-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltung und ein
zugehöriges
Verfahren zum Regeln der Ausgangsspannung eines primär gesteuerten
Schaltnetzteils. Dabei weist das Schaltnetzteil einen primärseitigen
Schalter und einen Transformator mit einer Hilfswicklung, in der
nach dem Öffnen
des primärseitigen
Schalters eine Hilfsspannung zum Abbilden der Ausgangsspannung induziert
wird, auf. Die in der Hilfswicklung induzierte Spannung wird einem
Regelschaltkreis als Regelgröße zugeführt. Die
vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein zugehöriges Schaltnetzteil.
-
Üblicherweise
verwenden bekannte Schaltnetzteile einen Leistungstransistor als
Schalter, um einen gepulsten Stromfluss an ein Netzwerk von induktiven
und kapazitiven Energiespeicherelementen zu speisen, welche die
geschalteten Strompulse in eine geregelte Gleichspannung umwandeln.
Schaltnetzteile können Ausgangsspannungen
liefern, die größer, gleich
oder von entgegengesetzter Polarität wie die ungeregelte Eingangspannung
sind, je nach dem Betriebsmodus des Schaltnetzteils. Häufig werden
Schaltnetzteile in Leistungsversorgungsschaltungen eingesetzt. Dabei
ist es insbesondere wünschenswert,
dass ein derartiges Schaltnetzteil Eingangsspannungen im Bereich
von 85 V Wechselspannung bis 270 V Wechselspannung akzeptiert und
daher bei unterschiedlichen Netzversorgungen überall auf der Welt ohne Modifikationen
oder Schalter arbeiten kann.
-
Die
Ausgangsspannung eines derartigen Schaltnetzteils wird üblicherweise
mittels eines Rückkopplungssignals
geregelt, das die Ausgangsspannung abbildet. Dieses Rückkopplungssignal
wird verwendet, um den Arbeitszyklus des schaltenden Leistungstransistors
zu steuern. Um ein geeignetes Rückkopplungssignal bereitzustellen,
existieren verschiedene Ansätze.
Beispielsweise kann eine Hilfswicklung vorgesehen sein, die während der
Ausschaltzeit des primärseitigen
Schalters ein Rückkopplungssignal
erzeugt, das ein Abbild der Ausgangsspannung liefert.
-
Derartige
Schaltnetzteile mit Hilfswicklungen sind beispielsweise in der deutschen
Patentanmeldung
DE
103 10 361 A1 der europäischen
Patentanmeldung
EP
14 99 005 A1 der
US
5,438,499 A der der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 11 771 A1 gezeigt.
Dabei wird das in der Hilfswicklung erzeugte Signal einem Rückkopplungsschaltkreis
zugeführt,
der das Regelsignal an die Regelschaltung liefert.
-
Bei
einem Schaltnetzteil nach dem Sperrwandlerprinzip, bei dem die übertragene
Energie pro Puls gleich und die Dauer der Pausen zwischen den Pulsen
einstellbar ist, wie dies in der
EP 14 99 005 A1 gezeigt ist, kann die Ausgangsspannung
mit der primären
Hilfsspannung sehr gut abgebildet und geregelt werden.
-
Bei
den obengenannten Schaltnetzteilen besteht jedoch das Problem, dass
sich der Ausgangsstrom nur in sehr aufwendiger Weise erfassen lässt. Beispielsweise
kann, wie in der
DE
103 10 361 A1 gezeigt, die Stromflusszeit der Sekundärwicklung
des Wandlers bestimmt werden. Alternativ kann ein Optokoppler eingesetzt
werden, wie dies beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung
EP 1 146 630 A2 gezeigt
ist.
-
Deshalb
wird, um auf möglichst
einfache und kostengünstige
Art und Weise die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom einzustellen
und zugleich die dazu notwendigen Bauteilekosten zu minimieren,
gemäß der deutschen
Patentanmeldung DE 10 2004 016 016 927 A1 ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem die Schaltfrequenz des primärseitigen Schalters in Abhängigkeit
von der Hilfsspannung so eingestellt wird, dass die Ausgangsspannung
und der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils Werte gemäß einer
vorbestimmten Ausgangskennlinie annehmen. Dem liegt die Tatsache
zugrunde, dass bei bekannter Ausgangsspannung die für einen
bestimmten Ausgangsstrom erforderliche Leistung gemäß der folgenden
Gleichung 1 berechnet werden kann.
wobei P die Ausgangsleistung
bedeutet, U
Ausdie Ausgangsspannung, I
Aus der Ausgangsstrom und η der Wirkungsgrad.
Weiterhin gilt für
die einzustellende Schaltfrequenz f der in der folgenden Gleichung
2 formulierte Zusammenhang:
mit
wobei L
prim die
primärseitige
Induktivität
und I
prim,max den maximalen primärseitigen
Strom bezeichnen.
-
Setzt
man die Gleichung (1) in die Gleichung (2) ein, so ergibt sich:
-
Dies
bedeutet aber, dass bei konstantem und bekanntem Wirkungsgrad η das Produkt
aus Ausgangsspannung UAus und Ausgangsstrom
IAus linear von der Frequenz f abhängt. Somit
kann aus der über
die Hilfsspannung rückgekoppelten
Ausgangsspannung UAus für einen vorgegebenen Ausgangsstrom
IAus direkt die benötigte Schaltfrequenz f bestimmt
werden. Der Vorteil der in der DE 10 2004 016927 A1 gezeigten Lösung besteht
darin, dass keine aufwendigen, bauteileintensiven Messverfahren
zur Bestimmung des Ausgangsstroms mehr vorgesehen werden müssen. Allerdings
wird für
die in dieser Druckschrift gezeigte Regelschaltung immer noch ein
Baustein mit fünf
nach außen
geführten
Anschlüssen
sowie die externen Bauelemente Ct und Rt benötigt.
Für die
Erfassung des Stroms durch den primärseitigen Schalter ist ein
zusätzlicher
Eingang erforderlich. Dies erhöht
die Kosten, die Komplexität
und auch den benötigten
Bauraum für
die Regelschaltung.
-
Aus
der internationalen veröffentlichten
Patentanmeldung WO 95 09476 A1 ist eine Regelschaltung zum Regeln
der Ausgangsspannung eines primärgesteuerten
Schaltnetzteils bekannt, wobei das Schaltnetzteil einen primärseitigen
Schalter und einen Transformator mit einer Hilfswicklung, in der
nach dem Öffnen
des primärseitigen
Schalters eine Hilfsspannung induziert wird, aufweist. Ein Treiberausgang
eines Treibers der Regelschaltung ist mit einem Ansteuereingang
des primärseitigen
Schalters verbunden und die Regelschaltung ist so ausgeführt, dass
sie die Schaltfrequenz des primärseitigen
Schalters in Abhängigkeit
von der Hilfsspannung einstellt. Ein konstanter Faktor dieser Abhängigkeit
ist so gewählt,
dass der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils einen vorbestimmten Wert
annimmt.
-
Die
US-amerikanische Patentschrift
US 5656965 A offenbart eine Regelschaltung,
in welcher der Treiberausgang weiterhin mit dem Eingang eines Vergleichers
zur Bestimmung des Stroms durch den primärseitigen Schalter verbunden
ist.
-
Die
Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht
darin, eine Regelschaltung zum Regeln der Ausgangsspannung eines
primär
gesteuerten Schaltnetzteils anzugeben, die mit möglichst wenigen externen Bauteilen
auskommt, preiswert herstellbar ist und einen möglichst geringen Platzbedarf
hat.
-
Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Dabei
beruht die vorliegende Erfindung auf dem Grundgedanken, dass der
Baustein für
die Regelschaltung in einem Schaltnetzteil durch die Verwendung
interner bereits vorliegender Signale einerseits und die Integration
früher
extern vorgesehener Bauteile in dem ASIC (anwenderspezifischer integrierter
Schaltkreis) dazu führt,
dass die Ansteuerschaltung in einem Gehäuse mit nur drei Anschlüssen untergebracht
werden kann. Dadurch bietet sich der Vorteil eines geringeren Bedarf
an externen Bauteilen sowie des preiswerteren Gehäuses für die Ansteuerschaltung.
Die gesamte Schaltung benötigt
auf diese Weise wesentlich weniger Bauraum als die bekannten Lösungen.
-
Erfindungsgemäß werden
die bei bekannten Lösungen
getrennten Anschlüsse
für den
Treiberausgang und den Eingang für
das Strommesssignal zusammengefasst. Dies ist deshalb möglich, weil
dann, wenn der Treiber den externen Transistor, d. h. den primärseitigen
Schalter, einschaltet, an dem Steuerausgang die Summe der Spannung
an der Basis-Emitterstrecke des externen Transistors und der Spannung
am Strommesswiderstand anliegt. Bei der bekannten Lösung wird
die Spannung am Strommesswiderstand an einem separaten Eingang erfasst,
um den durch den primärseitigen
Schalter fließenden
Strom zu messen. Da aber die Spannung an der Basis-Emitterstrecke
des externen Transistors mit etwa 0,7 V annähernd konstant ist, kann erfindungsgemäß statt
dessen auch die an dem Treiberausgang anliegende Spannung zur Messung
des Stroms verwendet werden, da sie mit einem Offset der genannten
0,7 V die Spannung am Strommesswiderstand widerspiegelt.
-
Wenn
der Treiber bei Erreichen einer geringeren Schaltschwelle als der
Abschaltschwelle, beispielsweise bei 80 % der Abschaltschwelle zuzüglich der
Basis-Emitter-Spannung
an der primärseitigen
Schalter hochohmig schaltet und weiterhin einen eingebauten Basis-Emitter-Widerstand
aufweist, kann in vorteilhafter Weise die Spannung, die die Basis-Emitter-Diode
verursacht minimiert werden, wodurch die Messtoleranz sinkt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die
Regelschaltung einen integrierten Ladekondensator auf, der in Abhängigkeit
von der Hilfsspannung aufladbar ist. Die Schaltfrequenz wird dabei
in linearer Abhängigkeit
von der Hilfsspannung eingestellt, indem sie durch die Ladezeit
des Ladekondensators bestimmt wird. Der Ladekondensator wird mit
einem zu der Hilfsspannung proportionalen Strom bis zu einer vorbestimmten
Spannungsschwelle aufgeladen. Die Ladezeit des Ladekondensators
bestimmt dann den Zeitpunkt, zu dem der Schalter eingeschaltet wird.
Erfindungsgemäß ist dieser
Ladekondensator integriert in der Regelschaltung aufgebaut, so dass
kein externes Bauteil benötigt
wird und die Anzahl der erforderlichen nach außen geführten Anschlüsse weiter
reduziert werden kann.
-
Der
zu der Hilfsspannung proportionale Ladestrom wird zweckmäßigerweise
von einer steuerbaren Stromquelle bereitgestellt und in den Ladekondensator
eingespeist. Diese Ladestromquelle wird ebenfalls in integrierter
Weise in dem Baustein breitgestellt.
-
Weiterhin
kann zum Einstellen des Ladestroms zwischen einem ersten und einem
zweiten Eingangsanschluss der Ladestromquelle ein Widerstand vorgesehen
sein, der erfindungsgemäß in der
Regelschaltung integriert ist. Damit wird ein weiterer Anschluss
eingespart und die Schaltung kann mit weniger externen Bauteilen
und einem preiswerteren Gehäuse
hergestellt werden.
-
Dadurch,
dass die Ladestromquelle so ausgebildet ist, dass sie den Ladestrom
verringert, wenn die Hilfsspannung einen vorbestimmten Grenzwert
erreicht, lässt
sich mit der vorliegenden Regelschaltung ein Ausgangskennlinienfeld
erreichen, das für
Ausgangsspannungen unterhalb eines Spannungsbereichs von 12 V jeweils
annähernd
konstante Stromwerte sicherstellt. Insbesondere lässt sich
eine sogenannte Fold-Back-Kennlinie erzielen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die
an dem Ladekondensator abfallende Spannung überwacht und ein Regelkomparator gibt
ein Einschaltsignal zum Einschalten des primärseitigen Schalters aus, wenn
die an dem Ladekondensator abfallende Spannung einen ersten Schwellenwert
erreicht. Um eine Überspannungsschutzschaltung
zu realisieren kann vorgesehen sein, dass der primärseitige
Schalter abgeschaltet wird, wenn die an dem Ladekondensator abfallende
Spannung einen zweiten Schwellenwert erreicht.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung folgt in vorteilhafter Weise sowohl die Strombegrenzung
wie auch die Spannungsregelung über
eine Variation der Schaltfrequenz. Dadurch ist es möglich, den
Primärpeakstrom konstant
zu halten. Das verbessert die Spannungsregelung bei Regelung in
Abhängigkeit
von der Primärhilfsspannung,
da die Effekte durch parasitäre
Elemente bei jedem Puls gleich sind und somit durch einfache Maßnahmen
eliminiert werden können.
Weiterhin wird der Ladekondensator mit einem Strom geladen, der
proportional zur Hilfsspannung ist und diese ist wiederum proportional
zur Ausgangsspannung. Der Kondensator wird gemäß der vorliegenden Erfindung
sehr schnell entladen, so dass vorteilhafterweise die Entladung
selbst kaum Einfluss auf die Frequenz hat. Es ist also die Periodendauer,
d.h. der Kehrwert der Schaltfrequenz proportional zur Ausgangsspannung.
-
Die
vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Regelschaltung kommen in
einem primär
gesteuerten Schaltnetzteil besonders zum Tragen.
-
Anhand
der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen
wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende
Einzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
-
1 ein
Prinzipbild eines primär
gesteuerten Schaltnetzteils gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ein
Blockschaltbild einer Regelschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
in ihrer Applikationsumgebung;
-
3 ein
Zeitdiagramm der Spannungsverläufe
an dem Ladekondensator und an dem Treiberausgang gemäß 1;
-
4 den
zeitlichen Verlauf der Spannungen an dem Ladekondensator und an
dem Treiberausgang zur Erläuterung
des Überspannungsschutzes;
-
5 eine
schematische Darstellung der Abhängigkeit
zwischen der Hilfsspannung und dem Ladestrom des Ladekondensators;
-
6 ein
Ausgangskennlinienfeld eines Schaltnetzteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt
schematisch eine Prinzipskizze eines Schaltnetzteils mit einer Regelschaltung 100.
Das Schaltnetzteil wird an seinem Eingang mit der Wechselspannung
VNetz beaufschlagt. In Europa variiert die Netzspannung
zwischen 180 V und 264 V Wechselspannung, in Amerika zwischen 90
V und 130 V Wechselspannung. In dem Block 102 wird die
Eingangsspannung gleichgerichtet und stabilisiert. Darüber hinaus
wird sichergestellt, dass Störsignale,
die im Schaltnetzteil erzeugt werden, nicht zurück ins Wechselspannungsnetz gelangen.
Die primärseitige
Wicklung 110 des isolierenden Transformators 108 und
der primärseitige
Schalter 104, der hier ein Leistungstransistor ist, bilden
einen Serienkreis, der mit der gleichgerichteten Eingangsspannung
verbunden ist. Der primärseitige
Schalter 104 unterbricht den Strom, der durch die primärseitige
Wicklung 110 fließt,
entsprechend dem Steuersignal der Ansteuerschaltung 106.
-
Die
von der Ansteuerschaltung 106 an den Steuereingang des
primärseitigen
Schalters 104 gelieferten Schaltpulse werden von dem Block 116,
in welchem die Regelgröße mit Hilfe
einer Hilfswicklung 114 des Transformators 108 erzeugt
wird, gesteuert. Dabei bezeichnen die beiden Signalpfade 120 und 122 zwei
wesentliche Funktionen. Zum einen versorgt das Signal 120 die
Ansteuerschaltung 106 mit ausreichend Energie, zum anderen
steuert der Signalpfad 122 die Ansteuerschaltung 106 derart,
dass Änderungen
in dem Schaltzyklus die elektrische Leistung, die an den Transformator 108 geliefert
wird, in gewünschter
Weise beeinflussen. In dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil beinhaltet
die Ansteuerschaltung 106 eine Zeitsteuerungseinheit 107,
die gewährleistet,
dass die Pausenzeiten (oder auch Aus schaltzeiten) in denen der primärseitige Schalter 104 geöffnet ist,
in ihrer Länge
an die benötigte
Leistung angepasst sind. Die Energie, die während jeder Anschaltphase des
primärseitigen
Schalters in den Transformator 108 geliefert wird, bleibt
jeweils gleich.
-
Die
sekundärseitige
Wicklung 112 des Transformators 108 ist, wie aus 1 ersichtlich,
mit einem Block 118 verbunden, der die sekundärseitige
Spannung UAUS erzeugt und gegebenenfalls
stabilisiert.
-
Die
Ansteuerschaltung 106 steuert den primärseitigen Schalter 104 so
an, dass er im Wechsel in den leitenden und in den nicht leitenden
Zustand gebracht wird. Aufgrund der durch den Block 102 gelieferten Spannung
fließt
immer dann ein Strom in die primärseitige
Wicklung 110, wenn der primärseitige Schalter 104 im
leitenden Zustand ist. Eine Änderung
des Stroms speichert Energie in das Magnetfeld des Transformators 108.
Wenn der primärseitige
Schalter 104 sperrt, entlädt sich die in dem Magnetfeld
gespeicherte Energie hauptsächlich
durch die sekundärseitige
Wicklung 112 und in den Block 118, der die Sekundärspannung
erzeugt und stabilisiert. Ein kleiner Teil der Energie wird aber
auch in die Hilfswicklung 114 in den Block 116 entladen.
Dieser erzeugt als Regelgröße eine
Hilfsspannung. Die Energie entlädt
sich periodisch, aber durch Gleichrichten und Filtern kann als Hilfsspannung
eine im Wesentlichen gleichgerichtete Spannung erzeugt werden. Da
die magnetische Kopplung zwischen den verschiedenen Wicklungen des
Transformators 108 konstant ist und nicht von den Werten
des Stroms oder der Spannung abhängt,
ist der Wert der Hilfsspannung proportional zum Wert der sekundären Spannung
und damit proportional zum Wert der Ausgangsspannung.
-
Mit
Hilfe der Zeitsteuerungseinheit 107 kann die Abschaltdauer
des primärseitigen
Schalters 104 so eingestellt werden, dass die in den Transformator
eingespeiste Energie von der Ausgangsspannung abhängt. Es
wird also die übertragene
Leistung so eingestellt, dass sich ein gewünschter Wert für die Ausgangsspannung
UAUS ergibt.
-
Wie
dies in der DE 10 2004 016 927 A1 vorgeschlagen wird, wird der Wert
der Spannung UAUS so eingeregelt, dass sich
ein konstanter und vorbestimmter Wert für den Ausgangsstrom IAUS ergibt.
-
2 zeigt
die erfindungsgemäße Regelschaltung 200 zum
Regeln der Ausgangsleistung eines primär gesteuerten Schaltnetzteils
in ihrer Applikationsumgebung. Eine derartige Regelschaltung kann
beispielsweise als anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC)
ausgeführt
sein. Selbstverständlich
ist aber auch eine eigens entworfene Schaltung möglich. Mit Hilfe der Regelschaltung 200 wird
die an der Sekundärwicklung 112 abgegebene
Sekundärleistung
des Schaltnetzteils 100 primärseitig durch Ansteuern des
elektronisches Schalters 104, hier eines Leistungsbipolartransistors,
eingeregelt. Als Regelgröße wird
dabei die Spannung an der Hilfswicklung 114 verwendet.
-
Erfindungsgemäß ist die
Regelschaltung 200 so ausgeführt, dass nur insgesamt drei
Anschlüsse
(VP, G, GND) nach außen
geführt
werden müssen.
Die Komponenten Ladekondensator Ct und Widerstand
Rt sind in der Regelschaltung 200 integriert.
Die Anschlüsse
VP und GND bleiben unverändert,
aber der Anschluss IP, der bei bekannten Lösungen nach außen geführt und
mit dem Emitteranschluss des primärseitigen Schalters 104 verbunden
ist, wird intern mit dem Treiberausgang G verschaltet. Dies ist
deshalb möglich,
weil dann, wenn der Treiber 206 den externen Transistor 104 einschaltet,
an dem Anschluss G die Summe der Spannungen an der Basis-Emitterstrecke
des Transistors 104 und der Spannung an dem Strommesswiderstand
Rm anliegt. Die Spannung am Strommesswiderstand stellt die Spannung
dar, die von dem IP Komparator 205 zum Erfassen des Stroms
durch den primärseitigen
Schalter 104 benötigt
wird. Da aber die Spannung an der Basis-Emitterstrecke mit ca. 0,7
V in etwa konstant bleibt, kann sie als Offset betrachtet werden
und es kann anstelle der Spannung an dem Strommesswiderstand auch
die Spannung an dem Treiberausgang G erfasst werden.
-
Zur
Verringerung der Toleranzen ist es zweckmäßig, die Referenzspannung für die Primärstromerfassung
zu erhöhen,
so dass die Basis-Emitterspannung des externen Transistors 104 einen
möglichst
geringen Einfluss hat.
-
Im
Folgenden soll auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltung
näher eingegangen
werden, die im Wesentlichen der Funktion der Schaltung aus der DE
10 2004 016 927 A1 entspricht.
-
Wenn
die hochlaufende Versorgungsspannung an dem Anschluss VP die sogenannte
Start-Up-Spannung erreicht hat, wird die Regelschaltung 200 aktiviert
und beginnt mit dem Laden des Kondensators Ct mittels
der Ladestromquelle 202. In 3 bezeichnet
die Kurve 301 den Spannungsverlauf an dem Kondensator Ct
in Abhängigkeit
von der Zeit. Die Kurve 302 zeigt das zugehörige Treibersignal
am Anschluss G. Dabei lässt die
Entladung des Kondensators Ct über die
Endladezeit TCtENTL charakterisieren. Für eine Kapazität von 100 pF
liegt die Entladezeit beispielsweise für die vorliegende Schaltung
zwischen 250 und 1000 ns.
-
Wie
aus 3 erkennbar, wird der Kondensator Ct so
lange aufgeladen, bis die an ihm abfallende Spannung den ersten
Schwellenwert VCtEIN erreicht. Dann schaltet
der Treiber ein. Nach Überschreiten
der Schwelle VIP an dem IP-Komparator 205,
die durch einen externen Widerstand den Strom durch die Primärspule des Übertragers
bestimmt, wird der Treiber wieder abgeschaltet. Danach folgt die
Entladung des Kondensators Ct. Nach Ablauf
der Zeit TCtENTL wird der Kondensator Ct erneut geladen. Dieser Vorgang wiederholt sich
periodisch, bis das Schaltnetzteil durch eine Sicherheitsfunktion
oder durch Netztrennung abgeschaltet wird.
-
Neben
dieser normalen Betriebsfunktion sind Sicherheitsschaltungen vorgesehen,
die unerwünschte Betriebszustände verhindern
sollen. So schaltet der OVP-Komparator 207 bei
hohen Spannungen an der Hilfswicklung, d.h. bei Spannungen über der
Schwelle VCtOVP (siehe 4)
den Treiber aus und verhindert das Wiedereinschalten.
-
Die
Versorgung der Regelschaltung erfolgt vor dem sogenannten Start-Up
direkt aus der Netzspannung, im Betrieb wird die Schaltung aus der
Hilfswicklung 114 versorgt.
-
Der
Treiber 206 enthält
eine Push-Pull-Stufe mit VP als Versorgungsspannung und stellt die
Ansteuerleistung für
den externen Leistungs-Bipolartransistor 104 bereit.
-
5 zeigt
den erfindungsgemäßen Verlauf
des Ladestroms ICt in Abhängigkeit
von der an dem Anschluss VP anliegenden Spannung. Die eigentliche
Regelung erfolgt durch eine Übertragung
der Sekundärspannung
auf die Hilfswicklung während
der Sperrphase und die Integration dieser Spannung an dem Kondensator
C2 an VP. Die sekundäre
Ausgangsspannung wird dabei durch das Übersetzungsverhältnis zwischen
Sekundärwicklung
und Hilfswicklung bestimmt. Wie bereits erwähnt, wird die Pausenzeit geregelt,
so dass die Spannung an VP im Regelbereich 501 liegt. Ist
die Spannung niedriger als der Regelbereich 501, so erfolgt
eine Stromregelung, bei welcher der Ladestrom an dem Kondensator
Ct proportional zur Spannung an VP ist.
Erreicht die Spannung an VP den Regelbereich 501, wird
der Ladestrom reduziert.
-
Damit
lässt sich
mit dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil
beispielsweise ein Ausgangskennlinienfeld, wie das in 6 gezeigte,
realisieren. Die Kurven 601, 602, 603 und 604 beziehen
sich dabei auf Eingangsspannungen von 90 V, 110 V, 230 V bzw. 264
V Wechselspannung. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, kann
mit der erfindungsgemäßen Regelschaltung
ein Ausgangskennlinienverlauf erreicht werden, der für Ausgangsspannungen
unterhalb eines Spannungsbereichs von 12 Volt jeweils annähernd konstante
Stromwerte IAUS sicherstellen. Dieser Spannungsbereich
kann aber durch entsprechende Anpassung der Windungszahlen der primärseitigen
Wicklung 114 und der sekundärseitigen Wicklung 112 beliebig
an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.
-
Die
Linie 605 bezeichnet in der 6 die minimal
zulässigen
Ausgangsspannungs- und
Ausgangsstromwerte und die Kurve 606 die maximal zulässigen Verläufe.
-
Obwohl
im Vorangegangenen beispielhaft ein linearer Zusammenhang zwischen
der Ausgangsspannung UAUS und dem Ausgangsstrom
IAUS beschrieben wurde, ist für den Fachmann
klar, dass auch beliebige andere Ausgangskennlinienverläufe vorgegeben
werden können.
Hierzu muss lediglich der Kurvenverlauf aus 5 entsprechend
eingestellt werden.
-
Die
Ansteuerschaltung gemäß der DE
10 2004 016 927 A1 benötigt
jedoch insgesamt sechs Anschlüsse
sowie etliche externe Bauteile. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann
eine Ansteuerschaltung, die sowohl Ausgangsstrombegrenzung als auch
Ausgangsspannungsbegrenzung und einen Überspannungsschutz gewährleistet,
mit einem IC realisiert werden, der nur drei nach außen geführte Anschlüsse benötigt und
bei dem die Anzahl der erforderlichen externen Bauteile reduziert
ist. Der Vorteil ist zum einen der geringere Bedarf an externen
Bauteilen, zum anderen das preiswertere Gehäuse der Ansteuerschaltung und
der geringere Platzbedarf der gesamten Schaltung.