SWITCHING POWER SUPPLY UNIT FOR A DEVICE WITH STAND-BY OPERATION, ESPECIALLY A TELEVISION RECEIVER

Abstract: 1. Switch mode power supply having an isolating transformer (1) for an apparatus having a stand-by condition, especially a television receiver, having a first rectifier (15) for producing a first high drive voltage (U1) and a second rectifier (16) for producing a second low drive voltage (U2), which is also effective in the stand-by condition, whereby the first drive voltage (U1) is reduced in the stand-by condition via a primary side control circuit (11) by a voltage (22) appearing at the secondary side to such a degree that the stages connected to the first drive voltage (U1) no longer function, characterized in that the voltage (22) arising at the secondary side is applied to the primary side control circuit (11) via a galvanic isolating element (23) distinct from the isolating transformer (1), and the first drive voltage (U1) is utilised with its reduced value (15 V) as the second drive voltage.

Description: Schaltnetzteil für ein Gerät mit Bereitschaftsbetrieb, insbesondere einen Fernsehempfänger Bei Geräten der Nachrichtentechnik wie z.B. einem Fernsehempfänger ist es bekannt, die für die einzelnen Stufen notwendigen Betriebsspannungen mit einem Schaltnetzteil aus der Netzspannung zu erzeugen (Funkschau 1975, Heft 5, Seite 40-43). Ein Schaltnetzteil ermöglicht die für den Anschluss äusserer Geräte und für die Massnahmen zur Schutzisolierung vorteilhafte galvanische Trennung der Empfängerschaltung vom Netz. Da ein Schaltnetzteil mit einer gegenüber der Netzfrequenz hohen Frequenz von ca. 30 kHz arbeitet, kann der zur galvanischen Trennung dienende Trenntransformator gegenüber einem Netztrafo für 50 Hz wesentlich kleiner und leichter ausgebildet sein. Durch mehrere Wicklungen oder Wicklungsabgriffe und angeschlossene Gleichrichter können auf der Sekundärseite des Trenntransformators mehrere Spannungen unterschiedlicher Grösse und Polarität erzeugt werden. Es ist andererseits bekannt, derartige Geräte wie einen Fernsehempfänger im sogenannten Bereitschaftsbetrieb (stand by) zu betreiben. Im Bereitschaftsbetrieb sind z.B. nur ein Tuner und ein Fernbedienungsempfänger betriebsfähig, so dass der Empfänger jederzeit von einer Fernbedienung eingeschaltet werden kann. Für einen derartigen Bereitschaftsbetrieb müssen also verschiedene Betriebsspannungen wie z.B. für die Signalverstärker und die Ablenkschaltungen abgeschaltet werden, während wenigstens eine andere Betriebsspannung bestehen bleiben muss. Hierzu ist es bekannt (DE-OS 27 11 020), die an der Sekundärseite des Trenntransformators erzeugten Betriebsspannungen mit mehreren Kontakten eines Relais im Bereitschaftsbetrieb abzuschalten und die Betriebsspannung für einen Fernbedienempfänger unabgeschaltet zu lassen. Ein derartiges Relais ist jedoch ein relativ teures und störanfälliges Bauteil. Ausserdem erhöht sich durch die verringerte Belastung im Bereitschaftsbetrieb die Arbeitsfrequenz stark, wodurch sich ein schlechter Wirkungsgrad und ein relativ hoher Leistungsbedarf im Bereitschaftsbetrieb ergeben. Die erhöhte Arbeitsfrequenz im Bereitschaftsbetrieb erfordert ausserdem eine schnelle Thyristorschaltung mit erhöhtem Schaltungsaufwand. Es ist auch ein für Bereitschaftsbetrieb vorgesehenes Schaltnetzteil ohne Relais bekannt (DE-OS 26 24 965). Dort wird die Sekundärseite des Trenntransformators bei Bereitschaftsbetrieb so stark belastet, dass durch die Kurzschlusseigenschaft die Betriebsspannungen zusammenbrechen und die angeschlossenen Stufen nicht mehr arbeiten. Diese bekannte Schaltung arbeitet insbesondere bei einer Netzspannung von 110 V und den zuge hörigen Unterspannungen bis zu 70 V nicht mehr einwandfrei, weil die primärseitige Regelung die erhöhte Belastung im Sinne einer Stabilisierung der Betriebsspannungen auszuregeln versucht. Ausserdem ergibt sich bei dieser Schaltung durch die starke sekundärseitige Belastung ein relativ schlechter Wirkungsgrad im Bereitschaftsbetrieb. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für Bereitschaftsbetrieb geeignetes Schaltnetzteil zu schaffen, das ohne Verwendung eines Relais auch bei niedrigen Netzspannungen einwandfrei arbeitet und im Bereitschaftsbetrieb eine geringere Leistung aufnimmt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Bei der Erfindung wird das Regelvermögen eines Schaltnetzteiles in vorteilhafter Weise dazu ausgenutzt, die Betriebsspannungen für die im Bereitschaftsbetrieb nicht wirksamen Stufen soweit zu verringern, dass diese Stufen in erwünschter Weise nicht mehr arbeiten. Durch diesen unmittelbaren Eingriff von der Sekundärseite in den Regelkreis auf der Primärseite wird die Verlustleistung im Bereitschaftsbetrieb gering gehalten und somit ein besserer Wirkungsgrad erzielt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die für die Funktion der angeschlossenen Stufen nicht ausreichende Betriebsspannung mit ihrem verringerten Wert als Betriebsspannung für die im Bereitschaftsbetrieb wirksamen Stufen ausgenutzt werden kann, da diese einige geringere Betriebs spannung benötigen. Die Einkopplung der sekundärseitig auftretenden Spannung in den primärseitigen Regelkreis kann dabei mit handelsüblichen, preiswerten und die hinsichtlich galvanischer Trennung bestehenden VDE-Bestimmungen erfüllenden sogenannten Optokopplern erfolgen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Bereitschaftsbetrieb die Arbeitsfrequenz nicht wie bei bekannten Schaltungen stark zunimmt, sondern abnimmt, z.B. von 36 kllz auf 18 kHz. Diese gegenüber bekannten Schaltungen geringere Frequenz im Bereitschaftsbetrieb führt zu einem erhöhten Wirkungsgrad von ca. 80 % im Bereitschaftsbetrieb. Bei dem erfindungsgemässen Schaltnetzteil entsteht beim Umschalten zwischen Bereitschaftsbetrieb und Normalbe trieb kein Einbruch in den Betriebsspannungen. Daher können die Siebmittel im Weg dieser Betriebsspannungen einfacher aufgebaut sein als bei bekannten Schaltungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung für ein Schaltnetzteil eines Fernsehempfängers erläutert. Darin zeigen Figur 1 ein Schaltbild eines Schaltnetzteils, Figur 2 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise für Normalbetrieb, Figur 3 Kurven für den Bereitschaftsbetrieb und Figur 4 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Weiterbildung der Erfindung. Dabei zeigen die kleinen Buchstaben, an welchen Punkten in Figur 1 die Spannungen gemäss Figur 3,4 stehen. Das Schaltnetzteil gemäss Figur i enthält auf der Primärseite des Trenntransformators 1 den Netzgleichrichter 2, den Ladekondensator 3, den Strom-Messwiderstand 4, die Arbeitswicklung 5, den Schalttransistor 6, die zur Schwingungserzeugung dienende Rückkopplungswicklung 7, den zur Steuerung des Schalttransistors 6 dienenden Thyristor 8, die Regelwicklung 9, den zur Erzeugung der Regelspannung dienenden Gleichrichter 10 sowie die zur Stabilisierung der Betriebsspannungen dienende Regelschaltung 11 mit dem Transistor 12 und der eine Referenzspannung liefernden Zenerdiode 13. Die Sekundärwicklung 14 liefert über den Gleichrichter 15 an der Klemme f eine erste Betriebsspannung U1. Ein Abgriff der Wicklung 14 liefert über den Gleichrichter 16 und den Spannungsstabilisator 17 an der Klemme g die zweite Betriebsspannung U2 für den Fernbedienungsempfänger 18. Eine weitere Sekundärwicklung 19 liefert über den Gleichrichter 20 an der Klemme i eine weitere Betriebsspannung U3. Die strichpunktierte Linie 34 deutet die galvanische Trennstelle zwischen Netz und Empfängerschaltung an. Bei Normalbetrieb ist Ul = 150 V, U2 = 12 V und U3 = 12 V. Es sind dann alle Stufen des Fernsehempfängers voll wirksam. Die von dem Fernbedienungsempfänger 18 am Punkt e erzeugte Spannung beträgt dabei 0 V. Beim Umschalten vom Normalbetrieb auf den Bereitschaftsbetrieb mittels der Fernbedieneinheit 21 erzeugt der Fernbedienempfänger 18 am Punkt e die Spannung 22. Diese Spannung gelangt auf den Steuereingang des Optokopplers 23, so dass die den Ausgang des Optokopplers 23 darstellende Kollektor Emitter-Strecke eines Transistors 33 leitend wird. Dadurch wird die die Referenzspannung für die Regelschaltung 11 liefernde Zenerdiode 13 über die nunmehr leitend gesteuerte Diode 24 kurzgeschlossen, so dass am Emitter des Transistors 12 eine durch die Fussspannung von Diode 24 und Kollektor Emitter-Strecke des Transistors 33 bestimmte geringere Referenzspannung steht. Diese verringerte Referenzspannung wirkt in dem Sinne, dass über die auf die Steuerelektrode des Thyristors 8 wirkende Regelschaltung 11 die Betriebsspannungen Ul, U2 und U3 auf etwa 10 % ihres Nennwertes heruntergeregelt werden. Die an die Klemmen f und i angeschlossenen Stufen wie z.B. die Signalverstärker und Ablenkschaltungen arbeiten bei dieser stark verringerten Betriebsspannung nicht mehr und sind somit in erwünschter Weise wirkungslos. Da die Spannung U2 ebenfalls auf 10 % = 1,2 V heruntergeregelt wird, wäre der Fernbedienempfänger 18 nicht mehr betriebsfähig. Zwischen den Punkten f und h ist nun der elektronische Schalter mit den Transistoren 25,26,27 vorgesehen. Die Schalterstrecke, d.h. die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 27 ist bei Normalbetrieb durch den leitenden Transistor 25 gesperrt. Bei Umschaltung auf Bereitschaftsbetrieb sinkt die Spannung am Punkt f und damit an der Basis des Transistors 25 so weit, dass der Transistor 25 gesperrt und die Transistoren 26,27 leitend gesteuert werden. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 27 wird voll leitend und verbindet somit den Punkt f mit dem Punkt h. Die verringerte Betriebsspannung U1 = 15 V wird am Punkt h wirksam, der andererseits durch den gesperrt bleibenden Gleichrichter 16 von der Sekundärwicklung 14 getrennt bleibt. Am Punkt g steht nun trotz der Verringerung der Spannungen Ul und U3 unverändert eine Spannung von U2 = 12 V, so dass der Fernbedienempfänger 18 weiter arbeitet. Die Betriebsspannung U1 mit ihrem verringerten Wert von 15 V wird also bei Bereitschaftsbetrieb als unverändert bestehende Spannung U2 ausgenutzt. Die Spannung U2 kann auch weitere Stufen wie z.B. einen Tuner speisen, die bei Bereitschaftsbetrieb weiter arbeiten müssen. Figur 2 zeigt den Strom il durch die Arbeitswicklung 5 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 6 sowie die zugehörige Spannung UCE über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 6 für eine Arbeitsfrequenz von 36 kHz und eine primärseitige Leistungsaufnahme von 90 W im Normalbetrieb. Bei Umschaltung von Normalbetrieb auf Bereitschaftsbetrieb wird bei einem bekannten Schaltnetzteil die Frequenz durch die auftretende Entlastung des Schaltnetzteils erheblich grösser. Bei dieser erhöhten Frequenz arbeitet der Schalttransistor nicht mehr einwandfrei als Schalter1 so dass sich die Verlustleistung an dem Transistor erhöht. Ein wesentlicher Teil der aufgenommenen Netzleistung gelangt dann nicht zum Fernbedienungsempfänger, sondern wird an dem Schalttransistor verbraucht. Das bedeutet einen schlechten Wirkungsgrad. Wie Figur 3 zeigt, wird im vorliegenden Fall die Frequenz nicht höher, sondern verringert sich auf den Wert von 18 kHz. Während bei dem bekannten Schaltnetzteil durch die starke Frequenzerhöhung in unerwünschter Weise sehr kleine kurzzeitige Ströme ii auftraten, ergeben sich bei der Frequenz von 18 kHz in erwünschter Weise Ströme ii mit einer grösseren Amplitude und einer längeren Dauer. Dadurch wird ein einwandfreies Schalterverhalten des Transistors erreicht. Die Spannung UCE hat dann wieder in erwünschter Weise einen annähernd rechteckförmigen Verlauf, so dass die Schaltverluste in erwünschter Weise kleiner werden. Die Regelschaltung 11 in Figur 1 dient zur Stabilisierung der Spannungen U1,U2,U3. In der Praxis kann es vorkommen, dass die Regelschaltung 11 durch ein schadhaftes Bauteil ausfällt. Die Betriebsspannungen U1,U2,U3 sind dann nicht mehr kontrolliert und können unzulässig hohe Werte, in der Praxis den doppelten oder dreifachen Wert annehmen. Dadurch sind das Schaltnetzteil und die angeschlossenen Verbraucher wie z.B. der Zeilenendstufentransistor oder der Heizfaden der Bildröhre gefährdet. Zum Schutz gegen diese Gefahr ist an die Sekundärwicklung 19 zusätzlich der Thyristor 28 angeschlossen. An seine Steuerelektrode ist der Punkt h über den Spannungsteiler 29,30 angeschlossen. Die Wirkungsweise dieser Schutzschaltung wird anhand der Figur 4 erläuirt. Im normalen störungsfreien Betrieb gelten in Figur 4 die Verhältnisse zwischen den Zeitpunkten tl und t2. An der Arbeitswicklung 5 steht eine etwa rechteckförmige Spannung gemäss Figur 4a mit einer Frequenz von 25-30 kHz aufgrund der periodischen Sperrung des Schalttransistors 6. Durch die Wirkung der Rückkopplungswicklung 7 steht an der Basis des Schalttransistors 6 eine Steuerspannung gemäss Figur 4d mit derselben Frequenz wie die Spannung gemäss Figur 4a. Die Spannung am Punkt b ist kleiner als 0,7 V, so dass der Thyristor 28 nicht zündet und somit auf die Schaltung keinen Einfluss hat. Wenn aufgrund eines Fehlers die Betriebsspannung am Punkt h über einen maximal zulässigen Wert ansteigt, steigt auch die Spannung am Punkt b, d.h. an der Steuerelektrode des Thyristors 28 an. Im Zeitpunkt t2 hat diese Spannung den Wert 0,7 V erreicht, so dass der Thyristor 28 zündet. Die Wicklung 19 und der Thyristor 28 sind so gepolt, dass der Thyristor 28 für die stromleitende Phase des Schalttransistors 6 leitend gesteuert ist. Der Transformator 1 ist daher für die stromleitende Phase sekundärseitig stark belastet. Dadurch bricht die Rückkopplungsspannung an der Rückkopplungswicklung 7 zusammen. Der Schalttransistor 6 wird nicht mehr angesteuert, so dass auch die Spannung am Punkt a zusammenbricht. Das Schaltnetzteil schwingt jetzt nicht mehr, so dass die Energiezufuhr zu den Ladekondensatoren an den Gleichrichtern 15,16,20 unterbrochen ist. Die Betriebsspannungen U1,U2,U3 können also nicht weiter ansteigen. Sie nehmen entsprechend den wirksamen Entladezeitkonstanten der Ladekondensatoren ab. Das gesamte Schaltnetzteil würde jetzt ausgeschaltet bleiben. Die Primärseite des Transformators 1 enthält die Startschaltung mit dem Widerstand 31 und dem Kondensator 32. Der Kondensator 32 wird beginnend im Zeitpunkt tl über den Widerstand 31 in Richtung der positiven Spannung am Ausgang des Gleichrichters 2 aufgeladen, so dass die Spannung am Punkt d, also an der Basis des Schalttransistors 6, von t2 bis t3 langsam ansteigt, wie Figur 4d zeigt. Im Zeitpunkt t3 ist diese Spannung so weit angestiegen, dass der Schalttransistor 6 wieder leitend gesteuert wird, die rechteckförmigen Spannungen am Transistor 6 gemäss Figur 4a und d wieder auftreten und das gesamte Schatnetzteil wieder schwingt. Ist der Fehler nach wie vor vorhanden, wird das Schaltnetzteil im Zeitpunkt t4 wieder abgeschaltet. Das Schaltnetzteil geht also gemäss Figur 4 in einen getakteten Betrieb über. In diesem Betrieb wird entsprechend dem Verhältnis zwischen der Einschaltdauer t1-t2 und der Ausschaltdauer t2-t3 eine verringerte Leistung auf die Sekundärseite übertragen, so dass die Betriebsspannungen U1,U2,U3 keine unzulässig hohen Werte mehr annehmen können. Der Zeitraum tl-t2 ist somit im wesentlichen durch die Zeitkonstante am Gleichrichter 16 und der Zeitraum t2-t3 durch die Zeit konstante aus dem Widerstand 31 und dem Kondensator 32 gegeben. Durch Vergrösserung der Kapazität des Kondensators 32 kann also die Dauer der Ausschaltzeit t2-t3 vergrössert werden.

Claims: Patentansprüche 1. Schaltnetzteil für ein Gerät mit Bereitschaftsbetrieb, insbesondere einen Fernsehempfänger, mit einem ersten Gleichrichter (15) zur Erzeugung einer ersten hohen Be triebsspannung (U1) und einem zweiten Gleichrichter (16) zur Erzeugung einer zweiten niedrigen, auch im Bereit schaftsbetrieb wirksamen Betriebsspannung (U2, gekenn zeichnet durch folgende Merkmale: a) Bei Bereitschaftsbetrieb ist eine sekundärseitig auf tretende Spannung (22) über ein vom Trenntransformator (1) getrenntes galvanisches Trennelement (23) derart in die primärseitige Regelschaltung (it) eingekoppelt, dass die erste Spannung (ut) auf einen verringerten Wert (15 V) abfällt, bei dem die angeschlossenen Stu fen nicht mehr arbeiten. b) Die erste Betriebsspannung (U1) ist mit ihrem verrin gerten Wert (15 V) als zweite Betriebsspannung (U2) ausgenutzt. 2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement ein Optokoppler (23) ist 3. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Trennelemnetes (23) zur Umschaltung einer Referenzspannung (13) in der Regelschaltung (11) dient. 4. Netzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass pa rallel zum Referenzspannungs-Element (13) die Reihenschal tung aus dem Ausgang des Trennelementes (23) und einer Diode (24) liegt. 5. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Punkt (f) mit der ersten Betriebsspannung (Ui) und dem Punkt (h) mit der zweiten Betriebsspannung (U2) ein elektronischer Schalter (25-27) liegt, der durch die erste Betriebsspannung (U1) mit ihrem verringerten Wert leitend gesteuert ist.

Inventors: VON DER OHE, WILFRIED
Applicants: TELEFUNKEN FERNSEH UND RUNDFUNK GMBH
Application year: 1983
Main classification: H04N3
IPC codes: H04N3