DE102013105745A1 - Monitoring circuit for a switching power supply and use of a monitoring circuit - Google Patents

Monitoring circuit for a switching power supply and use of a monitoring circuit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung (ÜS) für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung (G) zum Gleichrichten einer primären Netzwechselspannung (AC). Die Überwachungsschaltung (ÜS) umfasst hierbei zwei Widerstandsteiler (W1, W2), umfassend jeweils zwei Widerstände (R1, R2, R3, R4). Die Widerstände (R1, R2, R3, R4) sind jeweils in Serie zwischen einer Phasenleitung (PH1, PH2) eines Netzanschlusses vor der Gleichrichterschaltung (G und einem Bezugspunkt nach der Gleichrichterschaltung (G) angeschlossen. Die Überwachungsschaltung umfasst des Weitere eine Subtraktionsvorrichtung (OP) mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Subtraktionsvorrichtung (OP) jeweils zwischen den Widerständen (R1, R2, R3, R4) jeweils eines der Widerstandsteiler (W1, W2) angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer Überwachungsschaltung.The invention relates to a monitoring circuit (ÜS) for a switched-mode power supply with a rectifier circuit (G) for rectifying a primary alternating voltage (AC). The monitoring circuit (ÜS) here comprises two resistance dividers (W1, W2), each comprising two resistors (R1, R2, R3, R4). The resistors (R1, R2, R3, R4) are each connected in series between a phase line (PH1, PH2) of a mains connection before the rectifier circuit (G and a reference point after the rectifier circuit (G). The monitoring circuit also includes a subtraction device (OP ) with two inputs, each of the two inputs of the subtraction device (OP) being connected between the resistors (R1, R2, R3, R4) one of the resistance dividers (W1, W2). The invention also relates to the use of a monitoring circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil, welches eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer Netzwechselspannung aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer derartigen Überwachungsschaltung. The invention relates to a monitoring circuit for a switching power supply, which has a rectifier circuit for rectifying a mains AC voltage. The invention further relates to the use of such a 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 Gestaltung von leichten und kostengünstigen Netzteilen für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. 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 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. 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.

Bei starken Lastwechseln oder bei geringen Ausgangsleistungen des Schaltnetzteils kann es aufgrund der Anordnung der Gleichrichterschaltung dazu kommen, dass ein Bezug zur primären Netzwechselspannung kurzzeitig verloren geht. In the case of heavy load changes or low output powers of the switched-mode power supply, due to the arrangement of the rectifier circuit, a reference to the primary mains AC voltage may be lost for a short time.

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. 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 Netzwechselspannung beschrieben. Die Überwachungsschaltung umfasst zwei Widerstandsteiler, die jeweils zwei Widerstände umfassen, welche jeweils in Serie zwischen einer Phasenleitung eines Netzanschlusses vor der Gleichrichterschaltung und einem Bezugspunkt nach der Gleichrichterschaltung angeschlossen sind. Die Überwachungsschaltung umfasst des Weiteren eine Subtraktionsvorrichtung mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Substraktionsvorrichtung jeweils zwischen den Widerständen jeweils eines der Widerstandsteiler angeschlossen ist. According to a first aspect of the present invention, there is described a monitoring circuit for a switching power supply having a rectifier circuit for rectifying a primary AC line voltage. The monitoring circuit comprises two resistor dividers, each comprising two resistors, each connected in series between a phase line of a mains connection in front of the rectifier circuit and a reference point after the rectifier circuit. The monitoring circuit further comprises a subtraction device with two inputs, wherein each of the two inputs of the subtraction device in each case between the resistors of one of the resistor divider is connected.

Das Schaltnetzteil umfasst eine Gleichrichterschaltung. Die Gleichrichterschaltung kann eine 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. Dadurch, dass die Netzwechselspannung an zwei 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. The switching power supply includes a rectifier circuit. The rectifier circuit may be a 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. The fact that the AC line voltage is measured at two resistor dividers, and the signals are subtracted from each other, it is ensured that a signal is provided which is related to the signal of the primary AC line voltage in relation.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils ein Kondensator parallel zu den Widerständen der Widerstandsteiler geschaltet, die dem Bezugspunkt am nächsten liegen. Dadurch, dass Kondensatoren parallel zu den Widerständen geschalten sind, bieten sich Filtermöglichkeiten, um die Überwachungsschaltung zu dimensionieren. According to an advantageous embodiment, a respective capacitor is connected in parallel to the resistors of the resistor divider, which are closest to the reference point. The fact that capacitors are connected in parallel to the resistors, filter options are available to dimension the monitoring circuit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bezugspunkt ein ausgangsseitiges Massepotential. According to a further advantageous embodiment, the reference point is an output-side ground potential.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Subtraktionsvorrichtung einen Operationsverstärker, der als Subtrahierer beschaltet ist. 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.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.

Dadurch, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers direkt einem Mikrocontroller zur Verfügung gestellt wird, kann auf weitere Verarbeitungsschaltungen verzichtet werden. Characterized in that the output signal of the operational amplifier is provided directly to a microcontroller, can be dispensed with further processing circuits.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat ein Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung einen direkten Bezug zu dem Spannungsverlauf der primären 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 Netzwechselspannung. According to a further advantageous embodiment, an output signal of the subtraction device has a direct relation to the voltage curve of the primary 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 For example, be the phase or zero crossings of the amplitude of the primary AC line voltage.

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.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.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Verwendung einer Überwachungsschaltung in einem Schaltnetzteil beschrieben, das starken Lastwechseln unterworfen ist. According to an advantageous embodiment of the invention, the use of a monitoring circuit is described in a switching power supply, which is subjected to heavy load changes.

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. 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, a complete half-wave of the primary mains AC voltage is used to generate a secondary DC voltage at low output power of the switching power supply.

Dadurch, dass eine komplette Halbwelle der primären Netzwechselspannung zur Erzeugung einer sekundären Gleichspannung verwendet wird, kann die Effizienz des 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.By using a full half-wave of the primary mains AC voltage to generate a secondary DC voltage, the efficiency of the AC adapter 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 Ausführungsbeispielen werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder gleichartige Komponenten verwendet. The invention will be explained in more detail with reference to different embodiments with reference to the attached figures. In the different embodiments, like reference numerals are used for the same or similar components.

Es zeigen:Show it:

1 einen Blockschaltplan mit den erfindungswesentlichen Komponenten eines Schaltnetzteils 1 a block diagram with the invention essential components of a switching power supply

2 einen Schaltplan einer möglichen Überwachungsschaltung, 2 a circuit diagram of a possible monitoring circuit,

3 einen Signalverlauf eines Spannungssignals, welches einem gemessenen Spannungsverlauf einer Schaltung gemäß 2 entspricht und einen Stromverlauf eines Lastausgangs eines Schaltnetzteils, 3 a waveform of a voltage signal corresponding to a measured voltage waveform of a circuit according to 2 corresponds and a current profile of a load output of a switching power supply,

4 einen Schaltplan einer Überwachungsschaltung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, 4 a circuit diagram of a monitoring circuit according to a first embodiment of the invention,

5 einen Spannungsverlauf eines Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung und einem Stromverlauf des Lastausgangs des Schaltnetzteils, 5 a voltage waveform of an output signal of the subtraction device and a current waveform of the load output of the switching power supply,

6 einen Schaltplan einer Überwachungsschaltung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, und 6 a circuit diagram of a monitoring circuit according to a second embodiment of the invention, and

7 einen Spannungsverlauf gemäß der Schaltung zu 6. 7 a voltage curve according to the circuit 6 ,

In den 1, 2, 4 und 6 werden jeweils ähnliche 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 beispielsweise ein Widerstand R1 der Schaltung gemäß 2 einen anderen Wert aufweisen, wie ein Widerstand R1 der Schaltung gemäß 4. In the 1 . 2 . 4 and 6 each similar components are 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. For example, a resistor R1 of the circuit according to 2 have a different value, such as a resistor R1 of the circuit according to 4 ,

Die in 1 dargestellte primäre Netzwechselspannung AC kann verschiedene Scheitelspannungen aufweisen. Beispielsweise kann die Netzwechselspannung AC abhängig von einem Land, in dem die Schaltung verwendet wird unterschiedliche Scheitelspannungen haben. Üblich ist beispielsweise ein Wert von 230 V Wechselspannung. Für die Erfindung ist es jedoch unerheblich, welche Größe die Netzwechselspannung AC hat.In the 1 shown primary AC line voltage AC may have different peak voltages. For example, the AC line voltage AC may have different peak voltages depending on a country in which the circuit is used. For example, a value of 230 V AC is usual. For the invention, however, it does not matter which size the AC line voltage AC has.

Die Schaltpläne der 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. The schematics of the 1 . 2 . 4 and 6 show circuit parts relevant to the understanding of the invention. For reasons of clarity, parts of the circuits of a switched-mode power supply have been omitted, which are not essential for the understanding of the invention.

1 zeigt einen Schaltplan der Teile eines Schaltnetzteils, welche für die Erfindung wesentlich sind. In 1 ist eine primäre Netzwechselspannung AC dargestellt. Von der primären Netzwechselspannung AC führen zwei Phasenleitungen PH1 und PH2 zu einer Gleichrichterschaltung G. An der Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung G ist ein Kondensator C3 und eine Last RL angeschlossen. Die Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung hat ein Massepotential GND an dem Knotenpunkt, an dem der Kondensator C3 und die Last RL angeschlossen sind. Die Überwachungsschaltung ÜS ist zwischen die beiden Phasenleitungen PH1 und PH2, sowie dem ausgangsseitigen Massepotential GND geschalten. 1 shows a circuit diagram of the parts of a switching power supply, which are essential to the invention. In 1 a primary AC line voltage AC is shown. From the primary alternating mains voltage AC, two phase lines PH1 and PH2 lead to a rectifier circuit G. On the output side of the rectifier circuit G, a capacitor C3 and a load RL are connected. The output side of the rectifier circuit has a ground potential GND at the node to which the capacitor C3 and the load RL are connected. The monitoring circuit ÜS is connected between the two phase lines PH1 and PH2, as well as the output-side ground potential GND.

2 zeigt einen Schaltplan gemäß einer möglichen Überwachungsschaltung ÜS für ein Schaltnetzteil. Die Überwachungsschaltung ÜS gemäß 2 besteht aus zwei Dioden D1 und D2, welche jeweils eine der beiden Phasenleitungen PH1 und PH2 mit einem Widerstandsteiler W bestehend aus zwei Widerständen R1 und R2 verbinden. Über die beiden Dioden D1 und D2 werden durch die Verbindung zu den Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Netzwechselspannung AC jeweils die positiven Halbwellen der primären Netzwechselspannung AC auf die beiden Widerstände R1 und R2 des Widerstandsteilers W geführt. An dem Widerstand R2 kann ein Spannungssignal abgegriffen werden, welches einem betragsmäßigen Sinusverlauf entspricht. 2 shows a circuit diagram according to a possible monitoring circuit ÜS for a switching power supply. The monitoring circuit ÜS according to 2 consists of two diodes D1 and D2, each of which connect one of the two phase lines PH1 and PH2 with a resistor divider W consisting of two resistors R1 and R2. Through the connection to the phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC, the positive half-waves of the primary AC line voltage AC are conducted to the two resistors R1 and R2 of the resistance divider W via the two diodes D1 and D2. At the resistor R2, a voltage signal can be tapped, which corresponds to a magnitude sinusoidal course.

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 Spannungsverlauf der gemessenen primären Netzwechselspannung AC gezeigt. Der Verlauf entspricht dem gemessenen Signal der Überwachungsschaltung nach 2. Aus den Graphen ist ersichtlich, dass die gemessene primäre Netzwechselspannung AC zu dem Zeitpunkt, zu dem der Laststrom auf Null sinkt, einbricht. Hierdurch geht der Bezug zur primären Netzwechselspannung AC teilweise verloren. 3 shows a voltage and a current curve. 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, the voltage profile of the measured primary AC line voltage AC is shown. The course corresponds to the measured signal of the monitoring circuit after 2 , It can be seen from the graphs that the measured primary AC line voltage AC at the time when the load current drops to zero, breaks down. As a result, the reference to the primary AC line voltage AC is partially lost.

In 4 ist ein Schaltplan gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Überwachungsschaltung ÜS zu sehen. Die Überwachungsschaltung ÜS umfasst hierbei einen Widerstandsteiler W1 bestehend aus den Widerständen R1 und R2, welcher zwischen der Phasenleitung PH1 der primären Netzwechselspannung AC und dem Bezugspunkt, an dem 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 Kondensatoren C1 und C2 geschaltet. Eine Subtraktionsvorrichtung OP, im Ausführungsbeispiel ein Operationsverstärker, welcher als Substrahierer beschaltet ist, ist mit der Schaltung derart verbunden, dass der positive Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Widerstandsteiler W1 zwischen den Widerständen R1 und R2 verbunden ist und der negative Eingang des Operationsverstärkers mit dem zweiten Widerstandsteiler W2 zwischen den Widerständen R3 und R4 verbunden ist. In 4 is a circuit diagram according to an inventive embodiment of a monitoring circuit ÜS to see. The monitoring circuit ÜS in this case comprises a resistance divider W1 consisting of the resistors R1 and R2, which is located between the phase line PH1 of the primary AC line voltage AC and the reference point at the 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 capacitors C1 and C2 are connected. A subtraction device OP, in the exemplary embodiment an operational amplifier, which is connected as a subtractor, is connected to the circuit such that the positive input of the operational amplifier is connected to the first resistor divider W1 between the resistors R1 and R2 and the negative input of the operational amplifier to the second Resistor divider W2 is connected between resistors R3 and R4.

Durch diese Beschaltung folgen die Eingänge der Subtraktionsvorrichtung OP den einzelnen Signalen, die über die Phasenleitungen PH1 und PH2 an den Widerstandsteilern W1 und W2 liegen. Bricht nun die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils ein, so fällt auch der Ausgangsstrom ab. Dementsprechend würde eine Überwachungsschaltung ÜS, wie sie in 1 beschrieben ist, einen Einbruch der primären Netzwechselspannung AC detektieren. Dadurch, dass in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Spannungssignale der einzelnen Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Netzwechselspannung AC voneinander abgezogen werden, wird ein relatives Ausgangssignal erzeugt. Dadurch, dass das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung OP den relativen Unterschied angibt und nicht von der durch den sperrenden Brückengleichrichter verfälschten primären Netzwechselspannung AC abhängt, bleibt der Bezug zur primären Netzwechselspannung AC weiterhin bestehen. As a result of this wiring, the inputs of the subtraction device OP follow the individual signals which are applied to the resistance dividers W1 and W2 via the phase lines PH1 and PH2. If the output power of the switched-mode power supply breaks down, the output current also drops. Accordingly, a monitoring circuit ÜS, as used in 1 described to detect a collapse of the primary AC line 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 AC line voltage AC are subtracted from each other, a relative output signal is generated. Characterized in that the output signal of the subtraction device OP indicates the relative difference and does not depend on the primary AC line voltage AC falsified by the blocking bridge rectifier, the reference to the primary AC line voltage AC continues to exist.

In 5 ist zum einen sowohl der Stromverlauf des Schaltnetzteils dargestellt als auch das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung OP gemäß der Schaltung nach 4. Wie zu sehen ist, hat der dargestellte Einbruch des Stromverlaufs des Ausgangssignals des Schaltnetzteils keinen Einfluss auf die Amplitude oder das Verhalten des 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 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 primären Netzwechselspannung AC. Das Signal der Subtraktionsvorrichtung OP kann beispielsweise zum Schalten einzelner Stufen des Schaltnetzteils verwendet werden. In 5 on the one hand both the current waveform of the switching power supply shown as well as the output signal of the subtraction device OP according to the circuit according to 4 , As can be seen, the break in the current profile of the output signal of the switched-mode power supply has no influence on the amplitude or the behavior of the 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, a signal is formed which has both positive and 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 now has a direct relation to the primary AC line voltage AC. The signal of the 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 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 auszuschalten. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung der übertragenen Leistung einer Halbwelle ermöglicht, was gegenüber herkömmlichen Schaltnetzteilen ein Vorteil zumindest im Wirkungsgrad bewirkt. As a result, a switching on and off depending on the zero crossings of the primary AC line voltage AC is possible. For example, it is possible to turn on a switching stage of a high-power switching power supply at the beginning of a half-wave and turn off again at the end of the same half-wave. As a result, an optimal utilization of the transmitted power of a half-wave is possible, which compared to conventional switching power supplies has an advantage at least in the efficiency.

In 6 ist ein weiterer Schaltplan einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im dort dargestellten Schaltplan sind zusätzliche Bauelemente eingezeichnet, die gegenüber den bisher beschriebenen Überwachungsschaltungen ÜS weitere Vorteile bieten. Grundsätzlich entspricht die Überwachungsschaltung ÜS, welche in der 6 dargestellt ist, derjenigen Überwachungsschaltung ÜS, welche bezüglich 4 beschrieben wurde. Zusätzlich zu der beschriebenen Überwachungsschaltung ÜS gemäß 4 wurde in dem Ausführungsbeispiel, deren Schaltung in 6 dargestellt ist, ein zusätzlicher Widerstand R5 in Reihe zu einer Gleichspannungsquelle DC vorgesehen, welche parallel zu dem Widerstand R2 des ersten Widerstandsteilers W1 sind. Hierdurch wird ein Offset an den positiven Eingang des Operationsverstärkers angelegt. Dies führt dazu, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers in den positiven Bereich verschoben wird. Hierbei kann die 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 Operationsverstärker ausgegeben wird, kann dieses Signal einfacher verarbeitet werden. So ist es beispielsweise möglich, das Ausgangssignal VOUT des Operationsverstärkers, welches den Bezug zur primären Netzwechselspannung AC aufzeigt, direkt einem Eingang eines Mikrocontrollers zuzuführen. In diesem Fall ist eine weitere Vorverarbeitung des Ausgangsignals VOUT des Operationsverstärkers nicht nötig. In 6 is a further circuit diagram of a circuit according to an embodiment of the invention shown. In the circuit diagram shown there, additional components are shown, which offer further advantages over the monitoring circuits ÜS described so far. Basically, the monitoring circuit corresponds to ÜS, which in the 6 is shown, those monitoring circuit ÜS, which with respect 4 has been described. In addition to the described monitoring circuit ÜS according to 4 was in the embodiment whose circuit in 6 is shown, an additional resistor R5 provided in series with a DC voltage source DC, which are parallel to the resistor R2 of the first resistance divider W1. As a result, an offset is applied to the positive input of the operational amplifier. As a result, the output signal of the operational amplifier is shifted to the positive range. In this case, the negative supply voltage VCC of the operational amplifier can be connected to ground, since the shift into the positive region no negative bias is needed. The offset of the operational amplifier may be 1.5 V, for example. The fact that the offset outputs a positive signal from the operational amplifier, this signal can be processed easily. Thus, it is possible, for example, to supply the output signal V OUT of the operational amplifier, which indicates the reference to the primary AC line voltage AC, directly to an input of a microcontroller. In this case, further preprocessing of the output signal V OUT of the operational amplifier is not necessary.

Ein Spannungsverlauf, welcher von dem Operationsverstärker ausgegeben wird, der mit einem Offset gemäß der Schaltung aus 6 beaufschlagt wurde, ist in 7 dargestellt. Der Spannungsverlauf, welcher in 7 dargestellt ist, entspricht grundlegend dem Spannungsverlauf, welcher in 5 dargestellt ist. Jedoch ist der Spannungsbereich hier ins Positive verschoben. Ebenso wie bei der Schaltung gemäß dem Schaltplan aus 4 ist das Spannungssignal aus 7 direkt auf die primäre Netzwechselspannung AC bezogen. A voltage waveform output from the operational amplifier that outputs at an offset according to the circuit 6 is charged in 7 shown. The voltage curve, which in 7 is basically corresponds to the voltage curve, which in 5 is shown. However, the voltage range is shifted to the positive here. As with the circuit according to the circuit diagram 4 is the voltage signal off 7 directly related to the primary AC line voltage AC.

In den Ausführungsbeispielen, welche bezüglich der Schaltpläne gemäß 4 und 6 beschrieben wurden, bieten die Kapazitäten C1 und C2 optionale Filtermöglichkeiten, um die Schaltung effizient zu dimensionieren. In the embodiments, with respect to the circuit diagrams according to 4 and 6 Capacitors C1 and C2 have optional filtering capabilities to efficiently size the circuit.

Ein weiterer Vorteil einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung ist, dass Einflüsse der Brückengleichrichterdiodenvorwärtsspannung in das Ausgangssignal des Operationsverstärkers nicht einfließen. Die Brückengleichrichterdiodenvorwärtsspannung ist abhängig vom Stromfluss und der Temperatur. Während andere mögliche Überwachungsschaltungen ÜS diese Art der Störung berücksichtigen müssten, wird durch das Subtrahieren der beiden Spannungssignale der Phasenleitungen PH1 und PH2 durch die Subtraktionsvorrichtung OP dieser Einfluss vermieden. A further advantage of a monitoring circuit according to the invention is that influences of the bridge rectifier diode forward voltage in the output signal of the operational amplifier are not incorporated. Bridging rectifier diode forward voltage depends on current flow and temperature. While other possible monitoring circuits ÜS would have to take this type of disturbance into account, subtracting the two voltage signals of the phase lines PH1 and PH2 by the subtraction device OP avoids this influence.

Die Widerstandsteiler W1 und W2 können Hochspannungswiderstandsteiler sein, um speziell an die gegebenen Spannungen angepasst zu werden. Hierbei ist ein Teilerverhältnis der Widerstände R1 und R2 vorzugsweise identisch zu dem Teilverhältnis der Widerstände R3 und R4. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit können die Widerstände R1 und R3 jeweils aus mehreren Widerständen bestehen, die in Serie geschaltet sind. Im in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Teilverhältnis der Widerstände R1, R2 und R5 identisch mit dem Teilverhältnis der Widerstände R3 und R4. The resistor dividers W1 and W2 may be high voltage resistor dividers to be specifically adapted 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 R1 and R3 may each consist of a plurality of resistors, which are connected in series. Im in 6 illustrated embodiment, the ratio of the resistors R1, R2 and R5 is identical to the ratio of the resistors R3 and R4.

Somit wird eine Schaltung zur fehlerfreien 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 VOUT, sondern auch bei starken Lastwechseln beziehungsweise sehr geringer Ausgangsleistung. Thus, a circuit for error-free input voltage detection is described in a power supply. 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 OUT , but also with heavy load changes or very low output power.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

ACAC
primäre Netzwechselspannung primary AC mains voltage
PH1, PH2PH1, PH2
Phasenleitung phase line
W, W1, W2W, W1, W2
Widerstandsteiler resistor divider
GG
Gleichrichterschaltung Rectifier circuit
D1, D2D1, D2
Diode diode
RLRL
Last load
R1 bis R5R1 to R5
Widerstand resistance
C1 bis C3C1 to C3
Kondensator capacitor
DCDC
Gleichspannungsquelle DC voltage source
OPoperating room
Subtraktionsvorrichtung subtraction
GND–VCCGND VCC
Massepotential negative Vorspannung Ground potential negative bias
VOUT V OUT
Ausgangssignal output

Claims (9)

Überwachungsschaltung (ÜS) für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung (G) zum Gleichrichten einer primären Netzwechselspannung (AC) umfassend – zwei Widerstandsteiler (W1, W2), umfassend jeweils zwei Widerstände (R1, R2, R3, R4), welche jeweils in Serie zwischen einer Phasenleitung eines Netzanschlusses vor der Gleichrichterschaltung (G) und einem Bezugspunkt nach der Gleichrichterschaltung (G) angeschlossen sind, und – einer Subtraktionsvorrichtung (OP) mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Subtraktionsvorrichtung (OP) jeweils zwischen den Widerständen (R1, R2, R3, R4) jeweils eines der Widerstandsteiler (W1, W2) angeschlossen ist.Monitoring circuit (ÜS) for a switching power supply with a rectifier circuit (G) for rectifying a primary AC line voltage (AC) comprising Two resistor dividers (W1, W2) each comprising two resistors (R1, R2, R3, R4) connected in series between a phase line of a mains connection in front of the rectifier circuit (G) and a reference point after the rectifier circuit (G), and - A subtraction device (OP) with two inputs, wherein each of the two inputs of the subtraction device (OP) in each case between the resistors (R1, R2, R3, R4) each one of the resistor divider (W1, W2) is connected. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kondensator (C1, C2) parallel zu den Widerständen (R2, R4) der zwei Widerstandsteiler (W1, W2) geschaltet ist, die dem Bezugspunkt am nächsten liegen.Monitoring circuit according to claim 1, characterized in that in each case one capacitor (C1, C2) is connected in parallel with the resistors (R2, R4) of the two resistance divider (W1, W2), which are closest to the reference point. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspunkt ein ausgangsseitiges Massepotential (GND) ist. Monitoring circuit according to one of claims 1 or 2, characterized in that the reference point is an output-side ground potential (GND). Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionsvorrichtung (OP) einen Operationsverstärker umfasst, der als Subtrahierer beschaltet ist. Monitoring circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the subtraction device (OP) comprises an operational amplifier, which is connected as a subtractor. Überwachungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der positive Eingang des Operationsverstärkers mit einem Offset beaufschlagt ist.Monitoring circuit according to claim 4, characterized in that the positive input of the operational amplifier is subjected to an offset. Überwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalausgang des Operationsverstärkers elektrisch mit einem Mikrocontroller verbunden ist.Monitoring circuit according to claim 5, characterized in that a signal output of the operational amplifier is electrically connected to a microcontroller. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal (VOUT) der Subtraktionsvorrichtung (OP) einen direkten Bezug zu dem Spannungsverlauf der primären Netzwechselspannung (AC) darstellt.Monitoring circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that an output signal (V OUT ) of the subtraction device (OP) is a direct reference to the voltage waveform of the primary AC line voltage (AC). Verwendung einer Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Schaltnetzteil, in welchem zum Schalten Bezug auf eine primäre Netzwechselspannung (AC) genommen wird.Use of a monitoring circuit according to one of Claims 1 to 7 in a switched-mode power supply in which reference is made to a primary mains alternating voltage (AC) for switching purposes. Verwendung einer Überwachungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Ausgangsleistung des Schaltnetzteils jeweils eine komplette Halbwelle der primären Netzwechselspannung (AC) zur Erzeugung einer sekundären Gleichspannung verwendet wird.Use of a monitoring circuit according to claim 8, 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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