DE19545154A1 - Stromversorgungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung und ins­ besondere eine schaltende Stromversorgungseinrichtung.

Gegenwärtig werden eine Vielzahl von Stromversorgungseinrichtun­ gen vorgeschlagen. Eine schaltende Stromversorgungseinrichtung weist üblicherweise einen Transformator mit Primär-, Sekundär- und Tertiärwicklungen, eine zusätzliche Stromversorgungsschal­ tung, die mit der Tertiärwicklung verbunden ist und eine Steuer­ schaltung auf, die mit der Ausgangsenergie von der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung betrieben wird. In der schaltenden Stromversorgungseinrichtung steuert die Steuerschaltung ein mit der Primärwicklung verbundenes Schaltelement, um es ein- und auszuschalten, und mit Energie wird eine Last versorgt, welche mit der Sekundärwicklung verbunden ist.

Im folgenden wird anhand von Fig. 6 ein Beispiel einer herkömmli­ chen schaltenden Stromversorgungseinrichtung beschrieben. Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer herkömm­ lichen schaltenden Stromversorgungseinrichtung.

In der herkömmlichen, in Fig. 6 dargestellten, schaltenden Strom­ versorgungseinrichtung ist eine Wechselstromversorgungseinrich­ tung 1 mit einer primärseitigen Gleichrichtungs- und Glättungs­ schaltung 3 verbunden, welche eine Diodenbrücke 2 und einen Elektrolytkondensator C1 aufweist. Eine Ausgangsseite der Schaltung 3 ist mit einer Primärwicklung N1 eines Transforma­ tors 5 und mit einem Schaltelement Q1 mit einem FET über eine Dämpfungsschaltung 4 mit seriellen und parallelen Schaltungen verbunden, welche durch einen Kondensator C2, einen Widerstand R1 und eine Diode D1 gebildet sind. Eine Sekundärwicklung N2 des Transformators 5 ist mit einem Ausgangsanschluß 7 der schaltenden Stromversorgungseinrichtung über eine sekundärsei­ tige Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 6 verbunden, die eine Diode D2 und einen Elektrolytkondensator C3 aufweist und deren Ausgangsanschluß 7 mit einer Last 8 verbunden ist.

Mit einer Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 ist eine zu­ sätzliche Stromversorgungsschaltung 10 verbunden, die eine Dio­ de 3, einen Widerstand R2 und einen Elektrolytkondensator C4 aufweist. Mit der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung 10 ist eine Pulsbreiten-Modulations-(PWM-)Steuerschaltung 11 verbun­ den, die das Ein- und Ausschalten des schaltenden Elements Q1 steuert. Ebenso ist eine Startschaltung 12, deren Eingangsseite mit der Diodenbrücke 2 verbunden ist, mit der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung 10 verbunden, um dieser Strom zuzu­ führen. Die PWM-Steuerschaltung 11 ist mit dem Schaltelement Q1 über eine Torschaltung 13 und mit dem Ausgangsanschluß 7 über eine Rückkopplungsschaltung 14 verbunden. Die Rückkopplungs­ schaltung 14 fühlt eine Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 7 und koppelt diesen an die PWM-Steuerschaltung 11 zurück. Die Rückkopplungsschaltung 14 weist einen Photokoppler 15, dessen Lichtfühlteil und dessen Licht abgebender Teil mit der PWM-Steuerschaltung 11 bzw. dem Ausgangsanschluß 7 verbunden sind, eine Zenerdiode D4, die einen Nebenschlußregler bildet, einen Kondensator 5 und Widerstände R3, R4 und R5 auf.

Als nächstes wird die Arbeitsweise der herkömmlichen schalten­ den Stromversorgungseinrichtung erläutert. Wenn in Fig. 6 die Wechselstromversorgungseinrichtung 1 angeschaltet wird, um Strom zu liefern, wird der Wechselstrom gleichgerichtet, damit eine Gleichspannung an der primärseitigen Gleichrichtungs-Glät­ tungsschaltung 3 anliegt. Die Gleichspannung wird an den Trans­ formator 5 und das Schaltelement Q1 sowie auch an die zusätzli­ che Stromversorgungsschaltung 10 über die Startschaltung 12 an­ gelegt und liegt dadurch an dem Widerstand R2 und der Diode D3 der Schaltung 10 an. In der Schaltung 10 wird der Elektrolyt­ kondensator C4 durch einen pulsierenden Anlaufstrom von der Startschaltung 12 aus geladen. Da zu diesem Zeitpunkt verhin­ dert ist, daß eine in dem Elektrolytkondensator C4 gespeicher­ te, elektrische Ladung sich über die Diode D3 entlädt, nimmt die Spannung an dem Elektrolytkondensator C4 zu. Wenn die er­ höhte Spannung der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung 10 eine Startspannung der PWM-Steuerschaltung 11 erreicht, beginnt diese (11) zu arbeiten.

Ein Ausgangssignal der PWM-Steuerschaltung 11 steuert über die Torschaltung 13 das Ein- und Ausschalten des Schaltelements Q1. Wenn das Schaltelement Q1 einschaltet, fließt Strom durch die Primärwicklung N1 des Transformators 5 und es wird Energie in dem Transformator 5 gespeichert. Wenn das Schaltelement Q1 aus­ schaltet, wird die in dem Transformator 5 gespeicherte Energie an die Sekundärwicklung N2 des Transformators 5 übertragen und in der sekundärseitigen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 6 in eine Gleichspannung gleichgerichtet. Von dem Ausgangsan­ schluß 7 aus wird die Last 8 mit der Gleichspannung versorgt. Eine Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 7 wird in der Rück­ kopplungsschaltung 14 gefühlt und an die PWM-Steuerschaltung 11 rückgekoppelt. Durch die PWM-Steuerschaltung 11 wird die Aus­ gangsspannung am Ausgangsanschluß 7 ständig auf einen vorgege­ benen Spannungswert gesteuert. Ferner ist die Polarisation der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 so eingestellt, daß, wenn das Schaltelement Q1 einschaltet, die in Reihe mit der Tertiärwicklung N3 geschaltete Diode D3 einschaltet, um den Elektrolytkondensator C4 zu laden, und es wird eine Spannung Vcc der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung erhalten, die im wesentlichen proportional der Eingangsspannung ist.

Wenn in der herkömmlichen, zusätzlichen Stromversorgungsschal­ tung die PWM-Steuerschaltung 11 durch eine integrierte Schal­ tung (IC) gebildet ist, haben eine Nennspannung der integrier­ ten Schaltung bzw. eine Spannung zwischen einer Gate- und einer Drain-Elektrode des Schaltelements Q1 Grenzwerte. Im vorliegen­ den Fall muß die Spannung Vcc der zusätzlichen Stromversor­ gungsschaltung einen Wählbereich von annähernd 10 bis 24V ha­ ben. Wenn ein Eingangsspannungsbereich der Stromversorgung ver­ hältnismäßig groß ist, kann ein sich ändernder Bereich der Spannung der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung über einem Wählbereich von 10 bis 24V liegen. Daher ist beispielsweise ein zusätzlicher Spannungsregler erforderlich. Folglich nimmt die Anzahl an Komponenten zu und daher steigen auch die Kosten der schaltenden Stromversorgungseinheit. Ferner ist, wenn die Ein­ gangsspannung verhältnismäßig hoch ist, die Spannung der zu­ sätzlichen Stromversorgungseinheit proportional zu der Ein­ gangsspannung ebenfalls hoch. Daher nimmt auch der Energiever­ brauch der PWM-Steuerschaltung 11 zu, welche mit der zusätzli­ chen Stromversorgungsschaltung 11 verbunden ist. Daher ergibt sich auch die Schwierigkeit, daß der gesamte Umformwirkungsgrad der schaltenden Stromversorgungseinrichtung schlechter wird.

Um dieses Problem zu lösen, wird eine andere Methode vorge­ schlagen. Bei dieser Methode wird in der in Fig. 6 dargestell­ ten, schaltenden Stromversorgungseinrichtung nur die Polarisie­ rung der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 umgekehrt. Wenn in diesem Fall das Schaltelement Q1 einschaltet, wird Energie in dem Transformator 5 gespeichert. Wenn dann das Schaltelement Q1 ausschaltet, wird die in Reihe mit der Terti­ ärwicklung N3 geschaltete Diode D3 eingeschaltet, um den Elek­ trolytkondensator C4 zu laden. Es wird eine zusätzliche Versor­ gungsspannung Vcc erhalten, die im wesentlichen proportional zu der sekundärseitigen Ausgangsspannung ist.

Selbst wenn der Eingangsspannungsbereich der Energieversorgung verhältnismäßig groß ist, kann bei dieser Methode ein sich än­ dernder Bereich der zusätzlichen Versorgungsspannung verringert werden, und die integrierte Schaltung für die PWM-Steuerschal­ tung 11 kann sicher arbeiten. Selbst wenn die Eingangsspannung der schaltenden Stromversorgungseinrichtung extrem niedrig ist, arbeitet die schaltende Stromversorgungseinheit ständig weiter. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Strom, welcher durch das Schalte­ lement Q1 fließt, umgekehrt proportional zu der Eingangsspan­ nung zu. Daher nimmt auch die Verlustleistung in dem Schaltele­ ment Q1 zu und folglich wird das Schaltelement Q1 erwärmt. Wenn die PWM-Steuerschaltung 11 der Veränderung in der Eingangsspan­ nung nicht folgen kann, wird an dem Ausgangsanschluß 7 eine in­ stabile Ausgangsspannung erzeugt. In diesem Fall kann die in­ stabile Ausgangsspannung zu Fehloperationen in hergestellten Vorrichtungen, insbesondere in der integrierten Schaltung (IC) der PWM-Steuerschaltung 11 führen.

Ferner ist in der herkömmlichen zusätzlichen Stromversorgungs­ schaltung 10 die Startschaltung 12 zum Erzeugen des Startstroms für die Schaltung 10 mit einem Anschluß verbunden, über welchen die Gleichspannung der primärseitigen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 3 abgegeben wird. Wenn es daher zu einer Störung in der schaltenden Stromversorgungseinrichtung oder der Last 8 kommt, und ein Schutzmodus eingestellt ist, fließt, selbst wenn die Wechselstromversorgungseinrichtung 1 abgeschal­ tet ist, ständig Strom durch die PWM-Steuerschaltung 11, da die elektrische Ladung in der primärseitigen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 3 verbleibt. Auf diese Weise dauert es, da der Schutzmodus eingestellt ist, einige Minuten, bis die PWM-Steuerschaltung 11 zurückgesetzt wird. Folglich dauert es lange Zeit für einen Funktionstest, beispielsweise der schaltenden Stromversorgungseinheit. Die vorstehend beschriebene Schwierig­ keit kann durch eine zusätzliche Schaltung gelöst werden, wel­ che die PWM-Steuerschaltung 11 zwangsläufig rückschaltet, wenn die Wechselstromversorgungseinrichtung 1 abgeschaltet wird.

Durch die zusätzliche Schaltung werden jedoch die Anzahl an Komponenten und die Kosten der schaltenden Stromversorgungsein­ richtung höher.

Gemäß der Erfindung soll eine schaltende Stromversorgungsein­ richtung geschaffen werden, welche eine Steuerschaltung schnell zurücksetzt, wenn eine Wechselstromversorgung am Eingang ge­ stoppt wird. Ferner soll die schaltende Stromversorgungsein­ richtung für einen weiten Änderungsbereich einer Eingangsspan­ nung verwendbar sein. Darüber hinaus sollen die Anzahl Kompo­ nenten, wie auch Größe und Kosten der schaltenden Stromversor­ gungseinrichtung verringert werden, um dadurch die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigen zu können. Gemäß der Erfin­ dung ist dies bei einer Stromversorgungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in dessen kenn­ zeichnenden Teil gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Ge­ genstand der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer schaltenden Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung wird der Strom der Startschaltung direkt von einer Wechselstromversorgungsein­ richtung aus geliefert. Wenn dann die Wechselstromversorgungs­ einrichtung abgeschaltet wird, kann daher der Strom in der Steuerschaltung durch die zusätzliche Stromversorgungsschaltung gestoppt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung ist, da nur eine Diode zum Sperren des Gegenstroms vorgesehen ist, sicher und wirksam verhindert, daß der Strom von der zusätzlichen Strom­ versorgungsschaltung zurück in die Startschaltung fließt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der schalten­ den Stromversorgungseinrichtung kann, selbst wenn sich die Ein­ gangsspannung ändert, ein Änderungsbereich der Ausgangsenergie der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung verringert werden. Wenn daher die Eingangsspannung abfällt, kann die Ausgangsener­ gie der zusätzlichen Energieversorgungsschaltung entsprechend der Eingangsspannung verringert werden.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der schal­ tenden Stromversorgungseinrichtung, nimmt, wenn ein Einschalt­ zeitabschnitt des Schaltelements, beispielsweise infolge eines Abfalls der Eingangsspannung zunimmt, ein wirksamer Strom, wel­ cher durch den Widerstand fließt, zu, um dadurch die Ausgangse­ nergie der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung zu verrin­ gern. Daher kann, wenn es zu einer Störung in der Wechselstrom­ versorgung kommt, der Schaltvorgang der schaltenden Stromver­ sorgungseinrichtung wirksam gestoppt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungs­ form einer schaltenden Stromversorgungseinrichtung ge­ mäß der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Spannung, die in einer Tertiärwicklung eines Transformators erzeugt worden ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, anhand welcher ein Stromweg in einer zusätzlichen Stromversorgungsschal­ tung erläutert wird;

Fig. 4 eine Ausgangswellenform einer Startschaltung;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer schaltenden Strom­ versorgungseinrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 6 ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer her­ kömmlichen schaltenden Stromversorgungseinrichtung.

Nunmehr wird anhand von Fig. 1 bis 4 eine erste Ausführungsform einer schaltenden Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfin­ dung beschrieben. Hierbei zeigt Fig. 1 ein schematisches Dia­ gramm der ersten Ausführungsform der schaltenden Stromversor­ gungseinrichtung gemäß der Erfindung. Elemente in Fig. 1, welche dieselben sind, wie diejenigen in Fig. 6, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 2 zeigt eine graphische Darstel­ lung einer Spannung, die in einer Tertiärwicklung eines Trans­ formators erzeugt worden ist. Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Stromweges in einer zusätzlichen Stromversorgungsschaltung. Fig. 4 zeigt eine Ausgangswellenform einer Startschaltung.

Im folgenden werden dieselben Vorgänge und Operationen, wie sie anhand von Fig. 6 beschrieben sind, nicht noch einmal beschrie­ ben; lediglich wird auf die Unterschiede eingegangen. In der ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der schaltenden Stromversorgungseinrichtung haben die primärseitige Gleichrich­ tungs- und Glättungsschaltung 3, der Transformator 5, die se­ kundärseitige Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 6, die PWM-Steuerschaltung 11 und die Torschaltung 13 dieselben Schal­ tungskonfigurationen, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind.

Eine zusätzliche, in Fig. 1 dargestellte Stromversorgungsschal­ tung 9 weist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C11, einem Widerstand R11 und einer Diode D11, einen Elektrolykon­ densator C12, welcher zwischen eine Ausgangsseite der Diode D11 und eine negative Seite der Tertiärwicklung N3 geschaltet ist, sowie eine Diode D12 auf, die zwischen einen Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R11 und der Diode D11 und der negativen Seite der Tertiärwicklung N3 geschaltet ist. Die zusätzliche Energieversorgungsschaltung 9 hat eine erste und zweite Gleich­ richtungsschaltung. Die erste Gleichrichtungsschaltung ist durch den Kondensator C11, den Widerstand R11 und die Diode D11 gebildet, die mit der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 verbunden ist. Die zweite Gleichrichtungsschaltung ist durch die Diode D12 gebildet, welche den Kondensator C11 in umgekehr­ ter Richtung lädt, wenn die Polarisation des Transformators 5 umgekehrt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Startschaltung 12 ist mit einem Ver­ bindungspunkt zwischen dem Kondensator C11 und dem Widerstand R11 und einem der Anschlüsse der Wechselstromversorgungsein­ richtung 1 verbunden. Die Startschaltung 11 kann ohne weiteres auch nur mit Transistoren ausgeführt sein oder sie kann eine Reihenschaltung von Transistoren und (nicht dargestellten) spannungsabhängigen Halbleiterelemente sein, welche eine Zener­ diode, einen Varistor oder eine Avalanche-Laufzeitdiode, usw. aufweisen können, durch die ein Strom fließt, wenn mehr als eine vorgegebene Spannung angelegt wird. Ferner ist auch eine integrierte Schaltung (IC) verwendbar, bei welcher solche span­ nungsabhangigen Halbleiterelemente und ein aktives Element, wie ein Transistor, ein FET, oder ein Thyristor, kombiniert sind. Ferner ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Ausgangsan­ schluß der PWM-Steuerschaltung 11 und der Torschaltung 13 ein Widerstand R12 parallel zu der PWM-Steuerschaltung 11 geschal­ tet.

In der ersten Ausführungsform wird auf dieselbe Weise wie bei der in Fig. 6 dargestellten, herkömmlichen schaltenden Stromver­ sorgung dann, wenn die Wechselstromversorgungseinrichtung 1 eingeschaltet wird, um die Energie zu liefern, der Wechselstrom gleichgerichtet, so daß eine Gleichspannung an der primärseiti­ gen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 3 vorliegt. Die Gleichspannung wird dann an den Transformator 5 und das Schalt­ element Q1 angelegt. Die Gleichspannung wird auch an die zu­ sätzliche Stromversorgungsschaltung 9 über die Startschaltung 12 angelegt und es fließt Strom durch den Widerstand R11 und die Diode D11 der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung 9. In der Schaltung 9 wird der Elektrolytkondensator C12 durch einen pulsierenden Startstrom von der Startschaltung 12 aus geladen, und eine Spannung an dem Elektrolytkondensator C12 nimmt zu.

Wenn die angestiegene Spannung der zusätzlichen Stromversor­ gungsschaltung 9 eine Startspannung der PWM-Steuerschaltung 11 erreicht, beginnt die PWM-Steuerschaltung 11 zu arbeiten.

Das Ausgangssignal der PWM-Steuerschaltung 11 steuert einen Ein- und Ausschaltvorgang des Schaltelements Q1 über die Tor­ schaltung 13. Wenn das Schaltelement Q1 einschaltet, fließt Strom durch die Primärwicklung N1 des Transformators 5 und es wird Energie in dem Transformator 5 gespeichert. Wenn das Schaltelement Q1 ausschaltet, wird die gespeicherte Energie im Transformator 5 in die Sekundärwicklung N2 des Transformators 5 übertragen und an der sekundärseitigen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 6 in eine Gleichspannung gleichgerichtet. Durch die Gleichspannung wird Energie der Last 8 von dem Aus­ gangsanschluß 7 aus zugeführt.

Im folgenden wird nunmehr die Arbeitsweise der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung 9 im einzelnen erläutert. Wenn das Schaltelement durch Ein- und Ausschalten wirksam ist, wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine Spannung in Form einer Rechteck­ welle in der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 entspre­ chend dem Ein- und Ausschalten des Schaltelements Q1 erzeugt. In Fig. 2 stellt ein Zeitabschnitt "a" eine Einschaltzeit des Schaltelements Q1 und ein Zeitabschnitt "b" eine Ausschaltzeit des Schaltelements Q1 dar.

Wenn das Schaltelement Q1 einschaltet, wie in Fig. 3 dargestellt ist, fließt ein Strom "c" in der nachstehend angegebenen Rei­ henfolge über den Kondensator C11, den Widerstand R11 und die Diode D11 und lädt den Elektrolytkondensator C12. Wenn das Schaltelement Q1 abschaltet, fließt ein Strom "d" durch den Wi­ derstand R11 und den Kondensator C11 in dieser Reihenfolge und speichert Energie in dem Kondensator C11. Als nächstes wird, wenn das Schaltelement Q1 wieder einschaltet, die Spannung an dem Kondensator C11 zu der Spannung an der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 addiert und die Summe der beiden Schaltun­ gen wird dazu verwendet, den Elektrolytkondensator C12 über den Kondensator C11, den Widerstand R11, die Diode D11 zu laden.

In Fig. 3 ist eine Spannung, die an dem Elektrolytkondensator C12 erzeugt worden ist, als eine zusätzliche Versorgungsspan­ nung Vcc bezeichnet, welche dieselbe wie eine Versorgungsspan­ nung für die PWM-Steuerschaltung 11 ist. Bei der vorerwähnten Betriebsweise ist die zusätzliche Versorgungsspannung Vcc so, wie in der folgenden Gleichung angegeben:

Vcc ≈ Von + Voff (1)

wobei Von die Spannung an der Tertiärwicklung N3 des Transfor­ mators ist, welche erzeugt wird, wenn der Elektrolytkondensator C12 eingeschaltet ist, und Voff die Spannung an der Tertiär­ wicklung N3 des Transformators 5 ist, welche erzeugt wird, wenn der Elektrolytkondensator C12 abgeschaltet wird. Die Spannung Von ist proportional der Eingangsspannung Vin der primärseiti­ gen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 3 und läßt sich folgendermaßen darstellen:

Von ≈ (n3/n1) × Vin (2)

wobei n3 und n1 die Anzahl Windungen der Tertiär- bzw. Primär­ wicklung N3 und N1 sind. Voff ist proportional der Ausgangs­ spannung Vout an dem Ausgangsanschluß 7, welches eine Ausgangs­ spannung der schaltenden Stromversorgung ist, und sich folgen­ dermaßen darstellen läßt:

Voff ≈ (n3/n2) × Vout (3)

wobei n2 die Anzahl Windungen der Sekundärwicklung N2 ist.

Durch Einsetzen von Gl.′en (2) und (3) in die Gl.(1) ergibt sich die folgende Gl. (4):

Vcc ≈ (n3/n1) × Vin] + [(n3/n2) × Vout] (4)

Wie in Gl. (4) angezeigt, hat die zusätzliche Versorgungsspan­ nung Vcc Merkmale sowohl der Spannung Von, welche im wesentli­ chen proportional der Eingangsspannung Vin ist und der Spannung Voff, welche im wesentlichen proportional der Ausgangsspannung Vout ist. Folglich ändert sich die zusätzliche Versorgungsspan­ nung Vcc in Beziehung zu der Eingangsspannung Vin, und ein An­ derungsbereich der zusätzlichen Versorgungsspannung kann ver­ ringert werden. Ferner werden, wie in der Gl. (4) aufgezeigt, sowohl die positive als auch die negative Spannung, die an der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 erzeugt werden, für die zusätzliche Versorgungsspannung verwendet. Daher kann die Span­ nung, die an der Tertiärwicklung N3 zu erzeugen ist, verringert werden, und somit kann die Anzahl Windungen der Tertiärwicklung N3 ebenfalls verringert werden. Im Ergebnis sind für die Dioden D11 und D12 Dioden verwendbar, welche auf eine kleine Spannung festgelegt sind.

Der Widerstand R11 hat die Funktion, den Strom zu begrenzen, welcher über die Kondensatoren C11 und C12 fließt. Obwohl ein äußerst kleiner Teil der zusätzlichen Versorgungsspannung nicht durch Auswählen des Wicklungsverhältnisses des Transformators 5 eingestellt werden kann, kann eine derartige Einstellung der zusätzlichen Versorgungsspannung sicher und bequem durch Aus­ wählen eines Widerstandswerts des Widerstands R11 durchgeführt werden. Ferner kann in dieser Ausführungsform eine Spannungsän­ derung der zusätzlichen Versorgungsspannung infolge eines Tast­ verhältnisses des Ein- und Ausschaltvorgangs des Schaltelements Q1 verringert werden. In dieser Ausführungsform kann, wenn die vorerwähnten Funktionen nicht notwendig sind, der Widerstand R1 entfallen.

In der Startschaltung 12, die Strom an die zusätzliche Strom­ versorgungsschaltung 9 liefert, ist ein Ende der Startschaltung 12 mit einem der Anschlüsse der Wechselstromversorgungseinrich­ tung 1 verbunden. Daher wird zwischen der Wechselstromversor­ gungseinrichtung 1 und einer gemeinsamen Seite (einer negativen Seite) der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung 9 durch den Gleichrichtvorgang der primärseitigen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 3, wie in Fig. 4 dargestellt, eine pulsieren­ de Spannung erzeugt, welche durch ein Halbwellen-Gleichrichten der Spannung der Wechselstromversorgungseinrichtung 1 gegeben ist, und wird an die zusätzliche Stromversorgungsschaltung 9 angelegt. Eine maximale Spannung "e" der gleichgerichteten Halbwelle ist identisch mit einer Scheitelspannung der Wechsel­ stromversorgungseinrichtung 1.

Das andere Ende der Startschaltung 12 ist zwischen der Diode D11 und dem Kondensator C11 der zusätzlichen Versorgungsschal­ tung 9 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist die Kapazität des Kondensators C11 so eingestellt, daß sie hinreichend klei­ ner ist als diejenige des Kondensators C12. Daher wird infolge des Kondensators C12 ein Stromweg zu der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 gesperrt, und folglich lädt die pulsierende Spannung den Kondensator C12 über die Diode D11. Wenn keine pulsierende Spannung erzeugt wird, verhindert die Diode D11, daß der Kondensator C12 entladen wird.

Auf diese Weise wird ein Ladestrom an dem Kondensator C12 durch die Startschaltung 12 beschränkt. In diesem Fall wird der Kon­ densator C12 allmählich geladen, und folglich nimmt die Span­ nung der zusätzlichen Versorgungsschaltung 9 langsam zu. Wenn die Spannung Vcc an dem Kondensator C12 größer als die Start­ spannung für die PWM-Steuerschaltung 11 ist, beginnt die Schal­ tung 11 zu arbeiten und erzeugt das PWM-Signal, um das Ein- und Ausschalten des Schaltelements Q1 zu steuern.

Bei der folgenden Arbeitsweise wird die zusätzliche Versor­ gungsspannung von der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 geliefert. Daher hat der Strom, der von der Startschaltung 12 zugeführt wird, keinen Einfluß auf den Gesamtablauf der schal­ tenden Stromversorgung. Ferner kann, da die Kapazität des Kon­ densators C11 entsprechend eingestellt ist, um ausreichend nie­ driger zu sein als diejenige des Kondensators C12, der Start­ strom verringert werden, der durch den Kondensator C11 in den Nebenschluß gelegt ist. Folglich kann mit einem derart kleinen Startstrom wirksam und zuverlässig die PWM-Steuerschaltung 11 gestartet werden.

Auf diese Weise wird der Strom für die Startschaltung 12 unmit­ telbar von der Wechselstromversorgungseinrichtung 1 abgezweigt. Im Ergebnis kann daher, selbst wenn eine (nicht dargestellte) Schutzschaltung, die in der PWM-Steuerschaltung 11 vorgesehen ist, aktiviert wird, um den Schutzbetrieb zu erhalten, der Strom der PWM-Steuerschaltung durch Abschalten der Wechsel­ stromversorgungseinrichtung 1 gestoppt werden. Daher kann, selbst wenn elektrische Ladung in der primärseitigen Gleich­ richtungs- und Glättungsschaltung 3 verbleibt, die PWM-Steuer­ schaltung 11 schnell zurückgesetzt werden.

Ferner kann, wenn die Startschaltung 12 nur mit Transistoren ausgeführt ist, eine Anordnung der Startschaltung 12 sehr stark vereinfacht werden, und deren Kosten können verringert werden. Wenn die Startschaltung 12 mit spannungsabhängigen Halbleitere­ lementen und Widerständen ausgeführt ist, kann die PWM-Steuer­ schaltung 11 nicht bei einer Eingangsspannung starten, die nie­ driger als die Spannung ist, welche durch die spannungsabhängi­ gen Halbleiterelemente und die PWM-Steuerschaltung 11 festge­ legt ist. Folglich kann ein Fehlbetrieb infolge eines unrichti­ gen Anlegens einer niedrigen Spannung und infolge einer Störung in der Wechselstromversorgungseinrichtung 1 verhindert werden, so daß insgesamt die Zuverlässigkeit der hergestellten Vorrich­ tungen verbessert werden kann.

In der ersten Ausführungsform ist der Widerstand R12 mit dem Ausgangsanschluß der PWM-Steuerschaltung 11 verbunden. Folglich nimmt, wenn der Einschaltabschnitt des Schaltelements Q1 bei­ spielsweise infolge einer Abnahme der Eingangsspannung zunimmt, ein wirksamer Strom ab, welcher über den Widerstand R12 fließt, und die zusätzliche Versorgungsspannung nimmt ab. Auf diese Weise kann bei einer Störung in der Wechselstromversorgungsein­ richtung 1 der Schaltvorgang wirksam gestoppt werden.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform einer schaltenden Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung anhand von Fig. 5 beschrieben. Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm der zweiten Ausführungsform der schaltenden Stromversorgungsein­ richtung gemäß der Erfindung. Elemente in Fig. 5, welche diesel­ ben sind, wie die in Fig. 6, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In der zweiten, in Fig. 5 dargestellten Ausführungs­ form ist eine Diode D13, welche einen Rückstrom sperrt, mit der Startschaltung 12 in Reihe geschaltet, und eine positive Seite der Diode D12 ist mit einem Anschluß der Wechselstromversor­ gungseinrichtung 1 verbunden. Der übrige Schaltungsaufbau ist derselbe wie derjenige der herkömmlichen, in Fig. 6 dargestell­ ten Stromversorgungseinrichtung.

In der zweiten Ausführungsform wird an die Startschaltung 12 in derselben Weise wie bei der ersten in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsform die pulsierende Spannung angelegt. Die pulsierende Spannung lädt den Kondensator 4 in der zusätzlichen Stromver­ sorgungsschaltung 11. Wenn keine pulsierende Spannung erzeugt wird, verhindert die Diode D13, daß der Kondensator C4 entladen wird. Ein Ladestrom an dem Kondensator C4 wird durch die Start­ schaltung 12 beschränkt. Daher wird der Kondensator C4 nach und nach geladen und die Spannung an dem Kondensator C4 nimmt ent­ sprechend langsam zu.

Wenn die Spannung an dem Kondensator C4 die Startspannung der PWM-Steuerschaltung 11 erreicht, beginnt auf dieselbe Weise, wie bei der herkömmlichen, in Fig. 6 dargestellten Stromversor­ gungseinrichtung und wie bei der ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, die PWM-Steuerschaltung 11, das Ein- und Aus­ schalten des Schaltelements Q1 zu steuern. Folglich wird die zusätzliche Versorgungsspannung von der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 aus an die Last 8 angelegt. Auf diese Weise kann allein durch Vorsehen der Diode D13, um den Rückstrom zu sperren, der Strom für die Startschaltung 12 unmittelbar von der Wechselstromversorgungseinrichtung 1 aus vorgesehen werden. Daher kann, selbst wenn die Schutzschaltung der PWM-Steuer­ schaltung 11 aktiviert ist, um den Schutzbetrieb aufrechtzuer­ halten, die PWM-Steuerschaltung schnell durch Abschalten der Wechselstromversorgungseinrichtung 1 rückgesetzt werden.

In den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsformen ist die Polarisation der Tertiärwicklung N3 des Transformators 5 auf diejenige einer Vorwärtswicklung eingestellt, an welcher eine positive Spannung erzeugt wird, wenn das Schaltelement Q1 anschaltet. Jedoch kann, selbst wenn die Polarisation der Ter­ tiärwicklung N3 auf diejenige einer "Flyback-Wicklung" einge­ stellt wird, in welcher eine negative Spannung erzeugt wird, wenn das Schaltelement Q1 anschaltet, die dieselbe zusätzliche Versorgungsspannung erhalten werden, wie in Gl. (1) gezeigt ist.

In den schaltenden Stromversorgungseinrichtungen gemäß der er­ sten und zweiten Ausführungsform ist eine Rücklauf- bzw. "Fly­ bac"-Stromrichter-Technologie (eine Ein-Ausschalt-Stromrich­ ter-Technologie) angewendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Technologie beschränkt, sondern auch bei einer schalten­ den Stromversorgungseinrichtung mit einer sogenannten Vorwärts- Stromrichter-Technologie (Ein-Ein-Stromrichter-Technologie) an­ wendbar. Bei dieser Stromrichter-Technologie wird, wenn das Schaltelement einschaltet, die Energie an die Sekundärseite des Transformators übertragen. Zu diesem Zeitpunkt ist dann, da die Spannung Voff in Gl. (1) eine Rücksetzspannung des Transfor­ mators wird, die Spannung Voff nicht proportional der Ausgangs­ spannung. Es kann jedoch auch dann noch eine stetige Ausgangs­ spannung erzeugt werden.

Wie vorstehend beschrieben, hat die Erfindung die folgenden Merkmale. In der schaltenden Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung ist die zusätzliche Stromversorgungsschaltung über die Startschaltung mit einem der Ausgangsanschlüsse der Wechselstromversorgung verbunden. In der Schaltungskonfigura­ tion kann der Strom der Startschaltung unmittelbar von der Wechselstromversorgung geliefert werden. Folglich kann, wenn die Wechselstromversorgung abgeschaltet wird, der Strom in der Steuerschaltung durch die zusätzliche Stromversorgungsschaltung gestoppt werden. Folglich kann, selbst wenn die Gleichrich­ tungs- und Glättungsschaltung, die eine elektrische Restladung aufweist, vorgesehen ist, die Steuerschaltung schnell zurück­ gesetzt werden, wenn das Schaltelement Q1 von Einschalten auf Ausschalten schaltet.

In der schaltenden Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfin­ dung ist allein dadurch, daß die Diode zum Sperren des Rück­ stroms vorgesehen ist, wirksam verhindert, daß der Strom von der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung zurück zu der Start­ schaltung fließt.

Ferner kann in der schaltenden Stromversorgungseinrichtung ge­ mäß der Erfindung, selbst wenn sich die Eingangsspannung än­ dert, der Änderungsbereich der abgegebenen Energie der zusätz­ lichen Stromversorgungsschaltung verringert werden. Folglich ist es nicht nötig, beispielsweise eine Reguliereinheit zusätz­ lich vorzusehen, um die Ausgangsspannung der zusätzlichen Ener­ gieversorgungsschaltung zu stabilisieren. Ferner kann, wenn die Eingangsspannung abfällt, die Ausgangsleistung der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung entsprechend der Eingangsspannung re­ duziert werden. Daher kann durch Vorsehen einer Spannungsfühl­ funktion in der Steuerschaltung der Schaltvorgang gestoppt wer­ den, wenn die Ausgangsspannung der zusätzlichen Stromversor­ gungsschaltung sehr stark abfällt.

Ferner nimmt in der schaltenden Stromversorgungseinrichtung ge­ mäß der Erfindung, wenn der Einschaltabschnitt des Schaltele­ ments beispielsweise infolge des Abfalls der Eingangsspannung zunimmt, der effektive Strom zu, der durch den Transistor fließt, um die Ausgangsleistung der zusätzlichen Stromversor­ gungsschaltung zu erniedrigen. Folglich kann, wenn es zu einer Störung in der Wechselstromversorgungseinrichtung kommt, der Schaltvorgang der schaltenden Stromversorgungseinrichtung wirk­ sam gestoppt werden.

Zu Fig. 1, 3 5 und 6
11 PWM Steuerschaltung
12 Startschaltung
13 Torschaltung

Claims (4)

1. Stromversorgungseinrichtung, die von einer Wechselstromver­ sorgungseinrichtung (1) aus eine Last (8) mit Strom versorgt, gekennzeichnet durch
einen Transformator (5) mit Primär- (N1), Sekundär- (N2) und Tertiärwicklungen (N3);
ein Schaltelement (Q1), das mit der Primärwicklung (N1) des Transformators verbunden ist und Energie von der Wechselstrom­ versorgungseinrichtung (1) aus der Primärwicklung (N1) zuführt;
eine Steuerschaltung (11), welche das Ein- und Ausschalten des Schaltelements steuert;
eine zusätzliche Stromversorgungsschaltung (9), welche mit der Tertiärwicklung (N3) des Transformators verbunden ist, und Aus­ gangsenergie erzeugt, um die Steuerschaltung (11) zu betreiben, und
eine Startschaltung (12), welche zwischen einen der Ausgangsan­ schlüsse der Wechselstromversorgungseinrichtung (1) und der zu­ sätzlichen Stromversorgungsschaltung (9) geschaltet ist, und Strom der zusätzlichen Stromversorgungsschaltung (9) zuführt, um die Ausgangsenergie der zusätzlichen Stromversorgungsschal­ tung zu erhöhen,
wobei, wenn die Ausgangsenergie der zusätzlichen Stromversor­ gungsschaltung (9) einen vorgegebenen Wert erreicht, das Schaltelement (Q1) entsprechend gesteuert wird, um ein- und auszuschalten, und Energie in der Sekundärwicklung (N2) des Transformators erzeugt wird, und an der mit der Sekundärwick­ lung verbundenen Last (8) vorgesehen ist.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ferner eine Diode (D12) zum Sperren eines Rück­ stroms vorgesehen ist, welche Diode in Reihe zwischen die Startschaltung (12) und den einen der Ausgangsanschlüsse der Wechselstromversorgungseinrichtung (1) geschaltet ist.

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stromversorgungsschaltung (9) aufweist eine erste Gleichrichtungsschaltung, die mit einem der An­ schlüsse der Tertiärwicklung (N3) des Transformators verbunden ist und einen Kondensator (C11), einen Widerstand (R11) und eine erste Diode (D11) hat, und eine zweite Gleichrichtungsschaltung mit einer zweiten Diode (D12), welche wirksam ist, den Kondensator in einer entgegenge­ setzten Richtung zu laden, wenn die Polarisation des Transfor­ mators (5) umgekehrt wird.

4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Widerstand (R12) mit einem Ausgangsanschluß der Steuerschaltung (11) verbunden ist.