DE4029057A1

DE4029057A1 - Source of constant voltage for mains rectifier starting - is based on FET with resistance and Zener diode passing current largely independent of input voltage

Info

Publication number: DE4029057A1
Application number: DE19904029057
Authority: DE
Inventors: Eckhard Steffen
Original assignee: EBERLE A GmbH
Current assignee: EBERLE A GmbH
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-03-19

Abstract

In a blocking DC-DC convertor the input rectifier (5) and smoothing capacitor (6) supply current to the prim. winding of a transformer (1) via a transistor (7) switched by electronic control (4) fed from a low-voltage sec. winding (2) via a rectifying diode (11). Starting is facilitated by a source (3) of lower voltage and constant current involving an n-channel FET in series with a resistance and a Zener diode. The major sec. voltage is rectified (9) and smoothed (10). ADVANTAGE - Power loss in starting source is minimised and overall efficiency improved, allowing use of smaller and cheaper components.

Description

field of use

Die Erfindung betrifft den Einsatz einer Konstantstromquelle; aufgebaut aus einem selbstleitenden N-Kanal-Feldeffekttransistor, welche zur Hilfsspannungsversorgung der Steuerelektronik von primärgetakteten Netzteilen (nach dem Funktionsprinzip: Sperr-, Durchfluß-, Gegentaktwandler) während der Anlaufphase dient.The invention relates to the use of a constant current source; built up from a self-conducting N-channel field effect transistor, which is used to supply auxiliary power to the control electronics from primary clocked power supplies (according to the functional principle: blocking, flow, push-pull converter) is used during the start-up phase.

Purpose ( Fig. 1)

Bei getakteten Netzteilen mit Wandler, die sich im Betrieb selbstversorgen, d. h. die die zum Betrieb der Steuerelektronik notwendige Hilfsenergie aus dem Spannungsübertrager auskoppeln, ist eine gesonderte Spannungsquelle während der Anlaufphase nötig. Die Erfindung betrifft die Verbesserung der technischen Eigenschaften, die Minimierung des Schaltungsaufwandes dieser Spannungsquelle, sowie die Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades von getakteten Netzteilen.In the case of clocked power supplies with converters that self-supply during operation, d. H. which are necessary for the operation of the control electronics Decoupling auxiliary power from the voltage transformer is a separate one Voltage source required during the start-up phase. The invention relates to the improvement of the technical properties, the minimization of the circuit complexity of this voltage source, as well as improving the overall efficiency of clocked Power supplies.

State of the art ( Fig. 2a, b)

Es ist bekannt, die Anlaufspannungsquelle als Konstantspannungsquelle (Fig. 2a, b) auszuführen, da getaktete Netzteile oft über einen Bereich verschiedener Eingangsspannungen arbeiten sollen. Dabei wird nach Fig. 2a eine Zenerdiode von einem durch die Eingangsspannung U_e und dem Widerstand bestimmten Querstrom I_q durchflossen, wobei an der Zenerdiode eine von der Eingangsspannung U_e näherungsweise unabhängige Versorgungsspannung U_v für die Steuerelektronik abfällt. Dabei muß der Querstrom I_q so gewählt werden, daß der notwendige maximale Versorgungsstrom I_v entnommen werden kann, ohne daß die Spannung U_v zusammenbricht. Eine bekannte Verbesserung der Schaltung stellt die Ausstattung mit einem Transistor als Emitterfolger gemäß Fig. 2b dar. Dabei kann der Querstrom I_q um den Faktor der Stromverstärkung des Transistors reduziert werden, da an der Zenerdiode nur der Basisstrom I_B des Transistors aufgebracht werden muß. It is known to design the starting voltage source as a constant voltage source ( FIGS. 2a, b), since clocked power supplies are often intended to operate over a range of different input voltages. Here, a zener diode is shown in Fig. 2a as determined by a by the input voltage U _e and the resistance shunt current I _q flowing through, wherein at the Zener diode has an approximately independent of the input voltage U _e supply voltage U _v for the control electronics drops. The cross current I _{q must} be selected so that the necessary maximum supply current I _v can be taken without the voltage U _v collapsing. A known improvement of the circuit is the equipment with a transistor as an emitter follower according to FIG. 2b. The cross current I _q can be reduced by the factor of the current gain of the transistor, since only the base current I _{B of} the transistor has to be applied to the zener diode.

Critique of the prior art ( Fig. 2a, b)

Um bei der minimalen Eingangsspannung U_emin den nötigen Versorgungsstrom I_V bereitstellen zu können, muß der Widerstand so dimensioniert werden, daß bei U_emin der mindestens nötige Querstrom I_gmin fließt. Damit fließt bei höheren Eingangsspannungen U_e ein unnötig höherer Querstrom I_q, der zu unnötig hoher Verlustleistung an Widerstand und Zenerdiode führt und damit den Gesamtwirkungsgrad insbesondere bei getakteten Netzteilen für kleine Leistung verschlechtert. Ferner müssen die Bauteile und auf den bei maximaler Eingangsspannung U_emax fließenden, maximalen Querstrom I_qmax dimensioniert werden.In order to provide for the minimum input voltage U _e min the necessary power supply current I _V, the resistance should be dimensioned such that flows in U _e min the least necessary cross-current I _g min. Thus, at higher input voltages U _e, an unnecessarily higher cross current I _{q flows} , which leads to unnecessarily high power dissipation in the resistor and Zener diode and thus deteriorates the overall efficiency, in particular in the case of clocked power supplies for low power. Furthermore, the components and the maximum cross current I _q max flowing at the maximum input voltage U _e max must be dimensioned.

task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustleistung der Anlaufspannungsquelle zu minimieren und damit den Gesamtwirkungsgrad des getakteten Netzteiles zu verbessern, sowie den Aufwand an elektronischen Bauteilen zu minimieren.The invention has for its object the power dissipation Minimize the starting voltage source and thus the overall efficiency the clocked power supply to improve, as well as the effort to minimize electronic components.

Solution ( Fig. 3)

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannungsquelle für die Anlaufversorgung von getakteten Netzteilen mit Wandler mit einem als Konstantstromquelle geschalteten, selbstleitenden N-Kanal-Feldeffekttransistor ausgeführt wird. Diese aus (1) bekannte Schaltung wird hier erstmals in dieser Anwendung eingesetzt. (1) Siemens Components Heft 26 (1988), Seite 196.This object is achieved in that the voltage source for the start-up supply of clocked power supplies with Converter with a self-conducting switched as a constant current source N-channel field effect transistor is executed. These The circuit known from (1) is used for the first time in this application used. (1) Siemens Components Issue 26 (1988), page 196.

Achievable advantages

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die in der Anlaufspannungsquelle von getakteten Netzteilen entstehende Verlustleistung minimiert wird.The advantages achieved by the invention are that arising in the starting voltage source of clocked power supplies Power loss is minimized.

Dadurch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad des Netzteiles und die mit weniger Verlustleistung beaufschlagten Bauteile können geringer dimensioniert werden.This improves the overall efficiency of the power supply and components with less power dissipation be dimensioned smaller.

Description of an embodiment

Fig. 1: Prinzipschaltbild eines getakteten Kleinnetzteiles
Fig. 3: Anlaufspannungsquelle Fig. 1: Basic circuit diagram of a clocked small power supply
Fig. 3: starting voltage source

Anwendung in einem getakteten Kleinnetzteil nach dem Sperrwandlerprinzip (Fig. 1); (gilt auch für Durchfluß- und Gegentaktwandler).Use in a clocked small power supply based on the flyback principle ( Fig. 1); (also applies to forward and push-pull converters).

Aufgabe des Netzteiles ist es, die Gleich- oder Wechselspannung U_N eines Netzes verlustarm in eine Gleichspannung U_a bestimmter Größe zu wandeln, wobei die entnehmbare Ausgangsleistung an U_a je nach Ausführung 3 bis 10 Watt beträgt. Das Netzteil ist zum Betrieb mit Netzspannungen U_N geeignet, die um den Faktor 3 bis 4 variiert werden kann. Die Netzspannung U_N wird über Gleichrichter und Glättungskondensator in die Eingangsgleichspannung U_e übergeführt. Die Steuerelektronik schaltet über Transistor den Stromfluß in der primären Wicklung des Übertragers .The task of the power supply unit is to convert the direct or alternating voltage U _{N of} a network into a direct voltage U _{a of a} certain size with little loss, the output power at U _{a being} 3 to 10 watts depending on the version. The power supply unit is suitable for operation with line voltages U _N , which can be varied by a factor of 3 to 4. The mains voltage U _N is converted into the input DC voltage U _e via rectifier and smoothing capacitor. The control electronics switch the current flow in the primary winding of the transformer via transistor.

Beim Abschalten des Primärstromes I_p wird in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die durch Gleichrichter und Glättungskondensator in die Ausgangsgleichspannung U_a überführt wird. Der Wert von U_a wird durch die Auslegung der Steuerelektronik sowie von Übersetzungsverhältnis des Wandlers bestimmt. Die Spannungsversorgung des Steuerelektronik erfolgt im Betrieb über eine Versorgungswicklung im Wandler, die über Gleichrichtdiode und Glättungskondensator die Versorgungsgleichspannung U_v der Steuerelektronik zur Verfügung stellt.When the primary current I _p is switched off, a voltage is induced in the secondary winding, which voltage is converted into the direct output voltage U _a by the rectifier and smoothing capacitor. The value of U _a is determined by the design of the control electronics and the gear ratio of the converter. In operation, the control electronics are supplied with voltage via a supply winding in the converter, which provides the supply electronics voltage U _{v to} the control electronics via a rectifying diode and smoothing capacitor.

Während der Anlaufphase des Netzteiles wird die Versorgungsspannung U_v mittels der Anlaufspannungsquelle aus der Eingangsspannung U_e gewonnen. Die Anlaufspannungsquelle liefert eine geringere Spannung U_v als die Versorgungswicklung , so daß während des Betriebes des Netzteiles der Versorgungsstrom I_v ausschließlich aus der Versrogungswicklung entnommen wird.During the start-up phase of the power supply unit, the supply voltage U _{v is} obtained from the input voltage U _e by means of the starting voltage source. The starting voltage source supplies a lower voltage U _v than the supply winding, so that during the operation of the power supply unit the supply current I _{v is drawn} exclusively from the supply winding.

Design of the starting voltage source ( Fig. 3):

Die Anordnung aus selbstleitenden N-Kanal-Feldeffekttransistor und Widerstand stellt eine zweipolige Konstantstromquelle das, die einen in weiten Bereichen von der Eingangsspannung U_e unabhängigen Querstrom I_g durch dIe Zenerdiode fließen läßt. Da der Gatestrom I_G des Feldeffekttransistors näherungsweise Null ist, kann der Querstrom I_g durch entsprechende Wahl des Wertes des Widerstandes extrem niedrig (einige µA) dimensioniert werden. Damit ist die Verlustleistung an den Bauteilen und minimal, und es kann eine entsprechend geringe Dimensionierung von und vorgenommen werden. The arrangement of self-conducting N-channel field effect transistor and resistor provides a two-pole constant current source that allows a cross current I _g to flow through the Zener diode that is independent of the input voltage U _{e over} a wide range. Since the gate current I _G of the field effect transistor is approximately zero, the cross current I _g (some uA) can be dimensioned extremely low by appropriate choice of the value of resistance. The power dissipation on the components is thus minimal and a correspondingly small dimensioning of and can be carried out.

Da der Spannungsabfal U_Z an der stromdurchflossenen Zenerdiode konstant ist, ergibt sich durch Schaltungszwang eine näherungsweise konstante Versorgungsspannung U_V.Since the voltage drop U _Z at the current-carrying Zener diode is constant, an approximately constant supply voltage U _V results from the necessity of switching.

Claims

Generic term:
Constant voltage source for the start-up supply of the control electronics of primary clocked power supplies with converter. . .
Characteristic part:
is constructed as a constant current source, self-conducting field effect transistor.