DE3004740A1

DE3004740A1 - Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE3004740A1
Application number: DE19803004740
Authority: DE
Inventors: Philippe Lauret; Gerard Rilly
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1979-02-08
Filing date: 1980-02-08
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB2041669B; FR2448820B1; FR2448820A1; GB2041669A

Description

Beschreib u nt?

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Schaltnetzteile arbeiten mit sehr geringer Verlust leistung und haben folglich einen hohen Wirkungsgrad, was für die verschiedensten Anwendung^zwecke von Vorteil ist. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet von Schaltnetzteilen ist die Spannungsversorgung von Fernsehgeräten.

Ein Schaltnetzteil der einleitend angegebenen Gattung ist aus der französischen Patentanmeldung 76 oP 933 vom 26. l^ärz 1976 bekannt. Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Fcbalt- _v bild dieses Schaltnetzteiles. Zwischen den Anschlüssen + und einer Gleichspannungsquelle liefen in Serie eine Primärwicklunp 11 eines Transformators, ein Dämpfungsglied, das aus der ^parallelschaltung eines Widerstandes 21 und einer Diode ?2 besteht, ein Schalttransistor 7 und ein luftwiderstand P. Zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Schalttransistors 7 liegt eine Schutzschaltung, die aus einem Kondensator 31 in Serie mit der Parallelschaltung aus einer Diode 33 und einem Widerstand 32 besteht.

Die Basis des Schalttransistors 7 erhält von einer Steuerschaltung 9o Durchsehaltsignale. Diese Signale beginnen mit einem Durchschaltlmpuls, der von einem in der Steuerschaltung 9o enthaltenen Generator geliefert wird. Dieser Impuls läßt den Schalttransistor 7 durchlässig werden, und der in der Primärwicklung 11 fließende Strom induziert in einer ersten Sekundärwicklung eine Gegenspannung, die der Steuerschaltung 9o zugeführt wird. Diese Gegenspannung tritt an die Stelle des von dem eingebauten Generator gelieferten Durchschaltimpulses und der die Primärwicklung 11 durchfließende Strom steigt somit annähernd linear an.

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-H-

Wenn der Strom durch die Primärwicklung 11 einen durch eine Regelschaltung Bo in Abhängigkeit von der Speisespannung und dem von dem Schaltnetzteil versorgten Verbraucher bestimmten Wert erreicht hat, wird ein Thyristor 6l leitend. Dieser Thyristor verbindet die Basis des Schalttransistors 7 mit dem Anschluß - der Gleichspannungsquelle über eine Induktivität 62 und einen parallel geschalteten Widerstand 63, sowie über einen hierzu in Serie liegenden Spannungsgenerator 4o, dessen -Pol mit der Basis des Schalttransistors 7 verbunden ist. Hierdurch sperrt der Schalttransistor 7 und der Strom durch die Primärwicklung 11 wird somit unterbrochen.

Die während des Stromflusses durch die Primärwicklung 11 in dem Transformator gespeicherte Energie entlädt sich nun in den Verbraucher Ober eine zweite Sekundärwicklung lH und eine Gleichrichterdiode loo. Der Wicklungssinn der Wicklung 14 und die Polung der Diode loo sind so gewählt, daß der Verbraucher durch die in dem Transformator gespeicherte Energie gespeist wird. Der Thyristor 6l wird auf folgende Weise gezündet: Das Bezugspotential wird an dem Emitter des Schalttransistors 7 abgegriffen, die über dem Meßwiderstand P gemessene Spannung ist also demgegenüber negativ gerichtet. Diese Spannung wird der Kathode des Thyristors 6l zugeführt. Letzterer zündet, sobald seine Kathoden-Spannung um etwa o_s6 V niedriger als seine gate-Spannung ist. Damit die Spannung über dem Meßwiderstand S und demzufolge der Strom durch die Primärwicklung 11 einen Bereich in Übereinstimmung mit der gegebenen Nennausgangsleistung überstreichen kann, ist das gate des Thyristors 6l in bezug auf den Emitter des Schalttransistors 7 negativ vorgespannt. Diese negative Vorspannung erzeugt eine Schaltung 5o über einen Widerstand 65. Die Schaltung 5o zur Vorspannungserzeugung wird von der Sekundärwicklung 12 versorgt.

Die von der Schaltung 5o zur Vorspannungserzeugung gelieferte, negative Spannung wird dabei durch Gleichrichtung der Impulse erhalten, die die Sekundärwicklung 12 bei der Entladung der in dem

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Transformator gespeicherten magnetischen Energie als Rückschlag-Spannung liefert. Beim erstmaligen Einschalten ist somit diese Gleichspannung zunächst 0 und wächst dann progressiv an. Die Regelschaltung 80 mißt die von einer dritten Sekundärwicklung 13 gelieferte Spannung, wobei diese dritte Sekundärwicklung 13 einerseits mit dem Emitter des Schalttransistors 7 und andererseits mit der Regelschaltung 80 in einer solchen Weise verbunden 1st, daß sie an die Regelschaltung 80 während der Entladung des Transformators positive Impulse liefert. Die von der Pegelschaltung 80 gemessene Spannung ist folglich im wesentlichen die von der Spannungsquelle an den Verbraucher oder die Last gelieferte Spannung, die somit versorgungsspannungs- und lastabhängig ist. Die Regelschaltung 80 liefert ausgehend von der an den Anschlüssen der Sekundärwicklung 13 gemessenen Spannung praktisch eine veränderliche, positive Gleichspannung, die sich im selben Sinne ändert wie die von der Spannungsversorgung an den Verbraucher relieferte Spannung. Die von der Regelschaltung 80 abe-egebene positive Spannung wird über einen Widerstand P8 der von der Schaltung 5o zur Vorspannungserzeugung abgegebenen negativen Spannung hinzugefügt, wobei dennoch die Summe dieser beiden Spannungen negativ in bezug auf den Emitter des Schalttransistors 7 bleibt.

Die Regelschaltung 80 erlaubt also, ausgehend von der von der Schaltung 5o zur Vorspannungserzeugung gelieferten negativen Vorspannung, die Vorspannung des gate des Thyristors 6l in bezug auf den Emitter des Transistors 7 zu ändern, nimmt also Einfluß auf die Größe des die Primärwicklung 11 durchfließenden Stpomes und auf die Zeit, während derer der Schalttransistor 7 leitend ist, derart, daß die von dem Schaltnetzteil gelieferte Spannung unabhängig von Änderungen der Last und der Netz- bzw. Versorgunp-sspannung konstant gehalten wird.

Beim erstmaligen Einschalten ist die von der Pegelschaltung 80 gemessene Spannung 0, jedoch ist auch, wie bereits oben ausreführt, die von der Schaltung zur Vorspannungserzeugung gelieferte negative Spannung 0. Das gate des Thyristors 6l befindet sich

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ο r\ η / 7 / π

O ν. ν !λ I U (J

also auf dem Potential 0 in bezug auf den Emitter des Schalttransistors 7. Die gate-/Kathoden-Spannung des Thyristors 6l ist folglich gleich der über dem Meßwiderstand P entstehenden Spannung. Der Bereich möglicher Spannungen an dem Meßwiderstand P in bezug auf den Emitter des Transistors 7, der als Spannungsdynamik bezeichnet werden kann, ist folglich gleich dem Schwellwert für das Zünden des Thyristors, also annähernd = -o,6 V.

Der Strom durch die Primärwicklung 11 des Transformators kann folglich nur zwischen sehr engen Grenzen schwanken ("Stromdynamik"), ebenso wie die Zeit, während derer der Schalttransistor leitend ist. Die von dem Schaltnetzteil an seinen Verbraucher abgegebene Energie kann daher nur sehr klein sein. Wenn die Last beim erstmaligen Einschalten sehr hoch ist, obwohl sie im normalen Betrieb einen akzeptablen Wert besitzt, kann das Schaltnetzteil nicht die an seinem Ausgang geforderte Energie liefern. Infolgedessen kann weder die von der Schaltung 5o gelieferte negative Vorspannung und noch viel weniger die von der Regelschaltung Bo gelieferte Regelspannung entstehen. Es ergibt sich also beim erstmaligen Einschalten ein einer Unterbrechung entsprechender Zustand.

Der Erfindung lieert die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das beim erstmaligen Einschalten eine erhebliche Leistung zu liefern vermag und eine amplitudengeregelte Ausgangsspannung einerseits über einen weiten Eingangsspannungsbereich und andererseits über einen weiten Bereich von Ausgangsleistungen abgibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Prinzip besteht diese Lösung darin, die von einer Sekundärwicklung des Transformators während dessen Aufladeimpulses gelieferten negativen Impulse gleichzurichten. Das Schaltnetzteil kann auf diese Weise vom Einschaltaugenblick an eine Leistung

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3Gcmo

gleich seiner Nennleistung abgeben.

In der Zeichnung ist neben der schon erläuterten, zum Stand der Technik gehörigen Ausführungsform eines Schaltnetzteiles ein Schaltbild einer beispielsweise gewählten Ausführungsform des Schaltnetzteiles nach der Erfindung vereinfacht dargestellt. Das zeigt:

Fig. 1 - ein vereinfachtes Schaltbild eines Schaltnetzteiles nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 - ein vereinfachtes Schaltbild eines Schaltnetzteiles nach der Erfindung und

Fig. 3 - das Schaltbild der Schaltung 51 in Fig. 2.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Schaltnetzteil entsprechend dem vorliegenden Vorschlag wird eine vierte Sekundärwicklung 3 5 benutzt, die einerseits mit dem Emitter des Transistors 7 und andererseits mit einer Schaltung 51 zur Vorspannungserzeugung verbunden ist, die der Schaltung 5o der Fig. 1 entspricht, ,-jedoch an den vorliegenden Vorschlag angepaßt ist.

Wie aus der Fig. ersichtlich, ist die Sekundärwicklung 3 5 entweder so gewickelt oder so angeschlossen, daß die bei durchpeschaltetem Schalttransistor 7 der Schaltung 51 zugeführten Impulse negativ gerichtet sind. Der Spannungswert dieser negativen Impulse hängt folglich von dem Wert der Netzspannung und nicht mehr von dem Wert der Ausgangsspannung des Schaltnetzteiles ab. Somit steht beim Einschalten selbst bei sehr kleiner Netzspannung eine von der Sekundärwicklung 15 gelieferte negative Spannung erheblicher Höhe zur Verfügung, während die von der Sekundärwicklung 12 in diesem Fall gelieferte Spannung gleich 0 war. Die Schaltung richtet diese negativen Spannungsimpulse gleich und liefert nach einigen Schaltspielen nach dem Einschalten eine hinreichend hohe negative Spannung zur Erzeugung der richtigen Vorspannung an dem gate des Thyristors 6l über den Widerstand 65.

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Bei dem in Pip;. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Schaltung 51 werden die negativen Impulse, die von der Sekundärwicklung geliefert werden, während durch die Primärwicklung des Transformators Strom fließt, dieser also magnetische Energie speichert, durch die Diode 52 gleichgerichtet. Diese gleichgerichteten Impulse laden einen Kondensator 5^ über einen Schutzwiderstand Die von dem Kondensator 5^ gelieferte Spannung wird über eine Zenerdiode 56 und einen Widerstand 55 geregelt. Fan erhält also an dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 55 und der Zenerdiode 56 die notwendige negative Vorspannung für das gate des Thyristors 61, die letzterem über den Widerstand 65 zugeführt wird. Das andere Ende der Sekundärwicklung 15 ist mit dem Kondensator 5^ und der Zenerdiode 56 über einen gemeinsamen Anschlußpunkt 57 verbunden, der in Fig. 2 dem Emitter des Schalttransistor 7 entspricht.

Bei einer ausgeführten Schaltung wurden für die nachfolgenden Schaltelemente folgende Werte gewählt:

Widerstand 53: ^7o Ohm Kondensator 54: 22/uF

Widerstand 55: 1 K SL

Zenerdiode 56: 12 V

Widerstand 65: Io K-A.

Pie Sekundärwicklung 15 ist so bemessen, daß sie hinreichend große Impulse liefert, daß der Kondensator 5*t in jedem Fall auf eine höhere Spannung als die Zenerspannung der Zenerdiode 56 aufgeladen wird. Es wurde festgestellt, daß ein derart ausgelegtes Schaltnetzteil unter allen Umständen mit einer Nennlast bzw. Nennleistung zu arbeiten beginnt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Sekundärwicklungen 13 und gleichsinnig von demselben Punkt 57 aus gewickelt. Wenn man folglich die Regelschaltung 80 und die Sekundärwicklung 13 so auslegt, daß die von der Sekundärwicklung 13 während des "Ladens" des Transformators gelieferten negativen Spannungsimpulse hinrei-

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chend Kroß sind, daß sie nach Gleichrichtung die negative Vorspannung für das gate des Thyristors ergeben, kann anstelle der Sekundärwicklung 15 die Sekundärwicklung 13 benutzt werden, und zwar in der Weise, daß man diese sowohl mit der Regelschaltung Ro als auch mit der Schaltung 51 zur Erzeuerune- der negativen Vorspannung verbindet. In diesem Fall werden beim Laden des Transformators die negativen Impulse in der Schaltung 51 verwen det und beim Entladen des Transformators werden die positiven Impulse in der Regelschaltung Po ausgenutzt.

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Claims

Patentanwälte Dietrich Lewinsky Heinz - Joachim Huber Reiner Priatsch ο η η / η / η ■ Gotthardstr. 81 ° υ υ 4 ' ^ U München 21 Thomson-Brandt 8. Februar 19Pο 12.9o4-IV/Sch "Schaltnetzteil" Patentansprüche :

1.) Schaltnetzteil, bestehend aus einer Olelchspannungsnuelle, die die Primärwicklung eines Transformators und einen mit ihr in Serie liegenden Schalttransistor versorgt, aus einer Steuerschaltung, die an die Basis des Schalttransistors wiederkehrende, diesen leitend machende Durchschaltimpulse liefert, aus einer ersten Sekundärwicklung zur Erzeugung einer die Wirkung der Durchschaltimpulse verlängernden Hegenspannung, die nach jedem Durchschaltimpuls an der Basis des Schalttransistors anliegt, aus einem Thyristor, der gemäß einer von einer Regelschaltung kommenden Regelspannunp: den Schalttransistor durch Kurzschließen dessen Basis sperrt, aus einer zweiten Sekundärwicklung, die an die Regelschaltung nach jedem Sperren des Schalttransistors eine erste Spannung zur Messung des Wertes der Ausgangsspannung des Schaltnetzteiles liefert, und aus einer Schaltung, zur Erzeugung einer der Regelspannung entgegengerichteten, der Steuerelektrode des Thyristors zugeführten Vorspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (51) zur Vorsnannungserzeugung Schaltmittel zur Gewinnung dieser Vorspannung aus einer zweiten Spannung umfaßt, die gegenüber der ersten Spannung umgekehrt gepolt und in dem Transformator während der Sperrzeit des Schalttransistors (7) induziert ist.

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2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

* die Schaltmittel eine weitere Sekundärwicklung (15) des Transformators umfassen, die gegensinnig zu der ersten Sekundärwicklung (12) angeschlossen ist und die zweite Spannung liefert.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sekundärwicklung (13) gleichzeitig die zweite Spannung liefert, und daß die Regelschaltung (Po) und die Schaltung (51) zur Vorspannungserzeugung Dioden zur Trennung der ersten von der zweiten Spannung enthalten.

h. Schaltnetzteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (51) zur Vorspannungserzeugung eine Diode (52) mit nachgeschaltetem, durch die zweite Spannung aufgela- , denem Kondensator (54) und einen an den Kondensator (5²O angeschlossenen Spannungsregler (55, 56) für die abgegebene Vorspannung umfaßt.

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