DE3334732A1 - Electronic switched-mode power supply having a reactor converter - Google Patents
Electronic switched-mode power supply having a reactor converterInfo
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Schaltnetzteil zur Speisung eines elektrischen Verbrauchers aus einer Eingangsspannungsquelle veränderbarer bzw. veränderlicher Spannungshöhe und/oder Frequenz mit einem Querdrosselwandlermit einer in Reihe zu einer Drossel und einem ersten Widerstand geschalteter Schaltstrecke eines Schalttransistors, dessen Basis mit einer an den elektrischen Verbraucher bzw. einen parallel zum elektrischen Verbraucher geschalteten Kondensator angeschlossenen Schaltung zur Regelung der Ausgangsspannung verbunden ist, wobei die in der Leitphase des Schalttransistors in der Drossel gespeicherte Energie in der Sperrphase des Schalttransistors über eine erste Diode in den Kondensator fließt, der über den elektrischen Verbraucher entladen wird.The invention relates to an electronic switching power supply for Feeding an electrical load from an input voltage source can be changed or variable voltage level and / or frequency with a shunt converter with a switching path connected in series with a choke and a first resistor a switching transistor, the base of which is connected to the electrical consumer or a capacitor connected in parallel to the electrical consumer Circuit for regulating the output voltage is connected, the in the conducting phase of the switching transistor in the choke stored energy in the blocking phase of the Switching transistor flows through a first diode into the capacitor, which flows through the electrical consumer is discharged.
Elektronische Schaltnetzteile dienen zur Konstantspannungs- und/oder Konstantstromversorgung elektrischer oder elektronischer Geräte und sind als Drosselwandler, primär oder sekundär getaktete Sperr- oder Durchlaßwandler bzw. als Gegentaktwandler aufgebaut. Sie weisen in der Regel eine Gleichrichterschaltung mit nachgeschalteter Sieb- und Glättungsanordnung auf, an die ein übertrager oder eine Drossel angeschlossen ist. Dabei ist im Falle eines Drosselwandlers in Reihe zur Drossel und zum elektrischen Verbraucher ein elektronischer Schalter bzw. Schalttransistor vorgesehen, der in Abhängigkeit von einer oder mehreren Regelgrößen ein- und ausgeschaltet wird, wobei die in der Drossel gespeicherte Energie in der Sperrphase des elektronisches Schalters über eine entsprechend gepolte Diode wahlweise über ein Speicherelement wie einen Kondensator oder einen Akkumulator an den elektrischen Verbraucher abgegeben wird.Electronic switching power supplies are used for constant voltage and / or Constant current supply of electrical or electronic devices and are used as a throttle converter, primary or secondary clocked flyback or forward converter or as push-pull converter built up. They usually have a rectifier circuit with a downstream Sieve and smoothing arrangement to which a transformer or a throttle is connected is. In the case of a throttle converter, this is in series with the throttle and the electrical one Consumer provided an electronic switch or switching transistor, which is in Is switched on and off as a function of one or more controlled variables, whereby the energy stored in the choke in the blocking phase of the electronic switch via an appropriately polarized diode, optionally via a Storage element such as a capacitor or an accumulator delivered to the electrical consumer will.
Aus der Literaturstelle Jahn-Hendrick Jansen: "Transistor-Handbuch", Franzis-Verlag, 1980, Seiten 347 bis 354, ist ein elektronisches Schaltnetzteil mit einem Drosselwandler bekannt, bei dem eine Eingangs-Wechselspannung an einen Netzgleichrichter angelegt wird, die anschließend gesiebt und geglättet wird, bevor sie an einen Schalttransistor gelegt wird. In Reihe zur Schaltstrecke des Schalttransistors ist eine Längsdrossel angeordnet, an die ausgangsseitig eine Last mit parallelgeschaltetem Kondensator angeschlossen ist. An die Last bzw. den Kondensator einerseits und kathodenseitig an die Verbindung des Schalttransistors mit der Drossel andererseits ist eine Diode angeschlossen. An der Last wird mittels einer Meßschaltung gemessen, um wieviel die durch die Schaltzeiten des Schalttransistors bestimmte Ausgangsspannung von einer der Meßschaltung eingegebenen Referenzspannung abweicht. Die jeweilige Abweichung wird an einen Impulsgenerator übertragen, der die Breite der Steuerimpulse entsprechend einstellt, die über eine Steuerschaltung auf den Schalttransistor übertragen werden.From the reference Jahn-Hendrick Jansen: "Transistor Handbook", Franzis-Verlag, 1980, pages 347 to 354, is an electronic switched-mode power supply known with a buck converter, in which an input AC voltage to a Mains rectifier is applied, which is then screened and smoothed before it is connected to a switching transistor. In series with the switching path of the switching transistor a series choke is arranged, to which a load with a parallel connected on the output side Capacitor is connected. To the load or the capacitor on the one hand and on the cathode side the connection of the switching transistor with the choke on the other hand is a diode connected. A measuring circuit is used to measure how much at the load the output voltage determined by the switching times of the switching transistor of one of the reference voltage input to the measuring circuit deviates. The respective deviation is transmitted to a pulse generator that adjusts the width of the control pulses accordingly which are transmitted to the switching transistor via a control circuit.
Die wahlweise netzabhängig oder netzunabhängig von dem elektronischen Schaltnetzteil gespeisten elektrischen Verbraucher sollen in einem möglichst weiten Spannungsbereich von beispielsweise'90 bis 240 Volt Gleich- oder Wechselspannung betrieben werden können, ohne daß eine Umschaltung zur Anpassung an die jeweilige Spannungshöhe erforderlich ist. Dies macht erforderlich, daß der in der Regel in einem engen Spannungsbereich arbeitende .elektrische Verbraucher, beispielsweise ein Gleichstrommotor, trotz der veränderlichen bzw. veränderbaren Eingangsspannung mit einer konstanten Ausgangsspannung versorgt wird. Desgleichen ist es erforderlich, einen für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers erforderlichen Strom bestimmter Höhe sicherzustellen, wobei insbesondere die Sicherstellung eines ausreichend hohen Anlaufstromes problematisch ist.The optional network-dependent or network-independent of the electronic Switch-mode power supply-fed electrical loads should be as wide as possible Voltage range from, for example, 90 to 240 volts direct or alternating voltage can be operated without switching to adapt to the respective Voltage level is required. This requires that the usually in Electrical consumers working in a narrow voltage range, for example a DC motor, despite the changeable or changeable Input voltage is supplied with a constant output voltage. Likewise it is necessary to have one required for the operation of the electrical consumer To ensure electricity of a certain amount, in particular ensuring a sufficiently high starting current is problematic.
Darüber hinaus muß zum netzunabhängigen Betrieb eines elektrischen Kleingerätes, wie beispielsweise eines elektrischen Trockenrasierapparates, eines Elektronenblitzgerätes, eines Rundfunk- oder Fernsehgerätes o.dgl. ein Akkumulator vorgesehen sein, der in vielen Anwendungsfällen als ein Nickel-Kadmium-Akkumulator ausgebildet ist, dessen Lebensdauer im wesentlichen von der Art und Weise des Ladebetriebs und der Höhe der in ihm gespeicherten Ladung abhängt. Dies macht es erforderlich, daß auch bei in einem weiten Bereich variablen Eingangsspannungen ein konstanter Ausgangsstrom zur Ladung des betreffenden Akkumulators gewährleistet sein muß, da ansonsten eine Zerstörung der empfindlichen und teuren Nickel-Kadmium-Zellen zu befürchen ist. Darüber hinaus ist es erwünscht, das betreffende elektrische Gerät an unterschiedlichen Netzspannungen und -frequenzen anzuschließen, ohne eine Umschaltung vornehmen zu müssen, die ohnehin häufig vergessen wird, so daß das elektrische Gerät gefährdet ist. Die hierfür bekannten Regelschaltungen weisen Impulsgeneratoren, Komparatoren und entsprechende Ausgangsverstärker auf und sind entsprechend aufwendig gestaltet. Darüber hinaus sind die bekannnten elektronischen Schaltnetzteile so ausgelegt, daß die einzelnen Bauelemente auch bei niedriger Eingangsspannung den erforderlichen Anlaufstrom für den elektrischen Verbraucher übertragen können, was ent- sprechend leistungsfähige und damit teure Bauelemente erforderlich macht.In addition, for off-grid operation of an electrical Small appliances, such as an electric dry shaver, one Electronic flash unit, a radio or television set or the like. an accumulator be provided, which in many applications as a nickel-cadmium accumulator is designed, the service life of which depends essentially on the type and manner of charging and the amount of charge stored in it. This makes it necessary that even with input voltages that are variable over a wide range, a constant one Output current for charging the battery in question must be guaranteed because otherwise the sensitive and expensive nickel-cadmium cells will be destroyed is feared. In addition, it is desirable to use the electrical device in question to be connected to different mains voltages and frequencies without switching to have to make, which is often forgotten anyway, so that the electrical device endangered is. The control circuits known for this purpose have pulse generators, Comparators and corresponding output amplifiers and are correspondingly expensive designed. In addition, the well-known electronic switching power supplies are like this designed that the individual components even at low input voltage required starting current for the electrical consumer can transmit what un- Speaking high-performance and therefore expensive components are required power.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches Schaltnetzteil zur Speisung eines elektrischen Verbrauchers mit einem Drosselwandler zu schaffen, das eine konstante, an den Verbraucher angepaßte Ausgangs spannung bei in weiten Grenzen veränderbarer bzw. veränderlicher Eingangsspannung und/oder Frequenz abgibt, bei der ein hoher Verbraucherstrom bei begrenztem Eingangsstrom gewährleistet ist, eine einfache Ausgangsspannungsregelung sowie ein hoher Wirkungsgrad der Schaltung bei einfachem Schaltungsaufbau unter Verwendung üblicher und preiswerter Bauelemente ermöglicht wird und die einen einfachen und wirkungsvollen überlastungsschutz sicherstellt.The object of the present invention is to provide an electronic switched-mode power supply to supply an electrical consumer with a buck converter, a constant output voltage adapted to the consumer at a wide range Emits limits of changeable or changeable input voltage and / or frequency, in which a high consumer current is guaranteed with a limited input current, a simple output voltage regulation as well as a high efficiency of the circuit with a simple circuit structure using common and inexpensive components and which ensures simple and effective overload protection.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mit dem ersten Widerstand verbundene erste Wicklungsende der Drossel über eine magnetisch mit der Drossel gekoppelte Hilfsdrossel an die Basis des Schalttransistorc das zweite Wicklungsende der Drossel an Masse- oder Bezugspotential und eine Anzapfung der Drossel an die Anode der ersten Diode angeschlossen ist, deren Kathode mit dem Kondensator verbunden ist.This object is achieved in that the with the first resistor connected first winding end of the choke via a magnetically with the choke coupled auxiliary choke to the base of the switching transistorc the second Winding end of the choke at ground or reference potential and a tap of the Choke is connected to the anode of the first diode, the cathode of which to the capacitor connected is.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Speisung eines Verbrauchers mit einer konstanten Ausgangs spannung auch bei in weiten Grenzen veränderbarer bzw. veränderlicher Eingangsspannung und/oder Frequenz und stellt gleichzeitig einen hohen Anlauf strom für den Verbraucher bei geringen Eingangsspannungswerten sowie bei begrenztem Eingangsstrom sicher. Sie ermöglicht darüber hinaus eine sehr einfache Ausgangsspannungsregelung und stellt einen hohen Wirkungsgrad der Schaltung bei einfachem Schaltungsaufbau unter Verwendung üblicher und preiswerter Bauelemente sicher. Des weiteren schafft sie die Grundlage für einen einfachen und wirkungsvollen Uberlastungsschutz der einzelnen in dem elektronischen Schaltnetzteil verwendeten Bauelemente.The solution according to the invention enables a consumer to be fed with a constant output voltage, even if it can be changed within wide limits or variable input voltage and / or frequency and simultaneously sets a high starting current for the consumer at low input voltage values as well safe with limited input current. It also enables a very simple Output voltage regulation and ensures a high efficiency of the circuit simple Circuit construction using common and inexpensive Components safe. Furthermore, it creates the basis for a simple and effective overload protection of the individual in the electronic switching power supply components used.
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß das mit dem ersten Widerstand verbundene erste Wicklungsende der Drossel über eine magnetisch mit der Drossel gekoppelte Hilfsdrossel an die Basis des Schalttransistors, das zweite Wicklungsende der Drossel an Masse- oder Bezugspotential, die Anode der ersten Diode an das mit der Basis des Schalttransistors verbundene Wicklungsende der Hilfsdrossel und die Kathode der ersten Diode an den Kondensator angeschlossen ist.Another solution to the problem is that the first winding end of the choke connected to the first resistor via a magnetically with the choke coupled auxiliary choke to the base of the switching transistor, the Second winding end of the choke at ground or reference potential, the anode of the first Diode on the winding end of the auxiliary choke connected to the base of the switching transistor and the cathode of the first diode is connected to the capacitor.
Neben den oben bezeichneten Vorteilen einer konstanten Ausgangs spannung bei einer in weiten Grenzen veränderbaren bzw. veränderlichen Eingangsspannung und/oder Frequenz und Sicherstellung eines hohen Anlauf stromes bei geringen Einganqsspannungswerten sowie eines hohen Wirkungsgrades und eines einfachen Schaltungsaufbaus und einfachen und wirkungsvollen uberlastungsschutzes ermöglicht diese erfindungsgemäße Lösung einen besonders einfachen Drosselaufbau, da keine zusätzliche Wicklungsanzapfuna erforderlich ist.In addition to the advantages of a constant output voltage mentioned above in the case of an input voltage that can be changed or changed within wide limits and / or Frequency and ensuring a high starting current with low input voltage values as well as high efficiency and simple circuit structure and simple and effective overload protection is made possible by this solution according to the invention a particularly simple choke structure, since no additional winding tapping point is required.
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß das mit dem ersten Widerstand verbundene erste Wicklungsende der Drossel über eine magnetisch mit der Drossel gekoppelte Hilfsdrossel an die Basis des Schalttransistors, das zweite Wicklungsende der Drossel sowohl an Masse- oder Bezugspotential als auch an die Anode der ersten Diode angeschlossen ist, deren Kathode mit dem Kondensator verbunden ist.Another solution to the problem is that the first winding end of the choke connected to the first resistor via a magnetically with the choke coupled auxiliary choke to the base of the switching transistor, the second Winding end of the choke both to ground or reference potential and to the The anode of the first diode is connected, the cathode of which is connected to the capacitor is.
Neben den oben bezeichneten Vorteilen eines einfachen Drosselaufbaus ohne Wicklungsanzapfung stellt diese erfindungsgemäße Lösung einen besonders hohen Wirkungsgrad der Schaltung sicher, da keine zusätzlichen Maßnahmen zur Entmagnetisierung der Drossel erforderlich sind.In addition to the advantages of a simple throttle structure mentioned above without winding tapping, this solution according to the invention represents a particularly high one Efficiency of the circuit safe, since no additional measures for demagnetization the throttle are required.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösungen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Regelung der Ausgangsspannung einen Regeltransistor enthält, dessen Kollektor mit der Basis des Schalttransistors, dessen Emitter an das erste Wicklungsende der Drossel und dessen Basis an eine mit der Kathode der ersten Diode verbundene erste Zenerdiode angeschlossen und daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors ein zweiter Widerstand geschaltet ist.An advantageous embodiment of the solutions according to the invention is characterized in that the circuit for regulating the output voltage has a Contains control transistor whose collector with the base of the switching transistor whose Emitter to the first winding end of the choke and its base to one with the Cathode of the first diode connected to the first Zener diode and that in parallel a second resistor is connected to the base-emitter path of the control transistor is.
Die Regelung der Ausgangsspannung wird somit mit einfachen und billigen Bauelementen möglich, wobei sichergestellt wird, daß auch bei großen Eingangsspannungsschwankungen eine nahezu konstante Ausgangsspannung für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers gegeben ist.The regulation of the output voltage is thus simple and cheap Components possible, ensuring that even with large input voltage fluctuations an almost constant output voltage for the operation of the electrical consumer given is.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der ersten Zenerdiode mit der Kathode einer anodenseitig an die Verbindung des einen Schaltstreckenanschlusses des Schalttransistors mit dem ersten Widerstand angeschlossenen zweiten Diode und der Kathode einer anodenseitig an die Kathode der ersten Diode angeschlossenen dritten Diode verbunden ist.Another advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that the cathode of the first Zener diode is connected to the cathode one on the anode side to the connection of one switching path connection of the switching transistor second diode connected to the first resistor and the cathode one on the anode side connected to the cathode of the first diode is connected to the third diode.
Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht eine Begrenzung des Primärstromes und Regelung der Ausgangsspannung mit Hilfe eines einzigen Referenzelementes unter Verwendung zweier zusätzlicher Dioden.This embodiment of the solution according to the invention enables a limitation of the primary current and regulation of the output voltage with the help of a single reference element using two additional diodes.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß an das erste Wicklungsende der Drossel eine magnetisch mit der Drossel gekoppelte Hilfsdrossel angeschlossen ist, die über die Reihenschaltung eines Hilfskondensators und eines Hilfswiderstandes mit der Basis des Schalttransistors verbunden ist.Another advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that one magnetically attached to the first winding end of the choke Auxiliary choke coupled to the choke is connected via the series connection an auxiliary capacitor and an auxiliary resistor to the base of the switching transistor connected is.
Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht eine Basisstromversorgung des Schalttransistors in der Leitphase des Schalttransistors in einfacher und sicherer Weise, ohne daß hierfür zusätzliche Steuerelemente erforderlich sind. -Schließlich ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Regeltransistors eine anodenseitig mit dem Emitter des Regeltransistors verbundene fünfte Diode geschaltet ist.This embodiment of the solution according to the invention enables a basic power supply of the switching transistor in the conducting phase of the switching transistor in a simpler and safer way Way without the need for additional controls. -In the end an advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that that parallel to the collector-emitter path of the control transistor an anode side connected to the emitter of the control transistor fifth diode is connected.
Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung verhindert während der Entmagnetisierung der Hilfsdrossel einen inversen Betrieb des Regeltransistors, so daß die Schaltzeiten des Regel transistors klein gehalten werden können.This embodiment of the solution according to the invention prevents during the demagnetization of the auxiliary choke an inverse operation of the control transistor, so that the switching times of the control transistor can be kept small.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1-3 Prinzipschaltbilder nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung aufgebauter elektronischer Schaltnetzteile mit einem Drosselwandler, Fig. 4 den Verlauf der Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsleistung über die durch den Verbraucher gegebenen Belastung bei unterschiedlichen Eingangsspannungen.The invention is to be shown below with reference to one shown in the drawing Embodiment are explained in more detail. They show: Fig. 1-3 Schematic circuit diagrams electronic switching power supplies constructed according to the subject matter of the present invention with a throttle converter, Fig. 4 shows the course of the output voltage or the output power about the load given by the consumer at different input voltages.
Das in Fig. 1 dargestellte elektronische Schaltnetzteil weist einen Drosselwandler- mit einer Querdrossel auf, der einen Schalttransistor 1, einen ersten Widerstand 8, eine Querdrossel 3 sowie eine im Ausgangskreis vorgesehene Diode 7 sowie eine Regelschaltung zur Regelung der Schaltzeiten des Schalttransistors 1 enthält. Dabei ist die Schaltstrecke des Transistors 1 in Reihe zu dem ersten Widerstand 8 und der Drossel 3 parallel an einer Eingangsspannungsquelle 10 gelegt. Ein elektrischer Verbraucher 6 bzw. ein parallel zum elektrischen Verbraucher 6 geschalteter Kondensator 5 ist über die Diode 7 parallel an einen Teil der Wicklung der Drossel 3 geschaltet, wozu die Diode 7 anodenseitig an eine Wicklungsanzapfung 33 der Drossel 3 angeschlossen ist.The electronic switching power supply shown in Fig. 1 has a Drosselwandler- with a transverse choke, which has a switching transistor 1, a first Resistor 8, a transverse choke 3 and a diode 7 provided in the output circuit and a control circuit for controlling the switching times of the switching transistor 1 contains. The switching path of the transistor 1 is in series with the first resistor 8 and the choke 3 are connected in parallel to an input voltage source 10. An electric one Load 6 or a capacitor connected in parallel to the electrical load 6 5 is connected in parallel to part of the winding of the choke 3 via the diode 7, For this purpose the diode 7 is connected on the anode side to a winding tap 33 of the choke 3 is.
Die Regelschaltung zur Regelung des Tastverhältnisses des Schalttransistors 1 besteht aus einem Regeltransistor 2, dessen Kollektor mit der Basis des Schalttransistors 1 und dessen Emitter mit der Verbindung des ersten Widerstandes 8 der Drossel 3, d.h. mit dem ersten Wicklungsanschluss 31 der Drossel 3 verbunden ist. Die Basis des Regeltransistors 2 ist mit der Anode einer Zenerdiode 9 verbunden, deren Kathode mit der Kathode einer zweiten und dritten Diode 15, 16 verbunden ist. Die Anode der zweiten Diode 15 ist an die Verbindung des Emitters des Schalttransistors 1 mit dem ersten Widerstand 8 angeschlossen, während die Anode der dritten Diode 16 mit der Kathode der ersten Diode 7 bzw. mit dem elektrischen Verbraucher 6 verbunden ist. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors 2 ist ein zweiter Widerstand 11 vorgesehen, während parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors 2 eine erste Diode 19 mit anodenseitigem Anschluss an den Emitter des Regeltransistors 2 vorgesehen ist.The control circuit for controlling the duty cycle of the switching transistor 1 consists of a control transistor 2, whose collector connects to the base of the switching transistor 1 and its emitter with the connection of the first resistor 8 of the choke 3, i.e., the reactor 3 is connected to the first winding terminal 31. The base of the control transistor 2 is connected to the anode of a Zener diode 9, the cathode of which is connected to the cathode of a second and third diode 15, 16. The anode the second diode 15 is connected to the connection of the emitter of the switching transistor 1 connected to the first resistor 8, while the anode of the third diode 16 connected to the cathode of the first diode 7 or to the electrical consumer 6 is. A second resistor is parallel to the base-emitter path of the regulating transistor 2 11 provided while parallel to the emitter-collector path of the control transistor 2 a first diode 19 with an anode-side connection to the emitter of the control transistor 2 is provided.
Die Basisstromversorgung des Schalttransistors 1 wird über einen dritten Widerstand 14, der einerseits mit der Basis des Schalttransistors 1 und andererseits mit der Eingangsspannungsquelle 10 verbunden ist sowie über eine an den ersten Wicklungsanschluss 31 der Drossel 3 angeschlossene und magnetisch mit der Drossel 3 gekoppelte Hilfsdrossel 4 sowie einen in Reihe zur Hilfsdrossel 4 geschalteten Hilfskondensator 12 mit in Reihe geschaltetem Hilfswiderstand 13, der mit der Basis des Schalttransistors 1 verbunden ist, sichergestellt.The base power supply of the switching transistor 1 is via a third Resistor 14, on the one hand with the base of the switching transistor 1 and on the other hand is connected to the input voltage source 10 and via one to the first winding connection 31 of the throttle 3 connected and magnetically coupled to the throttle 3 auxiliary choke 4 and an auxiliary capacitor 12 connected in series to the auxiliary choke 4 with in Series-connected auxiliary resistor 13, which is connected to the base of the switching transistor 1 is connected, ensured.
Zum Abbau der Magnetisierungsspitzen ist parallel zur Drossel 3 die Reihenschaltung einer vierten Diode 17 mit einer zweiten Zenerdiode 18 geschaltet, deren Anoden an das erste Wicklungsende 31 bzw. das mit Masse- oder Bezugspotential verbundene zweite Wicklungsende 32 der Drossel 3 angeschlossen sind.To reduce the magnetization peaks is parallel to the throttle 3 Series connection of a fourth diode 17 connected to a second Zener diode 18, their anodes to the first winding end 31 or the one with ground or reference potential connected second winding end 32 of the choke 3 are connected.
Nachstehend soll die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten elektronischen Schaltnetzteiles näher erläutert werden.The following is the mode of operation of the electronic shown in FIG Switching power supply are explained in more detail.
Die Eingangsspannungsguelle 10 repräsentiert im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Ausgang einer nicht näher abgebildeten Gleichrichter- und Glättun.gsschaltung, die wahlweise aus einer veränderlichen Netz-Wechselspannung oder einer veränderlichen Gleichspannung eine gleichgerichtete Eingangs spannung UE erzeugt.The input voltage source 10 represents in the present exemplary embodiment the output of a rectifier and smoothing circuit not shown in detail, either from a variable mains AC voltage or a variable DC voltage generates a rectified input voltage UE.
Betrachtet man den Zeitpunkt, in dem der Schalttransistor 1 und der Regeltransistor 2 gesperrt sind und die Ausgangsspannung UL kleiner als der durch die Durchbruchspannung der Zenerdiode 9 einstellbare Sollwert ist, so wird bei einer Ansteu.w-lng des Schalttransistors 1 über den Widerstand 14 die Basis des Schalttransistors 1 angesteuert, so dass der Schalttransistor 1 öffnet und die Eingangs spannung UE an der Drossel 3 anliegt.Looking at the point in time at which the switching transistor 1 and the Control transistor 2 are blocked and the output voltage UL is less than that through the breakdown voltage of the Zener diode 9 is an adjustable setpoint value, then at a Ansteu.w-lng of the switching transistor 1 via the resistor 14, the base of the switching transistor 1 controlled so that the switching transistor 1 opens and the input voltage UE is applied to the throttle 3.
Da bei der in Fig. 1 dargestellten Polung der Eingangsspannung die erste Diode 7 gesperrt ist, wird im Einschaltzustand des Schalttransistors 1 ein Stromfluss über die Anzapfung 33 der Drossel 3 in den Verbraucher 6 bzw. den parallelgeschalteten Kondensator 5 verhindert, so dass der Primärstrom Ii näherungsweise zeitlinear ansteigt. In der Stromflussphase des Schalttransistors 1 wird die Basis des Schalttransistors 1 über die magnetisch mit der Drossel 3 gekoppelte Hilfsdrossel 4 sowie die Reihenschaltung des Hilfskondensators 12 und des Hilfswiderstandes 13 mit dem erforderlichen Basisstrom versorgt.Since the polarity of the input voltage shown in Fig. 1, the first diode 7 is blocked, when the switching transistor 1 is switched on, it is on Current flow Via the tap 33 of the throttle 3 in the consumer 6 or the parallel-connected Capacitor 5 prevents, so that the primary current Ii increases approximately linearly over time. In the current flow phase of the switching transistor 1, the base of the switching transistor 1 via the auxiliary choke 4, which is magnetically coupled to the choke 3, and the series connection the auxiliary capacitor 12 and the auxiliary resistor 13 with the required base current provided.
Der über die Schaltstrecke des Schalttransistors 1 fliessende Eingangsstrom Ii - verursacht einen Spannungsabfall am ersten Widerstand 8, der bei Uberschreiten der Summe aus der Durchlaß spannung der ersten Zenerdiode 9, der Durchlaßspannung der dritten Diode 16 und der Basis-Emitter-Spannung des Regeltransistors 2 eine Ansteuerung des Regeltransistors 2 bewirkt, so dass der Regeltransistor 2 in den Leitzustand übergeht. Dadurch fällt die Basis-Emitter-spannung des Schalttransistors 1 soweit ab, dass der Basisstrom des Schalttransistors annähernd Null wird und somit der Schalttransistor 1 abschaltet.The input current flowing over the switching path of the switching transistor 1 Ii - causes a voltage drop across the first resistor 8, which when exceeded the sum of the forward voltage of the first Zener diode 9, the forward voltage the third diode 16 and the base-emitter voltage of the control transistor 2 a Control of the control transistor 2 causes the control transistor 2 in the Master state passes. This causes the base-emitter voltage of the switching transistor to drop 1 so far that the base current of the switching transistor is approximately zero and thus the switching transistor 1 switches off.
Mit dem Abschalten des Schalttransistors 1 ändert sich die Polarität der Spannung an der Drossel 3, so dass die in der Drossel 3 gespeicherte magnetische Energie, die im wesentlichen von dem in der Leitphase des Schalttransistors 1 bis aus die durch den ersten Widerstand 8 verursachten Verluste von dem Eingangsstrom 11 abhängt, durch die nunmehr leitende erste Diode 7 über die Anzapfung 33 der Drossel 3 als Sekundärstrom I2 in den Kondensator 5 abfliesst, solange bis die Drossel 3 vollständig entmagnetisiert ist.When switching transistor 1 is switched off, the polarity changes of the voltage at the throttle 3, so that the magnetic Energy that is essentially from that in the conducting phase of the switching transistor 1 to from the through the first Resistance 8 caused losses of the input current 11 depends, through the now conductive first diode 7 via the Tap 33 of the throttle 3 flows as secondary current I2 into the capacitor 5, until the throttle 3 is completely demagnetized.
Durch eine geeignete Wahl der Windungszahl von dem ersten Wicklungsanschluss 31 bis zur Anzapfung 33 kann dieser Sekundärstrom 12 wesentlich grösser als der zulässige Maximalwert des Primärstroms bzw. Eingangsstroms I1 werden, so dass der vom Verbraucher 6 benötigte Anlaufstrom jederzeit verfügbar ist und entsprechend der Kondensator 5 aufgeladen werden kann.By a suitable choice of the number of turns of the first winding connection 31 to the tap 33, this secondary current 12 can be significantly greater than that permissible maximum value of the primary current or input current I1, so that the starting current required by consumer 6 is available at any time and accordingly the capacitor 5 can be charged.
In der Sperrphase des Schalttransistors 1 wird ebenfalls die Hilfsdrossel 4 entmagnetisiert, so dass zur Verhinderung eines inversen Betriebes des Regeltransistors 2 die als Freilaufdiode geschaltete fünfte Diode 19 anodenseitig an den Emitter des Regeltransistors 2 angeschlossen ist.In the blocking phase of the switching transistor 1, the auxiliary choke is also activated 4 demagnetized, so that to prevent inverse operation of the control transistor 2 the fifth diode 19, connected as a freewheeling diode, to the emitter on the anode side of the control transistor 2 is connected.
Im Anschluss an die Sperrphase des Schalttransistors 1 wird erneut die Basis des Schalttransistors 1 über den Vorwiderstand 14 angesteuert, so dass sich der zuvor beschriebene Vorgang solange wiederholt, bis die am Verbraucher 6 anliegende Ausgangsspannung UL grösser als der durch die Durchlaß spannung der ersten Zenerdiode 9, die Durchlaßspannung der dritten Diode 16 und die Basis-Emitter-Spannung des Regeltransistors 2 eingestellte Sollwert wird.Following the blocking phase of the switching transistor 1 is again the base of the switching transistor 1 is controlled via the series resistor 14, so that the process described above is repeated until the consumer 6 applied output voltage UL larger than that through the passage voltage of the first Zener diode 9, the forward voltage of the third diode 16 and the base-emitter voltage of the control transistor 2 is set setpoint.
Ist dies der Fall, so wird der Regeltransistor 2 geöffnet, so dass die Basis-Emitter-Spannung am Schalttransistor 1 annähernd Null wird und der Schalttransistor 1 sperrt.If this is the case, the control transistor 2 is opened so that the base-emitter voltage at the switching transistor 1 is approximately zero and the switching transistor 1 blocks.
Mit dem Sperren des Schalttransistors 1 wird jede weitere Energiezufuhr in die Drossel 3 und damit in den parallel zum Verbraucher 6 geschalteten Kondensator 5 verhindert. Um in diesem Zustand des elektronischen Schaltnetzteils ein Entladen des Kondensators 5 über den ersten Widerstand 8 bzw.With the blocking of the switching transistor 1, any further energy supply into the choke 3 and thus into the capacitor connected in parallel to the consumer 6 5 prevented. In order to discharge the electronic switching power supply in this state of the capacitor 5 via the first resistor 8 or
die Drossel 3 zu verhindern, ist die zweite Diode 15 vorgesehen, die in diesem Zustand die Verbindung zum ersten Widerstand 8 sperrt.To prevent the inductor 3, the second diode 15 is provided, the in this state, the connection to the first resistor 8 blocks.
Der Schalttransistor 1 schaltet erneut ein, wenn infolge der eingeschalteten Last 6 der Kondensator 5 soweit entladen wird, dass die Ausgangsspannung UL unter den von der Durchlaß spannung der ersten Zenerdiode 9, der dritten Diode 16 und der Basis-Emitter-Spannung des Regeltransistors 2 eingestel1-ten Sollwert abgesunken ist. Die dritte Diode 16 dient in der beschriebenen Schaltung im wesentlichen der Aufgabe, im Sperrzustand des Schalttransistors 1 die Verbindung zwischen der Kathode und der ersten Zenerdiode 9 mit dem Kondensator 5 zu sperren.The switching transistor 1 switches on again if as a result of the switched on Load 6 the capacitor 5 is discharged to such an extent that the output voltage UL falls below from the forward voltage of the first Zener diode 9, the third diode 16 and the base-emitter voltage of the control transistor 2 set target value has fallen is. The third diode 16 is essentially used in the circuit described Task, in the blocking state of the switching transistor 1, the connection between the cathode and to block the first Zener diode 9 with the capacitor 5.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung der Funktion des elektronischen Schaltnetzteiles hervorgeht, bestehen die besonderen Merkmale des elektronischen Schaltnetzteiles in der Verwendung einer Querdrossel 3 mit einer Anzpafung 33, die nicht nur eine Vereinfachung der Regeleinrichtung, sondern auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades des elektronischen Schaltnetzteiles bewirkt, da die Verluste gegenüber bekannten elektronischen Schaltnetzteilen deutlich geringer sind. Die einfach aufgebaute Regeleinrichtung besteht im wesentlichen aus der Verwendung eines einzelnen SPannunssreferenzelementes, nämlich der ersten Zenerdiode 9, die sowohl zur Begrenzung des primärseitig fliessenden Stromes I1 als auch als Sollwertgeber für die Regelung der Ausgangs spannung UL dient.As from the above description of the function of the electronic Switching power supply shows, there are the special features of the electronic Switching power supply in the use of a cross choke 3 with a tap 33, which is not just one Simplification of the control device, but also an improvement in efficiency of the electronic switched-mode power supply causes the losses compared to known electronic switching power supplies are significantly lower. The simply structured control device consists essentially of the use of a single voltage reference element, namely the first Zener diode 9, both to limit the primary side flowing Current I1 as well as a setpoint generator for regulating the output voltage UL serves.
Die Anzapfung der Querdrossel 3 nach Art eines sogenannten Spartransformators bewirkt eine Stromübersetzung, so dass bei einem begrenzten Primärstrom I1 bei Bedarf sekundärseitig ein wesentlich grösserer Strom, beispielsweise in Form eines hohen Anlaufstromes für einen Gleichstrommotor als Verbraucher 6 verfügbar ist. Bei geeigneter Dimensionierung des Kerns und des Drahtdurchmessers kann der Wicklungsaufbau der Querdrossel 3 sehr einfach gehalten werden.The tapping of the transverse choke 3 in the manner of a so-called autotransformer causes a current transfer, so that with a limited primary current I1 if necessary a much larger current on the secondary side, for example in the form of a high one Starting current for a DC motor as a consumer 6 is available. With suitable Dimensioning of the core and the wire diameter can determine the winding structure of the Cross choke 3 can be kept very simple.
Für die Funktion der Regelung der Ausgangsspannung UL ist es von besonderer Bedeutung, dass die an die Anzapfung der Drossel 3 angeschlossene erste Diode 7 kathodenseitig mit dem parallel zum Verbraucher 6 geschalteten Kondensator 5 verbunden ist und der Minuspol dieses Kondensators 5 am ersten Wicklungsende 31 der Querdrossel 3 angeschlossen ist. Am Kondensator 5 steht somit eine Spannung zur Verfügung, die bezogen auf das Emitterpotential des Regeltransistros 2 an dem ersten Wicklungsende 31 der Drossel 3 positiv ist.It is of particular importance for the function of regulating the output voltage UL Meaning that the first diode 7 connected to the tap of the choke 3 on the cathode side connected to the capacitor 5 connected in parallel to the consumer 6 and the negative pole of this capacitor 5 at the first winding end 31 of the transverse choke 3 is connected. A voltage is thus available at the capacitor 5, which based on the emitter potential of the control transistor 2 at the first winding end 31 the throttle 3 is positive.
Diese als Istwert der Ausgangsspannung UL dienende Spannung wird als Vergleichswert mit der durch die Durchbruchspannung der ersten Zenerdiode 9, durch die Durchlaßspannung der dritten Diode 16 sowie durch die Basis-Emitter-Spannung des Regeltransistors 2 vorgegebene Sollwertspannung verglichen und zur Ansteuerung des Regeltransistors 2 bzw. des Schalttransistors 1 herangezogen.This serving as the actual value of the output voltage UL is called Comparison value with that of the breakdown voltage of the first Zener diode 9 through the forward voltage of the third diode 16 and the base-emitter voltage of the control transistor 2 compared predetermined setpoint voltage and for control of the control transistor 2 and the switching transistor 1 are used.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Schaltungsanordnungen eines elektronischen Schaltnetzteiles mit einem Drosselwandler entsprechen im wesentlichen dem Schaltungsaufbau gemaß Figur 1, so daß die betreffenden Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern versehen sind und Bezug auf die Beschreibung der Schaltungsanordnung.gemäß Figur 1 sowie deren Funktionsweise genommen wird.The circuit arrangements shown in Figures 2 and 3 a electronic switched-mode power supply with a buck converter essentially correspond the circuit structure according to Figure 1, so that the components concerned with the same Reference numbers are provided and reference to the description of the circuit arrangement Figure 1 and how it works is taken.
Bei der Schaltungsanordnung des elektronischen Schaltnetzteiles gemäß Figur 2 ist die erste Diode 7 nicht an eine Anzapfung der Drossel 3 angeschlossen, sondern die Anode der ersten Diode 7 mit dem an die Basis des ersten Schalttransistors 1 angeschlossenen Wicklungsendes der Hilfsdrossel 4 verbunden, während die Kathode der ersten Diode 7 ebenfalls mit dem Kondensator 5 bzw. dem elektrischen Verbraucher 6 verbunden ist.In the circuit arrangement of the electronic switched-mode power supply according to FIG. 2, the first diode 7 is not connected to a tap of the choke 3, but the anode of the first diode 7 with the to the base of the first switching transistor 1 connected winding end of the auxiliary choke 4, while the cathode the first diode 7 also with the capacitor 5 or the electrical consumer 6 is connected.
Daraus ergibt sich ein einfacher Drosselaufbau, da keine zusätzliche Wicklungsanzapfung der Drossel 3 erforderlich ist. In dieser Schaltungsanordnung übernimmt die Hilfsdrossel 4 in der Sperrphase des Schalt- transistors 1 die Funktion des Teiles der Drossel 3 zwischen dem ersten Wicklungsanschluß 31 und der Anzapfung 33, so daß die Vorteile der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 bei gleicher Funktionsweise aber vereinfachtem Schaltungsaufbau erhalten bleiben.This results in a simple throttle structure, since there is no additional one Winding tapping of the choke 3 is required. In this circuit arrangement takes over the auxiliary throttle 4 in the blocking phase of the switching transistor 1 shows the function of the part of the choke 3 between the first winding connection 31 and the tap 33, so that the advantages of the circuit arrangement according to FIG with the same functionality but a simplified circuit structure are retained.
In der Schaltungsanordnung des elektronischen Schaltnetzteiles gemäß Figur 3 ist die erste Diode 7 an das zweite Wicklungsende 32 der Drossel 3 angeschlossen, das mit Masse- oder Bezugspotential verbunden ist. Die Kathode der ersten Diode 7 ist analog zu den Schaltungsanordnungen der elektronischen Schaltnetzteile gemäß den Figuren 1 und 2 mit dem Kondensator 5 bzw. dem elektrischen Verbraucher 6 verbunden.In the circuit arrangement of the electronic switched-mode power supply according to FIG. 3, the first diode 7 is connected to the second winding end 32 of the choke 3, that is connected to ground or reference potential. The cathode of the first diode 7 is analogous to the circuit arrangements of the electronic switched-mode power supplies according to FIG FIGS. 1 and 2 are connected to the capacitor 5 and the electrical consumer 6, respectively.
Bei dieser Schaltungsanordnung erhält man gegenüber den vorstehenden Ausführungsbeispielen eine weitere Schaltungsvereinfachung, da neben einem Wegfall der Wicklungsanzapfung gemäß Figur 1 die parallel zur Drossel 3 geschaltete Diode 17 sowie Zenerdiode 18 entfallen können. Die Entmagnetisierung der Drossel 3 übernimmt in diesem Ausführungsbeispiel die erste Diode 7 selbst, so daß neben einer Einsparung an Bauelementen auch der Wirkungsgrad der gesamten Schaltung erheblich vergrößert werden kann, da eventuelle Magnetisierungsspitzen der Drossel 3 über die erste Diode 7 auf den Kondensator 5 geleitet werden.With this circuit arrangement one obtains compared to the above Embodiments a further circuit simplification, since in addition to an omission the winding tap according to FIG. 1, the diode connected in parallel with the choke 3 17 and Zener diode 18 can be omitted. The demagnetization of the throttle 3 takes over In this embodiment, the first diode 7 itself, so that in addition to a saving of components also significantly increases the efficiency of the entire circuit can be, since possible magnetization peaks of the choke 3 via the first diode 7 are passed to the capacitor 5.
Der in Fig. 4 dargestellte Verlauf der von dem elektronischen Schaltnetzteil abgegebenen mittleren Leistung B L sowie der von dem elektronischen Schaltnetzteil abgegebenen mittleren Ausgangsspannung UL in Abhängigkeit vom mittleren Leitwert GL der an das elektronische Schaltnetzteil angeschlossenen Last 6 zeigt, dass die Ausgangsspannung Ut bis zur strichpunktiert eingetragenen Nennbelastung GLN konstant ist oder nur geringfügig ansteigt. Bei weiterem Anstieg der mittleren Nennbelastung Gt fällt die Ausgangsspannung Ut und damit die an den Verbraucher 6 übertragbare Leistung PL stark ab, so dass das elektronische Schaltnetzteil gemäss der vorliegenden Erfindung ohne zusätzlichen Aufwand allein durch eine geeignete Dimensionierung der Schaltung gegen eine Uberlastung geschützt werden kann. Dies gilt - wie der Darstellung gemäss Fig. 2 zu entnehmen ist - für unterschiedliche Eingangsspannungswerte, wobei die durchgezogenen Linien einer Eingangs spannung von ca.The curve shown in Fig. 4 of the electronic switched-mode power supply output mean power B L and that of the electronic switched-mode power supply given mean output voltage UL depending on the mean conductance GL of the load 6 connected to the electronic switched-mode power supply shows that the Output voltage Ut constant up to the nominal load GLN entered with dash-dotted lines or increases only slightly. With a further increase in the mean nominal load Gt, the output voltage Ut and thus that which can be transmitted to the consumer 6 falls Power PL strongly from, so that the electronic switching power supply according to the present Invention without additional effort solely through suitable dimensioning the circuit can be protected against overload. This applies - like that The illustration according to FIG. 2 can be seen - for different input voltage values, where the solid lines indicate an input voltage of approx.
230 V entsprechen, während die gestrichelten Linien einer Eingangsspannung von ca. 125 V entsprechen.230 V correspond, while the dashed lines correspond to an input voltage of approx. 125 V.
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|---|---|---|---|
| DE19833334732 DE3334732A1 (en) | 1983-09-24 | 1983-09-24 | Electronic switched-mode power supply having a reactor converter |
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|---|---|---|---|
| DE19833334732 DE3334732A1 (en) | 1983-09-24 | 1983-09-24 | Electronic switched-mode power supply having a reactor converter |
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| DE3334732A1 true DE3334732A1 (en) | 1985-04-11 |
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Family Applications (1)
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| DE19833334732 Withdrawn DE3334732A1 (en) | 1983-09-24 | 1983-09-24 | Electronic switched-mode power supply having a reactor converter |
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| DE (1) | DE3334732A1 (en) |
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