DE2824647C2

DE2824647C2 -

Info

Publication number: DE2824647C2
Application number: DE2824647A
Authority: DE
Inventors: George Albert Eindhoven Nl Govaert; Meinardus Antonius Gerardus Nijholt; Lammert Drachten Nl Rodenburg
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-06-13
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1991-01-31
Also published as: GB2000394B; FR2394915A1; JPS6049000B2; FR2394915B1; GB2000394A; AU515329B2; AU3697378A; DE2824647A1; CH642789A5; NL7706447A; US4187536A; AT362023B; JPS547118A; ATA430278A; DE2858794C2; DE2858795C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speiseschaltung zum Speisen einer Belastung aus Eingangsspannungen unter schiedlicher Stärke mit einem Rücklaufwandler, der zwischen zwei Klemmen zum Anschließen der Eingangsspannung mit der Reihenschaltung aus einer Primärwicklung eines Transformators und einem ersten Transistorschalter, der weiterhin mit einer Sekundärwicklung in Reihe mit einer Diode zum Anschließen der Belastung versehen ist und der weiterhin mit Abschaltmitteln zum Abschalten des ersten Transistorschalters bei einem bestimmten Wert des Stromes durch die Primärwicklung versehen ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung kann beispielsweise zum Aufladen einer Akkumulatorbatterie und/oder zum Speisen eines Motors verwendet werden. Insbesondere ist eine derartige Schaltungsanordnung in einem aufladbaren Rasier gerät verwendbar.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus "Philips Application Information Nr. 475" bekannt. Dabei fließt während des sogenannten Hinlaufes ein Strom durch die Primärwicklung, wodurch in dem Transformator Energie gespeichert wird. Bei einem bestimmten Wert des Primär stromes wird der Schalttransistor abgeschaltet, so daß der Primärstrom unterbrochen wird. Die gespeicherte Energie wird dann während des sogenannten Rücklaufes über die Sekundärwicklung und die Diode in Form eines Stromes der Belastung abgegeben. Bei dieser bekannten Schaltung nimmt bei zunehmenden Eingangsspannungen der mittlere Ausgangs strom zu.

eine in VALVO Technische Information für die Industrie Nr. 7 70 415, insbesondere Fig. 17, beschriebene Schalt vorrichtung enthält eine Hilfsschaltung mit Hochspannungs transistor, hochohmigem Widerstand und Wider stand, die beim Einschalten der Vorrichtung die integrierte Schaltung TDA 1060 und der Treibertran sistor mit Strom versorgt. Abschnitt 2.1.2 der Druckschrift VALVO Technische Information für die Industrie Nr. 7 61 027 zeigt in Fig. 7 dieselbe Schaltung wie Fig. 17 der vorgenannten Druckschrift. Eine darin genannte Steuerschaltung TDA 1060 wird bei dieser Schaltungsanordnung unabhängig davon versorgt, ob die Spannung über dem Speisekondensator einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat.

Aufgrund des Vorhandensein eines Hochspannungs transistors und eines hochohmigen Widerstands in den Vorrichtungen nach den beiden vorgenannten Druckschriften weisen diese Vorrichtungen dieselben Nachteile auf wie die Vorrichtung nach Philips Application Information Nr. 475.

Aus der US-PS 33 31 034 ist eine Schaltung bekannt, bei der bei niedrigen Speisespannungen der maximale Strom durch eine Primärwicklung bestimmt wird durch den maximalen Basisstrom, der durch die Spannung an einer Sekundärwicklung und zwei Widerstände bestimmt wird. Ein dritter Wirderstand ist bei niedrigen Eingangsspannungen von einem Transistor kurzge schlossen. Der Strom durch die Primärwicklung kann so weit ansteigen, bis Transistor seinen maximalen Basisstrom erreicht hat. Dann kehrt die Polarität der Spannung an der Primärwicklung und der Sekundärwicklung um, und demzufolge wird der Transistor abgeschaltet. Da der maximale Basisstrom proportional zu der Spannung an der Sekundärwicklung ist, nimmt bei der bekannten Schaltung im Bereich der niedrigen Speisespannung der maximale Strom durch die Primärwicklung zu mit zunehmender Speise spannung.

Bei einem Schwellwert der Speisespannung wird eine Zenerdiode leitend, wodurch der Transistor abgeschaltet und der Widerstand in den Basiskreis des Transistors geschaltet wird. Der maximale Basisstrom des Transistors und daher der maximale Strom durch die Primärwicklung wird dann durch die Spannung an der Sekundärwicklung und die Widerstände bestimmt. Der maximale Basisstrom bei hohen Speise spannungen ist daher kleiner als bei niedrigen Speise spannungen. Auch bei hohen Speisespannungen nimmt aber der maximale Basisstrom proportional mit der Speisespannung zu, da die Sekundärspannung proportional mit der Speise spannung zunimmt.

Bei der bekannten Schaltung nimmt daher der Wert des maximalen Stromes durch die Primärwicklung zu mit zunehmender Eingangsspannung, wobei bei einer bestimmten Eingangsspannung dieser Wert schrittweise herabgesetzt wird.

Zum Aufladen einer Akkumulatorbatterie und zum Speisen beispielsweise eines Motors soll der Ausgangsstrom über einen großen Bereich von Eingangsspannungen innerhalb bestimmter Grenzen bleiben, um eine Beschädigung der Akkumulatoren und/oder des Gerätes zu vermeiden.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, eine Speiseschaltung zu schaffen, bei der die Abhängigkeit des Ausgangsstromes von der Eingangsspannung stark verringert ist.

Bei einer Speiseschaltung der eingangs erwähnten Art umfassen erfindungsgemäß die Abschaltmitel ein Korrekturnetzwerk, das den Schwellenwert des Stromes durch die Primärwicklung mit steigender Eingangsspannung herab setzt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der bei zunehmenden Eingangsspannungen zunehmende Ausgangsstrom dadurch verhindert werden kann, daß bei zunehmenden Eingangsspannungen der Schalttransistor bei immer niedrigeren Werten des Primärstromes abgeschaltet wird.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speise schaltung weist das Kennzeichen auf, daß die Abschalt mittel mit einem zweiten Transistorschalter und einem mit dem ersten Transistorschalter in Reihe liegenden ersten Widerstand versehen sind und daß das Korrekturnetzwerk durch einen zwischen den zwei Klemmen zum Zuführen der Eingangsspannung vorgesehenen Spannungsteiler gebildet wird, von dem der erste Widerstand einen Teil bildet und wobei der Spannungsteiler mit einer mit einer Steuer elektrode des zweiten Transistorschalters verbundenen Abzweigung versehen ist. Dabei wird der Steuerelektrode des zweiten Transistorschalters eine erste Spannung zugeführt, die zu dem Primärstrom proportional ist und eine zweite Spannung, die zu der Eingangsspannung proportional ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzip eines Rücklaufwandlers,

Fig. 2a und 2b den Strom durch die Primärwicklung bzw. den transformierten Strom durch die Sekundärwicklung des Rücklaufwandlers bei verschiedenen Pegeln der Eingangsspannung,

Fig. 3 eine Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung.

In diesen Figuren sind stets dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Die Speisevorrichtung nach der Erfindung gründet sich auf das Prinzip des Rücklaufwandlers (auch als "fly-back converter" bezeichnet). Das Prinzip eines derartigen Wandlers zeigt Fig. 1.

Während der Zeit, in der der Schalttransistor T₁ strom führend ist (die sogenannte "Hinlaufzeit"), fließt ein linear mit der Zeit zunehmender Strom durch die Primär wicklung W_p des Transformators T_r und wird eine bestimmte Menge magnetischer Energie in dieser Wicklung aufgebaut. Während der Zeit, in der der Transistor T₁ stromunter brechend ist (die sogenannte "Rücklaufzeit"), wird die aufgenommene Energie an die Akkumulatorbatterie B und den Motor M abgegeben.

Der Motor M eines kleinen elektrischen Gerätes, wie eines elektrischen Rasiergerätes oder eines elektrischen Haarschneidegerätes, kann von einem nicht gezeigten Schalter in Reihe mit der Sekundärwicklung W_S und parallel zu der Akkumulatorbatterie B geschaltet werden. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird der Motor von der Eingangsspannung V_i oder von der Akkumulatorbatterie gespeist. Ist der Schalter geöffnet, so ist der Motor von der Speiseschaltung entkoppelt. Dann wird, wenn eine Eingangsspannung V_i vorhanden ist, die Akkumulatorbatterie aufgeladen.

Der Basis des Transistors T₁ werden Steuersignale P zugeführt, die diesen Transistor durch nicht dargestellte Mittel in den leitenden Zustand bringen. Diese Mittel sind für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung und werden weiterhin nicht beschrieben.

Es ist wünschenswert, die von der Speisevorrichtung nach der Erfindung maximal abgegebene mittlere Leistung bei verschiedenen Werten der Eingangsspannung V_i konstant zu halten. Ohne weitere Maßnahmen würde bei einer Eingangs spannung von z. B. 290 V von dem Rücklaufwandler eine größere Leistung als bei einer Eingangsspannung von z. B. 90 V geliefert werden. Bei höheren effektiven Werten der Eingangsspannung muß daher die maximal abgegebene mittlere Leistung beschränkt werden.

Dazu kann nach einem bekannten Prinzip eine dem Strom durch den Hochspannungstransistor T₁ proportionale Spannung zur Steuerung eines Thyristors verwendet werden. Dieser Thyristor wird in den leitenden Zustand gesteuert, sobald der Strom durch den Transistor T₁ einen bestimmten Pegel überschreitet. Von dem Thyristor kann dann der Transistor T₁ in den gesperrten Zustand gebracht werden.

Auf diese Weise kann jedoch der mittlere Ausgangsstrom I_s für verschiedene effektive Werte der Eingangsspannung V_i nicht konstant gehalten werden. Dies kann anhand der Fig. 2a und 2b verdeutlicht werden.

In Fig. 2a ist der Verlauf des Stromes I₁ durch die Primärwicklung während einer Hinlaufperiode (τ_f) und des Stromes I₂ während einer Rücklaufperiode (τ_b) darge stellt. I₂ ist der auf die Primärseite des Transformators transformierte Sekundärstrom. Die Neigung von I₁ bzw. von I₂ wird durch den Momentanwert der gleichgerichteten Spannung V_A bzw. der Sekundärspannung V_s bestimmt. I₁ wird auf einen Î₁, z. B. mit Hilfe des genannten Thyristors beschränkt. I₀ ist der Wert von I₂ zu dem Zeitpunkt, in dem eine Rücklaufperiode beendet wird und eine folgende Hinlaufperiode anfängt. Bei einer bestimmten festen Sekundärspannung wird die Neigung von I₂ konstant sein.

Die Spannung V_A ist eine nicht geglättete Spannung. Dadurch wird sich die Neigung von I₁ für die aufeinander folgenden Hinlaufperioden während einer Periode der Spannung V_A stets ändern. In Fig. 2b ist der Verlauf von I₁ und I₂ bei einem höheren Momentanwert der Spannung V_A dargestellt. Î₁ ist gleich wie in der Fig. 2a. Die Hinlaufperiode τ_f ist aber kürzer und der Wert von I₀ kleiner als in Fig. 2a. Der über eine Rücklaufperiode ausgemittelte Wert von I₂ ist für die aufeinanderfolgenden Rücklaufperioden in einer Periode der Spannung V_A nicht konstant. Über eine Periode der Spannung V_A ausge mittelt, wird jedoch I₂ für einen bestimmten effektiven Wert von V_A einen kostanten Wert aufweisen. Ohne weitere Maßnahmen wird sich aber der zuletzt genannte mittlere Wert von I₂ bei Änderung des effektiven Wertes von V_A und somit bei Änderung des effektiven Wertes der Eingangsspannung V_i ändern.

Nach der Erfindung wird der Wert von Î₁ an den effektiven Wert der Eingangsspannung V_i angepaßt. Wie in Fig. 3 angegeben ist, ist in die Speiseschaltung ein aus den Widerständen R₂ und R₃ bestehendes Korrekturnetzwerk aufgenommen. Die Summe der Spannung über R₃, die der Spannung V_A proportional ist, und der Spannung über R₁, die dem Strom durch den Transistor T₁ proportional ist, wird einer Thyristorschaltung bzw. einem zweiten Transistorschalter zugeleitet. Diese Thyristor schaltung besteht z. B. aus einem pnp-npn-Transistorpaar T₂, T₃. Wenn die Summe der genannten Spannungen einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Transistor T₂ und damit die Thyristorschaltung T₂, T₃ in den leitenden Zustand gesteuert. Dann wird der Transistor T₁ gesperrt.

Dadurch, daß die Spannung über R₃ zu der Spannung über R₁ addiert wird, wird erreicht, daß Î₁ bei einem höheren effektiven Wert der Spannung V_A kleiner als bei einem niedrigeren effektiven Wert der Spannung V_A ist. Auf diese Weise kann ein angemessen konstanter mittlerer Ausgangsstrom für alle Eingangsspannungen zwischen z. B. 90 und 290 V erhalten werden.

Claims

1. Speiseschaltung zum Speisen einer Belastung aus Eingangs spannungen unterschiedlicher Stärke mit einem Rücklaufwandler, der zwischen zwei Klemmen zum Anschließen der Eingangsspannung mit der Reihenschaltung aus einer Primärwicklung eines Trans formators und einem ersten Transistorschalter versehen ist, weiterhin mit einer Sekundärwicklung des Transformators in Reihe mit einer Diode zum Anschließen der Belastung sowie mit Abschaltmitteln zum Abschalten des ersten Transistorschalters bei einem Schwellenwert des Stromes durch die Primärwicklung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltmittel ein Korrektur netzwerk (R₂, R₃) umfassen, das den Schwellenwert des Stromes durch die Primärwicklung (W_p) mit steigender Eingangsspannung herabsetzt.

2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltmittel mit einem zweiten Transistorschalter (T₂, T₃) und einem ersten Widerstand (R₁) ver sehen sind, der in Reihe mit dem ersten Transistor (T₁) liegt, und daß das Korrekturnetzwerk durch einen zwischen den zwei Klemmen zum Zuführen der Eingangsspannung vorgesehenen Spannungsteiler (R₂, R₃) gebildet wird, von dem der erste Widerstand (R₁) einen Teil bildet und wobei der Spannungsteiler mit einer mit einer Steuerelektrode des zweiten Transistorschalters (T₂, T₃) verbundenen Abzweigung versehen ist.