EP3075066A2 - Schaltnetzteil und verfahren zum regeln einer ausgangsspannung eines schaltnetzteils - Google Patents

Schaltnetzteil und verfahren zum regeln einer ausgangsspannung eines schaltnetzteils

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EP3075066A2
EP3075066A2 EP14799162.4A EP14799162A EP3075066A2 EP 3075066 A2 EP3075066 A2 EP 3075066A2 EP 14799162 A EP14799162 A EP 14799162A EP 3075066 A2 EP3075066 A2 EP 3075066A2
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EP
European Patent Office
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power supply
temperature
switching power
output voltage
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14799162.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Schürmann
Michael Buschkamp
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Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Original Assignee
Weidmueller Interface GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3075066A2 publication Critical patent/EP3075066A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a switching power supply for converting an input voltage into an output voltage, the at least one of a
  • Pulse width modulation circuit clocked controlled switching stage wherein a control circuit is provided which acts on the pulse width modulation circuit for changing the height of the output voltage.
  • the invention further relates to a method for regulating an output voltage of a
  • a switching power supply usually an input AC voltage is first rectified and then converted with a switching stage in an AC voltage considerably higher frequency.
  • This input-side high-frequency AC voltage is, for example by means of a transformer, transformed into an output-side high-frequency AC voltage smaller or larger amount and rectified again. To the won so
  • Such switching power supplies have a control circuit that controls the DC output voltage regardless of a load connected to a constant value as possible. This is due to a change in the frequency and / or the pulse width or the
  • Pulse width modulation possible.
  • the switching power supply to a PWM switching stage which is influenced by the control loop.
  • Input-side switching stage also have an output side arranged switching stage, or it is provided both the input side and the output side, a switching stage for converting a rectified AC voltage into an AC voltage higher frequency.
  • a switching stage for converting a rectified AC voltage into an AC voltage higher frequency.
  • Output voltages are at least slightly different, which may have greatly divergent output currents of the individual power supplies result.
  • An inventive switching power supply of the type mentioned above is characterized in that the control circuit has a temperature sensor which is provided for measuring a load-dependent temperature of the switching power supply, wherein the control circuit is arranged so that the output voltage is lowered with increasing temperature.
  • the switched-mode power supply unit heats up or at least heats up at least individual components (components) of the power supply unit
  • the temperature sensor detects this
  • the load is distributed in a parallel connection of several power supply units to the interconnected power supply units.
  • the control circuit can, for example, an evaluation circuit for the
  • Temperature sensor comprising a threshold switch.
  • a Threshold temperature selected between 70 and 100 ° C (degrees Celsius), and more preferably between 85 and 95 ° C.
  • Output voltage linearly lowered with increasing temperature.
  • the lowering of the output voltage between 0.005 and 0.025 V / K (volts / Kelvin, corresponds to V / ° C) and more preferably between 0.015 and 0.02 V / K.
  • the reduction can be relatively easily implemented, for example, by the fact that the control circuit has an evaluation circuit with a
  • a linear functional relationship between the measured temperature and the output voltage can be easily implemented circuitry and leads to a good-natured control behavior in a parallel circuit of multiple power supplies, in which a swing in a control situation in which constantly another power supply is excessively loaded.
  • control circuit comprises a
  • control circuit is additionally or alternatively designed as a current control.
  • Temperature sensor a temperature-dependent resistor. This can as
  • Thermistor or be designed as a PTC thermistor. In principle, however, are also designed as a switching transistor or as semiconductor temperature sensors
  • the temperature sensor is preferably arranged on an output side of the switched-mode power supply and is in thermal contact with a component of the switched-mode power supply.
  • the temperature sensor with a
  • the switching power supply is preferred as a so-called wide-range power supply
  • the height of the input voltage is preferably in the range of 10 to 300V, more preferably in the range of 15 to 265V.
  • the object is further solved by a method for controlling a
  • Output voltage is adjusted depending on the measured temperature. Preferably, the output voltage is lowered with increasing temperature and lowered in particular linearly with the temperature. More preferably, the output voltage is lowered with increasing temperature when the temperature is greater than a predetermined threshold temperature. This results in the advantages described in connection with the switching power supply.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a switching power supply
  • FIG. 2 is a more detailed circuit diagram of a portion of the switched mode power supply.
  • Figure 3 is a schematic representation of the dependence of a
  • FIG. 4 shows a more detailed circuit diagram of an evaluation circuit of FIG.
  • Switched-mode power supply 1 of FIG. 1 is provided for converting an input voltage UE, here an input AC voltage, into an output voltage UA (here an output DC voltage).
  • the input voltage U E is converted by a rectifier 2 into a pulsating DC voltage Ui, which is smoothed and / or screened by means of a smoothing module 3.
  • the smoothing module 3 has a first smoothing capacitor Ci.
  • the AC voltage U 3 is smaller with the transformer 5 in a secondary side higher frequency AC voltage U 3 (or in certain
  • the secondary-side higher-frequency AC voltage U 3 is rectified again in a secondary-side rectifier 6 in a secondary-side DC voltage and smoothed in a secondary-side smoothing assembly 7 and / or screened.
  • the secondary-side smoothing module 7 here by way of example has a further smoothing capacitor C 2 .
  • more complex circuits of a plurality of in particular discrete components are preferred for the secondary-side smoothing module 7.
  • the output voltage of the secondary-side smoothing module 7 is the here positive output voltage U A of the power supply 1 with respect to a reference potential GND.
  • a control circuit 8 which compares the output voltage UA with a reference voltage and depending on the comparison to a
  • Pulse width modulation (PWM) circuit 9 acts.
  • the PWM circuit 9 controls the switching stage 4 and changes according to the specifications of
  • Control circuit 8 the clock parameters, in particular a clock ratio, but possibly also a clock frequency, the switching stage 4, whereby the output voltage U A is influenced. It is formed so a loop through which the Output voltage U A is kept at a desired, predetermined value.
  • a current regulation not shown here, can additionally be provided, by means of which the current delivered to the load 110 can be limited.
  • Such a switching power supply 1 often also has a filter (not shown), with which the input AC voltage U E is filtered before rectification to filter out harmonics, surges and / or network interference.
  • the transformer 5 can also have a plurality of secondary windings (not shown) with which secondary-side alternating voltages of different heights can be generated.
  • a plurality of rectifiers 6 and smoothing assemblies 7 are provided for the different secondary alternating voltages.
  • control circuit 8 is set up to measure a temperature of a component which heats up as the load of the switched-mode power supply 1 increases, and to regulate the output voltage U A as a function of this temperature. This will be explained in more detail below in connection with FIGS. 2 to 4.
  • FIG. 2 shows the control circuit 8 of the switched mode power supply 1 in more detail.
  • Output voltage UA is applied to the inverting input of a voltage divider formed by two resistors Ri and R 2
  • Operational amplifier 82 is acted upon by a reference voltage L provided by a reference voltage source 83.
  • the operational amplifier 82 is connected as a negative feedback amplifier by a
  • Counter-coupling branch is formed with a negative feedback resistor R 0 .
  • the negative feedback resistor R 0 a capacitor C 0 is connected in parallel. The output of the
  • Operational amplifier 82 is indirectly connected to the input of the PWM circuit 9 via an opto-coupler 84, which serves for galvanic isolation. These just described components of the control circuit 8 are used to set an initially constant output voltage U A of the switching power supply. 1
  • a temperature sensor S is provided, which is thermally coupled to a component of the switching power supply 1, which heats up during operation and load of the switching power supply 1.
  • This component may be one of the arranged in the load circuit components or assemblies, such as the secondary-side rectifier 6 or even the primary-side rectifier 2 or
  • the temperature sensor S is in the illustrated example of Figure 2 is a temperature-dependent resistor R # , for example, a thermistor or a PTC thermistor.
  • R # temperature-dependent resistor
  • temperature sensors based on another principle are also suitable, for example semiconductor temperature sensors.
  • the temperature sensor S is connected to an evaluation circuit 81, which depends on a measured temperature T at an output a
  • the output of the evaluation circuit 81 is also connected via a resistor R 3 to the inverting input of
  • Temperature T shown in a curve 20. At a temperature T which is between an ambient temperature T 0 and a threshold temperature T s , the voltage U # is zero. In this temperature range, the one
  • Output voltage UA of the switching power supply 1 is thus guided via a voltage divider to the inverting input of the operational amplifier 82, which is composed of the resistor R 2 and a parallel connection of the resistors Ri and R 3 . Together with the magnitude of the reference voltage U ref , the resistance values Ri to R 3 determine the nominal level of the output voltage UA. If the temperature T exceeds the threshold temperature Ts, the
  • Temperature sensor S measured temperature T over the
  • Threshold temperature T s occur, which leads to a reduction in the
  • Output voltage UA leads. By lowering the output voltage UA reduces the load of this switching power supply 1, which slowly lowers its temperature T again and the output voltage is in turn slightly increased. In the interaction of at least two or more switching power supplies 1 connected in parallel, an equal distribution of the load of the switched-mode power supply 1 is established.
  • the temperature inertia with which changes the temperature of components of the switching power supply 1, causes a large time constant of a few minutes of this temperature-dependent part of the control loop, the
  • FIG. 4 shows a suitable structure of the evaluation circuit 81 in more detail.
  • the evaluation circuit 81 comprises an operational amplifier 81 1, which is supplied with an asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the evaluation circuit 81 comprises an operational amplifier 81 1, which is supplied with an asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V + ). Accordingly, the asymmetrical supply voltage (reference potential GND and a positive supply voltage V
  • Output of this operational amplifier 81 1 with respect to the reference potential GND assume no negative voltages.
  • the non-inverting input of the operational amplifier 81 1 is connected via the temperature-dependent resistor R # used with the positive reference voltage U re f and via a resistor R to the reference potential GND.
  • the inverting input of the operational amplifier 81 1 is connected via a resistor R 6 to the reference potential and via a resistor R 6 with his Output.
  • the temperature-dependent resistor R # is in the illustrated embodiment, a thermistor whose resistance decreases with increasing temperature T. Accordingly, at the non-inverting input of the operational amplifier 81 1, the potential increases as the temperature T increases. At the threshold temperature T s , the potential does not exceed
  • Inverting input the potential at the inverting input, which is formed by the voltage divider from the resistors R 5 and R 6 . Due to the negative feedback via the resistor R 6 , the output voltage of the operational amplifier increases proportionally with increasing temperature T.
  • Threshold switch which provides a non-zero output voltage U # only when the temperature T becomes higher than that
  • Threshold temperature T s Threshold temperature T s .
  • the negative feedback effects a voltage U # which then increases linearly with a further temperature T.
  • a temperature other than a linear temperature dependence of the voltage U # may be provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil (1) zum Umwandeln einer Eingangsspannung (UEIN) in eine Ausgangsspannung (UA), aufweisend zumindest eine von einer Pulsweitenmodulationsschaltung (9) getaktet angesteuerten Schaltstufe (4), wobei eine Regelschaltung (8) vorgesehen ist, die auf die Pulsweitenmodulationsschaltung (9) zur Änderung der Höhe der Ausgangsspannung (UA) einwirkt. Das Schaltnetzteil (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelschaltung (8) einen Temperatursensor (S) aufweist, der zum Messen einer lastabhängigen Temperatur (T) des Schaltnetzteils (1) vorgesehen ist, wobei die Regelschaltung (8) so eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung (UA) eines Schaltnetzteils (1).

Description

Schaltnetzteil und Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung
Schaltnetzteils
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil zum Umwandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, das zumindest eine von einer
Pulsweitenmodulationsschaltung getaktet angesteuerten Schaltstufe, wobei eine Regelschaltung vorgesehen ist, die auf die Pulsweitenmodulationsschaltung zur Änderung der Höhe der Ausgangsspannung einwirkt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines
Schaltnetzteils.
Bei einem Schaltnetzteil wird üblicherweise eine Eingangswechselspannung zunächst gleichgerichtet und dann mit einer Schaltstufe in eine Wechselspannung erheblich höherer Frequenz gewandelt. Diese eingangsseitige hochfrequente Wechselspannung wird, beispielsweise mittels eines Transformators, in eine ausgangsseitige hochfrequente Wechselspannung kleineren oder größeren Betrages transformiert und wieder gleichgerichtet. Um die so gewonnene
Ausgangsgleichspannung zu stabilisieren, weisen solche Schaltnetzteile einen Regelkreis auf, der die Ausgangsgleichspannung unabhängig von einer angeschlossenen Last auf einen möglichst konstanten Wert regelt. Dies ist über eine Veränderung der Frequenz und/oder der Pulsbreite bzw. des
Tastverhältnisses der getakteten Ansteuerung der Schaltstufe in einem
Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) möglich. Dazu weist das Schaltnetzteil eine PWM-Schaltstufe auf, die von dem Regelkreis beeinflusst wird.
In Abhängigkeit vom Einsatzfall kann ein Schaltnetzteil anstelle der
eingangsseitigen Schaltstufe auch eine ausgangsseitig angeordnete Schaltstufe aufweisen, oder es ist sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig eine Schaltstufe zum Wandeln einer gleichgerichteten Wechselspannung in eine Wechselspannung höherer Frequenz vorgesehen. Um eine Last mit einer ausreichend großen Leistung zu versorgen, ist es bekannt, mehrere Netzteile parallel zu schalten, so dass der Last ein höherer
Ausgangsstrom zur Verfügung steht. Bei einer solchen Parallelschaltung ist es wichtig, dass die Netzteile gleichmäßig belastet werden. Dies ist ohne eine zusätzliche Regelung üblicherweise nicht der Fall, da selbst baugleiche Netzteile mit nominell gleicher Ausgangsspannung in ihrer tatsächlichen
Ausgangsspannungen zumindest geringfügig differieren, was unter Umständen stark voneinander abweichende Ausgangsströme der einzelnen Netzteile zur Folge hat.
Ohne eine zusätzliche Regelung übernimmt dann zumeist eines der Netzteile die volle Last bis zu seiner Strombegrenzung, während das andere oder die anderen Netzteile lediglich die verbleibende benötigte Last übernehmen. Das stark belastete Netzteil arbeitet dann dauerhaft an seiner Leistungsgrenze, wodurch seine Lebensdauer erheblich abnimmt.
Bekannt ist es daher, den Ausgangsstrom jedes der parallel geschalteten
Netzteile zu messen, und die Ausgangsspannung mit einer externen Regelung in Abhängigkeit vom fließenden Ausgangsstrom jeweils so zu regeln, dass die Netzteile denselben Stromanteil liefern. Die Netzteile werden bei dieser Lösung sehr gleichmäßig belastet. Wegen der erforderlichen externen Beschaltung ist diese Lösung jedoch aufwendig.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Schaltnetzteil zur Verfügung zu stellen, mit dem in Parallelschaltung mit einem anderen, insbesondere
baugleichen Schaltnetzteil eine gleichmäßige Strombelastung erzielt wird, ohne dass eine externe Beschaltung erforderlich ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Schaltnetzteil und ein Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelschaltung einen Temperatursensor aufweist, der zum Messen einer lastabhängigen Temperatur des Schaltnetzteils vorgesehen ist, wobei die Regelschaltung so eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur abgesenkt wird.
Bei einer dauerhaften großen Leistungsabgabe erwärmt sich das Schaltnetzteil bzw. erwärmen sich zumindest einzelne Komponenten (Bauelemente) des
Schaltnetzteils. Erfindungsgemäß erfasst der Temperatursensor diese
Erwärmung und wirkt derart auf die Regelschaltung ein, dass die
Ausgangsspannung mit steigender Temperatur absenkt wird. Arbeitet das Netzteil in einer Parallelschaltung mit weiteren Netzteilen, wird durch die
temperaturgesteuerte Absenkung der Ausgangsspannung das Netzteil in der Folge weniger stark belastet. Folglich sinkt nachfolgend, mit einer gewissen Zeitverzögerung, die in der thermischen Trägheit des Netzteils begründet liegt, die gemessene Temperatur wiederum. Die Ausgangsspannung steigt, und das Netzteil wird wieder stärker belastet. Bei geeigneter Steigung der
Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung ergibt sich jedoch keine sich wiederholende Temperaturerhöhung und -absenkung, sondern es stellt sich eine weitestgehend konstante und über die parallelgeschalteten Netzteile
gleichmäßige Last- und damit Temperaturverteilung ein. Ohne dass eine externe Beschaltung notwendig ist, verteilt sich die Last in einem Parallelverbund mehrerer Netzteile so gleich auf die zusammengeschalteten Netzteile.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltnetzteils wird die
Ausgangsspannung mit steigender Temperatur nur dann abgesenkt, wenn die Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Schwellenwerttemperatur liegt. Die Regelschaltung kann dazu beispielsweise eine Auswerteschaltung für den
Temperatursensor umfassen, die einen Schwellwertschalter aufweist. Auf diese Weise wird eine Variation der Ausgangsspannung in einem Kleinleistungsbereich verhindert und auch eine ungewollte Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Umgebungstemperatur. Erst wenn ein Bauelement lastbedingt eine deutlich erhöhte Temperatur aufweist, was auf eine Lastungleichverteilung schließen lässt, setzt der temperaturabhängige Regelmechanismus ein. Bevorzugt wird eine Schwellenwerttemperatur zwischen 70 und 100 °C (Grad Celsius) gewählt und besonders bevorzugt zwischen 85 und 95 °C.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltnetzteils wird die
Ausgangsspannung mit steigender Temperatur linear abgesenkt. Bevorzugt beträgt die Absenkung der Ausgangsspannung zwischen 0,005 und 0,025 V/K (Volt/Kelvin, entspricht V/°C) und besonders bevorzugt zwischen 0,015 und 0,02 V/K. Die Absenkung kann relativ einfach beispielsweise dadurch umgesetzt werden, dass die Regelschaltung eine Auswerteschaltung mit einem
gegengekoppelten Operationsverstärker für den Temperatursensor umfasst. Ein linearer Funktionszusammenhang zwischen der gemessenen Temperatur und der Ausgangsspannung lässt sich schaltungstechnisch leicht umsetzen und führt zu einem gutmütigen Regelverhalten in einer Parallelschaltung mehrerer Netzteile, bei dem ein Aufschwingen in eine Regelsituation, in der ständig ein anderes Netzteil übermäßig belastet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Regelschaltung eine
Spannungsregelung. Ebenfalls bevorzugt ist die Regelschaltung zusätzlich oder alternativ als eine Stromregelung ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltnetzteils ist der
Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand. Dieser kann als
Heißleiter oder als Kaltleiter ausgebildet sein. Prinzipiell sind aber auch als Schalttransistor oder als Halbleiter-Temperatursensoren ausgebildete
Temperatursensoren verwendbar.
Der Temperatursensor ist bevorzugt an einer Ausgangsseite des Schaltnetzteils angeordnet und befindet sich in einem thermischen Kontakt mit einem Bauteil des Schaltnetzteils. Beispielsweise kann der Temperatursensor mit einem
ausgangsseitigen Gleichrichter gekoppelt sein. Es ist aber auch eine Anordnung an einer Eingangsseite des Schaltnetzteils denkbar, sofern dort eine
lastabhängige Temperatur messbar ist. Das Schaltnetzteil ist bevorzugt als sogenanntes Weitbereichsnetzteil
ausgebildet. Die Höhe der Eingangsspannung liegt dabei bevorzugt im Bereich von 10 bis 300V, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 265V.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Regeln einer
Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils bei dem eine lastabhängige Temperatur einer Komponente des Schaltnetzteils gemessen wird und die
Ausgangsspannung abhängig von der gemessenen Temperatur eingestellt wird. Bevorzugt wird die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur abgesenkt und insbesondere linear mit der Temperatur abgesenkt. Weiter bevorzugt wird die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur abgesenkt, wenn die Temperatur größer ist als eine vorgegebene Schwellenwerttemperatur. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Schaltnetzteil beschriebenen Vorteile.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe von Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
Figur 1 ein schematisches Schaltbild eines Schaltnetzteils;
Figur 2 eine detaillierteres Schaltbild eines Teils des Schaltnetzteils; und
Figur 3 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit einer
Ausgangsspannung einer Auswerteschaltung von einer innerhalb des Schaltnetzteils gemessenen Temperatur; und
Figur 4 eine detaillierteres Schaltbild einer Auswerteschaltung des
Schaltnetzteils.
In Figur 1 ist ein Schaltnetzteil 1 in einem Blockschaltbild dargestellt. Das
Schaltnetzteil 1 der Figur 1 ist zum Wandeln einer Eingangsspannung UE, hier einer Eingangswechselspannung, in eine Ausgangsspannung UA (hier eine Ausgangsgleichspannung) vorgesehen. Die Eingangsspannung UE, typischerweise eine Netzspannung, wird durch einen Gleichrichter 2 in eine pulsierende Gleichspannung Ui gewandelt, die mittels einer Glättungsbaugruppe 3 geglättet und/oder gesiebt wird. Dafür weist die Glättungsbaugruppe 3 einen ersten Glättungskondensator Ci auf.
Mit der Gleichspannung Ui wird über eine Schaltstufe 4 mit einem Schaltorgan 41 eine Primärwicklung I eines Transformators 5 getaktet beaufschlagt. Mit der Schaltstufe 4 wird die Gleichspannung Ui so in eine höherfrequente
Wechselspannung U2 gewandelt, die eine Frequenz aufweist, die deutlich größer ist, als die Frequenz der Eingangswechselspannung UE.
Die Wechselspannung U3 wird mit dem Transformator 5 in eine sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U3 kleineren (oder in bestimmten
Anwendungsfällen auch größeren) Betrages gewandelt. Anschließend wird die sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U3 nochmals in einem sekundärseitigen Gleichrichter 6 in eine sekundärseitige Gleichspannung gleichgerichtet und in einer sekundärseitigen Glättungsbaugruppe 7 geglättet und/oder gesiebt. Dafür weist die sekundärseitige Glättungsbaugruppe 7 hier beispielhaft einen weiteren Glättungskondensator C2 auf. Prinzipiell sind aber auch komplexere Schaltungen aus mehreren insbesondere diskreten Bauteilen (nicht gezeigt) für die sekundärseitige Glättungsbaugruppe 7 bevorzugt.
Die Ausgangsspannung der sekundärseitigen Glättungsbaugruppe 7 ist die hier positive Ausgangsspannung UA des Netzteils 1 gegenüber einem Bezugspotential GND.
Damit die Ausgangsspannung UA auch bei sich ändernder Last 10 stabil ist, ist eine Regelschaltung 8 vorgesehen, der die Ausgangsspannung UA mit einer Referenzspannung vergleicht und abhängig von dem Vergleich auf eine
Pulsweitenmodulations- (PWM) Schaltung 9 einwirkt. Die PWM-Schaltung 9 steuert die Schaltstuft 4 an und verändert entsprechend der Vorgaben der
Regelschaltung 8 die Taktparameter, insbesondere ein Taktverhältnis, ggf. aber auch eine Taktfrequenz, der Schaltstufe 4, wodurch die Ausgangsspannung UA beeinflusst wird. Es wird so ein Regelkreis gebildet, durch den die Ausgangsspannung UA auf einem gewünschten, vorgegebenen Wert gehalten wird. Neben dieser Spannungsregelung kann zusätzlich eine hier nicht gezeigte Stromregelung vorgesehen sein, durch die der an die Last 1 0 abgegebene Strom begrenzt werden kann.
Ein solches Schaltnetzteil 1 weist häufig zudem ein Filter (nicht gezeigt) auf, mit dem die Eingangswechselspannung U E vor dem Gleichrichten gefiltert wird, um Oberwellen, Überspannungen und/oder Netzstörungen auszufiltern.
Sekundärseitig kann der Transformator 5 zudem mehrere Sekundärwicklungen (nicht gezeigt) aufweisen, mit denen sekundärseitige Wechselspannungen verschiedener Höhe erzeugbar sind. Bei dieser Ausbildung des Schaltnetzteils 1 sind dann mehrere Gleichrichter 6 und Glättungsbaugruppen 7 jeweils für die verschiedenen sekundärseitigen Wechselspannungen vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist die Regelschaltung 8 dazu eingerichtet, eine Temperatur eines sich mit wachsender Belastung des Schaltnetzteil 1 erwärmenden Bauteils zu messen und die Ausgangsspannung UA auch abhängig von dieser Temperatur zu regeln. Dieses wird im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 nachfolgend näher erläutert.
Figur 2 zeigt die Regelschaltung 8 des Schaltnetzteils 1 detaillierter. Die
Ausgangsspannung UA wird über einen aus zwei Widerständen Ri und R2 gebildeten Spannungsteiler auf den invertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers 82 geführt. Der nicht invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 82 ist mit einer von einer Referenzspannungsquelle 83 bereitgestellten Referenzspannung L beaufschlagt. Der Operationsverstärker 82 ist als gegengekoppelter Verstärker beschaltet, indem ein
Gegenkopplungszweig mit einem Gegenkopplungswiderstand R0 gebildet ist. Zur Unterdrückung von Schwingungsneigungen ist dem Gegenkopplungswiderstand R0 ein Kondensator C0 parallel geschaltet. Der Ausgang des
Operationsverstärkers 82 ist über einen Optokoppler 84, der der galvanischen Trennung dient, indirekt auf den Eingang der PWM-Schaltung 9 geführt. Diese soeben beschriebenen Bauelemente der Regelschaltung 8 dienen der Einstellung einer zunächst konstanten Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 .
Weiter ist ein Temperatursensor S vorgesehen, der mit einem Bauelement des Schaltnetzteils 1 thermisch gekoppelt ist, das sich beim Betrieb und bei Belastung des Schaltnetzteils 1 erwärmt. Dieses Bauteil kann eines der im Laststromkreis angeordneten Bauteile oder Baugruppen sein, beispielsweise der sekundärseitige Gleichrichter 6 oder aber auch der primärseitige Gleichrichter 2 oder das
Schaltorgan 41 der Schaltstufe 4. Der Temperatursensor S ist im dargestellten Beispiel der Figur 2 ein temperaturabhängiger Widerstand R#, beispielsweise ein Heißleiter oder ein Kaltleiter. Prinzipiell sind auch auf einem anderen Prinzip beruhende Temperatursensoren geeignet, beispielsweise Halbleiter- Temperatursensoren.
Der Temperatursensor S ist mit einer Auswerteschaltung 81 verbunden, die abhängig von einer gemessenen Temperatur T an einem Ausgang eine
Spannung U# bereitstellt. Der Ausgang der Auswerteschaltung 81 ist über einen Widerstand R3 ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 82 verbunden.
In der Figur 3 ist die Abhängigkeit der Spannung U# von der gemessenen
Temperatur T in einer Kurve 20 dargestellt. Bei einer Temperatur T, die zwischen einer Umgebungstemperatur T0 und einer Schwellenwerttemperatur Ts liegt, beträgt die Spannung U# null. In diesem Temperaturbereich, der einer
Normaltemperatur oder einer nur leicht erhöhten Temperatur des Bauteils, mit dem der Temperatursensor S gekoppelt ist, entspricht, wird die
Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 somit über einen Spannungsteiler auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 82 geführt, der sich aus dem Widerstand R2 und einer Parallelschaltung der Widerstände Ri und R3 zusammensetzt. Zusammen mit der Höhe der Referenzspannung Uref bestimmen die Widerstandswerte Ri bis R3 die nominelle Höhe der Ausgangsspannung UA. Übersteigt die Temperatur T die Schwellenwerttemperatur Ts, steigt die
Spannung U# in diesem Ausführungsbeispiel linear mit weiter steigender
Temperatur T an. Bei unveränderter Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 führt diese Temperaturerhöhung T zu einer Erhöhung des Potentials am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 82. Der Regelkreis reagiert auf dieses erhöhte Potential mit einer Absenkung der Ausgangsspannung UA, wobei die Ausgangsspannung UA umso weiter abgesenkt wird, je größer die Spannung U# wird.
In einem Parallelverbund mehrerer derartiger Schaltnetzteile 1 , bei dem die Schaltnetzteile 1 an ihren Ausgängen parallel geschaltet sind, kann eine
Betriebssituation auftreten, in der eines der Schaltnetzteile 1 stärker belastet ist als das oder die anderen. Ist diese Lastungleichverteilung ausgeprägt, wird bei dem stärker belasteten Netzteil 1 eine Temperaturerhöhung der vom
Temperatursensor S gemessenen Temperatur T über die
Schwellenwerttemperatur Ts auftreten, die zu einer Absenkung der
Ausgangsspannung UA führt. Durch die Absenkung der Ausgansspannung UA verringert sich die Last dieses Schaltnetzteils 1 , wodurch sich langsam seine Temperatur T wieder absenkt und die Ausgangsspannung wiederum leicht erhöht wird. Im Zusammenspiel von mindestens zweien oder mehrerer parallel geschalteter Schaltnetzteile 1 stellt sich eine Gleichverteilung der Belastung der Schaltnetzteile 1 ein. Die Temperaturträgheit, mit der sich die Temperatur von Bauteilen des Schaltnetzteils 1 ändert, bedingt eine große Zeitkonstante von einigen Minuten dieses temperaturabhängigen Teils des Regelkreises, die
Schwingungsneigungen entgegenwirkt.
Figur 4 zeigt einen geeigneten Aufbau der Auswerteschaltung 81 detaillierter. Die Auswerteschaltung 81 umfasst einen Operationsverstärker 81 1 , der mit einer unsymmetrischen Versorgungsspannung (Bezugspotential GND sowie eine positive Versorgungsspannung V+) versorgt wird. Entsprechend kann der
Ausgang dieses Operationsverstärkers 81 1 gegenüber dem Bezugspotential GND keine negativen Spannungen annehmen. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 81 1 ist über den als Temperatursensor S verwendeten temperaturabhängigen Widerstand R# mit der positiven Referenzspannung Uref und über einen Widerstand R mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 81 1 ist über einen Widerstand R6 mit Referenzpotential verbunden und über einen Widerstand R6 mit seinem Ausgang. Der temperaturabhängige Widerstand R# ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Heißleiter, dessen Widerstandswert sich mit steigender Temperatur T verringert. Entsprechend steigt am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 81 1 das Potential, wenn sich die Temperatur T erhöht. Bei der Schwellenwerttemperatur Ts übersteigt das Potential am nicht
invertierenden Eingang das Potential am invertierenden Eingang, das durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R5 und R6 gebildet wird. Durch die Gegenkopplung über den Widerstand R6 steigt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers proportional mit wachsender Temperatur T an.
Bedingt durch die asymmetrische Versorgungsspannung wirkt der
Operationsverstärker 81 1 in diesem Ausführungsbeispiel als ein
Schwellenwertschalter, der eine von null verschiedene Ausgangsspannung U# nur dann bereitstellt, wenn die Temperatur T größer wird als die
Schwellenwerttemperatur Ts. Die Gegenkopplung bewirkt eine dann mit weiterer Temperatur T linear ansteigende Spannung U#. In alternativen Ausgestaltungen kann eine andere als eine lineare Temperaturabhängigkeit der Spannung U# von der Temperatur T vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
1 Schaltnetzteil
2 Gleichrichter
3 Glättungsbaugruppe
4 Schaltstufe
5 Transformator
6 ausgangsseitiger Gleichrichter
7 ausgangsseitige Glättungsbaugruppe
8 Regelkreis
81 Auswerteschaltung
81 1 Operationsverstärker
82 Operationsverstärker
83 Referenzspannungsquelle
84 Optokoppler
9 PWM-Schaltung
S Temperatursensor
Co Kondensator
Ci , C2 Glättungskondensator
R0 bis R6 Widerstand
temperaturabhängiger Widerstand
UE Eingangsspannung des Netzteils
UA Ausgangsspannung des Netzteils
U1 Gleichspannung
u2 Primärspannung
u3 Sekundärspannung
Uref Referenzspannung
u+ positive Versorgungsspannung
GND Bezugspotential
Ausgangsspannung der Auswerteschaltung Temperatur
Schwellenwerttemperatur
Primärseite des Transformators / des Netzteils Sekundärseite des Transformators / des Netzteils

Claims

Patentansprüche
1 . Schaltnetzteil (1 ) zum Umwandeln einer Eingangsspannung (UEIN) in eine
Ausgangsspannung (UA), aufweisend zumindest eine von einer
Pulsweitenmodulationsschaltung (9) getaktet angesteuerten Schaltstufe (4), wobei eine Regelschaltung (8) vorgesehen ist, die auf die
Pulsweitenmodulationsschaltung (9) zur Änderung der Höhe der
Ausgangsspannung (UA) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelschaltung (8) einen Temperatursensor (S) aufweist, der zum Messen einer lastabhängigen Temperatur (T) des Schaltnetzteils (1 ) vorgesehen ist, wobei die Regelschaltung (8) so eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird.
2. Schaltnetzteil (1 ) nach Anspruch 1 , bei dem die Ausgangsspannung (UA) nur oberhalb einer vorgegebenen Schwellenwerttemperatur (Ts) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird.
3. Schaltnetzteil (1 ) nach Anspruch 2, bei dem Schwellenwerttemperatur (Ts)
zwischen 70 und 100 °C und insbesondere zwischen 85 und 95 °C liegt.
4. Schaltnetzteil (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Regelschaltung (8) eine Auswerteschaltung (81 ) für den Temperatursensor (S) umfasst, die einen
Schwellwertschalter aufweist.
5. Schaltnetzteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die
Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) linear abgesenkt wird.
6. Schaltnetzteil (1 ) nach Anspruch 5, bei dem die Temperaturabhängigkeit der Absenkung zwischen 0,005 und 0,025 V/K und insbesondere zwischen 0,015 und 0,02 V/K liegt.
7. Schaltnetzteil (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Regelschaltung (8) eine Auswerteschaltung (81 ) für den Temperatursensor (S) umfasst, die einen gegengekoppelten Operationsverstärker (81 1 ) umfasst.
8. Schaltnetzteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Regelschaltung (8) eine Spannungsregelung und/oder eine Stromregelung umfasst.
9. Schaltnetzteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der
Temperatursensor (S) ein temperaturabhängiger Widerstand (R#) ist.
10. Schaltnetzteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der
Temperatursensor (S) thermisch mit einer eingangsseitigen Komponente des Schaltnetzteils (1 ) gekoppelt ist.
1 1 . Schaltnetzteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der
Temperatursensor (S) thermisch mit einer ausgangsseitigen Komponente des Schaltnetzteils (1 ) gekoppelt ist.
12. Schaltnetzteil (1 ) nach Anspruch 1 1 , bei dem der Temperatursensor (S) thermisch mit einem ausgangsseitigen Gleichrichter (6) des Schaltnetzteils (1 ) gekoppelt ist.
13. Schaltnetzteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem eine
Eingangsspannung (UEIN) im Bereich von 10 - 300V, insbesondere 15 - 265V, vorgesehen ist.
14. Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung (UA) eines Schaltnetzteils (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit den folgenden Schritten:
- Messen einer lastabhängigen Temperatur (T) einer Komponente des
Schaltnetzteils (1 ),
- Einstellen der Ausgangsspannung (UA) abhängig von der gemessenen
Temperatur (T).
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Ausgangsspannung (UA) mit
steigender Temperatur (T) abgesenkt wird.
1 6. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird, wenn die Temperatur (T) größer ist als eine vorgegebene Schwellenwerttemperatur (Ts).
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