the first and fourth branches (D1, D4) forming the first input connection and the third branch (D3) being connected to the second input connection is.
5. Schaltnetzteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Sekundärwicklung eine Anzapfung aufweist, an die der dritte Zweig (D3) der Brückenschaltung geführt ist, wobei die Verbindung des ersten und des vierten Zweiges (Dl, D4) den ersten Eingangsanschluß bildet und der zweite Zweig (D2) an den zweiten Eingangsanschluß geführt ist. 5. Switching power supply according to claim 2 or 3, characterized. that the secondary winding has a tap to which the third branch (D3) of the bridge circuit is guided, the connection of the first and the fourth Branch (Dl, D4) forms the first input connection and the second branch (D2) is led to the second input connection.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0841741B1 (en) * 1996-11-07 2004-01-28 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Switched-mode power supply
US6316845B1 (en) 1999-11-05 2001-11-13 Parker Research Corporation Battery powered AC electromagnetic yoke for magnetic particle inspection
JP2002115628A (en) * 2000-10-10 2002-04-19 Nippon Soken Inc Fuel injection valve and internal combustion engine
US6518733B1 (en) * 2001-08-03 2003-02-11 Linear Technology Corporation Circuits and techniques for capacitor charging circuits
US20040130299A1 (en) * 2001-08-03 2004-07-08 Linear Technology Corporation Circuits and techniques for capacitor charging circuits
AT412827B (en) * 2003-01-27 2005-07-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss COMBINED LOCKING FLOW CONVERTER
FI20050094A0 (en) * 2005-01-28 2005-01-28 Vacon Oyj power Source
US7342365B2 (en) * 2006-02-09 2008-03-11 Linear Technology Corp. Systems and methods for reducing input current in photoflash chargers
AT504948B1 (en) * 2007-03-15 2008-11-15 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss COMBINED LOCKING FLOW CONVERTER WITHOUT DEMAGNETIC WINDING
AT505800B1 (en) * 2007-09-19 2012-01-15 Fachhochschule Technikum Wien FLOW CONVERTER WITHOUT DEMAGNETIC DEVELOPMENT

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3740639A (en) * 1972-04-06 1973-06-19 Rca Corp Transformer coupled switching regulator
DE2940498A1 (en) * 1979-10-05 1981-04-09 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München SINGLE-STOCK DC / DC CONVERTER FOR PULSE CONTROL OF THE VOLTAGE ON A CAPACITIVE LOAD

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9608071A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US5729447A (en) 1998-03-17
WO1996008071A1 (en) 1996-03-14
JPH09505460A (en) 1997-05-27

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