INTERRUPTION DEVICE FOR A SELF-OSCILLATING FLYBACK CONVERTER

Abstract: 1. A method of disconnecting a switch-mode power supply unit having a switching transistor (T1) and a control circuit (S) which drives said transistor, characterised in that the control circuit (S) is supplied with a control signal which simulates a short-circuited secondary and suppresses any restart of the switch-mode power supply unit.

Description: Abschalteinrichtung für einen selbstschwingenden Sperrwandler Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschaltung eines Schaltnetzteiles gemäss dem Oberbegriff des Patentan spruches 1. In neueren Geräten der Kommunikationstechnik werden im allgemeinen zur Stromversorgung Schaltnetzteile, insbe sondere primär getaktete Schaltnetzteile, verwendet. Di se sind gegenüber herkömmlichen Netzteilen verteilheft, da sie bedautenc weniger Platz benötigen. Schaltnetzteile arbeiten mit einer Frequenz von ce. 20 bis 200KHz. se dass vor allem der Transformator gegenüber einem 50Hz Trans formater wesentlien kleiner und leichter ist. Aufbas, Di mensionierung und wirkungsweisen von Schaltnetzteilen sind in dem Buch "Schaltnetzteile" von @cachim Wüstehube beschrieben. Bei den eingangs genannten Geräten werden ort mehrere Schaltnetzteile verwendet, die bedarfsweise zur Stromver sorgung, beisoielsweise bei verschiedenen Betriebszustän den, benutzt werden. Es ist allgemein bekannt, diese Schaltnetzteile primärseitig, d.h. die Eingangsspannungs- leitungen mit einem Relais schaltbar auszubilden. Ein Re lais ist ein mechanisches, dem Verschleiss unterworfenes Bauteile, das zudem relativ viel Leistung für den Schalt vorgang und während des Schaitzustandes benötigt. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Abschal tung für ein Schaltnetzteil anzugeben, bei dessen Anwen dung die zum Schalten erforderliche Leistung reduziert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besonders vorteilhaft bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei einem Schaltnetzteil mit einem selbstschwingenden Sperrwandler ist, dass die Schutzklasseforderungen von selbst erfüllt sind. Weitere Ausgestaltungen der Erindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So ist vorteilnaft, wenn Steuersignale über eInen Steuerübertraget an e, den Schalt- transistor ansteuernde Steuerschaltung gegeben werden. Vorteilhafterweise wird die Wechselspannung von einem Taktgeber abgegeben, der durch den Timer-Baustein 555 der Firma Siemens realisiert ist. Es ist besonders vorteilhaft, zur Simulierung des Kurzschlusses den Taktgeber über einen transistor gegen Ei Bezu@spotential zu schalten, wobei der Taktgeber dauernd mit einer Hauptstromversorgungsklemme verwunden ist. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dabei zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines selbstschwindenden Sperrwandlers mit der erfindungsgemässen Abschalteinrichtung und, Fig. 2 Spannungen an einigen Punkten des Sperrwandlers. In Fig. 1 ist ein Schaltnetzteil mit einem selbstschwingenden Sperrwandler dargestellt. Dieser weist zwei Eingangsklemmen El und E2 auf, an denen eine Eingangsspannung UE anliegt, sowie zwei Ausgangsklemmen Al und A2, an denen eine Ausgangsspannung UA abgreifbar ist. Der Sperrwandler enthält weiter einen Speicherübertrager Ül, mit einer Primärwicklung N1, einer Sekundärwicklung N2 und einer Rückkopplungswicklung.N3, sowie einen Steuerübertrager Ü2 mit zwei Steuerwicklungen W1 und W2. Die Primärwicklung N1 ist mit der Eingangsklemme El und über einen Schalttransistor 1 mit der Eingangsklemme E2 ver bunde. Der Schalttransistor T1 wird über seinen Basis- anschluss von einer Steuerschaltung S angesteuert. Die Steuerschaltung S ist mit den beiden Eingangsklemmen El und E2 verbunden. Die Serienschaltung aus der Rückkopplungswicklung N3 und der Steuerwicklung W1 des Steuer übertragers U2 ist mit der Steuerschaltung 5 verbunden, wobei die verbindungleitung zwischen den beiden Wicklungen N3 und W1 mit der Elngangsklemme 2 versonden ist. Das eine Ende der Sekundärwicklung N2 des Speicherüber- tragers Ü1 ist mit der Ausgangsklemme A1, und das anders Ende ist über eine in Sperrlchtung gepolte freilaufdiode Di mit der Ausgangsklemme A2 verbunden. Zwischen die beiden Ausgangsklemmen Al und A2 ist ein Glättungskondensa- tor C1 geschaltet. Weiter ist zur Ansteuerung der Steuerschaltung S sekundärseitig ein sog. Rampengenerator vorgesehen. Hierzu ist das eine Ende der Sekundärwicklung N2 über eine Serienschaltung aus einem Widerstand R1 und einer Spule L mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung N2 verbunden. Ein Messpunkt Pl, der zwischen dem Widerstand R1 und der Spule L liegt, ist über eine Diode D3 und einen Regeltransistor T2 und die Steuerwicklung W2 des Steuerübertragers U2 mit der Ausgangsklemme A2 verbunden. Die Basis des Regeltran sistors T2 ist über einen Widerstand R2 mit der Referenzspannungsklemme UR verbunden. Auf der Sekundärseite des Übertragers Ü1 ist eine Über- lastabschaltung vorgesehen. Diese besteht aus einer Serienschaltung, aus einem Widerstand R3, einem Kondensa- tor C3 und einer Parallelschaltung aus einem Widerstand R4 und einer r Diode D5 Diese Serienschaltung ist parallel zur Freilaufdiode D1 geschaltet, wobei der Widerstand R3 mit deren Anode, und der Widerstand R4, sowie die Katode der Diode D5 mit deren Katode verbunden ist. Ein Messpunkt P2, der sich zwischen der Parallelschaltung aus dem Widerstand RLL und der Diode D5 und dem Kondensator C3 be- findet, ist über eine Diode D4 und ebenfalls über den Regeltransistor T2 und die Steuerwicklung W2 des Stuer übertragers Ü2 mit der Ausgangsklemme A2 verbunden. Erfindungsgemäss ist als Abschalteinrichtung eine Schaltstufe mit einem Taktgeber TG, einem Koppelkondensator C2, einer Diode C2 und einem Transistor 3 vorgesehen. Der Taktgeber TG ist durch den Timer Baustein 555 der Firma Siemens realisiert. Die äussere Beschaltung dieses Basteins als astabiler Multivibretor, ist ellgemein bekannt und den zugehörigen Datenblättern zu entnehmen. Der Anschluss 1 des Taktgeber TG, der über die in Spe-r- richtung gepolte Diode D2 mit der Basis des Regeltransi- stors T2 verbunden ist, ist über den Transistor T3 gegen ein Bezugspotential OV schaltbar. Die Basis des Transistors T3 ist mit einer Schaltklemme SK verbunden. Die Anschlüsse 4 und 8 des Taktgebers TG sind mit einer Hauptstromversorgungsklemme HS verbunden. An dieser Klemme liegt dauernd eine von einer Hauptstromversorgung gelie- ferte Spannung an. Der Anschluss 3 ist über den Koppelkondensator C2 mit der Steuerwicklung W2 des Steuerübertragers U2 verbunden. In Fig. 2 sind qualitativ Spannungen an einigen Punkten des in Fig. 1 dargestellten Schaltnetzteils dargestellt. Dies sind im einzelnen eine am Schalttransistor T1 abgrifbare Kollektor-Emitterspannung UCE (T1), eine über der Freilaufdiode D1 abgreifbare Spannung U (D1), eine am Messpunkt P1 abgreifbare Spannung U (P1), sowie eine am Messpunkt P2 abgreifbare Spannung U (P2). Die Kollektor Emitterspannung UCE (T1) und die über der Freilaufdiode D1 abgreifbare Spannung U (D1) zeigen während einer Einschaltzeit TE und während einer Ausschaltzeit TA des Schalttransistors T1 die an sich bekannte Form für Sperwandler. Am Messpunkt P1 ist die rampenförmige Spannung U (P1) adnehmbar, deren Maximalwenrt mit U1 bezeichnet ist. Die am Messpunkt P2 abgreifbare Spannung U (P2) zeigt zu Beginn der Einschaltzeit TE einen steilen Anstieg, der gefolgt wird von einem flacharen Anstieg, der gegeben ist durch die Zeltkonstante aus dem Widerstand R3 und dem Kondensator C3. Am Ende der Einschaltzeit TE filit die Spannung U (P2) ab. Der Maximalwert dieser Spannung ist mit U2 bezeichnet. Im folgenden wird die an sich bekannte Wirkungsweise des selbstschwingenden Sperrwandlers ohne die erfindungsgemässe Abschalteinrichtung beschrieben. Beim Anlegen der gleichgerichteten Netzspannung, d.h. der Eingangsspannung UE an die beiden Eingangsklemmen El und E2, wird der Schwingungsvorgang des selbstschwingenden Sperrwandlers gestartet. Dazu schaltet die Steuerschaltung S den Schalttransistor T1 leitend, und der Strom in der Primärwicklung N1 des Speicherübertragers Ü1 steigt linear an. Die Induktionsspannung der Rückkopplungswicklung N3 ist so gepolt, dass der Basisstrom des Schalttransistors T1 ansteigt und diesen in die Sättigung bringt. Die in der Sekundärwicklung N2 induzierte Spannung sperrt die Freilaufdiode D1 und bewirkt in der Serienschaltung aus dem Widerstand R1 und der Spule L einen rampenförmigen Stromverlauf bzw. am Messpunkt P1 einen rampenförmigen Spannungsverlauf (siehe U (P1) in Fig. 2). Solange die an den Ausgangsklemmen Al und A2 abgreifbare Ausgangsspannung UA kleiner ist als eine an der Referenzspannungslkemme UR anliegende Referenzspannung, steigt der Strom in der Primärwicklung N1 an, bis durch Nichtlinearitäten der Anstieg des magnetischen Flusses im Spei- cherübertrager Ü1 unterbrochen wird. Diese Nichtlinearitäten werden. beispielsweise dadurch bewirkt, dass der Schalttransistor T1 aus dar Sättigung kommt, dass der Kern des Speicherübertragers Ü1 in die Sättigung kommt, oder dass der Anstieg des magnetischen Flusses im Speicherüber- trage 1 unterbrochen wird. Infolge eines dieser Faktoren sinkt die Induktonsspannung der Rückkopplungswick- lung N3 und schaltet den Schalttransister T1 über die Steuerschaltung S aus. Hierdurch wirc bewirkt, das die Kollektorspannung des Schalttransistors 71 ansteigt, bis die in der Sekungärwicklung N2 induzierte Spannung die Freilaufdiode D1 leitend schaltet. Die im Magnetfeld des Speicherübertragers Ü1 gespeicherte Energie fliesst über die Freilaufdiode Dl in den Kondensator D1 und die Aus- gangsspannung UA steigt an. Wenn der magnetische Fluss im Speicherübertrager Ü1 den Wert Null erreicht, wird über die Rückkopplungswicklung N3 und die Steuerschaltung S der Schalttransistor T1 wieder eingeschaltet, und ein neuer Schwingungszyklus beginnt. Die Regelung der Ausgangsspannung UA erfolgt über den Regeltransistor T2, der in Abhängigkeit von der an der Referenzspannungsklemme UR anliegenden Re.ferenzspannung die Spannung U (P1) am Messpunkt P1 an die Steuerwicklung W2 des Steuerübertragere Ü2 gibt. Die rampenförmige Spannung U (P1) induziert während der Einschaltzeit TE des Schalttransistors T1 über die Steuerwicklung W2 in der Steuer wicklung Wl einen Strom. Dieser steigt, bis er einen Schwellwert erreicht hat, so dass von der Steuerschaltung S der Schalttransistor T1 ausgeschaltet wird. Die während der Leitendphase des Schalttransistors T1 vom Speicherübertrager Ü1 aufgenommene Energie ist gerade so gross, wie die zum Aufrechterhalten der Ausgangsspannung UA benötigte Energie, die während der Sperrphase des Schalttransistors T1 über die Freilaufdiode D1 sn den Glättungskondensator C1 abgegeben wird. Die Maximalspannung U2 der am Messpunkt P2 abgreifbaren Spannung U (P2) ist eine runktion der Einschaltzeit TE und damit eine Funktion der an cen Ausgangsklemmen Al und A2 abnehmbaren Leistung. Sei Überscheitung einer maximalen Abgabeieistung wird die Abschaltung des Schalttran sistors T1 nicht mehr von der am Messpunkt Pl abgreifbaren Spannung L (P1) bewirkt, sondern von der er MeC-punkt 2 abgreibaren Spannung U (P2). In diesem Fall ist cit Mc- ximalspannung U2 grösser als die Maximalspannung Ul (siehe Fig. 2). Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäss vorgesehenen Abschalteinrichtung beschrieben. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch die Abschalteinrichtung der Steuerschaltung S des selbstschwingenden Sperrwandlers ein sekundärseitiger Kurzschluss vorgetäuscht, und ein Wiederanlauf des Schwingungsvorganges während des Kurzschlussverhaltens unterdrückt wird. Im einzelnen wird dies durch folgenden Funktionsablauf bewirktt. Über den Hauptstromversorgungsanschluss HS ist der Taktgeber TG dauernd an eine Hauptstromquelle angeschlossen. Bei Anlegen eines entsprechenden Signals an die Schalt klemme SK, beispielsweise eines TTL-gerechten Signales, wird über den Transistor T3 der Taktgeber TG mit dem Be-. zugspotential OV verbunden. Hierdurch wird bewirkt, dass eine Wechselspannung vom Taktgeber TG über den Koppelkondensator C2 in die Steuerwicklung W2 des Steuerübertragers U2 eingekoppelt werden. Weiter wird über den Transistor T3 die Basis des Regeltransistors T2 über die Diode D2 gegen das Bezugspotential OV geschaltet. Die vom Taktgeber TG abgegebene Wechselspannung kann sinus- oder sägezahnförmig sein. Sie verhindert ein Wiedereinschalten des Schalttransistors T1. Die Verwendung des Timer-Bausteins 555 der Firma Siemens als Taktgeber TG, sowie die schaltbare verbindung zum Bezugspotential OV haben den Vorteil, dass im normalen 3etrieb der Taktgeber TG keinen Einluss auf den Sperrwand 1er ausübt. Die vom Taktgeber TG abgegebene Wechselspannung kann er findungsgemäc ohne einen zwischengeschalteten Steuerübertrager U2 an die Steuerung S gegeben werden. Weiter ist ene Verwendung des erfindungsgemässen Gedankens bei anderen Wandlertypen möglich. 6 Patentansprüche 2 Figuren Bezugszeichenliste El, E2 Eingangsklemmen UE Eingangsspannung Al, A2 Ausgangs klemmen UA Ausgangsspannung Ü1 Speicherübertrager N1 Primärwicklung N2 Sekundärwicklung N3 Rückopplungswicklung Ü2 Steuerübertrager W1, W2 Steuerwicklungen T1 Schalttransistor 5 Steuerschaltung Di Freilaufdiode D2-D5 Diode C1 Glättungskondensator C2 Koppelkondensator R1-R42 Widerstände T2 Regeltransistor T3 Transistor L Spule SK Schaltklemme OV Bezugspotential HS Hauptstromversorgungsklemme UR Referenzspannungsklemme TG Taktgeber P1, P2 Messpunkte C3 Kondensator Ul, U2 Spannungen

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Abschaltung eines Schaltnetzteils mit einem Schalttransistor (T1) und einer diesen ansteuernden Steuerschaltung (S), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an die Steuerschaltung (S) ein, einen sekundärseitigen Kurzschluss simulierendes und den Wiederanlauf des Schalt@@tz- teils unterdrückendes Steuersignal gegeben wird. 2. Abschalteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für ein Schaltnetzteil mit einem selbstschwingenden Sperrwandler, der zur Übertragung von Steuersignalen an die den schalttransistor (T1) ansteuernde Steuerschaltung (S) einen Steuerügbertrager (Ü2) aufweist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schaltstufe (Taktgeber TG, Transistor T3), die eine, einen sekundärseitigen Kurzschluss s'mulierende und den Wiederanlauf ces Schaltnetzteils unterdrückende Wechseispannung an die Steuerschaltung (S) gibt. 3. Abschalteinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wechselspannung über den Steuerübertrager (Ü2) an die Steuerschaltung (5) gegeben wirt. 4. Abschalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltstufe einen Taktgeber (TG) aufweist, der die Wechselspannung an die Steuerwicklung (W2) abgibt. 5. Abschalteinrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Taktgeber (TG) mit einer Hauptstromversorgungsklemme (HS) verbunden ist, dass er über einen Transistor (T3) an ein Bezugspotential (OV) schaltbar ist, und dass während des Sperrzustandes des Transistors (T3) der Taktgeber (TG) das Schatnetzteil nicht beeinflusst. 6. Abschalteinrichtuns nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transistor (T3) über eine Schaltklemme (SK) durch eine TTL-gerechte Spannung ansteuerbar ist.

Inventors: FRYSTACKI, HENRYK, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H02M3
IPC codes: H02M3