DE3336841C2

DE3336841C2 -

Info

Publication number: DE3336841C2
Application number: DE19833336841
Authority: DE
Inventors: Waldemar 6832 Hockenheim De Lau
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1988-08-04
Also published as: DE3336841A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzeil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Schaltnetzteil ist bekannt aus der DE-OS 25 46 992. Al lerdings erfolgt hier keine Frequenzstabilisierung bei Laständerungen.

Bei getaktet geregelten Netzgeräten wird die Eingangs spannung nicht kontinuierlich auf den Ausgang geführt, sondern es wird eine Drossel zur Energiespeicherung zwischengeschaltet. In der älteren Anmeldung nach DE-OS 32 45 759 ist ein Schaltnetzteil beschrieben, das aus der Reihenschaltung eines Schaltelementes, einer Spei cherspule und eines Stromfühlers besteht und wobei fer ner ein Stützkondensator am Ausgang vorhanden ist. Wei terhin sind ein Stromregler und ein Spannungsregler vor handen und derart geschaltet, daß der Stromregler vom Stromfühler und der Spannungsregler von der Ausgangs spannung des Schaltnetzteils angesteuert werden. Die Strom- und Spannungsregler weisen definierte obere und untere Ein- und Ausschaltpunkte auf und steuern ein Ver knüpfungsglied an, das wiederum auf ein Schaltelement einwirkt. Dieses Schaltelement trennt den Eingang vom Ausgang bei unzulässig hoher Ausgangsspannung oder zu hohem Ausgangsstrom. Durch die getrennte Zweipunkt-Span nungs- und Stromregelung wird eine lastabhängige Regel eigenschaft erreicht, so daß der Stützkondensator am Ausgang, falls erforderlich, sehr groß gewählt werden kann.

Bei dieser Anordnung wird mit abnehmender Last am Aus gang die Taktfrequenz des Schaltnetzteiles niedriger, so daß eventuell diese Frequenz in den hörbaren Bereich abgleitet. Dies kann zu akustisch wahrnehmbaren Pfeif geräuschen in der Speicherdrossel führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein zweipunktgere geltes Schaltnetzteil zu finden, dessen Schaltpunkte sich in Abhängigkeit der Last ändern, so daß sich eine stabilisierte Schaltfrequenz unabhängig von der Last einstellt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Eine Ausgestal tung der Erfindung ist aus dem Anspruch 2 ersichtlich.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil ist besonders die gute Regeleigenschaft (geringe Totzeiten) auch bei großer Lastzuschaltung. Gemäß der Erfindung kann weiterhin wegen der geringen Totzeit auch ein klei ner Stützkondensator am Ausgang verwendet werden, wo durch preisliche und platzmäßige Vorteile entstehen.

Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

An den Eingang U _E des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils ist eine ungeregelte Gleichspannung angelegt, die am Ausgang U _A einen gegen Kurzschluß und Stromänderung ge sicherten Wert annimmt. Eingangs- U _E und Ausgangsklemme U _A beziehen sich dabei auf 0-Volt-Potential. An den Aus gang U _A ist symbolhaft eine ohmsche Last R angeschaltet. Zwischen die Eingangsklemme U _E und die Ausgangsklemme U _A ist die Reihenschaltung eines Schaltelementes 1, einer Speicherdrossel 2 und eine Strommeßwiderstandes 3 ge legt. Das Schaltelement 1 hat die Aufgabe, das Netzteil je nach Strombedarf an- und auszuschalten, die Spei cherdrossel 2 ist zur Energiezwischenspeicherung bzw. zur Einschaltstrombegrenzung vorgesehen, und der Strom meßwiderstand 3 dient zum Feststellen des Laststromes. Erforderlich bei Schaltnetzteilen ist auch eine Frei laufdiode V 2, die vom 0-Volt-Potential vor die Speicher drossel 2 geschaltet ist und den Stromfluß auch bei Spannungsumkehr in der Speicherdrossel 2 gewährleistet. Von der Ausgangsklemme U _A zu 0-Volt-Potential ist noch ein Speicherkondensator C 1 geschaltet.

Dies ist eine Schaltung, wie sie allgemein bekannt ist und in vielen Schaltnetzteilen angewendet wird. Erfin dungsgemäß wird jetzt vor dem Strommeßwiderstand 3 eine Integrationsschaltung R 1/C 2 angeschaltet, welche einen dem Laststrom entsprechenden Spannungsmittelwert er zeugt. Dieses geglättete Signal wird auf den Plus-Ein gang eines Operationsverstärkers 4 geführt. Der Minus- Eingang des Operationsverstärkers 4 ist über einen Wi derstand R 2 mit der Ausgangsklemme U _A verbunden. Weiter hin ist vom Minus-Eingang des Operationsverstärkers 4 auf seinen Ausgang ein Widerstand R 3 geschaltet. Mit Hilfe dieser beiden Widerstände R 2 und R 3 läßt sich die Verstärkung des Operationsverstärkers 4 einstellen. Eine derartige Verstärkungsregelung ist allgemein bekannt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 4 ist über eine Entkoppeldiode V 1 auf eine Spannungsteilerschaltung R 4/ R 5 gelegt und steuert einen weiteren Operationsverstär ker 5 an seinem Plus-Eingang an. Der Ausgang des Opera tionsverstärkers 5 beeinflußt das Schaltelement 1 der art, daß bei einem oberen Schaltpunkt am Operations verstärker 5 das Schaltelement 1 öffnet und bei einem unteren Schaltpunkt schließt.

Die Spannungsteilerschaltung R 4/R 5 ist dabei so geschal tet, daß R 5 auf die Verbindung von Schaltelement 1 und Speicherdrossel 2 gelegt ist und Widerstand R 4 über die Diode V 1 auf den Ausgang des Operationsverstärkers 4 führt. An die Verbindung zwischen den Widerständen R 4 und R 5 ist ein weiterer Widerstand R 6 geschaltet, der auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 5 führt. Eine auf 0-Volt-Potential bezogene Referenzspannungs quelle U _ref (beispielsweise Zenerdiode) ist weiterhin noch über einen Widerstand R 7 auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 5 gelegt. Der Spannungsistwert vom Ausgang U _A wird auf den Minus-Eingang des Operationsver stärkers 5 geführt.

Die Festlegung der unteren und oberen Schaltpunkte zur Beeinflussung des Schaltelementes 1 wird durch die Be schaltung des Operationsverstärkers 5 erzielt. So dient beispielsweise die Spannungsquelle U _ref zur Festlegung der Ausgangsspannung U _A. Dabei wird der festen Refe renzspannung aus der Quelle U _ref die Ausgangsspannung aus dem Schaltelement 1 (bei geschlossenem Schalter) überlagert. Diese Spannung aus dem Schaltelement 1 wird dabei durch die Spannungsteiler R 5 und R 6 gegenüber R 7 heruntergeteilt, wodurch für den Operationsverstärker 5 die Schalthysterese vorgegeben wird. Der untere Schalt punkt am Operationsverstärker 5 wird durch die Referenz spannungsquelle U _ref-U _ref bestimmt (das Schaltelement ist dabei geöffnet).

Der Operationsverstärker 4 bildet eine von der Last R, die in der Zeichnung nur symbolisch dargestellt wurde, abhängige Begrenzerspannung. Diese Spannung wird über dem Strommeßwiderstand 3 gebildet, über R 1/C 2 geglättet, und im Operationsverstärker 4 verstärkt. Diese Begren zerspannung beeinflußt jetzt über die Spannungsteiler R 4, R 5, R 6 die Spannung vom Ausgang des Schaltelementes 1, so daß am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 5 eine geänderte, verkleinerte Spannung ansteht. Hierdurch läßt sich die Einschaltzeit (Schwingzeit) des Operationsver stärkers 5 so verändern, daß die gesamte Periodendauer, bestehend aus Einschaltzeit und Ausschaltzeit, gleich bleibt. Der Operationsverstärker wirkt dabei wie ein Zweipunktregler und bildet die Leistungsansteuerung für das Schaltelement 1. Der Minus-Eingang des Operations verstärkes 5 ist fest mit dem Ausgang U _A verbunden, so daß vom Ausgang her ein Spannungsistwert fest vorgegeben wird.

In Abhängigkeit vom Operationsverstärker 5 schaltet also das Schaltelement 1 die Last R am Ausgang zu und ab. Der eigentliche Schaltpunkt für das Schaltelement 1 wird gebildet aus den Widerständen R 4, R 5, R 6, R 7 und die den Grundwert darstellende Spannungsquelle U _ref. Regulierend wirkt dabei die Ausgangsspannung aus dem Operationsver stärker 4 auf die Spannungsteilerwiderstände R 4, R 5, R 6, R 7. Dies bedeutet, daß bei geringer Last R am Ausgang U _A auch nur eine kleine Einschaltdauer am Schaltelement 1 benötigt wird, um eine konstante Periodendauer zu errei chen. Die Schalthysterese am Schaltelement 1 ist damit so lastabhängig, daß die Schwingfrequenz bei sich än dernder Last gleich bleibt. Lasteinbrüche, d. h. starke Lastunterschiede am Ausgang U _A können so regelungstech nisch ausgeblendet werden, so daß über den gesamten Lastbereich die Schaltfrequenz des Schaltelementes 1 nahezu konstant bleibt.

In vorteihafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wird - in der Zeichnung gestrichelt dargestellt - von dem Ausgang U _A zu dem gemeinsamen Punkt zwischen den Widerständen R 4 und R 5 eine Reihenschaltung aus ei ner Zenerdiode V 3 und einem Widerstand R 8 gelegt. An stelle dieser Bauelemente ist aber auch der Einsatz ei nes Varistors möglich. Hierdurch wird folgendes er reicht: Bei konstanter Last am Ausgang U _A wird die Schaltfrequenz (Taktfrequenz, Schwingfrequenz = Frequenz des Ein- und Ausschaltens des Schaltgliedes 1) bei sich ändernder Eingangsspannung noch stabilisiert. So wird in vorteilhafter Weise trotz der Störgröße schwankende Ein gangsspannung eine konstante Schaltfrequenz wie bei ei nem pulsbreitengeregelten Schaltnetzteil erreicht.

Claims

1. Zweipunktgeregeltes Schaltnetzteil mit Schalthy sterese

- mit Schaltelement, Speicherdrossel, Glättungskon densator und Freilaufdiode,
- mit einem Strommeßwiderstand in Serie zur Speicher drossel,
- dessen Spannungsabfall integriert und einem ersten Operationsverstärker zugeführt wird,
- dessen Ausgangsspannung zu einem zweiten Operati onsverstärker gelangt, dessen Eingänge außerdem an einer Referenz bzw. an einer zur Ausgangsspannung des Schaltnetzteils proportionalen Spannung liegen und der das Steuersignal für das Schaltelement er zeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- zum Strommeßwiderstand (3) als Integrierglied ein RC-Glied (R ₁ C ₂) parallel liegt, dessen Mittelab griff am Plus-Eingang des ersten mit vorgegebener Verstärkung betriebenen Operationsverstärkers (4) liegt, wobei dessen Minus-Eingang einmal über einen Widerstand (R 2) mit dem Verbindungspunkt des Inte grierkondensators (C 2) mit dem Strommeßwiderstand (3) und einmal über einen Widerstand (R 3) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (4) verbunden ist,
- ein erster, zweiter und dritter Spannungsteilerwi derstand (R 5, R 6, R 7) und eine Referenzspannungsquel le (U _ref) in dieser Reihenfolge zwischen dem Aus gangsanschluß des Schaltelements und OV-Potential liegen,
- der Plus-Eingang des zweiten Operationsverstärkers (5) zwischen dem zweiten (R 6) und dem dritten (R 7) Spannungsteilerwiderstand angeschlossen ist,
- der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (4) seriell über eine Diode (V 1) und einen Widerstand (R 4) zwischen dem ersten (R 5) und dem zweiten (R 6) Spannungsteilerwiderstand angeschlossen ist, und
-der Minus-Eingang des zweiten Operationsver stärkers (5) an der Ausgangsspannung des Schaltnetz teils liegt.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Reihenschaltung einer Zenerdiode (V 3) und eines Widerstandes (R 8) von dem Ausgang (U _A) auf die Verbindung zwischen den Widerständen (R 4, R 5) geschaltet ist.