DE29808082U1

DE29808082U1 - Schalt-Netzteil

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Publication number: DE29808082U1
Application number: DE29808082U
Authority: DE
Original assignee: MGV MARGRET GRUBER VERTRIEB GM
Current assignee: MGV MARGRET GRUBER VERTRIEB GM
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1998-05-05
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2008-05-06

Description

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Schalt-Netzteil

Die Erfindung betrifft ein Schalt-Netzteil zur Versorgung eines BUS-Systems mit vier Ausgängen unterschiedlicher Leistung und einen Transformator, welcher sekundärseitig Schaltelemente zur Steuerung der Ausgangsspannung an den Ausgängen und Speicherdrosseln aufweist.

Aus dem Stand der Technik sind Schalt-Netzteile zur Stromversorgung von BUS-Systemen wie VME-Bus, Compact PCI oder dergleichen bekannt. Insbesondere bei letzteren BUS-Systemen sind in der Vergangenheit schon Schalt-Netzteile mit vier Ausgängen zum Einsatz gekommen, die eine unterschiedliche Leistungsabgabe aufweisen. Bei diesen Schalt-Netzteilen kommen üblicher Weise zwei Bauformen zum Einsatz, nämlich Schalt-Netzteile, die unmittelbar in eine das BUS-System bildende Platine einsteckbar sind und Schalt-Netzteile, die über eine freie Verdrahtung mit der BUS-Platine elektrisch verbunden sind. Vor allem bei den ersteren Ausführungsformen bringen die vorbekannten Schalt-Netzteile die Problematik mit sich, daß diese bei vier Ausgängen mit üblichen Leistungsmerkmalen eine Einbaubreite zur Folge hatten, welche an der BUS-Platine die Einbuße von Steckplatz mit sich brachte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Schalt-Netzteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 Maßnahmen vorzuschlagen, mit welchen die Einbauabmaße eines solchen Schalt-Netzteiles zur Versorgung bekannter BUS-Systeme deutlich verringert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Bildung der Speicherdrossel für einen der leistungsstärkeren Ausgänge und für die beiden leistungsschwächeren Ausgänge jeweils eine den Ausgängen zugeordnete Wicklung vorgesehen, welche auf einem gemeinsamen Kernmaterial sitzen und eine gemeinsame Speicherdrossel bilden und daß die Schaltelemente als zeitverzögert zu- und/oder abschaltbare Schaltelemente ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Wicklungen zu einer gemeinsamen Speicherdrossel hat gegenüber bekannten Lösungen nicht nur den Vorteil, daß Volumen und Kosten für die Speicherdrosseln sowie die Schaltelemente der leistungsschwächeren Ausgangskreise deutlich verringert sind, sondern noch den Vorzug, daß bei den leistungsschwächeren Ausgangskreisen die Lastabhängigkeit der Ausgangsspannungen erheblich vermindert ist.

Besonders kompakt mit deutlich reduziertem Bauvolumen aufbaubar ist ein Schalt-Netzteil, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Wicklungen des leistungsstärksten Ausgangs mit den Wicklungen der leistungsschwächeren Ausgänge auf einem gemeinsamen Kernmaterial sitzen.

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Entsprechend einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die leistungsschwächeren Ausgänge mit als Transduktoren ausgebildeten Schaltelementen ansteuerbar sind.

Bei entsprechender Bemessung der Windungszahlverhältnisse der Sekundärwicklungen des Übertragers und der auf einem gemeinsamen Kernmaterial sitzenden, eine verkoppelte Speicherdrossel bildenden Wicklungen sind besonders niedrige Werte für die Restwelligkeit an den leistungsschwächeren Ausgangskreisen zu erzielen. Zugleich sind die Schaltstufen arm an elektrischer Verlustleistung und in ihrer Ansteuerung über NF-Transistoren anspruchslos.

Besonders kostengünstig sind die Schaltelemente ausgebildet, wenn nach einer alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die leistungsschwächeren Ausgänge mit als Transistoren ausgebildeten Schaltelementen ansteuerbar sind.

Ein besonders kostengünstiges, verlustleistungs- und raumsparendes Konzept für die leistungsstärkeren Ausgangskreise ergibt sich, wenn entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß von den leistungsstärkeren Ausgängen demjenigen mit der höheren Ausgangsspannung zwei Feldeffekttransistoren als Diode betrieben zugeordnet sind, während dem anderen der leistungsstärkeren Ausgänge zwei Feldeffekttransistoren zugeordnet sind, welche eine Schalt- und Diodenfunktion aufweisen.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß den, den leistungsschwächeren Ausgängen zugeordneten Wicklungen wenigstens eine weitere Drossel nachgeschaltet ist.

Hierdurch ist die Restwelligkeit an den leistungsschwächeren Ausgängen erheblich vermindert.

Besonders zweckmäßig hinsichtlich seiner Leistungsmerkmale im Hinblick auf Netzteile zur Versorgung von BUS-Systemen ausgebildet ist ein Netzteil, wenn gemäß einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die leistungsstärkeren Ausgänge eine Ausgangsspannung von 3,3V bzw. 5V und eine Abgabestrom von bis zu 14A bzw. von bis zu 2OA aufweisen, während die leistungsschwächeren Ausgänge eine Ausgangsspannung von 12V bzw. -12V und einen Abgabestrom von bis zu 2A bzw. von bis zu 1A aufweisen.

Ein besonders kompakter und somit platzsparender Aufbau für das Netzteil ergibt sich, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die Leistung an den leistungsstärkeren Ausgängen des Netzteiles mit einer einzigen Sekundärwicklung erzeugt ist.

Entsprechend einer letzten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Einschub-Netzteil zur Anordnung in 19-Zoll-RACKS und zur Versorgung einer Compact-PCI-BUS-Platine nach einem der Ansprüche 1-8

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ausgebildet ist.

Durch ein derartiges Netzteil werden stromsparende Compact-PCI-Systeme in 19-ZoII-Technologie möglich. Desweiteren ist in Kombination mit den genannten erfindungswesentlichen Merkmalen ein Netzteil bereitgestellt, welches trotz einer Gesamtabgabeleistung von ca. 180W in einer Gehäusebreite von 12 Teileinheiten (= 12x5,08mm) unterbringbar ist. Durch diese äußerst platzsparende Gehäusebreite an der BUS-Platine ist nicht nur eine Belegung der dort anderweitig vorgesehenen Steckplätze problemlos möglich, sondern auch die Möglichkeit geschaffen, ggf. die weiterhin an der BUS-Platine zu steckenden Module im Bedarfsfalle voluminöser bauen zu können.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung am Beispiel eines in der beigefügten Zeichnung vereinfacht schematisch dargestellten Netzteil für Compact-PCI-BUS-Systeme zum Einschub in 19-Zoll Racks erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Ein erfindungsgemäßes Einschub-Netzteil in an einer PCI-BUS-Platine vorgesehenen Steckplatz, in raumbildlicher Ansicht von vorne und

Fig. 2: ein Prinzipschaltbild für den Leistungsteil des Einschub-Netzteiles.

Gemäß Fig. 1 ist eine zum Einsatz in Compact-PCI-BUS-Systeme geeignete sog. &ldquor;mother-board-Platine" 10 mit acht nebeneinander liegenden Steckplätzen 11 zum Anschließen nicht gezeigter elektronischer Baugruppen gezeigt. Neben den Steckplätzen 11, etwas abgesetzt davon, weist die Platine 10 einen weiteren Steckplatz 12 zum Anschluß eines als Einschubnetzteil in 19-Zoll-Racks ausgebildetes, zur Stromversorgung der Platine 10 dienendes Schalt-Netzteil 13 auf, welches eine sehr schmale Einbaubreite von 12 Teilungseinheiten (= 12x5.08mm) aufweist und welches an seiner durch eine Platte 14 gebildeten Frontseite mit Anzeigeelementen 15 in Form von Leuchtdioden zur Anzeige seiner weiter unten genauer erläuterter Ausgangsspannungen versehen ist.

Zur Erzeugung von an seinen Ausgängen A1, A2, A3 und A4 mit unterschiedlicher Ausgangsleistung PA1 bis PA4 liegenden Ausgangsspannungen UA1 bis UA4 ist das Netzteil 13 mit einem in Fig. 2 prinzipiell gezeigten Leistungsteil 16 ausgestattet. Der Leistungsteil 16 weist einen Transformator 17 mit einer an einer Eingangsspannung UE liegenden primärseitigen Wicklung 18 auf, an welcher durch Einschalten eines in Reihenschaltung mit der Wicklung 18 angeordneten, als Feldeffekttransistor ausgebildeten Schalters 19 die Eingangsspannung UE anliegt. Diese wird entsprechend dem Verhältnis der Windungszahlen auf drei an der Sekundärseite des Transformators 17 vorgesehene Wicklungen 20, 40 und 60 übertragen, welche zur Erzeugung der an den unterschiedlich leistungsstarken Ausgängen A1 bis A4 anliegenden Ausgangsspannungen ÜA1 bis UA4 dienen. Von den Wicklungen 20, 40 und 60 dient die Sekundärwicklung 20 zur Versorgung der leistungsstärkeren Ausgänge A1 und A2, von denen der leistungsstärkere Ausgang A1 im vorliegenden Fall eine Abgabeleistung PA1 von 100 Watt bei einer Ausgangsspannung UA1 von 5 Volt und einem Abgabestrom IA1 von 20 Ampere aufweist, während der andere Ausgang A2 eine Abgabeleistung PA2 von ca. 46 Watt bei einer Ausgangsspannung UA2 von 3,3 Volt und einem Abgabestrom IA2 von 14 Ampere abzugeben vermag. Die am Ausgang A2 maximal anliegende Abgabe-

leistung wird von zwei mit integrierten Dioden versehenen Feldeffekttransistoren 21 und 22 geschaltet, von denen der Feldeffekttransistor 21 in Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung 20 angeordnet ist, während der Feldeffekttransistor 22 zu der letzteren und dem Feldeffekttransistor 21 parallel geschaltet ist. Diesem ist eine Speicherdrossel 23 zur Glättung des Abgabestromes und ein ohmscher Widerstand 24 in Serie nachgeschaltet. Zur Glättung der Ausgangsspannung UA2 ist ein Kondensator 25 vorgesehen, welcher zwischen dem Ausgang A2 und einer Masseleitung 26 liegt, mit welcher der Feldeffekttransistor 22 mit seinem SOURCE-Anschluß verbunden ist. Ebenso mit seinem SOURCE-Anschluß mit der Masseleitung 26 ist ein als Freilaufdiode dienender Feldeffekttransistor 27 verbunden. Dieser übt wie ein weiterer Feldeffekttransistor 28, welcher in Reihenschaltung zur Sekundärwicklung 20 liegt, eine Diodenfunktion für den Ausgang A1. Der Sekundärwicklung 20 ist eine Wicklung 29 mit einem in Serie dazu angeordneten Widerstand 30 in Reihenschaltung nachgeschaltet, dessen dem Ausgang A1 zugewandter Anschlußteil ist mit dem Anodenanschluß eines zu Glättung der Ausgangsspannung UA1 vorgesehenen Kondensators 31 verbunden.

Zur Beschattung eines der leistungsschwächeren Ausgänge A3, mit einer Abgabeleistung PA3 von 24 Watt bei einer Ausgangsspannung ÜA3 von 12 Volt und einem maximalen Abgabestrom IA3 von 2 Ampere, ist ein der Sekundärwicklung 40 in Reihe nachgeschalteter Transduktor 41 vorgesehen, welchem eine Diode 42 in Reihenschaltung nachgeordnet ist. Die Diode 42 ist mit ihrem Kathodenanschluß mit dem Kathodenanschluß einer weiteren, als Freilaufdiode dienenden Diode 43 verbunden, welche zu der Reihenschaltung von der Diode 42, dem Transduktor 41 und der Sekundärwicklung 40 parallel geschaltet ist. Mit der Sekundärwicklung 40 ist eine Wicklung 44 und eine weitere, mit einem ihrer Anschlüsse an die Masseleitung 26 gelegte Drossel 45 in Reihenschaltung verschaltet. Zur Glättung der Ausgangsspannung UA3 ist ein zwischen dem Ausgang A3 und der Masseleitung 26 liegender Kondensator 46 vorgesehen. Neben dem Ausgang A3 gehört auch der Ausgang A4 zu den leistungsschwächeren Ausgängen, wobei dessen Abgabeleistung PA4 in Bezug auf die Abgabeleistung PA3 des Ausgangs A3 weiter vermindert ist und sich aus einer Ausgangsspannung UA4 von -12 Volt und einem Abgabestrom IA4 von 1 Ampere ergibt. Die Abgabeleistung am Ausgang A4 resultiert aus der Sekundärwicklung 60. In Reihenschaltung zur Sekundärwicklung 60 liegt eine Wicklung 61, welcher eine Drossel 62 nachgeschaltet ist. Die Wicklung 61, die Wicklung 44 und die Wicklung 29 sitzen auf einem gemeinsamen, als Kernmaterial 63 dienenden Eisenkern und bilden somit für die Ausgänge A1 ,A3 und A4 eine gemeinsame Speicherdrossel. Der Wicklung 61 ist ein als Schalter zum Beschälten des Ausganges A4 dienender Transduktor 64 nachgeschaltet, welchem wiederum eine Diode 65 nachgeordnet ist. Diese ist mit ihrem Kathodenanschluß mit dem Kathodenanschluß einer als Freilaufdiode eingesetzten Diode 66 verbunden, welche in Parallelschaltung zu der Reihenschaltung aus Sekundärwicklung 60, Transduktor 64 und Diode 65 angeordnet ist. Ein zwischen der Masseleitung 26 und dem Ausgang A4 geschalteter Kondensator 67 dient zur Glättung der Ausgangsspannung UA4.

Durch einen derartigen Schaltungsaufbau, insbesondere durch die Bildung einer gemeinsamen Speicherdrossel, gebildet durch die Verkuppelung der Wicklungen 29, 44 und 61 anhand des gemeinsamen Eisenkerns 63, aber auch durch den Einsatz der als Schalter für die leistungsschwächeren Ausgänge A3 und A4 dienenden Transduktoren sowie der Verschaltung der Feldeffekttransistoren 21 und 22 bzw. 27 und 28 für die

leistungsstärkeren Ausgänge, ist ein Einschubnetzteil mit einer Einschubbreite von 12 Teilungseinheiten (12x5,08mm) und einer Gesamtabgabeleistung von ca. 180 Watt bereitstellbar.

Die Wirkungsweise des Schaltungsaufbaus stellt sich im wesentlichen wie folgt dar:

Die am Ausgang A2 anliegende Abgabeleistung PA2 ergibt sich aus der Sekundärwicklung 20 in Verbindung mit den Feldeffekttransistoren 21, 22 und 28, der Speicherdrossel 23, dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25. Der zur Abgabeleistung PA2 beitragende Abgabestrom IA2 fließt während der Einschaltphase des primärseitig vorgesehenen Feldeffekttransistors 19 aus der Sekundärwicklung 20 über den Feldeffekttransistor 21 durch die Speicherdrossel 23 in den Kondensator 25 bzw. an eine zwischen dem Ausgang A2 und dem OV-Anschluß liegenden Last sowie über den Transistor 28 zurück zur Sekundärwicklung 20. Ist der Feldeffekttransistor 21 ausgeschaltet, treibt die in der Speicherdrossel 23 gespeicherte Energie den Strom über den Widerstand 24 durch die zwischen dem Ausgang A2 und dem OV-Anschluß liegende Last sowie durch die im Feldeffekttransistor 22 integrierte Inversdiode. Der Feldeffekttransistor 22 wird zur Verlustminderung während der &ldquor;Aus"-Phase des Feldeffekttransistors 19 betrieben.

Die am Ausgang A1 zur Verfugung stehende Abgabeleistung PA1 wird aus der Sekundärwicklung 20 in Kombination mit den Feldeffekttransistoren 27 und 28, der auf dem gemeinsamen Eisenkern 63 sitzenden Wicklung 29, dem Widerstand 30 und dem Kondensator 31 bereitgestellt. Während der &ldquor;Ein"-Phase des Feldeffekttransistors 19 erfolgt der Stromfluß aus der Sekundärwicklung 20 über die Wicklung 29, dem Widerstand 30 in den Kondensator 31 bzw. über eine zwischen dem Ausgang A1 und dem OV-Anschluß liegenden Last, von wo aus der Strom dann über den Feldeffekttransistor 28 zurück zur Sekundärwicklung 20 fließt. Für den Fall, daß der Feldeffekttransistor 19 ausgeschaltet ist, treibt die in der gemeinsamen Speicherdrossel, welche durch die Verkopplung der Wicklungen 29, 44 und 61 über den gemeinsamen Eisenkern 63 gebildet ist, gespeicherte Energie den Strom über den Widerstand 30 sowohl durch die zwischen dem Ausgang A1 und dem OV-Anschluß liegende Last als auch durch den Feldeffekttransistor 27. Der Feldeffekttransistor 27 und der Feldeffekttransistor 28 sind als Diode verschalten und werden zur Verlustminderung während der entsprechenden Phasen eingeschaltet.
Die am Ausgang A3 zur Verfügung stehende Abgabeleistung PA3 resultiert aus der Sekundärwicklung 40 im Zusammenspiel mit den Transduktor 41, der als Gleichrichtdiode eingesetzten Diode 42, der als Freilaufdiode geschalteten Diode 43, der auf dem gemeinsamen Eisenkern 63 angeordneten Wicklung 44, der Drossel 45 und dem Kondensator 46.

Die am Ausgang A4 zur Verfügung stehende Abgabeleistung PA4 ergibt sich aus der Sekundärwicklung 60 in Verbindung mit dem Transduktor 64, der als Gleichrichtdiode dienenden Diode 65, der als Freilaufdiode geschalteten Diode 66, der auf den gemeinsamen Eisenkern 63 vorgesehenen Wicklung 61, der Drossel 62 und dem Kondensator 67.

Je nach Ansteuerung des Transduktors 41 bzw. 64, welcher auch eine Begrenzung der Ausgangsspannung UA3 bzw. UA4 ermöglicht, setzt der Stromfluß aus der Sekundärwicklung 40 bzw. 60 verzögert bezüglich dem Einschalten des

Feldeffekttransistors 19 ein. Während der &ldquor;Ein"-Phase des Feldeffekttransistors 19 fließt der Strom IA3 bzw. IA4 über die Diode 42 bzw. 65 in den Kondensator 46 bzw. 67 bzw. über eine zwischen dem Ausgang A3 bzw. A4 und dem OV-Anschluß liegenden Last. Von dort erfolgt der Stromfluß über die Drossel 45 bzw. 62, in die auf dem gemeinsamen Eisenkern 63 sitzende Wicklung 44 bzw. 61 der gemeinsamen Speicherdrossel zurück zur Sekundärwicklung 40 bzw. 60. Während der Sperrphase des Feldeffekttransistors 19 aber auch vor dem Einschalten des Transduktors 41 bzw. 64 erfolgt der Stromfluß durch die als Freilaufdiode dienende Diode 43 bzw. 66.
Die zusätzliche Drossel 45 bzw. 62 in Reihenschaltung zur Wicklung 44 bzw. 61 reduziert die Restwelligkeit am Ausgang A3 bzw. A4 und beeinflußt die Stabilität der Regelschleife für die Ausgangsspannung UA3 bzw. UA4 günstig.

Claims

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1. Schalt-Netzteil mit vier Ausgängen unterschiedlicher Leistung zur Versorgung einer BUS-Platine und mit einem Transformator, welcher sekundärseitig Schaltelemente zur Steuerung der Ausgangsspannungen an den Ausgängen und Speicherdrosseln aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Speicherdrossel (23,29) für einen der leistungsstärkeren Ausgänge (A1.A2) und für die beiden leistungsschwächeren Ausgänge (A3,A4) jeweils eine, den Ausgängen (A1,A3,A4) zugeordnete Wicklung (44,61) vorgesehen ist, welche auf einem gemeinsamen Kernmaterial (63) sitzen und eine gemeinsame Speicherdrossel bilden und daß die Schaltelemente (41,64) als zeitverzögert zu- und/oder abschaltbare Schaltelemente ausgebildet sind.

2. Schalt-Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (29) des leistungsstärksten Ausgangs (A1) mit den Wicklungen (44,61) der leistungsschwächeren Ausgänge (A3,A4) verkoppelt ist.

3. Schalt-Netzteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leistungsschwächeren Ausgänge (A3, A4) mit als Transduktoren (41,64) ausgebildeten Schaltelemente ansteuerbar sind.

4. Schalt-Netzteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leistungsschwächeren Ausgänge (A3,A4) mit als Transistoren ausgebildeten Schaltelementen ansteuerbar sind.

5. Schalt-Netzteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den leistungsstärkeren Ausgängen (A1,A2) demjenigen mit der höheren Ausgangsspannung (UA1) zwei Feldeffekttransistoren (27,28) als Diode betrieben zugeordnet sind, während dem anderen der leistungsstärkeren Ausgängen (A1 ,A2) zwei Feldeffekttransistoren (21,22) zugeordnet sind, welche eine Schalt- und Diodenfunktion aufweisen.

6. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß den, den leistungsschwächeren Ausgängen (A3,A4) zugeordneten Wicklungen (44,61) wenigstens eine weitere Drossel (45,62) nachgeschaltet ist.

7. Schalt-Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leistungsstärkeren Ausgänge (A1,A2) eine Ausgangsspannung (UA1,UA2) von 3,3 Volt bzw. 5 Volt und einen Abgabestrom (IA1, IA2) von bis zu 14 Ampere bzw. von bis zu 20 Ampere aufweisen, während die leistungsschwächeren Ausgänge (A3.A4) eine Ausgangsspannung (UA3,UA4) von 12 Volt bzw. -12 Volt und einen Abgabestrom (IA3, IA4) von bis zu 2 Ampere bzw. von bis zu 1 Ampere aufweisen.

8. Schalt-Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Leistung (PA1.PA2) an den leistungsstärkeren Ausgängen (A3,A4) mit einer einzigen Sekundärwicklung (20) erzeugt ist.

9. Einschub-Netzteil zur Anordnung in 19 Zoll Racks und zur Versorgung einer Compact-PCI-BUS-Platine, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschub-Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.