NL8200616A

NL8200616A - Geschakelde zelfoscillerende voedingsspanningsschakeling.

Info

Publication number: NL8200616A
Application number: NL8200616A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-02-17
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1983-09-16
Also published as: JPH0414828B2; ES519795A0; EP0086521B1; JPS58151777A; US4486822A; ES8401296A1; EP0086521A1; DE3360581D1

Description

* 4 I*- f Λ* EHN 10.265 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Geschakelde zelf oscillerende voedingsspanningsschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een geschakelde zelfoscil-lerende voedingsspanningsschakeling voor het canzetten van een ingangs-spanning in een uitgangsgelijkspanning die nagenoeg onafhankelijk is van variaties van de ingangsspanning en/of van een qp de uitgangs-5 spanning aangesloten belasting, bevattende een transformator met een primaire en een terugkoppelwikkeling, een eerste stuurbare schakelaar die in serie staat met de primaire wikkeling, waarbij de gevormde serieschakeling tussen de klemmen van de ingangsspanning gekoppeld is, en een tweede stuurbare schakelaar die via een uitschakelkondensator 10 met de stuurelektrode van de eerste schakelaar gekoppeld is voor het uitschakelen hiervan, met welke stuurelektrode de terugkoppelwikkeling gekoppeld is, waarbij de primaire wikkeling via een gelijkrich-ter gekoppeld is met een uitgangskondensator waarover in bedrijf de uitgangsspanning aanwezig is, waarbij een van de uitgangsspanning af-15 hankelijke regelspanning aanwezig is op een regelstuurelektrode van de tweede schakelaar voor het regelen van de geleidingstijd van de eerste schakelaar, waarbij de schakeling cmschakelbaar is tussen een werktoestand en een wachttoestand waarin ten opzichte van de werktoe-stand de aan de belasting afgegeven voedingsenergie aanzienlijk wordt 20 gereduceerd, en waarbij de schakeling verder een aanloqpnetwerk bevat dat op de ingangsspanning aangesloten is.

Een dergelijke voedingsspanningsschakeling is bekend uit de Duitse Octrooiaanvrage 2.651.196. Met deze bekende schakeling kunnen in de werktoestand de verschillende delen van een televisie-ontvanger 25 van voedingsenergie warden voorzien. In de wachttoestand zijn de meeste uitgangsspanningen van de schakeling zo laag dat de ontvanger praktisch uitgeschakeld is.. In de bekende schakeling bestaat het aanloopnetwerk uit een weerstand die op de ongestabiliseerde ingangsspanning aangesloten is en waardoorheen bij het inschakelen van de 30 schakeling een stroon vloeit via de terugkoppelwikkeling naar de stuurelektrode van de eerste stuurbare schakelaar, die een schakel-transistor is, en deze in geleiding brengt en houdt, waardoor de 8200616 r I '* EHN 10.265 2 schakeling op gang kan kernen.

In de wachttoestand is de transistor in een groot gedeelte van de periode van de opgewekte oscillatie gesperd, zodat weinig energie wordt opgeslagen in de transformator. De aanloopweerstand, echter, is 5 verbonden via een diode met de tweede stuurbare schakelaar, die een thyristor is. Qrdat de som van de spanningen over deze elementen hoger is dan de basis-emitterdrenpelspanning van de transistor, kunnen de diode en de thyristor niet gelijktijdig stroom voeren. Dit houdt in dat stroom door de aanloopweerstand via de terugkoppelwikkeling naar 10 de basis van de transistor vloeit nadat een met deze wikkeling verbonden kondensator geladen is.

Met de uitvinding wordt beoogt een schakeling van dezelfde soort te verschaffen, waarbij de verbetering is aangebracht dat in de wacht- * toestand de aan de belasting afgegeven voedingsenergie tot nul geredu-15 ceerd is. De bekende schakeling kan in dit opzicht niet worden verbeterd zonder van mechanische schakelaars, bijvoorbeeld relais, gebruik te maken. De geschakelde zelfoscillerende voedingsspanningsschakeling volgens de uitvinding bevat geen dergelijk relais en vertoont het kenmerk, dat de schakeling verder middelen bevat voor het in de wachttoe-20 stand brengen van de regelspanning op een waarde die geschikt is voor het sperren van de eerste stuurbare schakelaar, waarbij tussen het aanloop-netwerk en de tweede stuurbare schakelaar een tijdens de geleidingstijd van de tweede schakelaar stroonvoerende verbinding en tussen het aan-loopnetwerk en de stuureléktrode van de eerste schakelaar in de wacht-25 toestand geen stroonvoerende verbinding aanwezig is.

De uitvinding berust op het inzicht dat de bekerde voedingsspanningsschakeling niet kan oscilleren, zodat de hierdoor afgegeven energie nul is, indien de regelspanning een dergelijke waarde verkrijgt terwijl het aanloopnetwerk op zodanige wijze wordt verbonden dat in de 30 wachttoestand geen stroon hierdoorheen naar de stuurelektrode van de eerste stuurbare schakelaar kan vloeien.

Opgemarkt dient te worden dat in de genoemde Duitse Octrooiaanvrage het aanloopnetwerk uit een weerstand bestaat die op een ongestabiliseerde ingangsgelijkspanning aangesloten is. Het is echter bekend, 35 bijvoorbeeld uit het Duitse Octrooischrift 2.417.628, on hiervoor van een gelijkrichtnetwerk gebruik te maken dat op een wisselspanning aangesloten is waarvan de genoemde ingangsgelijkspanning door gelijkrich- 8200616 •4 > EHN 10.265 3 ting wordt afgeleid.

De uitvinding zal aan de hand van de bijgaande figuur, die een principeschema van een geschakelde zelfoscillerende voedingsspan-ningsschakeling voorstelt, bij wijze van voorbeeld nader worden toege-5 licht.

De zelfoscillerende voedingsschakeling van de fig. bevat een npn-schakeltransistor Tr1 waarvan de kollektor met de primaire wikkeling L1 van een transformator T is verbanden terwijl de emitter via een weerstand R1 van kleine waarde, bijvoorbeeld 1 ,s£l, aan massa ligt. Weer-10 stand R1 is door middel van een kondensator C1 van 150 nF voor de hoge frékwenties ontkoppeld. Wikkeling L1 is anderzijds verbonden met een leiding die een ongestabiliseerde ingangsgelijkspanning νβ van bijvoor-' beeld 300 V voert. Spanning Vg^waarvan de negatieve pool aan massa ligt, is bijvoorbeeld door gelijkrichting van het elektrische net afgeleid.

15 Een uiteinde van een terugkqppelwikkeling L2 is via de parallelschakeling van een kleine zelfinduktie L3 en een dempwserstand R2 met de basis van transistor Tr1 verbonden. Met het verbindingspunt van elementen L2, L3 en R2 is een aansluiting van een kondensator C2 van 47 ^uF verbanden. Tussen de andere aansluiting hiervan en het andere uiteinde van wik-20 keling L2 is het serienetwerk van een diode D1 en een begrenzings-weerstand R3 van 2, 2 J1 en tussen hetzelfde uiteinde en de emitter van transistor Tr1 is het serienetwerk van een weerstand R4 van 12 jQ en een diode D2 geschakeld. Parallel aan diode D2 staat een kondensator C3 van 150 nF. De anode van diode D1 is verbonden met het uiteinde van 25 wikkeling L2 dat niet met kondensator C2 is verbonden, terwijl de anode van diode D2 met de emitter van transistor Tr1 verbonden is. In de fig. is de wikkelzin van wikkelingen L1 en L2 met stippen aangegeven.

Het verbindingspunt van kondensator C2 en weerstand R3 is met een weerstand R5 van 100X1 en met de emitter van een pnp-transistor 30 Tr2 verbonden. De basis van transistor Tr2 is verbonden met de andere aansluiting van weerstand R5 en met de kollektor van een npn-trans is tor Tr3 waarvan de emitter aan massa ligt terwijl de basis met de kollektor van transistor Tr2 verbonden is. Trans is toren Tr2 en Tr3 vormen een kunstmatige thyristor, dit is een stuurbare diode waarvan de 35 anode de emitter van transistor Tr2 is terwijl de katode de emitter van transistor Tr3 is. De basis van transistor Tr2 is de anodepoort en de basis van transistor Tr3 is de katodepoort van de gevormde thyristor.

8200616 EHN 10.265 4

Tussen de laatstgenoemde basis en de emitter van transistor Tr 1 is het serienetwerk van een veerstand R6 van 2,2 kQmet de parallelkcm-binatie van een weerstand R7 van 2,2 kil en een kondensator C4 van 100 ^,uF geschakeld. Tussen het verbindingspunt van elementen R6, R7 en C4 en dat 5 van elementen C2, L2, R2 en L3 is de serieschakeling van een diode D11 en een begrenzingsweerstand R19 van 220il qpgencmen. Hierbij is de katode van diode D11 met kondensator C2 verbonden.

Vanwege de terugkoppeling oscilleert de beschreven schakeling zelfstandig zodra de stationaire toestand op nog te verklaren wijze is 10 bereikt. Tijdens het geleiden van transistor Tr1 neemt de door veerstand R1 vloeiende stroon lineair toe. Hierbij bepaalt weerstand R4 mede de basisstrocm van transistor Tr1. Kondensator C4 en weerstand R7 vormen een spanningsbron waarvan de spanning in mindering komt op de spannings-val over weerstand R1. Zodra de spanning aan de basis van transistor 15 Tr3 gelijk is aan ongeveer 0,7 V kcmt deze transistor in geleiding, waardoor de door transistoren Tr2 en Tr3 gevoode thyristor zeer snel in geleiding kcmt en blijft. Over kondensator C2 is een negatieve spanning aanwezig met behulp waarvan transistor Tr1 afgeschakeld wordt.

De terugwaartse basisstrocm hiervan vloeit door thyristor Tr2, Tr3.

20 Hierdoor wordt lading onttrokken aan kondensator C2, terwijl de in transistor Tr1 opgeslagen ladingsdragers met behulp van zelfinduktie L3 worden verwijderd. Zodra de kollektorstrocm van transistor Tr1 afgeschakeld is keert de spanning over wikkeling L2 van polariteit cm, wat een stroom door diode D1 en kondensator C2 veroorzaakt, welke stroon 25 de kondensator bijlaadt. Nu is de spanning aan het verbindingspunt van elementen C2, R3 en R5 negatief, waardoor thyristor Tr2, Tr3 dooft.

Op de kern van transformator T zijn sékundaire wikkelingen L4, L5 en L6 met de aangegeven wikkelzin aangebracht. Bij het af schakelen van transistor Tr1 vloeit door elke van deze wikkelingen een stroon 30 die via een gelijkrichter D3, D4 of D5 een afvlakkondensator C5, C6 of C7 bijlaadt. De spanningen over deze kondensatoren zijn de uitgangsspanningen van de voedingssehakeling ten behoeve van hierop aansluitbare belastingen. Deze belastingen, die in de figuur niet zijn getekend, zijn bijvoorbeeld delen van een televisie-ontvanger.

35 Parallel aan wikkeling L1 staat het serienetwerk van een afstemkondensator C8 van 2,2 nF en een begrenzingsweerstand R8 van 10011 . De anode van een diode D6 is met het verbindingspunt van 8200616 . , * £ EHN 10.265 5 elementen R8 en C8 verbonden, terwijl de katode met de andere aansluiting van weerstand R8 verbanden is. Wikkeling L1 en kondensator C4 vormen een resonantiekring waarover een slingering ontstaat nadat wikkelingen L4, L5 en L6 strcanloos zijn geworden. Op een later tijdstip keert de stroom g door kring L1, C8 van richting cm. Hierdoor ontwikkelt in wikkeling L2 een stroon zich die via diode D2 en veerstand R4 naar de basis van transistor Tr1 vloeit en de transistor in geleiding brengt en houdt. Door middel van diode D6 wordt de dissipatie in weerstand R8 gereduceerd.

Een klannetwerk, bestaande uit de de parallelschakeling van een weerstand 10 R9 van 22 kQen een kondensator C9 van 120 nF in serie met een diode D7, waarbij het geheel parallel staat aan wikkeling L1, snijdt parasitaire oscillaties af die zouden ontstaan tijdens de spertijd van transistor Tri.

De uitgangsspanningen van de voedingsschakeling worden ondanks 15 variaties van spanning νβ en/of van de belastingen nagenoeg konstant gehouden dank zij een regeling van het inschakeltijdstip van thyristor Tr2, Tr3. Hiervoor is de emitter van een lichtgevoelige transistor.

Tr4 met de basis van transistor Tr3 verbonden. De kollektor van transistor Tr4 is verbonden via een weerstand R10 met de spanning V_ voeren-2o de leiding en met een zenerdiode Z1 met een positieve spanning van ongeveer 7,57, terwijl de basis niet aangesloten is. Diode Z1 ligt anderzijds aan massa. Een lichtemitterende diode D8, waarvan de katode met de kollektor van een npn-transistor Tr5 verbonden is, is optisch gekoppeld met transistor Tr4. Door middel van een potentianeter R11 kan 25 de basis van transistor Tr5 op een gelijkspanning worden ingesteld die van de spanning VQ van ongeveer 130v over kondensator C6 is afgeleid. De anode van diode D8 ligt aan een gelijkspanning van ongeveer 13V. Op spanning is ook een weerstand R12 aangesloten die anderzijds met de emitter van transistor Tr5, met de katode van een zenerdiode Z2 net 3Q een spanning van ongeveer 7,5V en met een afvlakkondensator C10 verbonden is. Diode Z2 en kondensator C10 liggen anderzijds aan massa. Spanning V1 kan met behulp van een op het elektrische net aangesloten transformator en een gelijkrichter, die voor de eenvoud niet zijn getekend, worden opgewekt en wel ten behoeve van een afstandsbediening die dus 35 voedingsenergie steeds toegevoerd krijgt ook wanner de meeste delen van de ontvanger in de zogenaamde wachttoestand geen voedingsenergie toegevoerd krijgen.

8200616 EHN 10.265 6

Door middel van transistor Tr5 wordt een deel van spanning VQ met de spanning van diode Z2 vergeleken. Het geneten verschil bepaalt de kollektorstrocm van transistor Tr5 en bijgevolg de emitterstrocm van transistor Tr4. Deze emitterstrocm veroorzaakt over weerstand R6 een 5 spanningsval waarvan de polariteit tegengesteld is aan die van de door weerstand R7 en kondensator C4 gevormde spanningsbron. Onder invloed van deze spanningsval wordt het inschakeltijdstip van thyristor Tr2, Tr3 als funktie van spanning VQ geregeld. Wil bijvoorbeeld spanning VQ dalen als gevolg van een toenemende belasting hierop en/of als gevolg 10 van een daling van spanning νβ, dan neemt de kollektorstrocm van transistor Tr5 en derhalve ook de genoemde spanningsval af. Thyristor Tr2,

Tr3 wordt op een later tijdstip ingeschakeld dan anders het geval was, waardoor transistor Tr1 later wordt gesperd. De eindwaarde van de kollektorstrocm hiervan is dus hoger. De verhouding van het tijdsinterval 15 waarin transistor Tr1 geleidt tot de gehele periode, de zogenaamde duty cycle, neemt dus toe, terwijl de frékwentie afneemt.

De schakeling is tegen overspanningen beveiligd. Hiervoor zorgt een door een pnp-transistor Tr6 en een npn-trans is tor Tr7 gevormde thyristor. De anode van een diode D9 is met het verbindingspunt 20 van elementen R3 en C2 en de katode is met de basis van transistor Tr6 en de kollektor van transistor Tr7 verbonden. De met de kollektor van transistor Tr6 verbonden basis van transistor Tr7 is via een zener-diode Z3 op een spanning aangesloten die door middel van een potentiometer R13 ingesteld is op een van de spanning over kondensator C7 afge-25 leide waarde. Ook de emitter van transistor Tr6 is en wel via een veerstand R14 en een diode D10 op de spanning over kondensator C7 aangesloten. Stijgt deze spanning boven een bepaalde waarde, dan kant thyristor Tr6,

Tr7 in geleiding. Omdat de emitter van transistor Tr7 aan massa ligt wordt de spanning aan de kollektor hiervan zeer laag, waardoor diode D9 30 in geleiding kcrnt, wat transistor Tr1 gesperd houdt. Deze toestand wordt gehandhaafd zolang thyristor Tr6, Tr7 blijft geleiden. Deze geleidings-tijd wordt voornamelijk bepaald door de waarden van kondensator C7, van weerstand R14 en van een tussen de basis en de emitter van transistor Tr6 opgenomen weerstand R15. Een thyristor wordt hier met voordeel toe-35 gepast cm met weinig informatie een grote strocm te kunnen afschakelen en voor het verkrijgen van de vereiste hysteresis.

De schakeling bevat een aanloopweerstand R16 van IMQdie ener- 8200616 EHN 10.265 7 * ) - zijds met de basis van transistor Tr2 en anderzijds met de spanning νβ voerende leiding is verbonden. Bij het inschakelen van de schakeling vloeit een stroom door weerstanden R16 en R5 en kondensator C2, die nog geen lading heeft, naar de basis van transistor Tr1. De hierdoor over 5 weerstand R5 veroorzaakte'spanningsval houdt transistor Tr2 en derhalve ook transistor Tr3 gesperd, terwijl transistor Tri door deze stroom in geleiding wordt gebracht en gehouden. Ook door wikkeling L2 vloeit stroom. Op deze wijze kan de schakeling op gang komen doordat energie opgebouwd wordt in transformator T.

10 De voedingsschakeling kan in de wachttoestand warden gebracht doordat een npn-transistor Tr8, die in de werktoestand gesperd is , in geleiding wordt gebracht. De emitter van transistor Tr8 ligt aan massa terwijl de kollektor via een weerstand R17 van 1,8 kQverbonden met die van transistor Tr5 verbonden is. Een weerstand R18 is verbonden enerzijds 15 met de basis van transistor Tr8 en anderzijds, hetzij in de werktoestand met massa, hetzij in de wachttoestand met een positieve spanning van bijvoorbeeld 5V. Vanwege deze spanning geleidt transistor Tr8. Door diode D8 en derhalve ook door transistor Tr4 vloeit een additionele, grote stroon, met het gevolg dat thyristor Tr2, Tr3 in en transistor Tr1 uit 20 geleiding wordt gebracht en gehouden. Schijnbaar wordt dus een grote regelstroon verkregen, waardoor de duty cycle tot nul wordt gereduceerd. Voorwaarde voor een goede werking is dat de emitterstroom van transistor Tr4 onder alle omstandigheden voldoende groot is, hetgeen inhoudt dat de door deze stroom over weerstand R6 veroorzaakt spanningsval 25 steeds hoger is dan de som van de spanning over spanningsbron R7, C4, van de basis-emitterdrempelspanning van transistor Tr3 in de geleidins-toestand hiervan en van de spanning aan de emitter van transistor Tr1.

De genoemde spanningsval moet dus hoger zijn dan de son van de eerste twee termen, wat overeenkomt met het ergste dimensioneringsgeval waar-30 bij de wachttoestand wordt ingeleid terwijl transistor Tr1 gesperd is.

Wanneer thyristor Tr2, Tr3 geleidt, hetzij in de werk-, hetzij in de wachttoestand, gaat er strocm door weerstand R16 via de kollektor-emitterweg van transistor Tr3 naar massa. Deze strocm is te klein cm een noemenswaardige invloed qp het gedrag van de schakeling te hebben.

35 Bij geen geleidende thyristor Tr2, Tr3 is de spanning aan de links getekende aansluiting van kondensator C2 gelijk aan ongeveer 1V terwijl over de spanning/de kondensator ongeveer -4V is. Transistor Tr1 blijft dus 8200616 HüN 10.265 8 ft gesperd en een vroegtijdig inschakelen hiervan kan niet plaatsvinden.

Als in de werktoestand transistor Tr1 geleidt terwijl thyristor Tr2, Tr3 gesperd is, dan vloeit de stroom door weerstand R16 op dezelfde wijze als tijdens het aanlopen naar de basis van transistor Tr1, maar heeft 5 weinig invloed daar de basisstroon, die door de in wikkeling L2 opgeslagen energie wordt veroorzaakt, vele malen sterker is. Zijn zowel transistor Tr1 als thyristor Tr2, Tr3 gesperd, dan vindt de stroom door weerstand R16 zijn weg door elementen R5, C2, L2, R4, C3 en R1. Weliswaar heeft in de wachttoestand kondensator C2 nagenoeg geen negatieve lading 10 meer, maar transistor Tr1 kan desondanks niet in geleiding koren, aangezien geen strooit vloeit naar de basis hiervan. Het zal, bovendien, warden opgemerkt dat de schakeling beveiligd is voor het geval dat thyristor Tr2, Tr3 een onderbreking heeft. In een dergelijk geval kan de schakeling namelijk niet aanlopen.

15 In het voorgaande is een schakeling beschreven die als een geschakelde voedingsspanningsschakeling van het parallel-("flyback") type beschouwd kan worden. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding ook toegepast kan worden bij voedingsspanningsschakelingen van een ander type, bijvoorbeeld zogenaamde up-converters. Het zal ook duidelijk zijn 20 dat transistor Tr1 door een gelijkwaardige schakelaar, bijvoorbeeld een poortbestuurde schakelaar (gate turn off switch), vervangen kan worden.

25 30 1 8200616

Claims

1. Geschakelde zelf oscillerende voedingsspanningsschakeling voor— het onzetten van een ingangsspanning in een uitgangsgelijkspanning die nagenoeg onafhankelijk is van variaties van de ingangsspanning en/of van een op de uitgangsspanning aangesloten belasting, bevattende een 5 transformator met een primaire en een terugkoppelwikkeling, een eerste stuurbare schakelaar die in serie staat met de primaire wikkeling, waarbij de gevormde serieschakeling tussen de kleumen van de ingangsspanning gekoppeld is, en een tweede stuurbare schakelaar die via een uitschakel-kondensator met de stuurelektrode van de eerste schakelaar gekoppeld is 10 voor het uitschakelen hiervan, met welke stuurelektrode de terugkoppelwikkeling gekoppeld is, waarbij de primaire wikkeling via een gelijk-richter gekoppeld is met een uitgangskcndensator waarover in bedrijf de uitgangsspanning aanwezig is, waarbij een van de uitgangsspanning afhankelijke regelspanning aanwezig is op een regelstuurelektrode van 15 de tweede schakelaar voor het regelen van de geleidingstijd van de eerste schakelaar, waarbij de schakeling cmschakelbaar is tussen een werktoestand en een wachttoestand waarin ten opzichte van de werk-toestand de aan de belasting afgegeven voedingsenergie aanzienlijk wordt gereduceerd, en waarbij de schakeling verder een aanloopnetwerk bevat 20 dat op de ingangsspanning aangesloten is, met het kenmerk dat de schakeling verder middelen bevat voor het in de wachttoestand brengen van de regelspanning op een waarde die geschikt is 'voor het sperren, van de eerste stuurbare schakelaar, waarbij tussen het aanloopnetwerk en de tweede stuurbare schakelaar een tijdens de geleidingstijd van de tweede 25 schakelaar strocmvoerende verbinding ei tussen het aanloopnetwerk en de stuurelektrode van de eerste schakelaar in de wachttoestand geen strocmvoerende verbinding aanwezig is.

2. Voedingsspanningsschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat tussen de verbinding van het aanloopnetwerk met de tweede 30 schakelaar en de, zich in de leiding naar de stuurelektrode van de eerste schakelaar bevindende uitschakelkondensator een weerstand opgencmen is.

3. Voedingsspanningsschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de tweede stuurbare schakelaar uit een thyristor bestaat waarvan de hoofds traanweg in de leiding van de stuurelektrode van de 35 eerste stuurbare schakelaar opgencmen is, welke thyristor een eerste (regel) stuurelektrode heeft, voor het instellen van het uitschakeltijd-' stip van de eerste schakelaar en een tweede stuurelektrode waarmee het 8200616 EHN 10.265 10 ______aanloopnetwerk en de weerstand verbonden zijn. --

4. Voedingsspanningsschakeling volgens conclusie 1, met het ken merk dat een weerstand opgenonen is in de leiding naar de regels tuur-elektrode van de tweede stuurbare schakelaar, door welke veerstand in 5 de wachttoestand een strocm vloeit waarvan de waarde geschikt is voor het sperren van de eerste stuurbare schakelaar. 10 15 20 25 30 35 8200616