WO2014180967A2 - Monitoring circuit for a switched-mode power supply and use of a monitoring circuit - Google Patents

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WO2014180967A2
WO2014180967A2 PCT/EP2014/059492 EP2014059492W WO2014180967A2 WO 2014180967 A2 WO2014180967 A2 WO 2014180967A2 EP 2014059492 W EP2014059492 W EP 2014059492W WO 2014180967 A2 WO2014180967 A2 WO 2014180967A2
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Peter Busch
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Definitions

  • the invention relates to a monitoring circuit for a switching power supply, which is a rectifier circuit for
  • the invention further relates to the use of a
  • switched-mode power supplies for supplying portable computers and other electronic devices with a secondary DC voltage generated from a primary AC mains voltage are known in the art. Basically, such switching power supplies have a relatively high efficiency and allow the
  • switching power supplies lie in the fact that they have a relatively poor efficiency in the so-called low-load range, ie in a work area in which the secondary-output power represents only a small fraction of a possible output power.
  • switching times of the switching power supply can be correlated with the primary AC line voltage. For heavy load changes or low output power of the switching power supply, it may be due to the arrangement of the
  • Rectifier come to it, that a reference to the primary mains AC voltage is lost for a short time.
  • the object of the invention is to describe a circuit with which a reference to a primary mains AC voltage can be produced. Furthermore, it is an object of the invention to describe the use of such a circuit.
  • a monitoring circuit for a switching power supply having a rectifier circuit for rectifying a primary
  • the monitoring circuit comprises two resistor dividers, each comprising two resistors, each in series between a
  • Rectifier circuit are connected.
  • Monitoring circuit further includes a
  • Subtraction device with two inputs, wherein each of the two inputs of the subtraction device between the resistors in each case one of the resistor divider
  • the switching power supply includes a rectifier circuit.
  • the rectifier circuit can be a
  • Bridge rectifier circuit consisting of four diodes.
  • Resistance dividers is measured, and the signals are subtracted from each other, it is ensured that a signal to Is made available, which is related to the signal of the primary AC line voltage in relation.
  • Resistor divider connected closest to the reference point.
  • the reference point is an output-side ground potential.
  • the subtraction device comprises an operational amplifier, which is connected as a subtractor.
  • the positive input of the operational amplifier is subjected to an offset.
  • the fact that the operational amplifier is operated with a bias voltage ensures that the output signal is always positive. This is necessary, for example, in cases when the output signal is to be made available to a microcontroller directly, without further processing.
  • the signal output of the operational amplifier is electrically connected to a microcontroller for controlling the switching power supply. Characterized in that the output signal of the operational amplifier is provided directly to a microcontroller available, can be dispensed with further processing circuits. According to a further advantageous embodiment, an output signal of the subtraction device has a direct relation to the voltage characteristic of the primary
  • Such a reference can be, for example, the phase position or zero crossings of the amplitude of the primary
  • a monitoring circuit according to the first aspect is described in a switched mode power supply in which reference is made to a primary mains alternating voltage signal for switching.
  • a monitoring circuit in a switched mode power supply in which reference is made to a primary mains alternating voltage signal for switching.
  • Power supply can be increased. This is especially important when the switching power supply is operated in low load operation. Thus, switching losses during operation of a switching power supply can be reduced by 10 percent or less of its maximum output power.
  • FIG. 1 is a block diagram with the
  • Essential components of a switching power supply Figure 2 is a circuit diagram of a possible
  • FIG. 3 shows a signal curve of a voltage signal which corresponds to a measured voltage curve of a circuit according to FIG. 2 and a current profile of a load output of a switched-mode power supply; 4 shows a circuit diagram of a monitoring circuit according to a first embodiment of the invention, FIG.
  • Figure 5 shows a voltage waveform of an output signal of
  • Figure 6 is a circuit diagram of a monitoring circuit according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a voltage curve according to the circuit of FIG.
  • a resistor Rl of the circuit according to Figure 2 have a different value, such as a resistor Rl of
  • the primary AC line voltage AC shown in Figure 1 may have different peak voltages.
  • the AC line voltage AC may be dependent on a country in which the circuit is used
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the primary-side parts of a switching power supply, which are essential to the invention.
  • FIG. 1 shows an input for a primary alternating mains voltage AC. From the input lead two phase lines PH1 and PH2 to a rectifier circuit G. At the
  • Output side of the rectifier circuit G is a
  • the load RL may be a downstream one
  • Output side of the rectifier circuit has a
  • Phase lines PH1 and PH2 as well as the output side
  • Figure 2 shows a circuit diagram according to a possible
  • phase lines PH1 and PH2 Connect phase lines PH1 and PH2 to a resistance divider W consisting of two resistors R1 and R2. Via the two diodes Dl and D2 are connected by the connection to the
  • Phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC respectively the positive half-waves of the primary
  • FIG. 3 shows a voltage and a current profile.
  • the current profile marked here with symbols, is the course of a current on the output side of the switching power supply. The current breaks in one place.
  • the current profile marked here with symbols, is the course of a current on the output side of the switching power supply. The current breaks in one place.
  • the current flow on the output side of the switching power supply is the
  • FIG. 4 shows a circuit diagram according to an embodiment of a monitoring circuit ÜS according to the invention.
  • the monitoring circuit ÜS in this case comprises a
  • Resistor divider Wl consisting of the resistors Rl and R2, which between the phase line PH1 of the primary
  • Subtraction device OP in the embodiment a
  • Operational amplifier which connects as a subtractor is connected to the circuit such that the
  • positive input of the operational amplifier is connected to the first resistor divider Wl between the resistors Rl and R2 and the negative input of
  • Operational amplifier is connected to the second resistor divider W2 between the resistors R3 and R4.
  • Subtraction device OP the individual signals, which lie on the phase lines PH1 and PH2 to the resistor dividers Wl and W2. Now breaks the output of the
  • Output signal of the subtraction device OP indicates the relative difference and not from the falsified by the blocking bridge rectifier primary
  • Output signal of the subtraction device OP Characterized in that the two signals of the two phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC are subtracted from each other, produces a signal which is both positive and
  • Subtraction device OP can be used, for example, for switching individual stages of the switched-mode power supply.
  • Zero crossings of the primary AC line voltage AC possible.
  • FIG. 6 shows a further circuit diagram of a circuit according to an exemplary embodiment of the invention. In the circuit diagram shown there are additional components
  • the monitoring circuit ÜS which is shown in FIG. 6, corresponds to that
  • Supply voltage -VCC of the operational amplifier are connected to ground, since the displacement in the positive region no negative bias is required.
  • the offset of the operational amplifier may be 1.5 V, for example. The fact that the offset is a positive signal from
  • FIG. 7 A voltage waveform output from the operational amplifier which has been subjected to an offset according to the circuit of FIG. 6 is shown in FIG. The voltage curve, which is shown in FIG. 7,
  • the resistor divider Wl and W2 can be
  • a divider ratio of the resistors R1 and R2 is preferably identical to the dividing ratio of the resistors R3 and R4.
  • the resistors Rl and R3 may each consist of several resistors, which are connected in series. In the illustrated in Figure 6
  • the proportion of the resistors Rl, R2 and R5 is identical to the division ratio of
  • the circuit is not only in static operation, in which at any time a direct reference from the input side of the bridge rectifier is given to the output side, an accurate output signal V 0 UT, but also at strong

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Abstract

The invention relates to a monitoring circuit (ÜS) for a switched-mode power supply with a rectifier circuit (G) for rectifying a primary mains alternating current (AC). The monitoring circuit (ÜS) comprises two resistance dividers (W1, W2) each comprising two resistors (R1, R2, R3, R4). The resistors (R1, R2, R2, R4) are each connected in series between a phase conductor (PH1, PH2) of a mains connection before the rectifier circuit (G) and a reference point after the rectifier circuit (G). The monitoring circuit further comprises a subtraction device (OP) with two inputs, wherein each of the two inputs of the subtraction device (OP) is connected between the resistors (R1, R2, R3, R4) of one of the resistance dividers (W1, W2) in each case. The invention further relates to the use of a monitoring circuit.

Description

Beschreibung description
Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil und Verwendung einer Überwachungsschaltung Monitoring circuit for a switching power supply and use of a monitoring circuit
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil, welches eine Gleichrichterschaltung zum The invention relates to a monitoring circuit for a switching power supply, which is a rectifier circuit for
Gleichrichten einer Netzwechselspannung aufweist. Die Rectifying an AC line voltage. The
Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer The invention further relates to the use of a
derartigen Überwachungsschaltung. such monitoring circuit.
Unterschiedliche Typen von Schaltnetzteilen zur Versorgung von tragbaren Computern und anderen elektronischen Geräten mit einer aus einer primären Netzwechselspannung erzeugten sekundären Gleichspannung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Grundsätzlich weisen derartige Schaltnetzteile einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad auf und erlauben die Various types of switched-mode power supplies for supplying portable computers and other electronic devices with a secondary DC voltage generated from a primary AC mains voltage are known in the art. Basically, such switching power supplies have a relatively high efficiency and allow the
Gestaltung von leichten und kostengünstigen Netzteilen für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Design of lightweight and cost-effective power supplies for a variety of applications.
Ein Nachteil bekannter Schaltnetzteile liegt jedoch darin, dass sie im so genannten Schwachlastbereich, also in einem Arbeitsbereich, in dem die sekundärseitig abgegebene Leistung nur einen geringen Bruchteil einer möglichen Ausgangsleistung darstellt, einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad aufweisen. Um den Wirkungsgrad solcher Schaltnetzteile zu erhöhen, können SchaltZeitpunkte des Schaltnetzteils mit der primären Netzwechselspannung korreliert werden. Bei starken Lastwechseln oder bei geringen Ausgangsleistungen des Schaltnetzteils kann es aufgrund der Anordnung der However, a disadvantage of known switching power supplies lies in the fact that they have a relatively poor efficiency in the so-called low-load range, ie in a work area in which the secondary-output power represents only a small fraction of a possible output power. In order to increase the efficiency of such switching power supplies, switching times of the switching power supply can be correlated with the primary AC line voltage. For heavy load changes or low output power of the switching power supply, it may be due to the arrangement of the
Gleichrichterschaltung dazu kommen, dass ein Bezug zur primären Netzwechselspannung kurzzeitig verloren geht. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zu beschreiben, mit welcher ein Bezug zu einer primären Netzwechselspannung hergestellt werden kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung einer derartigen Schaltung zu beschreiben . Rectifier come to it, that a reference to the primary mains AC voltage is lost for a short time. The object of the invention is to describe a circuit with which a reference to a primary mains AC voltage can be produced. Furthermore, it is an object of the invention to describe the use of such a circuit.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer primären According to a first aspect of the present invention, a monitoring circuit for a switching power supply having a rectifier circuit for rectifying a primary
Netzwechselspannung beschrieben. Die Überwachungsschaltung umfasst zwei Widerstandsteiler, die jeweils zwei Widerstände umfassen, welche jeweils in Serie zwischen einer Mains AC voltage described. The monitoring circuit comprises two resistor dividers, each comprising two resistors, each in series between a
Phasenleitung eines Netzanschlusses vor der Phase line of a mains connection before the
Gleichrichterschaltung und einem Bezugspunkt nach der Rectifier circuit and a reference point after the
Gleichrichterschaltung angeschlossen sind. Die Rectifier circuit are connected. The
Überwachungsschaltung umfasst des Weiteren eine Monitoring circuit further includes a
Subtraktionsvorrichtung mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Substraktionsvorrichtung jeweils zwischen den Widerständen jeweils eines der Widerstandsteiler Subtraction device with two inputs, wherein each of the two inputs of the subtraction device between the resistors in each case one of the resistor divider
angeschlossen ist. connected.
Das Schaltnetzteil umfasst eine Gleichrichterschaltung. Die Gleichrichterschaltung kann eine The switching power supply includes a rectifier circuit. The rectifier circuit can be a
Brückengleichrichterschaltung bestehend aus vier Dioden sein. Durch die gemäß dem ersten Aspekt beschriebene Schaltung kann ein Bezug zu einer primären Netzwechselspannung hergestellt werden, auch wenn das Schaltnetzteil im Schwachlastbetrieb betrieben wird oder wenn starke Lastwechsel auftreten. Bridge rectifier circuit consisting of four diodes. By the circuit described in the first aspect, a reference to a primary AC line voltage can be made, even if the switching power supply is operated in low load operation or if strong load changes occur.
Dadurch, dass die Netzwechselspannung an zwei Because the mains AC voltage to two
Widerstandsteilern gemessen wird, und die Signale voneinander subtrahiert werden, ist sichergestellt, dass ein Signal zur Verfügung gestellt wird, welches zu dem Signal der primären Netzwechselspannung in Relation steht. Resistance dividers is measured, and the signals are subtracted from each other, it is ensured that a signal to Is made available, which is related to the signal of the primary AC line voltage in relation.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils ein According to an advantageous embodiment is in each case a
Kondensator parallel zu den Widerständen der Capacitor parallel to the resistors of the
Widerstandsteiler geschaltet, die dem Bezugspunkt am nächsten liegen. Dadurch, dass Kondensatoren parallel zu den  Resistor divider connected closest to the reference point. By having capacitors in parallel with the
Widerständen geschaltet sind, bieten sich Resistors are connected, offer themselves
Filtermöglichkeiten, um die Überwachungsschaltung zu Filter options to the monitoring circuit too
dimensionieren. dimension.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bezugspunkt ein ausgangsseitiges Massepotential. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Subtraktionsvorrichtung einen Operationsverstärker, der als Subtrahierer beschaltet ist. According to a further advantageous embodiment, the reference point is an output-side ground potential. According to a further advantageous embodiment, the subtraction device comprises an operational amplifier, which is connected as a subtractor.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der positive Eingang des Operationsverstärkers mit einem Offset beaufschlagt. Dadurch, dass der Operationsverstärker mit einer Vorspannung betrieben wird, ist sichergestellt, dass das Ausgangssignal stets positiv ist. Dies ist beispielsweise in den Fällen von Nöten, wenn das Ausgangssignal direkt, ohne weitere Verarbeitung, einem MikroController zur Verfügung gestellt werden soll. According to a further advantageous embodiment, the positive input of the operational amplifier is subjected to an offset. The fact that the operational amplifier is operated with a bias voltage ensures that the output signal is always positive. This is necessary, for example, in cases when the output signal is to be made available to a microcontroller directly, without further processing.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Signalausgang des Operationsverstärkers elektrisch mit einem MikroController zur Steuerung des Schaltnetzteils verbunden. Dadurch, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers direkt einem MikroController zur Verfügung gestellt wird, kann auf weitere Verarbeitungsschaltungen verzichtet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat ein Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung einen direkten Bezug zu dem Spannungsverlauf der primären According to a further advantageous embodiment, the signal output of the operational amplifier is electrically connected to a microcontroller for controlling the switching power supply. Characterized in that the output signal of the operational amplifier is provided directly to a microcontroller available, can be dispensed with further processing circuits. According to a further advantageous embodiment, an output signal of the subtraction device has a direct relation to the voltage characteristic of the primary
Netzwechselspannung. Dadurch, dass das Ausgangssignal einen direkten Bezug zu der primären Netzwechselspannung hat, kann auf eine weitere Verarbeitung des Signals verzichtet werden. Ein derartiger Bezug kann beispielsweise die Phasenlage sein oder Nulldurchgänge der Amplitude der primären  AC line voltage. The fact that the output signal has a direct relation to the primary AC line voltage, can be dispensed with further processing of the signal. Such a reference can be, for example, the phase position or zero crossings of the amplitude of the primary
NetzWechselSpannung . Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer Überwachungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt in einem Schaltnetzteil beschrieben, in welchem zum Schalten Bezug auf ein primäres Netzwechselspannungssignal genommen wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Verwendung einer Überwachungsschaltung in einem AC mains voltage. According to a second aspect of the invention, the use of a monitoring circuit according to the first aspect is described in a switched mode power supply in which reference is made to a primary mains alternating voltage signal for switching. According to an advantageous embodiment of the invention, the use of a monitoring circuit in a
Schaltnetzteil beschrieben, das starken Lastwechseln Switching power supply described the strong load changes
unterworfen ist. Bei starken Lastwechseln reißt möglicherweise der Bezug zur primären Netzwechselspannung ab. Durch die Verwendung einer Überwachungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt kann auch in diesen Fällen ein Signal empfangen werden, das durch die Last nicht beeinflusst ist. is subject. In the event of heavy load changes, the reference to the primary mains AC voltage may break. By using a monitoring circuit according to the first aspect, a signal which is not influenced by the load can also be received in these cases.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei geringer Ausgangsleistung des Schaltnetzteils jeweils eine komplette Halbwelle der primären Netzwechselspannung zur Erzeugung einer sekundären Gleichspannung verwendet. According to a further advantageous embodiment, at low output power of the switching power supply in each case one complete half-wave of the primary mains AC voltage used to generate a secondary DC voltage.
Dadurch, dass eine komplette Halbwelle der primären In that a complete half-wave of the primary
Netzwechselspannung zur Erzeugung einer sekundären Mains AC voltage for generating a secondary
Gleichspannung verwendet wird, kann die Effizienz des  DC voltage can be used, the efficiency of the
Netzteils erhöht werden. Dies ist gerade dann wichtig, wenn das Schaltnetzteil im Schwachlastbetrieb betrieben wird. So können Schaltverluste im Betrieb eines Schaltnetzteils mit 10 Prozent oder weniger seiner maximalen Ausgangsleistung reduziert werden. Power supply can be increased. This is especially important when the switching power supply is operated in low load operation. Thus, switching losses during operation of a switching power supply can be reduced by 10 percent or less of its maximum output power.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren näher erläutert. In den unterschiedlichen The invention will be explained in more detail with reference to different embodiments with reference to the attached figures. In the different
Ausführungsbeispielen werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder gleichartige Komponenten verwendet.  Embodiments will use the same reference numerals for the same or similar components.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 einen Blockschaltplan mit den Figure 1 is a block diagram with the
erfindungswesentlichen Komponenten eines Schaltnetzteils Figur 2 einen Schaltplan einer möglichen  Essential components of a switching power supply Figure 2 is a circuit diagram of a possible
ÜberwachungsSchaltung,  Monitoring circuit
Figur 3 einen Signalverlauf eines Spannungssignals, welches einem gemessenen Spannungsverlauf einer Schaltung gemäß Figur 2 entspricht und einen Stromverlauf eines Lastausgangs eines Schaltnetzteils, Figur 4 einen Schaltplan einer Überwachungsschaltung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, FIG. 3 shows a signal curve of a voltage signal which corresponds to a measured voltage curve of a circuit according to FIG. 2 and a current profile of a load output of a switched-mode power supply; 4 shows a circuit diagram of a monitoring circuit according to a first embodiment of the invention, FIG.
Figur 5 einen Spannungsverlauf eines Ausgangssignals der Figure 5 shows a voltage waveform of an output signal of
Subtraktionsvorrichtung und einem Stromverlauf des Lastausgangs des Schaltnetzteils,  Subtraction device and a current waveform of the load output of the switching power supply,
Figur 6 einen Schaltplan einer Überwachungsschaltung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, und Figure 6 is a circuit diagram of a monitoring circuit according to a second embodiment of the invention, and
Figur 7 einen Spannungsverlauf gemäß der Schaltung zu Figur FIG. 7 shows a voltage curve according to the circuit of FIG
6.  6th
In den Figuren 1, 2, 4 und 6 werden jeweils ähnliche In Figures 1, 2, 4 and 6 are respectively similar
Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dies dient lediglich der Übersichtlichkeit und bedeutet nicht zwingend, dass die entsprechenden Bauteile gleiche Werte aufweisen beziehungsweise dieselben Bauelemente sind. So kann Components designated by the same reference numerals. This is merely for the sake of clarity and does not necessarily mean that the corresponding components have the same values or are the same components. So can
beispielsweise ein Widerstand Rl der Schaltung gemäß Figur 2 einen anderen Wert aufweisen, wie ein Widerstand Rl der For example, a resistor Rl of the circuit according to Figure 2 have a different value, such as a resistor Rl of
Schaltung gemäß Figur 4. Circuit according to FIG. 4.
Die in Figur 1 dargestellte primäre Netzwechselspannung AC kann verschiedene Scheitelspannungen aufweisen. The primary AC line voltage AC shown in Figure 1 may have different peak voltages.
Beispielsweise kann die Netzwechselspannung AC abhängig von einem Land, in dem die Schaltung verwendet wird For example, the AC line voltage AC may be dependent on a country in which the circuit is used
unterschiedliche Scheitelspannungen haben. Üblich ist have different peak voltages. It is usual
beispielsweise ein Wert von 230 V Wechselspannung. Für die Erfindung ist es jedoch unerheblich, welche Größe die for example, a value of 230 V AC. For the invention, however, it is irrelevant which size the
Netzwechselspannung AC hat. Mains AC voltage has.
Die Schaltpläne der Figuren 1, 2, 4 und 6 zeigen für das Verstehen der Erfindung relevante Schaltungsteile. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden Teile der Schaltungen eines Schaltnetzteils weggelassen, welche nicht wesentlich für das Verständnis der Erfindung sind. Figur 1 zeigt einen Schaltplan der primärseitigen Teile eines Schaltnetzteils, welche für die Erfindung wesentlich sind. In Figur 1 ist eine Eingang für eine primäre Netzwechselspannung AC dargestellt. Von dem Eingang führen zwei Phasenleitungen PH1 und PH2 zu einer Gleichrichterschaltung G. An der The circuit diagrams of Figures 1, 2, 4 and 6 show relevant to the understanding of the invention circuit parts. Out For clarity, parts of the circuits of a switching power supply have been omitted, which are not essential to the understanding of the invention. Figure 1 shows a circuit diagram of the primary-side parts of a switching power supply, which are essential to the invention. FIG. 1 shows an input for a primary alternating mains voltage AC. From the input lead two phase lines PH1 and PH2 to a rectifier circuit G. At the
Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung G ist ein Output side of the rectifier circuit G is a
Kondensator C3 und eine Last RL angeschlossen. Bei der Last RL kann es sich insbesondere um einen nachgelagerten  Capacitor C3 and a load RL connected. In particular, the load RL may be a downstream one
Schaltwandler zum Erzeugen einer geregelten, sekundären Switching converter for generating a regulated, secondary
Gleichspannung zur Versorgung eines elektrischen Geräts aus der ungeregelten, pulsierenden, primären Gleichspannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung G handeln. Die DC voltage to supply an electrical device from the unregulated, pulsating primary DC voltage at the output of the rectifier circuit G act. The
Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung hat ein Output side of the rectifier circuit has a
Massepotential GND an dem Knotenpunkt, an dem der Kondensator C3 und die Last RL angeschlossen sind. Die Ground potential GND at the node to which the capacitor C3 and the load RL are connected. The
Überwachungsschaltung ÜS ist zwischen die beiden Monitoring circuit ÜS is between the two
Phasenleitungen PH1 und PH2, sowie dem ausgangsseitigen  Phase lines PH1 and PH2, as well as the output side
Massepotential GND geschaltet. Ground potential GND switched.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan gemäß einer möglichen Figure 2 shows a circuit diagram according to a possible
Überwachungsschaltung ÜS für ein Schaltnetzteil. Die Monitoring circuit ÜS for a switching power supply. The
Überwachungsschaltung ÜS gemäß Figur 2 besteht aus zwei  Monitoring circuit ÜS according to Figure 2 consists of two
Dioden Dl und D2, welche jeweils eine der beiden Diodes Dl and D2, each one of the two
Phasenleitungen PH1 und PH2 mit einem Widerstandsteiler W bestehend aus zwei Widerständen Rl und R2 verbinden. Über die beiden Dioden Dl und D2 werden durch die Verbindung zu denConnect phase lines PH1 and PH2 to a resistance divider W consisting of two resistors R1 and R2. Via the two diodes Dl and D2 are connected by the connection to the
Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Netzwechselspannung AC jeweils die positiven Halbwellen der primären Phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC respectively the positive half-waves of the primary
Netzwechselspannung AC auf die beiden Widerstände Rl und R2 des Widerstandsteilers W geführt. An dem Widerstand R2 kann ein Spannungssignal abgegriffen werden, welches einem Mains AC voltage to the two resistors Rl and R2 the resistance divider W out. At the resistor R2, a voltage signal can be tapped, which a
betragsmäßigen Sinusverlauf entspricht. Figur 3 zeigt einen Spannung- und einen Stromverlauf. Der Stromverlauf, hier mit Symbolen markiert, ist der Verlauf eines Stroms an der Ausgangsseite des Schaltnetzteils. Der Strom bricht an einer Stelle ein. Zusätzlich zum Stromverlauf an der Ausgangsseite des Schaltnetzteils ist der amount sinusoidal course corresponds. FIG. 3 shows a voltage and a current profile. The current profile, marked here with symbols, is the course of a current on the output side of the switching power supply. The current breaks in one place. In addition to the current flow on the output side of the switching power supply is the
Spannungsverlauf der gemessenen primären, gleichgerichtetenVoltage curve of the measured primary, rectified
Netzwechselspannung AC gezeigt. Der Verlauf entspricht dem an der Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung G gemessenen Signal der Überwachungsschaltung nach Figur 2. Aus den AC line voltage AC shown. The course corresponds to the measured at the output side of the rectifier circuit G signal of the monitoring circuit of Figure 2. From the
Graphen ist ersichtlich, dass die gemessene primäre Graphs show that the measured primary
Netzwechselspannung AC zu dem Zeitpunkt, zu dem der Laststrom auf Null sinkt, einbricht. Hierdurch geht der Bezug zur tatsächlichen primären Netzwechselspannung AC teilweise verloren . In Figur 4 ist ein Schaltplan gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Überwachungsschaltung ÜS zu sehen. Die Überwachungsschaltung ÜS umfasst hierbei einen Mains AC voltage at the time when the load current drops to zero breaks. As a result, the reference to the actual primary AC line voltage AC is partially lost. FIG. 4 shows a circuit diagram according to an embodiment of a monitoring circuit ÜS according to the invention. The monitoring circuit ÜS in this case comprises a
Widerstandsteiler Wl bestehend aus den Widerständen Rl und R2, welcher zwischen der Phasenleitung PH1 der primären Resistor divider Wl consisting of the resistors Rl and R2, which between the phase line PH1 of the primary
Netzwechselspannung AC und dem Bezugspunkt, an dem Mains AC voltage AC and the reference point at which
ausgangsseitigen Massepotential GND, liegt. Zwischen der zweiten Phasenleitung PH2 der primären Netzwechselspannung AC und dem ausgangseitigen Massepotential GND liegt ein zweiter Widerstandsteiler W2, bestehend aus den Widerständen R3 und R4. Jeweils parallel zu den Widerständen R2 und R4 sind output-side ground potential GND. Between the second phase line PH2 of the primary AC line voltage AC and the output side ground potential GND is a second resistor divider W2, consisting of the resistors R3 and R4. In each case parallel to the resistors R2 and R4
Kondensatoren Cl und C2 geschaltet. Eine Capacitors Cl and C2 switched. A
Subtraktionsvorrichtung OP, im Ausführungsbeispiel ein Subtraction device OP, in the embodiment a
Operationsverstärker, welcher als Substrahierer beschaltet ist, ist mit der Schaltung derart verbunden, dass der Operational amplifier, which connects as a subtractor is connected to the circuit such that the
positive Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Widerstandsteiler Wl zwischen den Widerständen Rl und R2 verbunden ist und der negative Eingang des positive input of the operational amplifier is connected to the first resistor divider Wl between the resistors Rl and R2 and the negative input of
Operationsverstärkers mit dem zweiten Widerstandsteiler W2 zwischen den Widerständen R3 und R4 verbunden ist. Operational amplifier is connected to the second resistor divider W2 between the resistors R3 and R4.
Durch diese Beschaltung folgen die Eingänge der This wiring is followed by the inputs of the
Subtraktionsvorrichtung OP den einzelnen Signalen, die über die Phasenleitungen PH1 und PH2 an den Widerstandsteilern Wl und W2 liegen. Bricht nun die Ausgangsleistung des Subtraction device OP the individual signals, which lie on the phase lines PH1 and PH2 to the resistor dividers Wl and W2. Now breaks the output of the
Schaltnetzteils ein, so fällt auch der Ausgangsstrom ab. Switching power supply, so also drops the output current.
Dementsprechend würde eine Überwachungsschaltung ÜS, wie sie in Figur 1 beschrieben ist, einen Einbruch der primären Accordingly, a monitoring circuit US, as described in Figure 1, a collapse of the primary
Netzwechselspannung AC detektieren. Dadurch, dass in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Spannungssignale der einzelnen Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Detect mains AC voltage AC. Characterized in that in the embodiment according to the invention, the voltage signals of the individual phase lines PH1 and PH2 of the primary
Netzwechselspannung AC voneinander abgezogen werden, wird ein relatives Ausgangssignal erzeugt. Dadurch, dass das AC supply voltage AC are subtracted from each other, a relative output signal is generated. By doing that
Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung OP den relativen Unterschied angibt und nicht von der durch den sperrenden Brückengleichrichter verfälschten primären Output signal of the subtraction device OP indicates the relative difference and not from the falsified by the blocking bridge rectifier primary
Netzwechselspannung AC abhängt, bleibt der Bezug zur primären Netzwechselspannung AC weiterhin bestehen.  Mains AC voltage depends, the reference to the primary AC line voltage AC continues to exist.
In Figur 5 ist zum einen sowohl der Stromverlauf des In FIG. 5, on the one hand, both the current profile of the
Schaltnetzteils dargestellt als auch das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung OP gemäß der Schaltung nach Figur 4. Wie zu sehen ist, hat der dargestellte Einbruch des Switching power supply shown as well as the output signal of the subtraction device OP according to the circuit of Figure 4. As can be seen, the burglary of the illustrated
Stromverlaufs des Ausgangssignals des Schaltnetzteils keinen Einfluss auf die Amplitude oder das Verhalten des Current waveform of the output signal of the switching power supply has no effect on the amplitude or the behavior of the
Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung OP. Dadurch, dass die beiden Signale der beiden Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Netzwechselspannung AC voneinander abgezogen werden, entsteht ein Signal, welches sowohl positive als auch Output signal of the subtraction device OP. Characterized in that the two signals of the two phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC are subtracted from each other, produces a signal which is both positive and
negative Abschnitte aufweist. Hierbei sind die Nulldurchgänge jeweils klar definiert und entsprechen den Nulldurchgängen der primären Netzwechselspannung AC . Mit Hilfe dieses Signals hat man nun einen direkten Bezug zu der tatsächlichen has negative sections. Here, the zero crossings are each clearly defined and correspond to the zero crossings of the primary AC line voltage AC. With the help of this signal one has a direct relation to the actual one
primären Netzwechselspannung AC . Das Signal der primary AC line voltage AC. The signal of
Subtraktionsvorrichtung OP kann beispielsweise zum Schalten einzelner Stufen des Schaltnetzteils verwendet werden. Subtraction device OP can be used, for example, for switching individual stages of the switched-mode power supply.
Hierdurch ist ein Ein- und Ausschalten abhängig von den As a result, switching on and off depends on the
Nulldurchgängen der primären Netzwechselspannung AC möglich. So ist es beispielsweise möglich, eine Schaltstufe eines Hochleistungsschaltnetzteils zu Beginn einer Halbwelle einzuschalten und am Ende derselben Halbwelle wieder Zero crossings of the primary AC line voltage AC possible. Thus, it is possible, for example, to turn on a switching stage of a high-power switching power supply at the beginning of a half-wave and at the end of the same half-wave again
auszuschalten. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung der übertragenen Leistung einer Halbwelle ermöglicht, was off. This allows optimal utilization of the transmitted power of a half-wave, which
gegenüber herkömmlichen Schaltnetzteilen ein Vorteil an advantage over conventional switching power supplies
zumindest im Wirkungsgrad bewirkt. effect at least in the efficiency.
In Figur 6 ist ein weiterer Schaltplan einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im dort dargestellten Schaltplan sind zusätzliche Bauelemente FIG. 6 shows a further circuit diagram of a circuit according to an exemplary embodiment of the invention. In the circuit diagram shown there are additional components
eingezeichnet, die gegenüber den bisher beschriebenen plotted against those previously described
Überwachungsschaltungen ÜS weitere Vorteile bieten. Monitoring circuits ÜS provide further benefits.
Grundsätzlich entspricht die Überwachungsschaltung ÜS, welche in der Figur 6 dargestellt ist, derjenigen  Basically, the monitoring circuit ÜS, which is shown in FIG. 6, corresponds to that
Überwachungsschaltung ÜS, welche bezüglich Figur 4 Monitoring circuit ÜS, which with respect to Figure 4
beschrieben wurde. Zusätzlich zu der beschriebenen has been described. In addition to the described
Überwachungsschaltung ÜS gemäß Figur 4 wurde in dem Monitoring circuit ÜS according to Figure 4 was in the
Ausführungsbeispiel, deren Schaltung in Figur 6 dargestellt ist, ein zusätzlicher Widerstand R5 in Reihe zu einer  Embodiment, the circuit shown in Figure 6, an additional resistor R5 in series with a
Gleichspannungsquelle DC vorgesehen, welche parallel zu dem Widerstand R2 des ersten Widerstandsteilers Wl sind. DC source DC provided which parallel to the Resistor R2 of the first resistor divider Wl are.
Hierdurch wird ein Offset an den positiven Eingang des This will cause an offset to the positive input of the
Operationsverstärkers angelegt. Dies führt dazu, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers in den positiven Bereich verschoben wird. Hierbei kann die negative Operational amplifier applied. As a result, the output signal of the operational amplifier is shifted to the positive range. Here, the negative
Versorgungsspannung -VCC des Operationsverstärkers mit Masse verbunden werden, da durch die Verschiebung in den positiven Bereich keine negative Vorspannung benötigt wird. Der Offset des Operationsverstärkers kann beispielsweise 1,5 V betragen. Dadurch, dass durch den Offset ein positives Signal vom  Supply voltage -VCC of the operational amplifier are connected to ground, since the displacement in the positive region no negative bias is required. The offset of the operational amplifier may be 1.5 V, for example. The fact that the offset is a positive signal from
Operationsverstärker ausgegeben wird, kann dieses Signal einfacher verarbeitet werden. So ist es beispielsweise möglich, das Ausgangssignal V0UT des Operationsverstärkers, welches den Bezug zur primären Netzwechselspannung AC Operational amplifier is output, this signal can be processed easier. Thus, it is possible, for example, the output signal V 0 UT of the operational amplifier, which is the reference to the primary AC line voltage AC
aufzeigt, direkt einem Eingang eines MikroControllers indicates directly to an input of a microcontroller
zuzuführen. In diesem Fall ist eine weitere Vorverarbeitung des Ausgangsignals V0UT des Operationsverstärkers nicht nötig. supply. In this case, a further preprocessing of the output signal V 0 UT of the operational amplifier is not necessary.
Ein Spannungsverlauf, welcher von dem Operationsverstärker ausgegeben wird, der mit einem Offset gemäß der Schaltung aus Figur 6 beaufschlagt wurde, ist in Figur 7 dargestellt. Der Spannungsverlauf, welcher in Figur 7 dargestellt ist, A voltage waveform output from the operational amplifier which has been subjected to an offset according to the circuit of FIG. 6 is shown in FIG. The voltage curve, which is shown in FIG. 7,
entspricht grundlegend dem Spannungsverlauf, welcher in Figur 5 dargestellt ist. Jedoch ist der Spannungsbereich hier ins Positive verschoben. Ebenso wie bei der Schaltung gemäß dem Schaltplan aus Figur 4 ist das Spannungssignal aus Figur 7 direkt auf die tatsächliche primäre Netzwechselspannung AC bezogen . In den Ausführungsbeispielen, welche bezüglich der corresponds basically to the voltage curve, which is shown in Figure 5. However, the voltage range is shifted to the positive here. As with the circuit according to the circuit diagram from FIG. 4, the voltage signal from FIG. 7 is directly related to the actual primary AC line voltage AC. In the embodiments, with respect to the
Schaltpläne gemäß Figur 4 und Figur 6 beschrieben wurden, bieten die Kapazitäten Cl und C2 optionale Filtermöglichkeiten, um die Schaltung effizient zu dimensionieren . Circuit diagrams have been described according to Figure 4 and Figure 6, the capacitances Cl and C2 optional Filtering options to efficiently dimension the circuit.
Ein weiterer Vorteil einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung ist, dass Einflüsse der Another advantage of a monitoring circuit according to the invention is that influences of
Brückengleichrichterdiodenvorwärtsspannung in das  Bridging rectifier diode forward voltage in the
Ausgangssignal des Operationsverstärkers nicht einfließen. Die Brückengleichrichterdiodenvorwärtsspannung ist abhängig vom Stromfluss und der Temperatur. Während andere mögliche Überwachungsschaltungen ÜS diese Art der Störung Do not include the output signal of the operational amplifier. Bridging rectifier diode forward voltage depends on current flow and temperature. While other possible monitoring circuits Üs this type of error
berücksichtigen müssten, wird durch das Subtrahieren der beiden Spannungssignale der Phasenleitungen PH1 und PH2 durch die Subtraktionsvorrichtung OP dieser Einfluss vermieden. Die Widerstandsteiler Wl und W2 können should take into account, by subtracting the two voltage signals of the phase lines PH1 and PH2 by the subtraction device OP this influence is avoided. The resistor divider Wl and W2 can
Hochspannungswiderstandsteiler sein, um speziell an die gegebenen Spannungen angepasst zu werden. Hierbei ist ein Teilerverhältnis der Widerstände Rl und R2 vorzugsweise identisch zu dem Teilverhältnis der Widerstände R3 und R4. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit können die Widerstände Rl und R3 jeweils aus mehreren Widerständen bestehen, die in Serie geschaltet sind. Im in Figur 6 dargestellten  High voltage resistor divider to be adapted specifically to the given voltages. Here, a divider ratio of the resistors R1 and R2 is preferably identical to the dividing ratio of the resistors R3 and R4. To increase the dielectric strength, the resistors Rl and R3 may each consist of several resistors, which are connected in series. In the illustrated in Figure 6
Ausführungsbeispiel ist das Teilverhältnis der Widerstände Rl, R2 und R5 identisch mit dem Teilverhältnis der Embodiment, the proportion of the resistors Rl, R2 and R5 is identical to the division ratio of
Widerstände R3 und R4. Resistors R3 and R4.
Somit wird eine Schaltung zur fehlerfreien Thus, a circuit for error-free
Eingangsspannungserkennung in einem Netzteil beschrieben. Die Schaltung gibt nicht nur im statischen Betrieb, bei dem zu jedem Zeitpunkt ein direkter Bezug von der Eingangsseite des Brückengleichrichters zur Ausgangsseite gegeben ist, ein genaues Ausgangssignal V0UT, sondern auch bei starken Input voltage detection in a power supply described. The circuit is not only in static operation, in which at any time a direct reference from the input side of the bridge rectifier is given to the output side, an accurate output signal V 0 UT, but also at strong
Lastwechseln beziehungsweise sehr geringer Ausgangsleistung. Bezugs zeichenliste Load changes or very low output power. Reference sign list
AC primäre Netzwechselspannung PH1, PH2 Phasenleitung AC primary AC line voltage PH1, PH2 phase line
W, Wl, W2 Widerstandsteiler  W, Wl, W2 resistor divider
G Gleichrichterschaltung G rectifier circuit
Dl, D2 Diode D1, D2 diode
RL Last  RL load
Rl bis R5 Widerstand R1 to R5 resistance
Cl bis C3 Kondensator  Cl to C3 capacitor
DC Gleichspannungsquelle DC DC voltage source
OP SubtraktionsvorrichtungOP subtraction device
GND Massepotential GND ground potential
-VCC negative Vorspannung -VCC negative bias
VQUT Ausgangssignal  VQUT output signal

Claims

Patentansprüche claims
1. Überwachungsschaltung (ÜS) für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung (G) zum Gleichrichten einer primären Netzwechselspannung (AC) umfassend A monitoring circuit (ÜS) for a switching power supply with a rectifier circuit (G) for rectifying a primary AC line voltage (AC) comprising
- zwei Widerstandsteiler (Wl, W2), umfassend jeweils zwei Widerstände (Rl, R2, R3, R4), welche jeweils in Serie  - Two resistor divider (Wl, W2), each comprising two resistors (Rl, R2, R3, R4), each in series
zwischen einer Phasenleitung eines Netzanschlusses vor der Gleichrichterschaltung (G) und einem Bezugspunkt nach der Gleichrichterschaltung (G) angeschlossen sind, und between a phase line of a mains connection in front of the rectifier circuit (G) and a reference point after the rectifier circuit (G) are connected, and
- einer Subtraktionsvorrichtung (OP) mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Subtraktionsvorrichtung (OP) jeweils zwischen den Widerständen (Rl, R2, R3, R4) jeweils eines der Widerstandsteiler (Wl, W2) angeschlossen ist.  - A subtraction device (OP) with two inputs, each of the two inputs of the subtraction device (OP) in each case between the resistors (Rl, R2, R3, R4) each one of the resistor divider (Wl, W2) is connected.
2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch 2. Monitoring circuit according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung (G) eine Brückengleichrichterschaltung umfasst . characterized in that the rectifier circuit (G) comprises a bridge rectifier circuit.
3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kondensator (Cl, C2) 3. Monitoring circuit according to claim 1 or 2, characterized in that in each case a capacitor (Cl, C2)
parallel zu den Widerständen (R2, R4) der zwei parallel to the resistors (R2, R4) of the two
Widerstandsteiler (Wl, W2) geschaltet ist, die dem Resistor divider (Wl, W2) is connected to the
Bezugspunkt am nächsten liegen. Closest to the reference point.
4. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspunkt ein 4. Monitoring circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reference point a
ausgangsseitiges Massepotential (GND) an einer Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung (G) ist. output side ground potential (GND) at an output side of the rectifier circuit (G).
5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionsvorrichtung (OP) einen Operationsverstärker umfasst, der als Subtrahierer beschaltet ist. 5. Monitoring circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the subtraction device (OP) an operational amplifier connected as a subtractor.
6. Überwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch 6. Monitoring circuit according to claim 5, characterized
gekennzeichnet, dass der positive Eingang des characterized in that the positive input of the
Operationsverstärkers mit einem Offset beaufschlagt ist. Operational amplifier is applied with an offset.
7. Überwachungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch 7. Monitoring circuit according to claim 6, characterized
gekennzeichnet, dass ein Signalausgang des characterized in that a signal output of
Operationsverstärkers elektrisch mit einem Mikrocontroller verbunden ist.  Operational amplifier is electrically connected to a microcontroller.
8. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal (V0UT) der Subtraktionsvorrichtung (OP) einen direkten Bezug zu dem Spannungsverlauf der primären Netzwechselspannung (AC) darstellt . 8. Monitoring circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that an output signal (V 0 UT) of the subtraction device (OP) is a direct reference to the voltage waveform of the primary AC line voltage (AC).
9. Verwendung einer Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Schaltnetzteil, in welchem zum Schalten Bezug auf eine primäre Netzwechselspannung (AC) genommen wird. 9. Use of a monitoring circuit according to one of claims 1 to 8 in a switched-mode power supply, in which reference is made to a primary mains alternating voltage (AC) for switching.
10. Verwendung einer Überwachungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Ausgangsleistung des Schaltnetzteils jeweils eine komplette Halbwelle der primären Netzwechselspannung (AC) zur Erzeugung einer sekundären Gleichspannung verwendet wird. 10. Use of a monitoring circuit according to claim 9, characterized in that at low output power of the switching power supply in each case a complete half cycle of the primary AC line voltage (AC) is used to generate a secondary DC voltage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010142066A (en) * 2008-12-15 2010-06-24 Denso Wave Inc Robot
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