DE3437218A1 - Primary-pulsed switched-mode power supply - Google Patents

Abstract

The invention relates to a primary-pulsed switched-mode power supply having a flyback converter with a primary winding and secondary winding (1, 2). Arranged between the reference point (P) on the primary side and the load side of the flyback converter (1, 2) is a feedback circuit (CK) which feeds back a load-side voltage to the reference potential, in the sense of compensating for the asymmetric interference voltage component. <IMAGE>

Description

Primärgetaktetes SchaltnetzteilPrimary switched mode power supply

Die Erfindung betrifft ein primärgetaktetes Schaltnetzteil mit einem Sperrwandler mit Primär- und Sekundärwicklung.The invention relates to a primary clocked switched-mode power supply with a Flyback converter with primary and secondary winding.

Bei einem Schaltnetzteil dieser Art tritt aufgrund der kapazitiven Verkopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung eine asymmetrische Störkomponente auf.With a switched-mode power supply of this type occurs due to the capacitive Coupling between the primary and the secondary winding is an asymmetrical interference component on.

Anhand der Figur 1 sei dies näher erläutert.This will be explained in more detail with reference to FIG.

In der Figur 1 ist ein Schaltnetzteil mit einer Primärwicklung 1 und einer Sekundärwicklung 2 eines Sperrwandlers dargestellt, bei dem die Primärwicklung 1 über einen Schalttransistor 3 von einem Taktgeber 4 periodisch eingeschaltet wird. Die Stromversorgung der Primärwicklung 1 erfolgt vom Netz an den Klemmen 5 über einen Entstörkondensator 6, eine stromkompensierte Ringkerndrossel 7, einen Netzgleichrichter 8 und einen Glättungskondensator 9.In the figure 1 is a switching power supply with a primary winding 1 and a secondary winding 2 of a flyback converter, in which the primary winding 1 is switched on periodically by a clock generator 4 via a switching transistor 3. The primary winding 1 is supplied with power from the mains at terminals 5 an interference suppression capacitor 6, a current-compensated toroidal core choke 7, a power rectifier 8 and a smoothing capacitor 9.

Die Lastspannung UL wird von der Sekundärwicklung 2 über eine Gleichrichterdiode 10 geliefert.The load voltage UL is obtained from the secondary winding 2 via a rectifier diode 10 delivered.

Die asymmetrische Störkomponente wird durch eine virtuelle Störspannungs- bzw. Stromquelle zwischen der Eingangs-und Ausgangsseite erzeugt. Bei weitgehender Unterdrückung durch die Kapazität Cx des Entstörkondensators 6, CL eines Glättungskompensators 11 und C5 des Glättungskondensators 9 können die symmetrischen Störspannungen an der Last in den nachfolgenden Betrachtungen vernachlässigt werden.The asymmetrical interference component is caused by a virtual interference voltage or power source generated between the input and output side. With far Suppression by the capacitance Cx of the interference suppression capacitor 6, CL of a smoothing compensator 11 and C5 of the smoothing capacitor 9 can apply the symmetrical interference voltages the load can be neglected in the following considerations.

Die Figur 1 läßt sich zum Wechselspannungs-Ersatzschaltbild nach Figur 2 reduzieren. Die asymmetrische Störspannung U2 ruft in der Netznachbildung Zn bzw. in der Lastimpedanz ZL die Störpegel Ua1 und a2 hervor. Die Störspannung U2 (bzw. der Störstrom 12) entsteht durch die unvermeidlichen parasitären Koppelkapazitäten zwischen Primärwicklung 1 und Sekundärwicklung 2. In den Figuren 1, 2, 3 wurden die möglichen Koppelkapazitäten zur einfacheren Darstellung auf C1, C2, C3 und C4 reduziert.FIG. 1 can be used for the alternating voltage equivalent circuit according to FIG 2 reduce. The asymmetrical interference voltage U2 calls in the network simulation Zn resp. the interference levels Ua1 and a2 emerge in the load impedance ZL. The interference voltage U2 (or the interference current 12) arises from the unavoidable parasitic coupling capacitances between primary winding 1 and secondary winding 2. In Figures 1, 2, 3 were the possible coupling capacities for easier representation on C1, C2, C3 and C4 reduced.

Bei optimaler Verkopplung der Primär- und Sekundärwicklung 1, 2 lassen sich diese vereinfacht als Spannungsquellen UE und U5 nach Figur 3 darstellen.If the primary and secondary winding 1, 2 are optimally coupled these are represented in simplified form as voltage sources UE and U5 according to FIG. 3.

Zur wirksamen Unterdrückung der asymmetrischen Störkomponente ist anzustreben, daß U2 Null wird.For effective suppression of the asymmetrical interference component is strive for U2 to be zero.

Zur Reduzierung der asymmetrischen Störspannung U2 ist es bekannt, die Primär- und Sekundärwicklung 1, 2 abzuschirmen. Dadurch sind jedoch insbesondere erhöhte Fertigungskosten bedingt. Ferner ist es bekannt, die Kapazität C2 durch Parallelschaltung eines externen Kondensators künstlich zu erhöhen, so daß sich die wirksame Störspannung U2 bei gegebenem Strom I2' (Fig. 3) reduziert. Ein solcher zusätzlicher Kondensator muß zur ausreichenden Entstörwirkung jedoch eine relativ hohe Kapazität aufweisen und den gleichen Anforderungen wie z.B. der Isolationsaufbau zwischen Primär- und Sekundärwicklung 1, 2 entsprechen.To reduce the asymmetrical interference voltage U2, it is known shield the primary and secondary windings 1, 2. This, however, are particular increased manufacturing costs. It is also known to use the capacitance C2 Parallel connection of an external capacitor artificially increase, so that the effective interference voltage U2 for a given current I2 '(Fig. 3) is reduced. Such a However, an additional capacitor must have a relative effect for sufficient interference suppression have a high capacity and the same requirements as e.g. the insulation structure between primary and secondary winding 1, 2 correspond.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein primärgetaktetes Schaltnetzteil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine wirksame Funkentstörung durch Unterdrückung der asymmetrischen Störspannung U2 mit geringem Aufwand erfolgt.The invention is accordingly based on the object of providing a primary clocked To train switched-mode power supply of the type mentioned so that an effective radio interference suppression by suppressing the asymmetrical interference voltage U2 with little effort.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, zwischen dem primärseitigen Bezugspunkt und der Lastseite des Sperrwandlers eine Gegenkopplungsschaltung angeordnet ist, die die lastseitige Spannung im Sinne einer Kompensation der asymmetrischen Störspannungskomponente auf das Bezugspotential gegenkoppelt.According to the invention, this object is achieved between the primary-side A negative feedback circuit is arranged on the reference point and the load side of the flyback converter is that the load-side voltage in the sense of a compensation of the asymmetrical Interference voltage component fed back to the reference potential.

Unter der Voraussetzung, daß zwischen Primär- und Sekundärwicklung eine möglichst gute magnetische Verkopplung, die Wicklungswiderstände möglichst gering und die maximalen Ausgangsströme relativ gering sind, weist die Spannungsquelle U5 annähernd die gleiche Spannungs-Zeitfunktion wie die Spannungsquelle UG auf. Bei entsprechender Phasenlage läßt sich die Spannungsquelle U5 daher vorwiegend im unteren Frequenzbereich des Störspektrums zur Kompensation der unerwünschten wirksamen unsymmetrischen Störspannung U2 (Fig. 2, 3) verwenden.Provided that between the primary and secondary winding the best possible magnetic coupling, the winding resistances as possible low and the maximum output currents are relatively low, the voltage source U5 has approximately the same voltage-time function as the voltage source UG. With a corresponding phase position, the voltage source U5 can therefore be predominantly in the lower frequency range of the interference spectrum to compensate for the undesired Use effective asymmetrical interference voltage U2 (Fig. 2, 3).

Nach Figur 3 ist C4 so weit zu erhöhen, daß der Strom I2' gegen Null geht, d.h. I5 = I1.According to FIG. 3, C4 is to be increased so far that the current I2 'approaches zero goes, i.e. I5 = I1.

Überschlägig läßt sich die erforderliche Kompensations-Kapazität CK wie folgt bestimmen: Annahme: C1 = C3 = C4 CK = 2C1 (UG/US ) Die Summe aller parasitären Koppelkapazitäten läßt sich überschlägig meßtechnisch ermitteln.The required compensation capacity CK determine as follows: Assumption: C1 = C3 = C4 CK = 2C1 (UG / US) The sum of all parasitic Coupling capacities can be roughly determined by measurement.

Eine Optimierung der Kompensations-Kapazität CK läßt sich experimentell durchführen. Die optimierte Wert gilt nur für eine bestimmte Aufteilung der parasitären Koppelkapazitäten C1 - C4. Durch entsprechende Formgebung der Wickelkörper und automatisierte Fertigung der Wandler- transformatoren lassen sich die Abweichungen der parasi tären Koppelkapazitäten C1 - C4 klein halten.The compensation capacitance CK can be optimized experimentally carry out. The optimized value is only valid for a certain division of the parasitic Coupling capacities C1 - C4. By appropriate shaping of the winding body and automated Manufacture of the converter transformers allow the deviations keep the parasitic coupling capacitances C1 - C4 small.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 4 bis 9 in Verbindung mit den Unteransprüchen.Details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments on the basis of FIGS. 4 to 9 in conjunction with the subclaims.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, die Kompensations-Kapazität CK durch einen zusätzlichen externen Kondensator zwischen dem Punkt C der Sekundärwicklung 2 und dem Punkt B der Primärwicklung 1, also dem Bezugspunkt P, zu realisieren. Die Figur 4 zeigt eine davon abweichende Realisierung, bei der die Primärwicklung 1 zwischen den Punkten A und B und die Sekundärwicklung 2 zwischen den Punkten C und D im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmig auf den Wickelkörper 12 gewickelt sind, so daß sich aufgrund der geometrischen Anordnung der Wicklungen 1, 2 zwischen den Punkten B und C eine Kapazität C4 der erforderlichen Größe ergibt.In principle, it is possible to use the compensation capacitance CK by an additional external capacitor between point C of the secondary winding 2 and the point B of the primary winding 1, i.e. the reference point P, to be realized. FIG. 4 shows a different implementation in which the primary winding 1 between points A and B and the secondary winding 2 between points C. and D wound onto the bobbin 12 in a substantially triangular shape in cross section are, so that due to the geometric arrangement of the windings 1, 2 between the points B and C results in a capacitance C4 of the required size.

Die Figur 5 zeigt, daß die Kapazität C4 künstlich durch in den Wandlertransformator eingelegte Metallfolien 13, 14 zwischen eine Isolierschicht 15 erhöht ist.Figure 5 shows that the capacitance C4 artificially through in the converter transformer inserted metal foils 13, 14 between an insulating layer 15 is increased.

Um eine Kompensationsspannung mit einer der Primärspannung identischen Spannungs-Zeitfunktion zu erhalten, ist eine möglichst enge magnetische Kopplung an die Primärwicklung erforderlich. Bei hinreichender Kopplung und kleiner sekundärer Belastung kann die Spannung der entsprechend polarisierten Sekundärwicklung 2 zur Bildung des Kompensationsstromes 1K herangezogen werden (Fig. 6) Die Figur 7 zeigt eine Schaltung mit kapazitiver Spannungsteilung zur Erzeugung der Kompensationsspannung.To create a compensation voltage with one of the primary voltage identical Obtaining the voltage-time function is as close a magnetic coupling as possible required to the primary winding. With sufficient coupling and smaller secondary Load can increase the voltage of the correspondingly polarized secondary winding 2 Formation of the compensation current 1K can be used (FIG. 6). FIG. 7 shows a circuit with capacitive voltage division to generate the compensation voltage.

Eine Parallelkapazität zur Diode 10 wird durch die Reihenschaltung zweier Kapazitäten Cp1 und Cp2 gebildet.A parallel capacitance to the diode 10 is through the Series connection two capacitors Cp1 and Cp2 formed.

Die Kompensationsspannung U5 wird durch kapazititve Spannungsteilung Us = UD Cpl/(Cpl + Cp2) gewonnen.The compensation voltage U5 is generated by capacitive voltage division Us = UD Cpl / (Cpl + Cp2) gained.

Die Figur 8 zeigt eine Ausführung mit einer getrennten Kompensationswicklung NK auf dem Wandlertransformator.FIG. 8 shows an embodiment with a separate compensation winding NK on the converter transformer.

Die Kompensationswicklung NK wird nicht mit nichtlinearen Bauelementen (Ausgangsdiode) belastet, so daß keine Verzerrung der Kompensationsspannung entsteht, die über die Kapazität CK dem Bezugspunkt P zugeführt wird.The compensation winding NK is not made with non-linear components (Output diode) loaded so that there is no distortion of the compensation voltage, which is fed to the reference point P via the capacitance CK.

Die Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer optimalen Funkentstörung. Parallel zur Diode 10 ist ein kapazitiver Spannungsteiler mit der Reihenschaltung aus den Kapazitäten Cpl, Cp2 geschaltet, deren gemeinsamer Punkt über eine Koppelkapazität CK zum Bezugspunkt P geführt ist. Ferner ist der Kern K des Sperrwandlers über die Kapazität C4 mit dem nicht zur Diode 10 führenden Ende D der Sekundärwicklung 2 verbunden. FIG. 9 shows an exemplary embodiment with optimal radio interference suppression. In parallel with the diode 10, a capacitive voltage divider with the series circuit of the capacitors Cpl, Cp2 is connected, the common point of which is led to the reference point P via a coupling capacitance CK. Furthermore, the core K of the flyback converter is connected to the end D of the secondary winding 2 that does not lead to the diode 10 via the capacitance C4.

- Leerseite -- blank page -

Claims (7)

Patentansprüche fl\ Primärgetaktetes Schaltnetzteil mit einem Sperrwandler mit Primär- und Sekundärwicklung (1, 2), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem primärseitigen Bezugspunkt (P) und der Last (ZL) des Sperrwandlers (1, 2) eine Gegenkopplungsschaltung (C4, CK, Cpl, Cp2, NK) angeordnet ist, die eine lastseitige Spannung im Sinne einer Kompensation der asymmetrischen Störspannungskomponente (U2) auf das Bezugspotential gegenkoppelt.Claims fl \ Primary switched mode power supply with a flyback converter with primary and secondary winding (1, 2), d a u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that between the primary-side reference point (P) and the load (ZL) of the flyback converter (1, 2) a negative feedback circuit (C4, CK, Cpl, Cp2, NK) is arranged, the one load-side voltage in the sense of a compensation of the asymmetrical interference voltage component (U2) negative feedback to the reference potential. 2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gegenkopplungsschaltung eine Kapazität (C4, CK) aufweist.2. Switching power supply according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the negative feedback circuit has a capacitance (C4, CK). 3. Schaltnetzteil nach Anspruch 2, d a d u r c h gek e n n z e ich ne t , daß die Kapazität (C4) durch die geometrische Anordnung der Primär- und Sekundärwicklung (1, 2) gebildet ist.3. Switching power supply according to claim 2, d a d u r c h gek e n n z e i ne t that the capacitance (C4) by the geometric arrangement of the primary and secondary windings (1, 2) is formed. 4. Schaltnetzteil nach Anspruch 2, d a d u r c h gek e n n z e i c h ne t , daß die Kapazität (CK) von in den Sperrwandler (1, 2) eingelegten Metallfolien (13, 14) gebildet ist.4. Switching power supply according to claim 2, d a d u r c h gek e n n z e i c h ne t that the capacitance (CK) of the metal foils inserted in the flyback converter (1, 2) (13, 14) is formed. 5. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, bei dem der Sekundärwicklung (2) eine Diode (10) nachgeschaltet ist, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß parallel zur Diode (10) die Reihenschaltung aus zwei Kapazitäten (Cp1, Cp2) liegt, deren gemeinsamer Punkt auf den Bezugspunkt (P) geführt ist.5. Switching power supply according to claim 1, wherein the secondary winding (2) a diode (10) is connected downstream, d a u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t, that parallel to the diode (10) the series connection of two capacitors (Cp1, Cp2) whose common point is led to the reference point (P). 6. Schaltnetzteil nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Verbindungs- leitung zwischen den beiden Kondensatoren (Cp1, Cp2) und dem Bezugspunkt (P) eine weitere Kapazität (CK) liegt.6. Switching power supply according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the connection line between the two Capacitors (Cp1, Cp2) and the reference point (P) a further capacitance (CK) lies. 7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kern (K) des Sperrwandlers (1, 2) über eine Kapazität (C4) mit dem nicht zur Diode (10) führenden Ende (D) der Sekundärwicklung (2) verbunden ist.7. Switching power supply according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the core (K) of the flyback converter (1, 2) has a capacitance (C4) with the end (D) of the secondary winding (2) not leading to the diode (10) is connected.