DE8809723U1

DE8809723U1 - Schaltnetzteil mit einem primär getakteten Gleichspannungswandler

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Publication number: DE8809723U1
Application number: DE8809723U
Authority: DE
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1988-07-30
Filing date: 1988-07-30
Publication date: 1988-12-08

Description

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Schaltnetzteil mit einem primär getakteten Gleichspannungswandler

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit einem primär getakteten Gleichspannungswandler zur geregelten Speisung eines elektrischen Verbrauchers aus einer Eingangsspannungsquelle unterschiedlicher Spannung, bei der die Primärwicklung eines Übertragers über die Hauptstromstrecke eines ersten steuerbaren Halbleiters und einen ersten Widerstand mit der Eingangsspannungsqueli« in Verbindung steht, bei der eine Sekundärwicklung des Übertragers den Verbraucher speist und eine sekundärseitige Rückkopplung auf die Steuerelektrode des ersten steuerbaren Halbleiters vorgesehen ist und bei der die Leitfähigkeit tines zweiten steuerbarer Halbleiters, dessen Hauptstromstrecke zwischen der Steuerelektrode des ersten steuerbaren Halbleiters und einem Pol der Efnganqsspannungsquelle liegt, von zwei Steuersignalen beeinflußbar ist, wobei das erste Steuersignal dem durch die Primärwicklunc fließenden Primärstrom und das zweite Steuersignal der Eingangsspannung proportional ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus dem "Applikationsbucr Band 2", zweite Auflage, herausgegeben von Texas Instrument« Deutschland GmbH, 1978, Seiten 132 bis 135, insbesondere Abbildung 19 und 20 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung wird das zweite, der Eingangsspannung proportionale Steuersignal aus einen aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler (R5/R6 in Abb. 19), aer zwischen den beiden Polen der Eingangsspanmingsquellf liegt, gewonnen und der Steuerelektrode eines Thyristors al; zweitem steuerbaren Halbleiter zugeführt. Über einen weiteren Widerstand wird das erste, dem Primärstrom proportionale Steuersignal ebenfalls an die Steuerelektrode des Thyristors geführt. Dc

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der rein ohmsche Spannungsteiler über der Eingangsspannung liegt und je nach der Eingangsimpedanz des zweiten steuerbaren Halbleiters und der Impedanz der Zuführung des ersten Steuersignals vergleichsweise niedero'/Miig sein muß, ergibt sich vor allem bei hohen Eingangsspannungen eine verhältnismässig große Verlustleistung. Die sekundärseitige Rückkopplung auf die Steuerelektrode des ersten steuerbaren Halbleiters erfolgt hier über eine zweite Sekundärwicklung (Nl).

Schaltungsanordnungen der gleichen Gattung, bei denen im Vergleich zur vorher genannten Veröffentlichung bereits eine Reduzierung der Verlustleistung erfolgt, sind aus der EP 0 030 026 Bl und der DE 36 18 221 Cl bekannt. In der EP 0 030 026 Bl wird eine Verringerung der Verlustleistung dadurch bewirkt, daß das zweite Steuersignal, das der Eingangsspannung proportional ist, aus der Sekundärwicklung gewonnen wird. Allerdings stellt hier die Gegenkopplungsanordnung eine Parallelschaltung für die beiden Steuersignale dar. Eine weitere Verbesserung stellt die aus der DE 36 18 221 Cl bekannte Anordnung dar. Bei dieser Anordnung sind die beiden Steuersignale in Reihe geschaltet, wodurch - trotz Gewinnung des der Eingangsspannung proportionalen Steuersignals aus dem Primärkreis (wie in dem Applikationsbuch von Texas Instruments) - die Verlustleistung reduziert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Schaltnetzteil der eingangs genannten Art die Verlustleistung weiter zu verringern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen der Sekundärwicklung und dem Verbindungspunkt des ersten Widerstands mit einer Hauptelektrode des ersten steuerbaren Halbleiters eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die einen Kondensator aufweist, an dessen einem Ende während der Flußphase des ersten steuerbaren

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Halbleiters die Summe der beiden Steuersignale anliegt und diese die Leitfähigkeit des zweiten steuerbaren Halbleiters beeinflußt.

Diese Lösung ermöglicht ein sehr verlustarmes Konstanthalten des Ausgangsstroms über einen großen Eingangsspannungsbereich von etwa 1:3, also beispielsweise von 100 Volt bis 300 Volt, da zum einen das zweite Steuersignal aus der Sekundärseite des Netzteils gewonnen wird und zum anderen beide Steuersignale in Reihe geschaltet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einem Motor und einem Akkumulator als Verbraucher, bei dem auch der Primärstrom über den Verbraucher fließt und

Fig. 2 den Kurvenverlauf der Spannung am Kondensator (Punkt A in Fig. 1) bei unterschiedlichen Eingangsspannungen.

Das in Fig. 1 dargestellte Schaltnetzteil weist einen primär getakteten Sperrwandler mit einem Übertrager 5 und einem ersten Transistor 1 sowie einer im Lastkreis vorgesehenen Diode 31 auf, die so gepolt ist, daß die in der Sperrzeit des ersten Transistors im Übertrager 5 gespeicherte Energie in den Verbraucher 6, der hier aus einem Akkumulator 61 und aus einem über einen Schalter 63 an den Akkumulator 61 schaltbaren Gleichstrommotor 62 besteht, entladen wird. Ist der Verbraucher nur ein

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Gleichstrof^oloi- ^ne einen Akkumulator, muß dem Motor zur Glättung der Ausgangsspannung ein Kondensator parallel geschaltst werden. Der Sperrwandler wird über eine Gleichrichter-Brtickenschaltung 4 und einen Widerstand 28 aus einem Gleich- oder Wechselspannungsnetz gespeist, dessen Spannung zwischen 100 und 250 Veit, im Extremfall aber auch 12 Volt, und dessen Frequenz im Falle eines speisenden Wechsel Spannungsnetzes nahezu beliebig sein kann, variieren kann. Die gleichgerichtete Ausomgsspannung w'&ngr;&oacgr; über eine LängsdrosseT H und einen Querkondensator 9 an den Eingang des Sperrwandlers bzw. der Steuer- und Regel elektronik gelegt.

Die gleichgerichtete Spannung L) liegt an der Reihenschaltung der Primärwicklung 51 des Übertragers 5, der Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors 1, dem ersten Widerstand 21 und dem Verbraucher 6. Bei dieser Anordnung wird der Akkumulator 61 nicht nur von dem durch die Sekundärwicklung 52 fließenden Sekundärstrom durchflossen, sondern zusätzlich auch noch von dem durch die Primärwicklung 51 fließenden Primärstrofr,. Die Basis des ersten Transistors 1 ist sowohl über die Reihenschaltung eines Widerstandes 26 und eines Kondensators 12 mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung 52 des Übertragers 5 als auch über einen Widerstand 25 mit dem positiven Potential der gleichgerichteter) Spannung U verbunden. Darüberhinaus ist die Basis des ersten Transistors 1 über die Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors 2 ir.it M=><=se- oder Bezugspotential verbunden.

Der Emitter des ersten Transistors 1 ist über den ersten Widerstand 21 und den Akkumulator 61 mit Masse- oder Bezugspotential verbunden. Die mit B bezeichnete Verbindung zwischen dem Emitter des ersten Transistors 1 und des ersten Widerstands 21 liegt über die Parallelschaltung eines Kondensators 11 mit einem zweit, ^&igr;

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derstand 22 und über einen weiteren Widerstand 23 und eine Diode 32 an dem Pol der Sekundärwicklung, der in der Flußphase des Transistors 1 positiv ist, im Sekundärkreis aufgrund der Polung der Diode 31 also kein Strom fließt (Sperrwandlerprinzip). Der Verbindungspunkt des Widerstands 23 mit der Parallelschaltung aus Kondensator 11 und Widerstand 22 ist mit A bezeichnet und liegt über eine Zenerdiode 30 an der Basis des zweiten Transistors 2. Über einen Widerstand 24 ist die Basis des Transistors 2 mit Bezirgspotential verbunden. Die Zenerdiode 30 erlaubt eine definiertere Festlegung der SchaltsciiwelIe des Transistors 2.

Der Wickel sinn der Primär- und Sekundärwicklung 51 bzw. 52 des Übertragers 5 ist durch die eingetragenen Punkte bestimmt.

Nachstehend soll die Funktionsweise des elektronischen Schaltnetzteiles näher erläutert werden.

Nach der Gleichrichtung der am Eingang der Gleichrichter-Brückenschaltung 4 anliegenden Gleich- oder Wechselspannung U_g wire der als Schalttransistor arbeitende erste Transistor 1 über der Widerstand 25 mit einem geringen Basisstrom angesteuert, in Folge dessen der erste Transistor 1 in den leitenden Zustand gesteuert ( wird. Über den Widerstand 26 und den Kondensator 12 entsteht übei die Sekundärwicklung 52 des Übertragers 5 ein Mitkopplungseffekt, durch den der erste Transistor 1 zusätzlich angesteuert um schlagartig in den vollständig leitenden Zustand geschaltet wird, Der Kollektorstrom steigt linear an und erzeugt am ersten Widerstand 21 einen dem jeweiligen Kollektorstrom proportionalen Spannungsabfall. Die am Punkt B gegen Bezugspotential anliegend« Spannung Ug entspricht dann dem Spannungsabfall am Wider· stand 21 plus der Akkumulatorspannung U , die hier die Aus gangsspannung darstellt. Zu dieser dem EmUterstrom durch dei

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Transistor 1 proportionalen Spannung U_ß addiert sich die am Kondensator 11 stehende Spannung, die der Eingangsspannung U proportional ist. Die am Punkt A gegen Bezugspotential anliegende Spannung U_A entspricht also einer der Eingangsspannung U_fi bzw. der Gleichspannung U proportionalen Spannung plus der Spannung U&ldquor;. Diese Addition erfolgt in Form einer Reihenschaltung zweier m'ederohmiger Spannungsqueilen. Beim Erreichen einer bestimmten Spitzenspannung U_A wird über die Zenerdiode 30 der zweite Transistor 2 angesteuert, gelangt dadurch in den leitenden Zustand und verbindet die Basis des ersten Transistors 1 mit Masse- bzw. Bezugspotential und entzieht damit dem ersten Transistor 1 den Basisstrom, woraufhin der erste Transistor 1 sperrt.

Mit Beginn der Sperrphase des ersten Transistors 1 wechselt die Polarität der in der Sekundärwicklung 52 des Übertragers 5 induzierten Spannung. Die im Übertrager 5 gespeicherte Energie wird damit nach dem Prinzip des Sperrwandlers über die Diode 31 an den Akkumulator 61 abgegeben.

Die Diode 32 verhindert in dieser Sperrphase des Transistors 1 eine Entladung des Kondensators 11. Bei Weglassung der Diode 32 muß die Kapazität des Kondensators 11 wesentlich größer gewählt werden.

Die Widerstände 23 und 24 können hochohmig ausgeführt werden, womit, zusammen mit der verhältnismäßig kleinen Spannung an der Sekundärwicklung 52, eine sehr gering« Verlustleistung erreicht wird, da nur der geringe Ladungsverlust des Kondensators 11 durch die Ansteuerung des Transistors 2 nachgeladen werden muß. Da der Kondensator 11 für dynamische Vorgänge niederohmig ist, erhält der Transistor 2 seinen Steuerstrom aus der Reihenschaltung zweier niederohmigen Spannungsquellen.

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Für eine Akkumuiatorspannung von U,= 2,6 Volt 1st der Spannungsverlauf U_A am Punkt A (Flg. 1) für gleichgerichtete Eingangsspannungen U von 100 Volt, 150 Volt, 200 Volt und 250 Volt 1n Flg. 2 dargestellt. Wie hieraus ersichtlich 1st, schaltet der Transistor 2 Immer bei der gleichen Spannung U. (ca. 5,2 Volt) durch und sperrt damit den Transistor 1, unabhängig von der Größe der anliegenden Eingangsspannung U . Dabei beeinflußt das zweite- Steuersignal sowohl die Dauer als auch die Stromamplitude des Leitzustandes des Transistors 1. Die gezeigten Kurven stellen hier die Summe der beiden Steuersignal spannungen plus der am Akkumulator anliegenden Spannung U. dar. In den Zeiten, wo beide

Transistoren 1 und 2 vollkommen gesperrt sind, verlaufen die Kurven horizontal. Zu diesen Zeiten ist der Strom durch den Widerstand Vt, d.h. der Primärstrom, null. Am Punkt B liegt dann die Akkumuiatorspannutig IL und am Punkt A die Spannung U, plus der Spannung des ".weiten Steuersignals, das von der Größe der Eingangsspannung abhängig 1st, da die an der Sekundärwicklung auftretende Spannung der Eingangsspannung U proportional ist.

Beginnt der Transistor 1 zu leiten, steigt die Spannung u"_A infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 21 steil an, bis die Schaltspannung für den Transistor 2 erreicht 1st. Das Durchschalten des Transistors 2 bewirkt das Sperren des Transistors 1.

Claims

BRflun "Qrauri Afctiep&fefellschaft 29.07.88 Ansprüche

1. Schaltnetzteil mit einem primär getakteten Gleichspannungswandler zur geregelten Speisung eines elektrischen Verbrauchers (6, 61) aus einer Eingangsspannungsquelle unterschiedlicher Spannung,

- bei der die Primärwicklung (51) eines Übertragers (5) über die Hauptstromstrecke eines ersten steuerbaren Halbleiters (1) und einen ersten Widerstand (21) mit der Eingangsspannungsquelle in Verbindung steht,

- bei der eine Sekundärwicklung (52) des Übertragers (5) den Verbraucher speist und eine sekundärsei ti ge Rückkopplung auf die Steuerelektrode des ersten steuerbaren Halbleitars (1) vorgesehen ist und

- bei der die Leitfähigkeit eines zweiten steuerbaren Halbleiters (2), dessen Hauptstromstrecke zwischen der Steuerelektrode des ersten steuerbaren Halbleiters (1) und einem Pol der Eingangsspannungsquelle liegt, von zwei Steuersignalen beeinflußbar ist, wobei das erste Steuersignal dem durch die Primärwicklung (51) fließenden Primärstrom und das zweite Steuersignal der Eingangsspannung proportional ist,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärwicklung (52) und dem Verbindungspunkt (B) des ersten Widerstands (21) mit einer Hauptelektrode des ersten steuerbaren Halbleiters (1) eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die einen Kondensator (11) aufweist, an dessen einem Ende (A) während der Flußphase des ersten steuerbaren Halbleiters (1) die Summe der beiden Steuersignale anliegt und diese die Leitfähigkeit des zweiten steuerbaren Halbleiters (2) beeinflußt.

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2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (11) ein zweiter Widerstand (22) parallel geschaltet ist, daß dieser Parallelschaltung (11, 22) ein dritter Widerstand (23) in Reihe geschaltet ist und daß am Verbindungspunkt (A) der Reihenschaltung die Summe der beiden Steuersignale abgreifbar ist.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite steuerbare Halbleiter (2) ein Transistor ist.

4. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der beiden Steuersignale (A) über eine Zenerdiode (30) an der Steuerelektrode des zweiten steuerbaren Halbleiters (2) liegt.

5. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem Akkumulator (61) und einem dazu parallel schaltbaren Gleichstrommotor (62) bestehende Verbraucher sowohl von dem durch die Sekundärwicklung (52) fließenden Strom als auch von dem durch die Primärwicklung (51) fließenden Primärstrom gespeist wird.

6. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Ende (A) des Kondensators (11), an dem die Summe der beiden Steuersignale anliegt, und dem sekundärsei ti gen Anschluß eine Diode (32) angeordnet ist.