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Die
Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, bestehend aus einem Transformator
mit wenigstens einer Sekundärwicklung,
die über
eine Gleichrichteranordnung an eine Last anschließbar ist
und wenigstens einer Primärwicklung,
die einen ersten Wicklungsanschluss aufweist, der über ein
Schaltelement mit einem Anschluss für ein Bezugspotenzial verbunden
ist und einem weiteren Anschluss, der an eine Gleichspannung anschließbar ist,
sowie einer Steuereinrichtung zur Regelung der Ein- und Ausschaltzeiten
des Schaltelements. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren
zum Betreiben eines derartigen Schaltnetzteils.
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Schaltnetzteile
sind allgemein bekannt. Man kennt dabei solche, die nach dem Flusswandlerprinzip
arbeiten und solche, die als Sperrwandlerprinzip arbeiten. Bei letzteren
wird während
einer Einspeicherphase durch einen durch die Primärwicklung
eines Transformators fließenden
Strom magnetische Energie gespeichert. Diese wird während einer
Ausspeicherphase nach Gleichrichtung und Glättung an eine sekundärseitig
angeschlossene Last abgegeben. Ein Schaltelement, das in Reihe mit
der Primärwicklung
des Transformators liegt, wird von einer Steuereinrichtung lastabhängig ein-
und ausgeschaltet.
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Bei
Schaltnetzteilen mit hohen Anforderungen hinsichtlich Wirkungsgrad,
thermischer Belastung sowie Ausfallssicherheit und Fernwirktechnik
ist es zunehmend erforderlich, zusätzliche, meist sekundärseitige
Steuerelektronik vorzusehen, die unabhängig von der momentanen Hauptausgangsspannung
des Schaltnetzteils mit Energie versorgt werden muss. Getaktete
Stromversorgungen weisen die Eigenschaft auf, dass deren übertragener
Leistungsmomentanwert direkt vom Taktverhältnis abhängt. Soll das Netzteil vorübergehend
ohne Hauptausgangs spannung betrieben werden, was z.B. bei Fernausschaltung
oder bei Überlastung
am Ausgang vorkommt, reduzieren sich die Einschaltzeiten des Schaltelements
nahezu auf Null. Auf der Sekundärseite
des Transformators befindliche Elektronikbauteile können dann
nur unter Verwendung aufwändiger
Schaltungen weiter versorgt werden.
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Nach
dem Stand der Technik ist es deshalb bekannt, eine getrennte Hilfsversorgung
mit einem eigenen Hilfstransformator vorzusehen. Dieser Hilfstransformator
muss dabei die gleichen Sicherheitsabstände zwischen den Windungen
der Wicklungen aufweisen wie der Haupttransformator. Damit ist die Baugröße dieses
Hilfstransformators nicht von der zu übertragenden – meist
geringen – Leistung
abhängig, sondern
von den Kriechstrecken. Es ergeben sich also zwangsläufig relativ
große
Konstruktionen mit entsprechendem Platzbedarf am Layout sowie damit verbundene
hohe Kosten.
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Des
Weiteren ist es bekannt, eine zusätzliche Sekundärwicklung
am Transformator vorzusehen und so die Streuinduktivitäten beim
Sperrwandler bzw. die Glättungswirkung
der Ausgangsdrossel beim Fluss- und Gegentaktwandler zu nutzen,
um auch im Kurzschlussfall eine Hilfsspannung ableiten zu können. Bei
Fernausschaltung ist es jedoch nötig, eine
schaltbare Grundlast am Ausgang zu aktivieren. In dieser Standby-Betriebsart
wird deshalb der Leistungsteil mit einem sehr geringen Tastverhältnis betrieben.
Durch die Grundlast wird die Ausgangsspannung nahezu auf Null belastet,
während
noch Energie für
die Versorgung der Steuerelektronik auf der Sekundärseite über die
zusätzliche
Sekundärwicklung
ausgekoppelt werden kann. Bei modernen Schaltnetzteilen ist es oft
erforderlich, die sekundärseitige
Steuerelektronik bereits zu versorgen, bevor der Leistungsteil zu
takten beginnt. Dafür
ist diese Art der Hilfsversorgungserzeugung nicht geeignet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für sekundärseitige
Einrichtungen eines Schaltnetzteils eine vom Betriebszustand des
Leistungsteils unabhängige
Spannungsversorgung bereitzustellen, ohne einen zusätzlichen
Hilfstransformator vorzusehen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt mittels eines Schaltnetzteils gemäß Patentanspruch
1. Der damit erzielte Vorteil besteht besonders darin, den im Schaltnetzteil
vorhandenen Transformatorkern auch zur Übertragung der Hilfsenergie
zur Versorgung zusätzlicher,
meist sekundärseitiger
Einrichtungen zu nutzen, ohne dabei die Funktion der Hauptversorgung
zu beeinflussen. Andererseits wird die so realisierte Hilfsenergieübertragung
nicht durch die Funktion der Hauptversorgung beeinflusst. Die Hilfsenergieübertragung
kann dabei auch von der Sekundärseite
zur Primärseite
des Leistungsteils erfolgen. Anwendungen für diese Übertragungsrichtung können der
Bedarf niedriger Hilfsspannungen auf der Primärseite des Leistungsteils sein
(z.B. zum Laden von Batterien). Für Schaltnetzteile, die um leerlauffest
zu sein, eine Grundlast am Ausgang des Leistungsteils benötigen, kann
durch Zurückübertragung
einer Hilfsenergie über
die Hilfswicklungen auf die Primärseite
des Leistungsteils (z.B. zur Versorgung der Steuereinrichtungen)
eine zusätzliche
interne Grundlast entfallen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil mit
unabhängiger Übertragung
der Hilfsenergie kann auch ein einfacher Standby-Betrieb von Geräten (z.B. TV-Geräte) realisiert
werden. Dabei kann der Leistungsteil im Standby-Betrieb abgeschaltet
bleiben und die benötigte
sekundärseitige
Hilfsenergie wird ausschließlich über die
Hilfswicklungen übertragen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Transformator einen dreischenkeligen geschlossenen Kern
aufweist und die Primärwicklung
sowie die Sekundärwicklung im
Mittelschenkel angeordnet sind und die Hilfsprimärwicklung sowie die Hilfssekundärwicklung
auf einem Außenschenkel
angeordnet sind. Der Mittelschenkel kann dabei einen Luftspalt aufweisen.
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Vorteilhaft
ist es, die Hilfsprimärwicklung
auf zwei in Serie geschaltete Hilfsprimärwicklungen und die Hilfssekundärwicklung
auf zwei in Serie geschaltete Hilfssekundärwicklungen aufzuteilen und
je eine dieser Hilfsprimärwicklungen
und je eine dieser Hilfssekundärwicklungen
auf einem gemeinsamen Außenschenkel
des Kerns nebeneinander anzuordnen. Der Abstand zwischen der Hilfsprimärwicklung
und der Hilfssekundärwicklung
eines Außenschenkels
ist unter Berücksichtigung
der Kriechstrecken minimiert, wodurch eine gute Kopplung mit geringen Übertragungsverlusten
der Hilfsenergie erreicht wird.
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Durch
diese Anordnung kommt es für
die Serienschaltung der Hilfswicklungen zu einer völligen Kompensation
der induzierten Spannungen des Leistungsteils mit den am Mittelschenkel
angebrachten Wicklungen. Die damit verbundene thermische Zusatzbelastung
des Kerns ist sehr gering, da die übertragene Hilfsleistung nur
einen Bruchteil der Hauptleistung (z.B. 1%) ausmacht.
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Zur
Bereitstellung einer Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung zur
Regelung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schaltelements im Primärkreis des
Leistungsteils empfiehlt sich die Verwendung eines Tiefsetzstellers,
der die gleichgerichtete Wechselspannung des Zwischenkreises im
Leistungsteil auf eine für
die Versorgungsspannung erforderlichen Wert herabsetzt.
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Diese
Tiefsetzsteller sind Schaltkreise, welche meist einen Hochvolt-Schalttransistor
integriert haben und nach dem Tiefsetzstellerprinzip aus dem Zwischenkreis
(z.B. 320 VDC bei einer Netzspannung von 230 VAC) eine potenzialungebundene Kleinspannung
von z.B. 15 V gegen Zwischenkreismasse erzeugen. Dazu benötigen diese
ICs lediglich eine zusätzliche Drossel
und eine ebenfalls meist nicht integrierte Freilaufdiode. Durch
diese Schaltung steht die primäre
Versorgungsspannung ab dem Vorhandensein von Zwischenkreisspannung
zur Verfügung;
dies auch unabhängig
vom Tastverhältnis
des Leistungsteils und ob dieser gerade abgeschaltet ist oder nicht.
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Durch
den großen
Eingangsspannungsbereich, den ein Tiefsetzsteller konzeptbedingt
aufweist, kann die primäre
Versorgungsspannung bereits bei Werten der Zwischenkreisspannung
sichergestellt werden, wo die Leistungsübertragung noch nicht arbeiten
kann. Daher wird bei dem Erreichen der minimalen Funktionsspannung
des Leistungsteils die Versorgungsspannung bereist vorhanden sein. Diese
Schaltungen haben üblicherweise
eine Ausgangsleistung von etwa 3-5 W.
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In
gleicher Weise ist es auch vorteilhaft, die Versorgungsspannung
für den
Hilfsprimärkreis
mittels Tiefsetzsteller aus der gleichgerichteten Wechselspannung
des Zwischenkreises im Leistungsteil bereitzustellen. Dabei kann
in beiden Fällen
der gleiche Tiefsetzsteller zur Anwendung kommen, was zur Vereinfachung
des Layouts und Kostenreduktion führt. Es steht damit eine fixe,
unabhängige
und belastbare Versorgungsspannung zur Verfügung.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die taktende
Hilfseinrichtung auf der Primärseite
einen Kleinspannungsschalttransistor umfasst, wobei dessen Gateanschluss
mit dem Leistungsausgang eines Frequenzgenerators verbunden ist
und wobei die Hilfsprimärwicklungen
mit einem Wicklungsanschluss über
den Kleinspannungsschalttransistor an das Bezugspotenzial und mit
dem weiteren Anschluss an die Versorgungsspannung angeschlossen
sind. Dabei sind die Hilfssekundärwicklungen
und die Hilfsprimärwicklungen
in gegengleicher Richtung gewickelt und die an die Hilfssekundärwicklungen
angeschlossene Hilfsgleichrichteranordnung ist als Einweg-Gleichrichterschaltung
mit glättendem
Kondensator ausgebildet.
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Der
Frequenzgenerator wird dabei von der oben beschriebenen primären Versorgungsspannung
gespeist. Der Kleinspannungsschalttransistor schaltet dann die beiden
Hilfsprimärwicklungen
im Takt des Frequenzgenerators an die primäre Versorgungsspannung. Die Übertragung
der Hilfsenergie erfolgt dabei nach dem Prinzip eines Sperrwandlers, der
keinerlei Glättungsdrossel
benötigt.
Die Ausgangsspannung der erfindungsgemäßen Hilfsversorgungsübertragung
wird folgendermaßen
bestimmt. Einerseits wird das Tastverhältnis des primären Hilfsschaltelementes
durch den Frequenzgenerator auf einen fixen Wert eingestellt. Die
Ausgangsspannung wird dann durch die Höhe der primären Versorgungsspannung sowie
das Windungsverhältnis
zwischen den Hilfsprimärwicklungen
und den Hilfssekundärwicklungen
und durch die Belastung am Ausgang der Hilfsversorgung bestimmt.
Zum Abfangen der Schwankungen kann dabei ein Längsregler nachgeschaltet werden.
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Die
Anzahl der Windungen der Hilfswicklungen wird so gewählt, dass
einerseits durch eine geringe Windungszahl die Taktfrequenz der
Hilfsversorgung ein Vielfaches (z.B. das 6-fache) der Taktfrequenz
des Leistungsteils ausmacht, andererseits die nicht erwünschte Temperaturerhöhung des
Kerns durch eine ausreichende Windungszahl (z.B. je vier Windungen
auf der Primär-
und auf der Sekundärseite)
begrenzt ist.
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Es
ist zudem zweckmäßig, den
Strom durch den Ausgang des Frequenzgenerators mit einer Stromdetektorschaltung
zu erfassen und bei Überschreitung
eingestellter Grenzwerte den Ausgang abzuschalten. Dies ist vor
allem beim Aufladen des auf der Sekundärseite befindlichen Glättungskondensators
wichtig.
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Eine
andere Ausprägung
der Erfindung sieht vor, die taktende Hilfseinrichtung als Frequenzgenerator
auszubilden, wobei dessen Leistungsausgang über ein Transistorpaar und
einen Koppelkondensator mit einem Wicklungsanschluss der in Serie
geschalteten Hilfsprimärwicklungen
verbunden ist. Der weitere Wicklungsanschluss der Hilfsprimärwicklungen
ist dann mit dem Bezugspotenzial verbunden. Die Hilfssekundärwicklungen
und die Hilfsprimärwicklungen
sind in gleicher Richtung gewickelt und die an die Hilfssekundärwicklungen
angeschlossene Hilfsgleichrichteranordnung ist als Zweiweg-Gleichrichter
mit glättendem
Kondensator ausgebildet.
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Der
Frequenzgenerator kann dabei als Schaltnetzteil-Ansteuer-IC ausgebildet sein,
der durch die primäre
Versorgungsspannung gespeist wird. Das Gateansteuerungssignal des
ICs wird mit dem Transistorpaar verstärkt und über den Koppelkondensator geführt, wodurch
eine Gegentaktspannung erzeigt wird, die keinen Gleichspannungsanteil aufweist.
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Die Übertragung
der Hilfsenergie erfolgt dabei nach dem Prinzip eines Gegentakt-Flusswandlers,
der wegen der Spitzenwertaufladung keinerlei Glättungsdrosseln benötigt. Die
Ausgangsspannung wird bestimmt durch die Höhe der primären Versorgungsspannung sowie
das Windungszahlverhältnis zwischen
Hilfsprimärwicklungen
und Hilfssekundärwicklungen.
Bei dieser Schaltung hat das Tastverhältnis zwischen primärem Leistungs- und Hilfskreis sowie
die Belastung am Ausgang der Hilfsversorgung nur einen untergeordneten
Einfluss auf die Ausgangsspannung. Zum Abfangen der geringen Schwankungen
kann auch hier ein Längsregler
nachgeschaltet werden.
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Zur
einfachen Montage der Hilfswicklungen sieht die Erfindung vor, die
Hilfswicklungen als kunststoffumspritzte Formteile auszubilden.
So wird die notwendige Sicherheitsisolation zu den Wicklungen des
Leistungsteils erreicht. Weiters kann durch diese Konstruktion die
Isolationsvorgabe zwischen Hilfsprimär- und Hilfssekundärwicklung
leichter erfüllt
werden. Die Verschaltung der jeweiligen Hilfswicklungen in Serie
erfolgt auf einer Leiterplatte.
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Eine
weitere Ausführung
zur einfachen Montage der Hilfswicklungen sieht vor, die Hilfsprimärwicklungen
und die Hilfs sekundärwicklungen
sowie die Verbindungsleitungen zwischen den in Serie geschalteten
Hilfswicklungen als einheitlichen kunststoffumspritzten Formteil
auszubilden. Die Überlappungen
der Windungen und Verbindungsleiter sowie die Anschlüsse der
Hilfsprimärwicklungen
und Sekundärwicklungen
sind dabei auf der vom Kern abgewandten, äußeren Seite angeordnet, um
den Abstand der Hilfswicklungen zu den Wicklungen des Leistungsteils
zu maximieren. Eine derartige Ausführung besitzt lediglich vier
aus dem Formteil herausgeführte
Anschlüsse,
die auf der Primär-
und der Sekundärseite
der Schaltung angeschlossen sind. Bei der Herstellung des Transformators
ist dieser „spangenförmige" Formteil vor dem
Verkleben der Kernhälften
auf eine Kernhälfte überzustülpen.
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Günstig für die Herstellung
und Montage der Hilfswicklungen ist des Weiteren eine Ausführungsform,
bei der die Hilfsprimärwicklungen
und die Hilfssekundärwicklungen
als mehradrige Flachbandkabel in der Weise ausgebildet sind, dass
eine erste Flachbandkabelschlinge eine Hilfsprimärwicklung und eine Hilfssekundärwicklung
bildet und eine zweite Flachbandkabelschlinge eine weitere Hilfsprimärwicklung und
eine weitere Hilfssekundärwicklung
bildet und je eine dieser Flachbandkabelschlingen um die äußeren Schenkel
des Kerns geschlungen sind, wobei die einzelnen Adern der Flachbandkabel
an den Enden so miteinander verbunden sind, dass die Adern für jede Hilfswicklung
ganze Windungen um die Außenschenkel
des Kerns bilden und die Hilfsprimärwicklungen und die Hilfssekundärwicklungen
jeweils in Serie geschaltet sind. Der Vorteil dabei liegt darin, dass
entgegen den oben beschriebenen Ausführungsformen keine Investitionen
in Werkzeuge zur Kunststoffumspritzung notwendig sind.
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Bei
der Auswahl des Flachbandkabels ist auf die Dicke der Isolation
zu achten, um die Normforderungen zu erfüllen. Da diese vor allem von
den Potenzialunterschieden zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung
abhängen,
kann dazu keine generelle Aussage gemacht werden.
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Günstigerweise
werden die Enden der die Hilfsprimärwicklungen und Hilfssekundärwicklungen bildenden
Flachbandkabelschlingen mit ihren Enden in Schneidklemmbuchsen auf
einer Leiterplatte befestigt, wobei die einzelnen Aderenden der
Flachbandkabel über
Leiterbahnen auf der Leiterplatte zu ganzen Windungen verbunden
sind.
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Da
wie oben erwähnt
die durch die Hilfswicklungen hervorgerufenen Induktionen den Kern
zusätzlich
belasten, kann es günstig
sein, die zu versorgenden Einrichtungen auf der Sekundärseite des Transformators
sowohl mit der Hilfsgleichrichteranordnung als auch mit der Gleichrichteranordnung
des Leistungsteils zu verbinden. Die so gestaltete Schaltung ermöglichte
es, die sekundärseitigen
Einrichtungen sowohl durch die Hilfsversorgung als auch durch die
vom Leistungsteil sekundärseitig
abgeleitete Spannung zu versorgen.
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Das
Schaltnetzteil wird dann so betrieben, dass die Einrichtungen auf
der Sekundärseite
des Transformators nur dann durch die Hilfsspannung gespeist werden,
wenn die Spannung am Ausgang der Gleichrichteranordnung im Leistungsteil
unter dem für
die sekundärseitigen
Einrichtungen erforderlichen Wert liegt und dass bei Überschreitung
dieses Wertes die sekundärseitigen
Einrichtungen über
die Gleichrichteranordnung im Leistungsteil versorgt werden. Die
Hilfsversorgung kann dann abgeschaltet werden und es kommt zu keiner
zusätzlichen
Belastung des Kerns.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren
erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1:
ein Schaltnetzteil mit Tiefsetzsteller
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2:
ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil mit
unabhängiger
Hilfsversorgung nach dem Prinzip eines Sperrwandlers
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3:
ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil mit
unabhängiger
Hilfsversorgung nach dem Prinzip eines Gegentakt-Flusswandlers
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4:
die Anordnung der Hilfswicklungen am Kern des Transformators
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5:
die Anordnung der aus Flachbandkabel gebildeten Hilfswicklungen
am Kern des Transformator
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1 zeigt
eine beispielhafte Anordnung einer Schaltnetzteil-Schaltung unter
Einbeziehung eines Tiefsetzstellers 1, der aus einer Gleichspannung U1
im Zwischenkreis eine Versorgungsspannung U2 ableitet. Die Gleichspannung
U1 im Zwischenkreis kann dabei beispielsweise eine gleichgerichtete Wechselspannung
sein. Über
eine Gleichrichterbrücke
ergeben sich nach Glättung
aus einer Wechselspannung von 230 V beispielsweise 320 V Gleichspannung
als Gleichspannung U1 im Zwischenkreis. Es kann aber auch eine andere
Gleichspannungsquelle verwendet werden. Über ein Schaltelement 2 ist
eine Primärwicklung 4,
die um den Kern 3 gewickelt ist, an diese Gleichspannung
U1 im Zwischenkreis angelegt. Die Ein- und Ausschaltzeiten des Schaltelements 2 werden über eine
Steuereinrichtung 6 geregelt, die mit der Basis des Steuerelements 2 verbunden
ist. Versorgt wird die Steuereinrichtung 6 mit der Versorgungsspannung
U2. Die Versorgungsspannung U2 ist dabei die Ausgangsspannung des
Tiefsetzstellers 1, der beispielsweise aus folgenden Elementen
besteht: Ein LNK-Switch 10 (z.B. LNK 306, Hersteller
Power Integrations), der an die Gleichspannung U1 im Zwischenkreis
angelegt ist. Der Ausgang des LNK-Switch 10, dem eine Freilaufdiode 11 parallelgeschaltet
ist, wird über
eine glättende
Drossel 12 und einen nachfolgenden Glättungskondensator 13 geführt. Derartige
Schaltungen haben als Ausgangsleistung üblicherweise 3-5 W. Die zur
Verfügung
gestellte Versorgungsspannung U2 beträgt dabei beispielsweise 15
V.
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Sekundärseitig
ist eine Sekundärwicklung 5 um
den Kern 3 gewickelt. Die mit der Sekundärwicklung 5 verbundene
Gleich richteranordnung umfasst eine Diode 8 und einen Glättungskondensator 9.
Als Ausgangsspannung U3 ergibt sich eine geglättete Gleichspannung, wobei
sekundärseitige
Einrichtungen 7 zusätzliche
Steuerungsaufgaben (z.B. zur Temperaturregelung) übernehmen.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
der unabhängigen
Hilfsversorgung zu sehen, wobei die in 1 beschriebenen
Schaltung um weitere Elemente ergänzt ist. Die Versorgungsspannung
U2 für
den Hilfsprimärkreis
entspricht dabei der Versorgungsspannung U2 für die Steuereinrichtung 6 zur
Regelung des Schaltelements 2. Die Versorgungsspannung
U2 für
den Hilfsprimärkreis
kann aber auch von einer gänzlich
unabhängigen – hier nicht
dargestellten – galvanisch
getrennten Quelle abgeleitet werden.
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Die
taktende Hilfseinrichtung 19 ist in Reihe mit den Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 angeordnet und
wird beispielhaft aus einem Schaltelement 14, einem Frequenzgenerator 20 und
einem zwischengeschalteten Widerstand 22 gebildet. Dabei
ist der Frequenzgenerator 20 (z.B. LMC 555) an
die Versorgungsspannung U2 angeschlossen und mit seinem Ausgang über den
Widerstand 22 mit der Basis des Schaltelements 14 verbunden.
Das Schaltelement 14 kann beispielsweise ein Kleinspannungstransistor STN2NE10
des Herstellers STM sein. Angeschlossen ist das Schaltelement 14 mit
dem Source-Anschluss über
einen Shunt-Widerstand 28 an das Bezugspotenzial des Zwischenkreises.
Der Drain-Anschluss liegt über
die beiden Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 an
der Versorgungsspannung U2 an. Durch die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 fließt der getaktete
Primärhilfsstrom
I2. Parallel zu den Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 sind
zur Entmagnetisierung zwei Zenerdioden 24 und 25 und
eine Diode 23 geschaltet.
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Der
Strom durch den Ausgang des Frequenzgenerators 20 wird
mit einer Stromdetektorschaltung überwacht, um bei Überschreitung
eingestellter Grenzwerte den Ausgang abzuschalten.
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Die
Stromdetektorschaltung wird gebildet aus dem Shunt-Widerstand 28,
dem ein Transistor 21 mit dem Basis- und dem Kollektoranschluss
parallelgeschaltet ist. Der Kollektoranschluss ist dabei mit dem
Bezugspotenzial des Zwischenkreises verbunden, der Emitteranschluss
des Transistors 21 ist mit dem über den Widerstand 22 geführten Ausgang
des Frequenzgenerators 20 verbunden.
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Auf
der Sekundärseite
befinden sich die beiden Hilfssekundärwicklungen 17 und 18,
die in gegengleicher Richtung zu den Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 gewickelt
sind. In 2 ist das durch die mit einem
Punkt gekennzeichneten Wicklungsanfänge gekennzeichnet. Die sekundärseitige
Hilfsgleichrichterschaltung besteht aus einer Diode 26 und
einem Glättungskondensator 27 und
liefert als Hilfsausgangsspannung U4 eine geglättete Gleichspannung zur Versorgung
der sekundärseitigen
Einrichtungen 7.
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3 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführung
der erfindungsgemäßen unabhängigen Hilfsversorgung.
Dabei bildet wiederum die in 1 dargestellte
Schaltung die Basis. Die Versorgung der primären Hilfsversorgungselemente
erfolgt wiederum mit der Versorgungsspannung U2, die aber auch hier von
einer gänzlich
unabhängigen – hier nicht
dargestellten – Quelle
kommen kann.
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Die
taktende Hilfseinrichtung 19 ist wieder in Reihe mit den
Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 angeordnet
und besteht aus einem Frequenzgenerator 20 und einem Transistorpaar 30, 31.
Dabei ist der Frequenzgenerator 20 (beispielsweise ein
Schaltnetz-Ansteuer-IC des Typs UC3842) an die Versorgungsspannung
U2 angeschlossen. Das Gateansteuersignal des Frequenzgenerators 20 wird
mit einem Paar von Transistoren 30 und 31 verstärkt und anschließend über einen
Koppelkondensator 32 geführt. Die beiden in Serie geschalteten
Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 sind
an diesen Koppelkondensator 32 und an das Bezugspotenzial
des Zwischenkreises angeschlossen.
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Die
in Serie geschalteten Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 sind
in gleicher Richtung wie die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 um
den Kern 3 gewickelt und mit einem Zweiweg-Gleichrichter 29 mit glättendem
Kondensator 27 verbunden (die Wicklungsanfänge sind
mit einem Punkt gekennzeichnet). Dieser Gegentakt-Flusswandler benötigt wegen
der Spitzenwertaufladung keine Glättungsdrossel. Die sekundärseitige
Hilfsausgangsspannung U4 versorgt die sekundärseitigen Einrichtungen 7,
die zusätzlich mit
der Gleichrichteranordnung im Leistungsteil verbunden sind. Die
Versorgung der Einrichtungen 7 erfolgt dann über den
Leistungsteil, wenn die Spannung am Ausgang der Gleichrichteranordnung
(U3) im Leistungsteil über
dem für
die sekundärseitigen Einrichtungen 7 erforderlichen
Wert liegt.
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Der
Strom durch den Ausgang des Frequenzgenerators 20 wird überwacht.
Dazu ist der ISENSE Anschluss des Frequenzgenerators 20 mit
dem Kollektoranschluss des zweiten Transistors 31 des verstärkenden
Transistorpaars 30, 31 verbunden. Dieser Kollektoranschluss
ist über
einen Shunt-Widerstand 28 an das Bezugspotenzial angeschlossen.
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In 4 ist
der Kern 3 des Transformators mit den Wicklungen 4, 5, 15, 16, 17 und 18 schematisch
dargestellt. Es handelt sich dabei um einen dreischenkeligen Ferritübertrager
in ETD-Ausführung. Um
den Mittelschenkel des Kerns 3 ist innen die Primärwicklung 4 und
durch eine Isolierschicht getrennt darüber die Sekundärwicklung 5 des
Leistungsteils gewickelt. Am ersten Außenschenkel befindet sich die
erste Hilfsprimärwicklung 15 und
daneben die zweite Hilfssekundärwicklung 18.
Diese beiden Wicklungen sind über
Verbindungsleitungen mit den am anderen Außenschenkel angeordneten Hilfswicklungen 16 und 17 verbunden,
wobei die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 in
Serie geschaltet sind und die Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 in
Serie geschaltet sind. Der Wicklungssinn der Hilfs wicklungen 15, 16, 17 und 18 im
beispielhaft dargestellten Aufbau entspricht dabei einem Sperrwandler.
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In 4 ist
weiters der idealisierte Verlauf des Magnetischen Flusses des Leistungsteils ΦL und des Magnetischen Flusses der Hilfsversorgung ΦH zu sehen. Der Magnetische Fluss des Leistungsteils ΦL verläuft
dabei in geschossenen Feldlinien durch den Mittelschenkel und aufgezweigt über die
beiden Außenschenkel
des Kerns 3. Der Magnetische Fluss der Hilfsversorgung ΦH verläuft
außen
und überlagert sich
somit in den Außenschenkel
mit dem Magnetischen Fluss des Leistungsteils ΦL.
Hervorgerufen wird der Magnetische Fluss der Hilfsversorgung ΦH durch einen veränderlichen Strom I2, der durch
die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 fließt. Bei über sekundärseitige
Einrichtungen geschlossenem Stromkreis fließt durch die Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 ein
von einer induzierten Spannung hervorgerufener Strom I4.
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Ein
Kern 3 mit aus Flachbandkabel aufgebauten Hilfswicklungen 15, 16, 17 und 18 ist
in 5 schematisch dargestellt. Im Mittelschenkel des
dreischenkeligen Kerns 3 ist innen die Primärwicklung 4 und
darüber
die Sekundärwicklung 5 des
Leistungsteils angebracht. Ein erstes Flachbandkabel ist durch den
Spalt zwischen dem ersten Außenschenkel
und dem Wickel am Mittelschenkel durchgeführt. Dargestellt ist ein vieradriges
Flachbandkabel, das an beiden Enden in zwei mal zwei Adern aufgespleißt ist. Zwei
dieser Adern bilden nun durch eine Verschaltung in Serie auf einer
Leiterplatte 33 zwei Windungen der ersten Hilfsprimärwicklung 15.
Die daneben verlaufenden beiden Adern sind ebenfalls auf der Leiterplatte 33 zu
zwei Windungen der zweiten Hilfssekundärwicklung 18 verschaltet.
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Auf
der Leiterplatte 33 befinden sich die Verbindungsleitungen
zu dem in gleicher Weise am zweiten Außenschenkel angebrachten zweiten Flachbandkabel.
Dabei sind die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 sowie
die Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 in
Serie geschaltet. Der Wicklungssinn ergibt wiederum einen Sperrwandler.
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Die
Verschaltung der Adern auf der Leiterplatte 33 erfolgt
durch Leiterbahnen, die über
Flachbandkabelstecker 34 mit den Adern der Fachbandkabel
kontaktiert sind. Es handelt sich bei der beispielhaften Darstellung
um vier 4pol-Stecker (z.B. IDT Buchsen, Fa. Molex).