DE3336559C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Schaltnetz­ teil ist aus JP 57-97 364 (A) Ini Patents Abstr. of Japan Sect E, Vol. 6, Nr. 182 (1982), (E131) bekannt. Bei die­ sem Treiber-Schaltkreis für einen Leistungs-Stromrichter erfolgt die Ansteuerung des Haupttransistors mit einer Spannung, die mittels eines weiteren Transistors über eine Transformatorwicklung erzeugt wird. Zur Ansteuerung des weiteren Transistors ist keine Steuer- und Regelein­ richtung vorgesehen. Die Ansteuerung erfolgt vielmehr unter Einsatz von Widerständen, Kondensatoren und Trans­ formatorwicklungen zur Bildung eines Schwingkreises. Die Ansteuerkanäle beider Transistoren sind galvanisch mit­ einander verbunden.

Ein ähnliches Schalternetzteil ist aus O. Macek, "Schalt­ netzteile, Motorsteuerungen und ihre speziellen Bautei­ le", Hüthig-Verlag, Heidelberg, 1982, Seite 82, Bild 2.34 bekannt. Dabei handelt es sich um einen regelbaren Zweitransistor-Durchflußwandler. Derartige Schaltnetzteile mit zwei synchron anzusteuernden elek­ tronischen Schaltern, vorzugsweise Leistungs-Schalttran­ sistoren, werden insbesondere dann verwendet, wenn eine höhere Leistung gefordert wird oder die Eingangsgleich­ spannung nahe der Sperrfähigkeitsgrenze der elektroni­ schen Schalter liegt. Zur Ansteuerung der elektronischen Schalter sind zwei signaltechnisch zwar identische, je­ doch galvanisch getrennte Ansteuer-Kanäle notwendig, da sich die elektronischen Schalter auf verschiedenen Po­ tentialen befinden. Während eine Steuer- und Regelein­ richtung den einen elektronischen Schalter direkt an­ steuern kann - üblicherweise ist dies der mit dem Minus­ pol der Eingangsgleichspannungsquelle verbundene elek­ tronische Schalter -, muß der weitere elektronische Schalter über einen potentialtrennenden Signalübertrager angesteuert werden. Der Einsatz eines derartigen Potentialtrennungsgliedes ist jedoch aufwendig und be­ dingt nachteilige Zeitverzögerungen bei der synchronen Ansteuerung der elektronischen Schalter.

Aus der DE-OS 27 46 504 ist eine Stromversorgungsein­ richtung zum Umwandeln wenigstens einer Netzwechselspan­ nung in eine Niedervolt-Gleichspannung bekannt. Dabei weist der Gleichspannungswandler einen Transformator auf, an dessen eines Ende der Primärwicklung ein erster elektronischer Schalter und an dessen anderes Ende der Primärwicklung ein zweiter elektronischer Schalter ange­ schlossen ist. Dabei ist jedoch neben dem Haupttransfor­ mator ein eigener potentialtrennender Steuertransforma­ tor zur Ansteuerung der elektronischen Schalter vorgese­ hen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art anzu­ geben, das eine synchrone Ansteuerung der beiden elek­ tronischen Schalter ohne den Einsatz eines Potential­ trennungsgliedes ermöglicht, wobei die Ansteuerkanäle der beiden elektronischen Schalter galvanisch voneinan­ der getrennt sein müssen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß eine präzise Ansteuerung der beiden elektronischen Schalter in einfacher und preiswerter Weise erzielt wird. Die Steuerwicklung kann sehr lei­ stungsschwach ausgelegt werden. Durch den Widerstand zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Dioden-Kon­ densator-Verbindungspunkt kann der Ladungsverlust nach­ geliefert werden, der über die Diode entnommen wird, wenn sich der zweite elektronische Schalter im Ein­ schaltzustand befindet und der erste elektronische Schalter noch nicht leitend ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Durchflußwandler mit zwei elektronischen Schaltern und Begrenzungsdioden,

Fig. 2 eine Variante mit Sperrwandler.

In Fig. 1 ist ein Durchflußwandler mit zwei elektroni­ schen Schaltern und Begrenzungsdioden dargestellt. Der Durchflußwandler ist an eine Gleichspannungsquelle 1 mit Pluspol 2 und Minuspol 3 angeschlossen. Ein erster elek­ tronischer Schalter 4 (z. B. Leistungs-Schalttransistor) ist einerseits mit dem Minuspol 3, andererseits über eine erste Begrenzungsdiode 5 mit dem Pluspol 2 verbun­ den. Zur direkten Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters 4 dient eine Steuer- und Regeleinrichtung 6. Ein zweiter elektronischer Schalter 7 (z. B. Lei­ stungs-Schalttransistor) liegt einerseits am Pluspol 2, andererseits über einer zweiten Begrenzungsdiode 8 am Minuspol 3.

Zur galvanischen Trennung und Spannungsübersetzung weist der Durchflußwandler einen Mittelfrequenztransformator 9 mit einer Primärwicklung 10 mit Mittelanzapfung, eine auf der Primärseite liegende, zur Ansteuerung des zwei­ ten elektronischen Schalters 7 dienende Steuerwicklung 1 und eine Sekundärwicklung 12 auf. Die äußeren Klemmen (Enden) der Primärwicklung 10 sind dabei an die gemein­ samen Verbindungspunkte des ersten Schalters 4 mit der ersten Begrenzungsdiode 5 und des zweiten Schalters 7 mit der zweiten Begrenzungsdiode 8 angeschlossen. Die Mittelanzapfung der Primärwicklung 10 liegt über eine Diode 13 und die Parallelschaltung eines Kondensators 14 mit einem Widerstand am Pluspol 2. Zusätzlich kann die Diode 13 noch über einen Kondensator 16 mit dem Minuspol 3 verbunden sein. Alternativ hierzu kann der Kondensator 14 auch durch den Kondensator 16 ersetzt werden.

Die erste Klemme der Sekundärwicklung 12 ist über eine Diode 17, eine Drosselspule 18 und einen Glättungskon­ densator 19 mit der zweiten sekundärseitigen Klemme ver­ bunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt von Diode 17 und Drosselspule 18 ist über eine Freilaufdiode 20 ebenfalls an die zweite Klemme der Wicklung 12 angeschlossen.

Parallel zum Kondensator 19 ist eine Gleichstromlast 21 schaltbar.

In Fig. 2 ist eine Variante zur Fig. 1 mit einem Sperr­ wandler anstelle eines Durchflußwandlers dargestellt. Die Anordnung der primärseitigen Bauteile 1 bis 16 ist dabei wie unter Fig. 1 beschrieben, lediglich die Be­ schaltung der Sekundärwicklung 12 des Mittelfrequenz­ transformators 9 ist unterschiedlich. Die erste Klemme der Sekundärwicklung 12 ist dabei über eine Diode 22 und einen Glättungskondensator 23 mit der zweiten Klemme der Wicklung 12 verbunden. Parallel zum Glättungskondensator 23 wird eine Gleichstromlast 24 angeschlossen.

Die Funktionsweise des Schaltnetzteils ist wie folgt:

Die beiden elektronischen Schalter 4 und 7 legen im Schaltbetrieb (Frequenz etwa 25 kHz) die Primärwicklung 10 des Mittelfrequenztransformators 9 periodisch an die Eingangsgleichspannung der Gleichspannungsquelle 1.

In der EIN-Phase wird der erste elektronische Schalter 4 durch die Steuer- und Regeleinrichtung 6 direkt ange­ steuert und geschlossen. Hierdurch verbindet der Schal­ ter 4 das erste Ende der Primärwicklung 10 mit dem Minuspol 3 der Gleichspannungsquelle 1. Der mit dem Pluspol 2 verbundene Widerstand 15 und der dazu parallel geschaltete, auf die halbe Speisespannung aufgeladene Kondensator 14 liefern im Einschaltaugenblick des elek­ tronischen Schalters 4 einen Strom über die Diode 13 und die Mittenanzapfung in die erste Hälfte der Primär­ wicklung 10. Als Folge der dadurch entstehenden Primär­ spannung wird in der Steuerwicklung 11 eine Steuerspan­ nung induziert. Diese induzierte Spannung dient zur in­ direkten Ansteuerung des zweiten elektronischen Schal­ ters 7 durch den ersten Schalter 4. Durch den sich folg­ lich schließenden zweiten elektronischen Schalter 7 wird das zweite Ende der Primärwicklung 10 mit dem Pluspol 2 der Gleichspannungsquelle 1 verbunden, was einen Strom­ fluß vom Pluspol 2, über den Schalter 7, die Primärwick­ lung 10 und den Schalter 4 zum Minuspol 3 zur Folge hat.

In der AUS-Phase wird der erste elektronische Schalter 4 durch die Steuer- und Regeleinrichtung 6 geöffnet, d. h. das erste Ende der Primärwicklung 10 wird vom Minuspol 3 abgetrennt. Die Primärspannung (= Spannung an der Wick­ lung 10) wird abgebaut und der Primärstrom (= Strom durch die Wicklung 10) fließt über den zweiten elektro­ nischen Schalter 7, die Primärwicklung 10 und die erste Begrenzungsdiode 5 weiter. Da jedoch mit der Primärspan­ nung auch die Steuerspannung an der Steuerwicklung 11 abgebaut wird, sperrt auch der zweite elektronische Schalter 7 nach einer kurzen Übergangszeit. Während dieser kurzen Zeitspanne liegt an der Mittenanzapfung der Primärwicklung 10 die volle Speisespannung, während in der Leitphase beider elektronischen Schalter 4, 7 kurz zuvor noch die halbe Speisespannung an der Mitten­ anzapfung gelegen hat. Um den Kondensator 14 (und gege­ benenfalls den Kondensator 16) nicht dauernd umzuladen, ist zur Abkopplung die Diode 13 erforderlich.

Nach dem Sperren des zweiten elektronischen Schalters 7 ergibt sich ein Stromfluß vom Minuspol 3 über die Diode 8, die Primärwicklung 10 und die Diode 5 zum Pluspol 2 (Entmagnetisierungsbetrieb). Die beiden Dioden 5 und 8 begrenzen also die durch die Primärwicklung 10 hervorge­ rufenen indirekten Abschaltspannungsspitzen auf die Höhe der Eingangsgleichspannung.

Die Sekundärwicklung 12 des Transformators 9 liefert nach dem Durchfluß- oder Sperrwandlerprinzip die ge­ wünschte Ausgangsspannung. Bei der Sperrwandler-Schal­ tung gemäß Fig. 2 wird während der Leitphase der elek­ tronischen Schalter 4 und 7 Energie vom Transformator 9 aufgenommen und während der Sperrphase an den Kondensa­ tor 23 und die Gleichstromlast 24 abgegeben. Bei der Durchflußwandler-Schaltung gemäß Fig. 1 wird im Gegen­ satz hierzu bereits während der Leitphase der elektroni­ schen Schalter 4 und 7 Energie in den Lastkreis übertra­ gen. Die Freilaufdiode 20 ist gesperrt. Gleichzeitig nimmt die Drosselspule 18 mit dem ansteigenden Strom Energie auf, die dann während der Sperrphase der Schal­ ter 4 und 7 über die jetzt leitende Diode 18 an den Lastkreis abgegeben wird.

Werden mehrere Ausgangsspannungen gewünscht, so sind mehrere Sekundärwicklungen vorzusehen. Wenn Wert auf eine kleine Ausgangswelligkeit gelegt wird, ist die Durchflußwandler-Schaltung nach Fig. 1 vorzuziehen. Diese bedingt jedoch einen größeren Aufwand durch die zusätzliche Drosselspule 18 und die Freilaufdiode 20, der Transformator 9 kann aber kleiner ausgelegt werden als bei der Sperrwandler-Schaltung nach Fig. 2.

Claims (1)

1. Schaltnetzteil mit einem Transformator, dessen Primärwicklung über zwei synchron anzusteuernde elektro­ nische Schalter mit einer Gleichspannungsquelle verbind­ bar ist, wobei der Transformator eine zusätzliche Steu­ erwicklung zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters aufweist und die Primärwicklung mit einer Mit­ tenanzapfung versehen ist, an die eine Diode mit ihrer Kathode angeschlossen ist, wobei die Anode der Diode über mindestens einen Kondensator mit mindestens einem Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite elektronische Schalter (4) durch eine Steuer- und Regeleinrichtung (6) direkt an steuerbar ist und daß ein Widerstand (15) zwischen dem Pluspol (2) der Gleichspannungsquelle (1) und dem ge­ meinsamen Verbindungspunkt von Diode (13) und Kondensa­ tor(en) (14, 16) angeordnet ist.