WO1996021893A1 - Schaltnetzteil mit einer hilfsschaltung zur speisung eines taktgebers - Google Patents

Schaltnetzteil mit einer hilfsschaltung zur speisung eines taktgebers Download PDF

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Wolfgang Röhl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02M3/28—Conversion 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
    • H02M3/325—Conversion 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
    • H02M3/335—Conversion 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

Definitions

  • the invention relates to a switching power supply for obtaining a regulated output voltage from an unregulated input voltage with a transformer having a primary winding, a secondary winding and an auxiliary winding, the primary winding of which is supplied with a clocked current from the input voltage by means of an electronic switch and a controllable clock generator controlling the electronic switch is and the auxiliary winding is part of the power supply of the clock.
  • an auxiliary circuit which is fed from the input voltage and is designed as a constant current switch and is provided, which has a transistor which feeds the clock generator and a divider circuit which is connected upstream of the input voltage and comprises a Zener diode and is connected to the input voltage and includes a resistor.
  • a switching power supply of this type is e.g. B. described in DE 40 29 057 AI.
  • the transistor is a self-conducting N-channel field-effect transistor, the divider circuit comprising the Z-diode and resistor being connected in series with the load side of the field-effect transistor.
  • the invention has for its object to keep the power loss of the switching power supply as low as possible even in the event that the switching power supply is dimensioned for a large range of permissible input voltages.
  • the switching power supply can process input voltages in a ratio of 1 to 10.
  • the transistor is a field effect transistor, which by a can be blocked by the output of the clock generator when the clock signals are triggered and serves to switch off the transistor.
  • the aforementioned divider circuit is connected upstream of the control electrode of the field effect transistor, the Zener diode and the resistor connected upstream of it can be designed for very low power.
  • the auxiliary circuit is only operated for an absolutely necessary period of time.
  • Amplitude can be detected. It can therefore be achieved by suitable dimensioning of the capacitor which can be charged by the diode that the auxiliary circuit is switched on with a delay in the event of a fault or overload of the output of the switching power supply in order to restart the switching power supply.
  • the switching power supply 1 shown schematically simplified in the figure is used to obtain a regulated
  • a transformer 2 has a primary winding 3, a secondary winding 4 and an auxiliary winding 5.
  • An electronic switch 6 In series with the primary winding 3 is an electronic switch 6, which is controlled by a clock 7.
  • An operational amplifier 8 provided on the secondary side of the switched-mode power supply 1 compares the output voltage U 2 with a reference voltage and applies corresponding control signals to the clock generator 7. As a result, the duty cycle of the clock generator 7 to the electronic
  • Switch 6 supplied control pulses set.
  • An optocoupler 9 is used for the electrical isolation of the operational amplifier 8 on the secondary side of the switching power supply 1 from the clock generator 7 assigned to the primary side.
  • the clock generator 7 has its own power supply circuit, which includes 5 additional components in addition to the auxiliary winding already mentioned. As an example, a diode 10 and a charging capacitor 11 are shown. In the stationary operation of the switching power supply 1, the clock 7 is operated by means of this power supply.
  • the electronic switch 6 initially remains blocked because the clock generator 7 is not yet supplied from the auxiliary winding 5.
  • the auxiliary circuit 12 framed in dashed lines in the figure is designed as a constant current source and is therefore in the Able to gain the operating energy for the clock 7 from very different input voltages U ⁇ . This is done by a field effect transistor 13, which is connected in series with limiting resistors 15 and 16. The control electrode 14 of the field effect transistor 13 is one
  • Assigned divider circuit which includes a Z-diode 17 serving as a reference and a resistor 18. This divider circuit is directly connected to the input voltage U 1; can, however, be dimensioned for the very low requirement of the field effect transistor 13 for control energy and therefore works with minimal power loss.
  • the auxiliary circuit 12 is automatically switched off.
  • a switch-off transistor 20 is used for this purpose, which short-circuits the control electrode 14 of the field-effect transistor 12 as soon as the clock pulses indicated there in the figure appear at the output of the clock generator 7 connected to the electronic switch 6. An undisturbed transition of the operation of the clock generator 7 to the steady-state operation is therefore ensured.
  • a series circuit composed of a diode and a resistor is connected upstream of the base of the switch-off transistor 20, a capacitor 21 being chargeable via the diode.
  • Circuit bestitr ⁇ Tit which sequence of clock pulses with given amplitude leads to the release of the shutdown transistor 20 and thus to the blocking of the field effect transistor 13.

Abstract

Ein Schaltnetzteil (1) dient zur Gewinnung einer geregelten Ausgangsspannung (U2) aus einer ungeregelten Eingangsspannung (U1). Ein Taktgeber (7) wird im stationären Betrieb aus einer Hilfswicklung (5) eines Übertragers (2) gespeist. Bei der Inbetriebnahme des Schaltnetzteiles (1) wird der Taktgeber (7) direkt aus der Eingangsspannung (U1) über eine Hilfsschaltung (12) versorgt, die als Konstantstromschaltung ausgebildet ist. Die Verlustleistung der Hilfsschaltung (12) ist über einen großen Bereich von Eingangsspannungen (U1) sehr gering.

Description

Beschreibung
Schaltnetzteil mit einer Hilfsschaltung zur Speisung eines Taktgebers
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil zur Gewinnung einer geregelten AusgangsSpannung aus einer ungeregelten Eingangs¬ spannung mit einem eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und eine Hilfswicklung aufweisenden Übertrager, dessen Primärwicklung aus der EingangsSpannung mittels eines elektronischen Schalters und eines den elektronischen Schalter steuernden regelbaren Taktgebers ein getakteter Strom zugeführt wird und die Hilfswicklung Bestandteil der Stromversorgung des Taktgebers ist. und wobei ferner zur Ingangsetzung des Taktgebers beim Einschalten des Schalt- netzteiles eine aus der Eingangsspannung gespeiste, als Konstantstromschaltund ausgebildete HilfsSchaltung vorgesehen ist, die einen den Taktgeber speisenden Transistor und eine dessen Steuerelektrode vorgeschaltete, an der Eingangs- Spannung liegende Teilerschaltung aus einer Z-Diode und einem Widerstand umfaßt.
Ein Schaltnetzteil dieser Art ist z. B. in der DE 40 29 057 AI beschrieben. Der Transistor ist dabei ein selbstleitender N-Kanal-Feldeffekttransistor, wobei die Teilerschaltung aus Z-Diode und Widerstand in Reihe mit der Lastseite des Feldeffekttransistors geschaltet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustleistung des Schaltnetzteiles auch für den Fall so gering wie möglich zu halten, daß das Schaltnetzteil für einen großen Bereich zulässiger EingangsSpannungen bemessen ist. Insbesondere kann gefordert werden, daß das Schaltnetzteil EingangsSpannungen im Verhältnis 1 zu 10 verarbeiten kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Transistor ein Feldeffekttransistor ist, der durch einen vom Ausgang des Taktgebers beim Auftreten von Taktsignalen steuerbaren zum Abschalten dienenden Transistor sperrbar ist.
Dadurch, daß die erwähnte Teilerschaltung der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors vorgeschaltet ist, können die Z- Diode und der ihr vorgeschaltete Widerstand für eine sehr niedrige Leistung ausgelegt werden. Darüber hinaus wird durch die selbsttätige Stillsetzung der Hilfsschaltung durch den zum Abschalten dienenden Transistor die Hilfsschaltung nur über einen unbedingt notwendigen Zeitraum betrieben.
Es ist an sich bereits bekannt, eine Konstantstromquelle durch einen Transistor zu verwirklichen, dessen Basis eine Teilerschaltung aus Z-Diode und Widerstand vorgeschaltet ist. Da jedoch die Steuerleistung von Feldeffekttransistoren im Vergleich zu anderen Bauarten von Transistoren wesentlich geringer ist, kann die Verlustleistung der Teilerschaltung bedeutend verringert werden (DE-Buch „Halbleiter-Schaltungs¬ technik", Tietze/Schenk, Springer-Verlag, 10. Aufl., 1993, Seiten 59 bis 61) .
Es ist ferner bereits bekannt, bei einem Schaltnetzteil das Auftreten der Taktimpulse nach Inbetriebsetzung als Signal zur Stillsetzung einer Hilfsschaltung zu verwenden (Patent Abstracts of Japan E784, 1989, Vol. 13/Nr. 298). Demgegenüber ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Basis des zum Abschalten dienenden Transistors eine Diode und ein Widerstand vorgeschaltet sind und daß durch die Diode ein Kondensator aufladbar ist. Hierdurch wird erreicht, daß nicht die Taktimpulse an sich, sondern ihre Anzahl und
Amplitude erfaßt werden. Daher kann durch geeignete Bemessung des durch die Diode aufladbaren Kondensators erreicht werden, daß die Hilfsschaltung bei einer Störung bzw. Überlastung des Ausganges des Schaltnetzteiles die Hilfsschaltung verzögert eingeschaltet wird, um das Schaltnetzteil neu zu starten. Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Das in der Figur schematisch vereinfacht dargestellte Schaltnetzteil l dient zur Gewinnung einer geregelten
Ausgangsspannung U2 aus einer ungeregelten EingangsSpannung U-L. Ein Übertrager 2 weist eine Primärwicklung 3, eine Sekundärwicklung 4 und eine Hilfswicklung 5 auf. In Reihe mit der Primärwicklung 3 liegt ein elektronischer Schalter 6, der durch einen Taktgeber 7 gesteuert ist. Ein auf der Sekundär¬ seite des Schaltnetzteiles 1 vorgesehener Operationsver¬ stärker 8 vergleicht die AusgangsSpannung U2 mit einer Referanzspannung und beaufschlagt den Taktgeber 7 mit entsprechenden Steuersignalen. Hierdurch wird das Tastver- hältnis der von dem Taktgeber 7 an den elektronischen
Schalter 6 gelieferten Steuerimpulse eingestellt. Ein Opto¬ koppler 9 dient zur galvanischen Trennung des Operations¬ verstärkers 8 auf der Sekundärseite des Schaltnetzteiles 1 von dem der Primärseite zugeordneten Taktgeber 7.
Der Taktgeber 7 besitzt eine eigene Stromversorgungs- schaltung, zu der neben der schon erwähnten Hilfswicklung 5 weitere Bauelemente gehören. Als Beispiel sind eine Diode 10 und ein Ladekondensator 11 gezeigt. Im stationären Betrieb des Schaltnetzteiles 1 wird der Taktgeber 7 mittels dieser Stromversorgung betrieben.
Wird das Schaltnetzteil 1 zur Inbetriebnahme an die Eingangs- Spannung U-^ angelegt, so bleibt der elektronische Schalter 6 zunächst gesperrt, weil der Taktgeber 7 noch nicht aus der Hilfswicklung 5 versorgt wird. Eine direkt aus der Ein¬ gangsspannung Ux gespeiste Hilfsschaltung 12 sorgt dafür, daß der Taktgeber 7 seinen Betrieb aufnehmen und den elektroni¬ schen Schalter 6 ansteuern kann.
Die in der Figur gestrichelt umrahmte Hilfsschaltung 12 ist als Konstantstromquelle ausgebildet und ist daher in der Lage, die Betriebsenergie für den Taktgeber 7 aus sehr unterschiedlichen EingangsSpannungen U^ zu gewinnen. Dies geschieht durch einen Feldeffekttransistor 13, der in Reihe mit Begrenzungswiderständen 15 und 16 geschaltet ist. Der Steuerelektrode 14 des Feldeffekttransistors 13 ist eine
Teilerschaltung zugeordnet, die eine als Referen dienende Z- Diode 17 und einen Widerstand 18 umfaßt. Zwar liegt diese Teilerschaltung direkt an der EingangsSpannung U1; kann aber für den sehr geringen Bedarf des Feldeffekttransistors 13 an Steuerenergie bemessen werden und arbeitet daher mit minimaler Verlustleistung.
Um Energieverluste in der Hilfsεchaltung weiter zu ver¬ ringern, ist eine selbsttätige Abschaltung der Hilfsschaltung 12 vorgesehen. Hierzu dient ein Abschalttransistor 20, der die Steuerelektrode 14 des Feldeffekttransistors 12 kurz¬ schließt, sobald an dem mit dem elektronischen Schalter 6 verbundenen Ausgang des Taktgebers 7 die dort in der Figur angedeuteten Taktimpulse erscheinen. Daher ist ein unge- störter Übergang des Betriebes des Taktgebers 7 in den stationären Dauerbetrieb sichergestellt.
Der Basis des Abschalttransistors 20 ist eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Widerstand vorgeschaltet, wobei über die Diode ein Kondensator 21 aufladbar ist. Diese
Schaltung bestitrαTit, welche Folge von Taktimpulsen bei ge¬ gebener Amplitude zur Freigabe des Abschalttransistors 20 und damit zur Sperrung des Feldeffekttransistors 13 führt.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltnetzteil (1) zur Gewinnung einer geregelten Aus- gangsspannung (U2) aus einer ungeregelten EingansSpannung (U-L) mit einem eine Primärwicklung (3), eine Sekundärwicklung
(4) und eine Hilfswicklung (5) aufweisenden Übertrager (2) , dessen Primärwicklung (3) aus der EingangsSpannung (Oλ) mittels eines elektronischen Schalters (6) und eines den elektronischen Schalter (6) steuernden regelbaren Taktgebers (7) ein getakteter Strom zugeführt wird und die Hilfswicklung
(5) Bestandteil der Stromversorgung des Taktgebers (7) ist und wobei ferner zur Ingangsetzung des Taktgebers (7) beim Einschalten des Schaltneczteiles (1) eine aus der Eingangs¬ spannung (U-,^ gespeiste, als KonstantStromschaltung ausgebildete Hilfsschaltung (12) vorgesehen ist, die einen den Taktgeber (7) speisenden Transistor (13) und eine dessen Steuerelektrode (14) vorgeschaltete, an der EingangsSpannung (U-L) liegende Teilerschaltung aus einer Z-Diode (17) und einem Widerstand (18) umfaßt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der
Transistor (13) ein Feldeffekttransistor ist, der durch einen vom Ausgang des Taktgebers (7) beim Auftreten von Takt- signalen steuerbaren zum Abschalten dienenden Transistor (20) sperrbar ist.
2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Basis des zum Abschalten dienenden Transistors (20) eine Diode und ein Widerstand vorgeschaltet sind und daß durch die Diode ein Kondensator (21) aufladbar ist.
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