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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil sowie ein Verfahren
zum Steuern eines Schaltnetzteils.
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Bei
vielen elektronischen Geräten
ist neben einer Hauptstromversorgung eine Hilfsstromversorgung oder
eine Hilfsstromversorgungseinrichtung notwendig, um bei bestimmten
Betriebsarten der elektronischen Geräte, bei welchen die Hauptstromversorgung,
zum Beispiel aus Stromsparerfordernissen, abgeschaltet wird, in
Betrieb verbleibende Komponenten mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Häufig werden
derartige Hauptstromversorgungen und Hilfsstromversorgungen in einer
gemeinsamen Stromversorgungseinrichtung realisiert, welche als Schaltnetzteile
ausgebildet sind. Dabei muss ein derartiges Schaltnetzteil also
sowohl einen normalen Betriebsmodus zur Versorgung sämtlicher
Komponenten als auch einen Teillastmodus, insbesondere einen Bereitschaftsmodus
oder Stand-By-Modus zur Versorgung ausschließlich bestimmter Anteile einer
zu versorgenden Einheit realisieren.
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Schaltnetzteile
weisen eine Schaltereinheit auf, welche gesteuert getaktet angesteuert
oder eingeschaltet wird, um einen Transformationsvorgang zu realisieren.
Die Schaltereinheit muss in der Lage sein, sämtliche Leistungsanforderungen
sowohl des Teillastmodus, insbesondere des Bereitschaftsmodus oder Stand-By-Modus
als auch des eigentlichen normalen Betriebsmodus zu erfüllen. Dies
führt aber
in nachteilhafter Weise dazu, dass aufgrund dieser Randbedingungen
und Stabilitätsanforderungen
an die Schalteinheit im Teillastmodus, insbesondere im Bereitschaftsmodus
oder Stand-By-Modus bekannte Schaltereinheiten eine im Vergleich
zur aufzubringenden Schaltleistung hohe Verlustleistung besitzen.
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Die
JP 11150951 AA betrifft
ein Schaltnetzteil mit zwei zueinander parallel geschalteten Schaltern
in Form von MOSFETs. Offenbart ist dort auch eine Steuereinheit
mit einer zusätzlichen
Steuereinrichtung und mit Steuerschaltern. Bei einem Betriebsmodus
mit hoher Leistung wird einer der Schalter angesteuert, wogegen
bei einem Betriebszustand mit verringerter Leistung nur der zweite
Schalter angesteuert wird. Die Ansteuerauswahl erfolgt über die
Ansteuerschalter im Zusammenhang mit einer zusätzlichen Steuereinrichtung.
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Die
JP 05137328 AA betrifft
einen Steuerschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den Abfall im
Wirkungsgrad zu verringern, wenn die Last auf den Steuerschaltkreis
absinkt. Dazu sind erste und zweite Transistoren vorgesehen, die
mittels eines konstanten Stroms betrieben werden. Der zweite Transistor
wird als Ausgangstransistor bei einer geringen Last betrieben. Dadurch
wird erreicht, dass der Abfall im Wirkungsgrad selbst dann gering
ausfällt,
wenn die Last auf den Steuerschaltkreis insgesamt absinkt.
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DIE
JP 07007935 AA zeigt
zwei parallel zueinander geschaltete erste und zweite Schalter in
einem AC-DC-Wandlerschaltkreis. Bei einer vergleichsweise niedrigen
Eingangsspannung wird zunächst
ein zweiter Schalttransistor angesteuert. Falls die Ausgangsspannung
des Schaltkreises einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet,
wird dagegen der erste Schalttransistor angesteuert, und der zweite
Schalttransistor wird noch nicht angesteuert oder außer Betrieb
gesetzt.
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Die
JP 06141542 AA betrifft
einen Quellenschaltkreis für
eine Schaltleistung, mit welcher ein Umschalten mit hoher Geschwindigkeit
und dabei geringere Verluste, die aufgrund der Unterbrechnung wegen
des Schaltvorgangs auftreten können,
erreicht werden. Dabei sind im Zusammenhang mit dem Vorsehen eines Transformators
ein Feldeffekttransistor sowie ein Bipolartransistor ausgebildet.
Der Drainanschluss des Feldeffekttransistors ist mit einem Primäranschluss
des Transformators verbunden. Der Sourceanschluss des Feldeffekttransistors
ist mit einem Eingangsanschluss der Anordnung verbunden. Parallel
zu beiden Eingangsanschlüssen
der Anordnung ist ein Kondensator vorgesehen. Parallel zum Feldeffekttransistor
ist der Bipolartransistor mit einem der Eingangsanschlüsse und
dem anderen Ende des Primäranschlusses
des Transformators verbunden. Der Kollektoranschluss des Bipolartransistors
ist mit dem anderen Ende des Primäranschlusses des Transformators
verbunden, wogegen der Emitteranschluss mit dem Eingangsanschluss
der Anordnung verbunden ist.
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Die
JP 2000 217344 AA betrifft
ein Schaltnetzteil, bei welchem zwei Schaltelemente vorgesehen sind, wobei
das erste Schaltelement für
einen normalen Betriebszustand mit normaler Last und das andere
Schaltelement für
einen zweiten Betriebszustand mit einer vergleichsweise geringen
Last vorgesehen sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil derart
weiterzubilden, dass sowohl der Betriebsmodus als auch der Teillastmodus,
insbesondere der Bereitschaftsmodus und unter Aufbringung möglichst
geringer Verlustleistungen durch die im Schaltnetzteil verwendete
Schaltereinheit zuverlässig
realisierbar sind.
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Die
Aufgabe wird bei einem Schaltnetzteil erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Ansteuerverfahren für ein Schaltnetzteil
erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Schaltnetzteil, mit einem Primärstrom-/-spannungseingangsbereich,
welcher zum Empfang eines Primärstroms
und/oder einer Primärspannung
ausgebildet ist, einem Sekundärstrom-/-spannungsausgangsbereich,
welcher zur Erzeugung und zur Ausgabe eines Sekundärstroms und/oder
einer Sekundärspannung
ausgebildet ist, einer Schaltereinheit, welche zwischen dem Primärstrom-/-spannungseingangsbereich
und dem Sekundärstrom-/-spannungsausgangsbereich
vorgesehen und zur gesteuerten oder steuerbaren und getakteten Übergabe
oder Übertragung
des Primärstroms
und/oder der Primärspannung
vom Primärstrom-/-spannungseingangsbereich
zum Sekundärstrom-/-spannungsausgangsbereich
ausgebildet ist, und einer Ansteuereinrichtung, durch welche die
Schaltereinheit gesteuert getaktet ansteuerbar oder einschaltbar
ist, wobei die Schaltereinheit einen ersten oder Hauptschalter aufweist,
welcher für
einen Betriebsmodus des Schaltnetzteils ausgebildet ist, wobei die
Schaltereinheit einen zweiten oder Teillast- und Bereitschaftsschalter
aufweist, welcher zum ersten oder Hauptschalter parallel geschaltet
ist und welcher für
einen Teillastmodus, insbesondere einen Bereitschaftsmodus oder
Stand-By-Modus des Schaltnetzteils ausgelegt ist und eine geringere
Leistungsaufnahme und/oder Verlustleistung besitzt als der erste oder
Hauptschalter insbesondere dann, wenn dieser in Teillast betrieben
würde,
und wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, im Betriebsmodus
den ersten oder Hauptschalter anzusteuern oder einzuschalten und im
Bereitschaftsmodus den zweiten oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter
anzusteuern oder einzuschalten und den ersten oder Hauptschalter
nicht anzusteuern oder einzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass
eine gemeinsame Steuerleitung vorgesehen ist, welche die Ansteuereinrichtung
mit jeweils einem vorgesehenen Steueranschluss oder Steuereingang
des ersten oder Hauptschalters und des zweiten oder Teillast- oder
Bereitschaftsschalters verbindet, und dass der erste oder Hauptschalter
eine Einsatzspannung, Schaltspannung oder Schwellenspannung aufweist,
welche größer ist
als die Einsatzspannung, Schaltspannung oder Schwellenspannung des
zweiten oder Bereitschaftsschalters.
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Es
ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, die im Schaltnetzteil
für die
Funktion notwendige Schaltereinheit durch einen ersten oder Hauptschalter
zu realisieren, welcher für
den normalen Betriebsmodus zuständig
ist, und diesem einen zweiten oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter
hinzuzufü gen,
welcher dem ersten oder Hauptschalter parallel geschaltet ist und
der Schaltnetzteilfunktion für
den Teillastmodus, insbesondere den Bereitschaftsmodus oder Stand-By-Modus
dient. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, die beiden separaten
Schalter, nämlich
den ersten oder Hauptschalter und den zweiten oder Teillast- oder
Bereitschaftsschalter, entsprechend der jeweiligen zugewiesenen
Betriebsmodi, nämlich
dem normalen Betriebsmodus und dem Teillastmodus, insbesondere dem
Bereitschaftsmodus oder Stand-By-Modus, mit geeigneten elektrischen
Parametern derart auszubilden, dass sich in vorteilhafter Weise
insgesamt gesehen möglichst
geringe Verluste einstellen, insbesondere während des Teillastmodus, insbesondere
des Stand-By-Betriebs des Schaltnetzteils.
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Im
Sinne der Erfindung wird unter dem Bereitschaftsmodus oder Stand-By-Modus
ein Spezialfall des Teillastmodus verstanden. Diese Begriffe werden
nachfolgend synonym verwendet. Das gleiche gilt für die Begriffe
zweiter oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter.
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Entsprechend
ist es bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
vorgesehen, dass der zweite oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter
eine geringe parasitäre
Kapazität
aufweist, insbesondere geringer als die des ersten oder Hauptschalters.
Es soll erreicht werden, dass der zweite oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter
im Teillastbereich eine geringere Verlustleistung aufweist als der
erste Hauptschalter. Hierbei sind sowohl die Schalt- als auch die
Durchlassverluste zu betrachten. Die Durchlassverluste werden beim
MOS-Transistor über
den Einschaltwiderstand und den Laststrom bestimmt, beim IGBT über den
Spannungsabfall von Kollektor zu Emitter und den Laststrom. Die
wesentlichen Schaltverluste eines IGBT sind die Tail-Verluste, bei
MOS-Transistoren
die Verluste, die durch das Umladen von Kapazitäten entstehen. Hierbei spielen
sowohl die Gate-Kapazität
als auch die Drain-Source-Kapazität eine Rolle.
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Bei
einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils ist es
vorgesehen, dass der erste oder Hauptschalter und der zweite oder
Teillast- oder Bereitschaftsschalter jeweils einen Steueranschluss
oder Steuereingang aufweisen und dass die Steueranschlüsse oder
Steuereingänge über getrennte Steuerleitungen
mit der Ansteuereinrichtung verbindbar oder verbunden sind. Alternativ
kann es vorgesehen sein, dass separate oder getrennte Steuerleitungen
für die
jeweiligen Steueranschlüsse
oder Steuereingänge des
ersten oder Hauptschalters und des zweiten oder Teillast- oder Bereitschaftsschalters
vorgesehen sind.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
ist es vorgesehen, dass eine gemeinsame Steuerleitung ausgebildet
ist und dass der erste oder Hauptschalter eine Einsatzspannung,
Schaltspannung oder Schwellenspannung besitzt, welche größer ist
als die Einsatzspannung, Schaltspannung oder Schwellenspannung des
zweiten oder Teillast- oder Bereitschaftsschalters. Auf diese Art
und Weise lässt
sich beim Vorhandensein nur einer einzigen Steuerleitung über die
Wahl der Schaltpegel auswählen,
ob für
den Betriebsmodus der erste oder Hauptschalter geschaltet wird,
nämlich
durch Wahl eines Schaltsignals mit einem hohen Pegel, oder ob im
Teillastmodus, insbesondere im Bereitschaftsmodus der zweite oder
Teillast- oder Bereitschaftsschalter geschaltet wird, nämlich durch
Wahl des Schaltsignals mit einem niedrigen Pegel, durch welchen
der erste oder Hauptschalter nicht geschaltet wird.
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Der
erste oder Hauptschalter kann als IGBT oder als MOSFET ausgebildet
sein.
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Der
zweite oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter kann ebenfalls
als IGBT oder als MOSFET ausgebildet sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schalt netzteils
der erste oder Hauptschalter als IGBT und der zweite oder Teillast-
oder Bereitschaftsschalter als MOSFET ausgebildet ist, wobei der
MOSFET des zweiten oder Teillast- oder
Bereitschaftsschalters insbesondere eine Bodydiode aufweist, welche
als Freilaufdiode geschaltet ist. Bei der Verwendung einer Übertrager-Topologie,
die den Einsatz einer Freilaufdiode erfordert, ergeben sich Vorteile
aus einer im MOS integrierten Body-Diode, die als solche genutzt
werden kann. Eine Freilaufdiode ermöglicht in einer Schaltung eine
Stromkontinuität
beim Schalten von induktiven Lasten. Eine Body-Diode eines N-MOS-Transistors
erlaubt einen Strom durch das ausgeschaltete Bauelement in der Richtung
Source nach Drain.
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Es
ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der erste oder Hauptschalter
und der zweite oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter Eingangsanschlüsse oder
Eingänge,
insbesondere Sourceanschlüsse
oder Emitteranschlüsse
aufweisen, welche miteinander verbunden sind. Alternativ können die
Eingangsanschlüsse
oder Eingänge
des ersten oder Hauptschalters und des zweiten oder Bereitschaftsschalters
auch voneinander getrennt sein. Alternativ oder zusätzlich ist
es vorgesehen, dass der erste oder Hauptschalter und der zweite
oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter Ausgangsanschlüsse oder
Ausgänge,
insbesondere Drainanschlüsse
oder Kollektoranschlüsse
aufweisen, welche miteinander verbunden sind. Die Ausgangsanschlüsse oder
Ausgänge des
ersten oder Hauptschalters und des zweiten oder Teillast- oder Bereitschaftsschalters
auch voneinander getrennt sein.
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Für eine besonders
kompakte Anordnung und Bauweise des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Schaltereinheit aus einem monolithisch integrierten Bauelement gebildet
wird oder ist. Alternativ können
auch diskrete Bauelemente zur Realisierung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
und insbesondere zur Realisierung der Schaltereinheit verwendet
werden und vorgesehen sein. Es ist auch eine Anordnung mehrerer
Chips in einem Modul denkbar.
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Für die Realisierung
des Betriebs des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils
ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren
zum Steuern des Schaltnetzteils vorgesehen, dass in einem Betriebsmodus
ein erster oder Hauptschalter einer Schaltereinheit mit einem Steuersignal
eines ersten höheren
Pegels gesteuert getaktet eingeschaltet wird und dass in einem Teillastmodus,
insbesondere in einem Bereitschaftsmodus oder Stand-By-Modus ein
zweiter oder Teillast- oder Bereitschaftsschalter der Schaltereinheit
mit einem Steuersignal eines niedrigeren Pegels derart gesteuert
getaktet eingeschaltet wird, dass dadurch der erste oder Hauptschalter
nicht eingeschaltet wird. Insbesondere bei einem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil,
bei welchem der erste oder Hauptschalter und der zweite oder Teillast-
oder Bereitschaftsschalter eine gemeinsame Steuerleitung für ihre Steueranschlüsse besitzen,
bietet sich dieses erfindungsgemäße Ansteuerverfahren
an, um über die
Pegelwahl die beiden Schalter der Schaltereinheit voneinander zu
diskriminieren.
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Diese
und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand
der nachstehenden weiteren Bemerkungen näher erläutert.
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Schaltnetzteile
für einen
Teillastmodus, insbesondere Handys, Notebookadapter, PC, TV/VCR,
Monitore usw. haben einen Stand-By-Betrieb.
In diesem Modus sind alle unnötigen
Verbraucher abgeschaltet. Nur Mikrokontroller oder eine Überwachungselektronik
werden mit Spannung versorgt. Die Anforderungen in Bezug auf eine
minimale Leistungsaufnahme im Teillastmodus, insbesondere im Stand-By-Betrieb
eines Schaltnetzteils sind in den letzten Jahren durch den Gesetzgeber
sehr stark erhöht
worden.
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Diese
sind z. B.:
| Anwendung | Energieaufnahme
im Standby |
| Getaktete
Stromversorgungen für
Batterieladegeräte,
Notebook, Adapter | 100
mW |
| TV/VCR | 1
W |
| Monitor | 3
W |
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Bisher
wird versucht, dieser Anforderung durch Abschalten von im Standby
nicht notwendigen Verbrauchern über
eine Power Management Funktionalität des Ansteuer-ICs und/oder
durch Frequenzreduktion auf 20 kHz zur Reduzierung der Schaltverluste
im Hauptschalter und dem Ansteuer-IC Burst Mode gerechnet zu werden.
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Trotz
dieser Maßnahmen
zur Leistungsminimierung im Standby, entstehen im Hauptschalter
aber immer noch hohe Schaltverluste, insbesondere bei Verwendung
im Teillastmodus, insbesondere im Stand-By-Modus. Diese lassen sich
im Falle von MOSFETs als Leistungsschalter und einer "quasi-resonanten" Ansteuerung, d.
h. einem Einschalten im Spannungsnulldurchgang, zwar weiter reduzieren.
Aber eine Reduzierung darüber
hinaus erfordert zusätzliche
Maßnahmen.
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Erfindungsgemäß wird dem
Hauptschalter ein Stand-By-Schalter parallel geschaltet. Der Hauptschalter
wird im Normalbetrieb getaktet eingeschaltet. Der Teillast- oder
Stand-By-Schalter kann in diesem Modus mitgetaktet werden oder ausgeschaltet
bleiben. Der Strom fließt über den
Hauptschalter mit geringen Durchlassverlusten.
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Im
Teillastmodus, insbesondere im Stand-By-Betrieb bleibt der Hauptschalter
ausgeschaltet und nur der Teillast- oder Stand-By-Schalter wird getaktet eingeschaltet.
Da dieser Schalter kleiner dimensioniert und z. B. als MOSFET ausgelegt
ist, verursacht er mit seinen kleineren parasitären Kapazitäten weniger Schaltverluste
als der Hauptschalter, der u. U. mit einem IGBT realisiert wird.
Dadurch kann die Verlustleistung reduziert werden.
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Die
Schalter weisen bei einer Ausführungsvariante
separate Gateanschlüsse
auf und können
von einem Ansteuer-IC separat angesteuert werden. Dabei spielt die
Auslegung der Schaltschwellen der Gatespannung keine Rolle.
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Bei
einer anderen Ausführungsvariante
sind die Gateanschlüsse
der Schalter verbunden. In diesem Fall werden eine spezielle Ansteuerung
und Auslegung der Einschaltschwellen der Gatespannung notwendig.
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Die
Auslegung der Einschaltschwellen wird so realisiert, dass die Einschaltschwelle
des Hauptschalters größer ist
als die des Teillast- oder Stand-By-Schalters.
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Im
normalen Betriebsmodus ist die Gateansteuerspannung größer als
die Schwellenspannung des Hauptschalters. Hierdurch wird sichergestellt,
dass der Hauptschalter eingeschaltet wird, wobei der mitgetaktete
Teillast- oder Stand-By-Schalter keinen merkbaren Einfluss hat.
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Im
Teillastmodus, insbesondere im Stand-By-Betrieb wird die Gateansteuerspannung
größer gewählt als
die Schaltschwelle des Teillast- oder Stand-By-Schalters und niedriger
als des Hauptschalters. Somit wird der Teillast- oder Stand-By-Schalter getaktet,
während
der Hauptschalter ausgeschaltet bleibt.
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Beide
Ausführungen
können
mit Hilfe von zwei diskreten Bauelementen oder einer Multichiplösung (Modul),
sowie auch eines monolithischen Bauelementes mit einer geeigneten
Kennlinie realisiert werden.
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Es
kann auch beliebige Kombination von bipolaren und unipolaren Bauelementen
vorgesehen sein:
- – MOSFET und MOSFET,
- – IGBT
und MOSFET oder
- – IGBT
und IGBT.
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Bei
der Kombination IGBT als Hauptschalter und MOSFET als Teillast-
oder Stand-By-Schalter kann die parasitäre Body-Diode vom MOSFET als Freilaufdiode genutzt
werden, da der IGBT für
negative Kollektor-Emitter-Spannungen, die durch parasitäre Schwingungen
entstehen können,
nicht spezifiziert ist.
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Die
Source- bzw. die Emitter-Anschlüsse
können
verbunden werden oder nicht. Falls nicht, besteht die Möglichkeit,
unterschiedliche Strommesswiderstände für Normal- und Standby-Betrieb einzusetzen.
Dadurch kann die Genauigkeit der Regelung während des Standby erhöht werden.
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Eine
erfinderische Idee liegt bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung
und in der Kombination von Hauptschalter und Teillast- oder Stand-By-Schalter
und beim Ansteuerverfahren in der Ansteuerung mit zwei unterschiedlichen
Spannungspegeln.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen auf der Grundlage
bevorzugter Ausführungsformen
näher erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Form eine erste Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils.
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2 zeigt
in schematischer Form die Anordnung einer anderen Ausgestaltungsform
des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils.
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3A, 3B erläutern in
schematischer Form das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines
Schaltnetzteils.
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Nachfolgend
werden gleiche oder gleich wirkende Elemente und Strukturen der
Figuren ggf. mit identischen Bezugszeichen bezeichnet, ohne dass
in jedem Fall ihres Auftretens eine detaillierte Beschreibung erfolgt.
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1 zeigt
in schematischer Form die Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils 1.
Dieses Schaltnetzteil besteht aus einem Primärstrom-/-spannungseingangsbereich
PE, welcher aus zwei Anschlüssen 2 und 3 und
einer dazwischen parallel geschalteten Glättungskapazität C1 besteht.
Weiter ist ein Sekundärstrom-/-spannungsausgangsbereich
SA vorgesehen, an dessen Ausgangsklemmen 4 und 5 die
Last kontaktierbar ist, welche in 1 durch
einen ohmschen Widerstand R1 angedeutet ist.
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Der
Sekundärstrom-/-spannungsausgangsbereich
SA besteht aus zwei als Transformationselemente dienenden Induktivitäten L1 und
L2, einer als Gleichrichtereinrichtung dienenden Diode D1 sowie
einer Kapazität
C2, welche parallel geschaltet ist und welche als Glättungselement
fungiert. Zwischen dem Primärstrom-/-spannungseingangsbereich
PE und dem Sekundärstrom-/-spannungsausgangsbereich
SA ist erfindungsgemäß das Schalterelement
S, 10 vorgesehen, welches aus einem ersten oder Hauptschalter SW1
in Form eines IGBT und einem zweiten oder Bereitschaftsschalter
SW2 in Form eines MOSFET besteht. Der Hauptschalter SW1 und der
Bereitschaftsschalter SW2 besitzen jeweils einen Steueranschluss
oder Steuereingang G1 und G2, nämlich
die Gateanschlüsse
dieser Bauelemente. Die Steueranschlüsse G1 und G2 sind über separate
Ansteuerleitungen oder Steuerleitungen SL1 bzw. SL2 mit einer vorgesehenen
Ansteuereinrichtung C verbunden. Die beiden Schalter SW1 und SW2
der Schaltereinheit S, 10 sind zueinander parallel geschaltet und
derart werden betrieben, dass im normalen Betriebsmodus über die
erste Steuerleitung SL1 der Hauptschalter gesteuert getaktet eingeschaltet
wird und im Bereitschaftsmodus über
die zweite Steuerleitung SL2 der zweite oder Bereitschaftsschalter
SW2 gesteuert getaktet eingeschaltet wird, wobei dann der Hauptschalter
SW1 der Schaltereinheit S nicht eingeschaltet wird.
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Die
Ausführungsform
der 2 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform
der 1, wobei jedoch die Steueranschlüsse G1 und
G2 des Hauptschalters SW1 bzw. des Bereitschaftsschalters SW2 der Schaltereinheit
S eine gemeinsame Steuerleitung SL zur Ansteuereinrichtung C besitzen.
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Im
Fall der Ausführungsform
der 2 ist es notwendig, die Ansteuerung des Hauptschalters
SW1 für den
normalen Betriebsmodus und die Ansteuerung des Bereitschaftsschalters
SW2 für
den Bereitschaftsmodus über
die Wahl der Pegel des Ansteuersignals zu realisieren.
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Die 3A und 3B zeigen
dementsprechend ein Steuersignal U(t) für den normalen Betriebsmodus
bzw. ein Steuersignal für
den Bereitschaftsmodus. Dargestellt sind jeweils auf der Abszisse
die Zeit t und auf der Ordinate die Ansteuerspannung U(t) als Funktion
der Zeit, welche den Steueranschlüssen G1 und G2 des ersten oder
Hauptschalters SW1 und des zweiten oder Bereitschaftsschalters SW2
der Ausführungsform der 2 über die
gemeinsame Steuerleitung SL zugeführt wird.
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Das
Ansteuersignal U(t) für
den normalen Betriebsmodus gemäß 3A besitzt
die Form einer Rechteckfunktion mit einer minimalen Amplitude 0
und einer maximalen Amplitude Uh1. Diese Maximalamplitude Uh1 für das Ansteuersignal
U(t) ist größer als
die Einsatzspannung, Schaltspannung oder Schwellenspannung Uth1
des ersten oder Hauptschalters SW1 der Schaltereinheit S, 10 und
auch größer als
die niedrigere Einsatzspannung, Schaltspannung oder Schwellenspannung
Uth2 des zweiten oder Bereitschaftsschalters SW2 der Schaltereinheit
S, 10.
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Durch
das in 3A gezeigte Ansteuersignal U(t)
werden somit simultan beide Schalter SW1 und SW2 der Schaltereinheit
S gesteuert getaktet eingeschaltet.
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3B zeigt
das Ansteuersignal U(t) für
den Bereitschaftsmodus oder Stand-By-Modus. Dieses Ansteuersignal
U(t) besitzt ebenfalls Rechteckform, wobei die minimale Amplitude
ebenfalls bei 0 liegt und die maximale Amplitude Uh2 einen Wert
aufweist, welcher zwar größer ist
als die Einsatzspannung, Schwellenspannung oder Schaltspannung Uth2
des zweiten oder Bereitschaftsschalters SW2 der Schaltereinheit
S, 10, aber kleiner als die Einsatzspannung, Schwellenspannung oder
Schaltspannung Uth1 des ersten Schalters SW1 der Schaltereinheit
S, 10. Infolgedessen wird durch das in 3B gezeigte
Ansteuersignal U(t) zwar der zweite oder der Bereitschaftsschalter
SW2 der Schaltereinheit S, 10, nicht aber der erste oder Hauptschalter SW1
der Schaltereinheit S, 10, gesteuert getaktet eingeschaltet, so
dass Verluste durch diesen ersten oder Hauptschalter SW1 im Bereitschaftsmodus
des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils 1 nicht
auftreten.
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Der
erste und der zweite Schalter SW1 bzw. SW2 können in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder monolithisch
integriert ausgebildet sein.
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- 1
- Schaltnetzteil
- 2
- Eingangsanschluss,
Eingang
- 3
- Eingangsanschluss,
Eingang
- 4
- Ausgangsanschluss,
Ausgang
- 5
- Ausgangsanschluss,
Ausgang
- D1
- Ausgangsanschluss,
Ausgang, Drain Hauptschalter
- D2
- Ausgangsanschluss,
Ausgang, Drain Bereitschaftsschalter
- E1
- Eingangsanschluss,
Eingang, Emitter Hauptschalter
- Z1
- Diode
- Z2
- Diode
- C
- Ansteuereinrichtung
- C1
- Kondensator,
Kapazität
- C2
- Kondensator,
Kapazität
- G1
- Steueranschluss,
-eingang, Gate, Hauptschalter SW1
- G2
- Steueranschluss,
-eingang, Gate, Bereitschaftsschalter SW2
- K1
- Eingangsanschluss,
Eingang, Source Hauptschalter SW1
- L1
- Induktivität, Spule
- L2
- Induktivität, Spule
- PE
- Primärstrom-/-spannungseingangsbereich
- R1
- Last
- S
- Schaltereinheit
- S1
- Eingangsanschluss,
Eingang, Source Hauptschalter SW1
- S2
- Eingangsanschluss,
Eingang, Source Bereitschaftsschalter SW2
- SA
- Sekundärstrom-/-spannungsausgabebereich
- SL
- gemeinsame
Steuerleitung
- SL1
- Steuerleitung
- SL2
- Steuerleitung
- SW1
- erster
Schalter, Hauptschalter
- SW2
- zweiter
Schalter, Bereitschaftsschalter
- t
- Zeit
- U(t)
- Ansteuersignal,
Steuerspannung
- Uh1
- Maximalamplitude,
Betriebsmodus
- Uh2
- Maximalamplitude,
Bereitschaftsmodus
- Uth1
- Schaltspannung,
Einsatzspannung, Schwellenspannung des ersten oder Hauptschalters
SW1
- Uth2
- Schaltspannung,
Einsatzspannung, Schwellenspannung des zweiten oder Bereitschaftsschalters SW2