-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für eine Schaltnetzteilstromversorgung.
-
Schaltnetzteile,
auch SMPS genannt, sind jedem gut bekannt. Eine derartige Stromversorgung beinhaltet
einen Schalter, der normalerweise mit einem Transistor verwirklicht
wird und der hauptsächlich
mit der Primärwicklung
eines Transformators verbunden ist, wobei dessen Sekundärwicklungen
die gewünschten
Spannungen für
die weiteren elektrischen Stufen liefern.
-
Sehr
oft liefert die Stromversorgung mehrere Ausgangsspannungen, beispielsweise
durch verschiedene Sekundärwicklungen.
Eine entsprechende Schutzschaltung für die Stromversorgung muss zwischen
verschiedenen Betriebszuständen,
beispielsweise Bereitschaftsstellung, Stromsparmodus, Volllastmodus
usw. unterscheiden können.
Es kann passieren, dass zum Beispiel bei einem Fernsehgerät im Normalbetriebszustand
die Leistungsaufnahme 180 Watt übersteigt.
Ein entsprechender Überlastungsschutz
wird dann in Gang gesetzt, wenn die aus der Stromversorgung entnommene
Leistung 250 Watt übersteigt.
In einem Betriebszustand mit geringer Leistungsaufnahme beträgt die Leistungsaufnahme
ca. 10 Watt. Falls irgendwo im Gerät ein Kurzschluss auftritt,
beträgt
die Leistungsaufnahme im Gerät
nach wie vor weniger als 180 Watt.
-
Eine
Stromversorgung mit Betriebs- und Bereitschaftsmodi ist beispielsweise
aus der EP-A-0522328 her bekannt.
-
Die
Erfindung zielt in besonderem Maß darauf ab, eine Schutzschaltung
vorzustellen, die leicht umsetzbar und besonders empfindlich ist.
-
Dieses
Ziel wird mit einer Schutzschalung gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
sind in den Unteransprüchen
aufgeführt.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Anordnung, wie beispielsweise ein Fernsehgerät, vom Normalbetriebszustand
in die Bereitschaftsstellung geschaltet, falls ein nicht normaler
Betrieb, wie Überlastung
oder selbst ein Kurzschluss eintritt. Im Normalbetrieb verarbeitet
das Fernsehgerät
Video- und/oder Audiosignale. In der Bereitschaftsstellung müssen nur
ein Mikroprozessor und entsprechende Signalempfangsmittel mit niedriger
Leistung versorgt werden.
-
Der
Zweck wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch eine Steuerstufe
erfüllt,
die normalerweise zur Steuerung verschiedener Betriebszustände eingesetzt
wird, die vom Benutzer gewählt
werden. Die Stromversorgung erzeugt verschiedene Spannungen, aus
denen entsprechende Steuersignale für die Steuerungsstufe abgeleitet
werden. Durch diese Steuersignale kann die Steuerstufe in Gang gesetzt
werden, um ein Signal zu erzeugen, damit das Schaltnetzteil vom
Normalbetrieb in die Bereitschaftsstellung geschaltet wird.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile werden nun bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, unter
Zuhilfenahme der Zeichnungen, vorgenommen.
-
1 zeigt
eine Blockschaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
2 zeigt
Teile einer Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels.
-
Die 1 zeigt
eine Blockschaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Ein Schaltnetzteil
(SMPS) 10, das einen ersten Teil 10a und einen zweiten
Teil 10b hat, beinhaltet einen SMPS-Steuerkreis 11,
der mit einem integrierten Schaltkreis (IC) vom Typ TEA 2261 umgesetzt
werden kann. Das Schaltnetzteil (SMPS) 10 erzeugt verschiedene Spannungen,
die an den Verbindungsleitungen 12, 13 beziehungsweise 14 bereit
stehen. Diese Spannungen werden über
einen Anschlusspunkt 15 an weitere, hier nicht dargestellte,
Stufen geleitet. Zusätzlich
sind die erste Spannung der Leitung 12 und die zweite Spannung
der Leitung 13 mit einem ersten Konverter 16 verbunden,
der einen Transistor vom Typ BC 368 beinhalten kann. Die dritte
Spannung an der Leitung 14 ist mit einem zweiten Konverter 17 verbunden,
der einen Transistor vom Typ BC 847B beinhalten kann.
-
Das
Ausgangssignal des ersten Konverters 16 wird einem dritten
Konverter, der in diesem Ausführungsbeispiel
einen Transistor BC 368 beinhaltet, zugeführt. Ein entsprechendes Ausgangssignal
des Konverters 18 wird an einen ersten Eingangsanschluss 19 einer
Steuerungsstufe 20 gelegt. Diese Stufe 20 wird
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
mit einem integrierten Schaltkreis (IC) vom Typ STV 2160 verwirklicht
und der erste Eingangsanschluss 19 ist mit den Pins 13 und 15 des
STV 2160 identisch.
-
Das
Ausgangssignal des zweiten Konverters 17 wird mit einem
zweiten Einganganschluss 21 der Stufe 20 verbunden,
der mit dem Pin 19 des STV 2160 identisch ist.
-
Ein
Ausgangsanschluss 22, welcher der Pin 31 des STV
2160 ist, liefert ein Impulsbreitenmodulationssignal (PWM), das
Bereitschaftstellungssignal S genannt wird und über einen Transformator 23 und weitere
Mittel, die durch den Block 24 dargestellt sind, an einen
Eingangsanschluss (Pin 2 des TEA 2261) des Steuerkreises 11 geführt wird.
-
Nun
soll die Funktion des Ausführungsbeispiels
der 1 erklärt
werden.
-
1. Normalbetriebszustand
-
Die
Anordnung, die durch das Schaltnetzteil SMPS 10 mit Spannung
versorgt wird, ist eingeschaltet und es findet keine ungewöhnliche
Leistungsaufnahme statt, zum Beispiel auf Grund eines Kurzschlusses.
Dann wird eine Versorgungsspannung für die Stufe 20 vom
ersten Konverter 16 bereitgestellt und durch den Konverter 18 weiter
verarbeitet. Ein so genanntes "Atmungssignal" wird an den Eingang 21 (Pin 19 des
IC STV 2160) der Steuerstufe 20 gelegt.
-
Die
Steuerstufe 20 liefert das Signal S, welches durch die
Mittel 23, 24 in das Signal S' umgewandelt wird und den SMPS-Steuerkreis
in die Lage versetzt, den SMPS 10 in den Normalbetriebszustand
zu versetzen, so dass die Anordnung, die mit Spannung versorgt werden
soll, eingeschaltet wird.
-
2. Kurzschluss in der
Leitung 12
-
Der
erste Konverter 16 unterbricht die Spannungsversorgung
für die
Stufe 20. Dadurch verschwindet das Signal S und damit auch
das Signal S'. Auf
Grund des fehlenden Signals S' schaltet
der SMPS-Steuerkreis 11 den SMPS 10 in Bereitschaftsstellung.
-
3. Kurzschluss in der
Leitung 13
-
Es
passiert dasselbe wie oben beschrieben. Das heisst, dass der erste
Konverter 16 die Spannungsversorgung für die Stufe 20 unterbricht.
Dadurch verschwindet das Signal S und damit auch das Signal S'. Auf Grund des fehlenden
Signals S' schaltet
der SMPS-Steuerkreis 11 den SMPS 10 in Bereitschaftsstellung.
-
4. Kurzschluss in der
Leitung 14
-
Der
im zweiten Konverter 17 enthaltende Transistor legt das
Atmungssignal an Masse. Dies löst
den Schutz des Steuerkreises 20 aus, um das Signal S abzuschalten.
Dies führt,
gesteuert durch den SMPS-Steuerkreis 11, zur Bereitschaftsstellung.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Eigenschaft zu Nutze gemacht, dass der Steuerkreis 20 (IC
STV 2160) das Normalbetriebssteuersignal abschaltet, was auch unter
bestimmten Bedingungen SMPS-Signal genannt wird. Diese Bedingungen
werden in Abhängigkeit
vom Vorhandensein oder Fehlen von Spannungen gesteuert, die am Ausgangsanschluss 15 zur
Verfügung
stehen sollen.
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
wird so umgesetzt, dass der Überlastungsschutz
in der Bereitschaftsstellung empfindlicher als im Normalbetriebszustand
wird.
-
Mittel
mit der gleichen Funktion wie in der 1 haben die
gleichen Bezeichnungen. Nachfolgend werden nur die Mittel erklärt, die
für das
zweite Ausführungsbeispiel
von Bedeutung sind.
-
Um
die Schutzschaltung empfindlicher zu machen, liefert das SMPS 10 Spannungen,
deren Werte in der Bereitschaftsstellung sehr viel unterschiedlicher
im Vergleich zum Normalbetriebszustand sind.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
besteht der Regelkreis der Bereitschaftsstellung aus einer Diode 31,
einem Widerstand 32 und einem Kondensator 33. Diese
drei Bauteile erkennen die Spitzenspannung eines Schaltnetzteiltransformators
(SMPT) 34 und benutzen die Widerstände 35, 36 als
Teiler. Die gemeinsame Verbindung der Widerstände 35, 36 wird mit
dem Pin 6 des IC TEA 2261 des Steuerkreises 11 verknüpft.
-
Ein
sekundärer
Regelkreis besteht aus einem Spannungsteiler (nicht dargestellt),
um eine Systemspannung abzutasten, die vom SMPS 10 erzeugt
wird. Die Spannung des Spannungsteilers wird dem Pin 26 des
IC STV 2160 der Stufe 20 zugeführt. Die Stufe 20 vergleicht
die Spannung am Pin 26 mit einer internen Vergleichsspannung
und wandelt dieses Differenzsignal in Pulsbreite zu Steuerung des Transformators 23 (siehe 1)
um.
-
Damit
die Schutzschaltung empfindlicher wird, verstärkt dieses Ausführungsbeispiel
die Eingangsspannung der Stromabtastung in Bereitschaftsstellung
und senkt sie in den Normalbetriebszustand ab.
-
Dies
wird erreicht, indem man einen Widerstand 37 zwischen den
Ausgangsanschluss eines Fehlerverstärkers 11a (Pin 7 des
IC) des SMPS-Steuerkreises 11 und dem Einganganschluss der
Stromabtastung (Pin 3 des IC) des Steuerkreises 11 schaltet.
-
Dies
hat den folgenden Grund. Während
der Bereitschaftsstellung erkennt der Fehlerverstärker 11a die
Spannung am Kondensator 33. Wenn Überlastungsbedingungen vorliegen,
dann wird diese Spannung unterhalb der normalen Spannung in Bereitschaftsstellung
liegen. Dadurch wird der Fehlerverstärker 11a seine Ausgangsspannung
anheben, um den Spannungsabfall auszugleichen. Wenn die Ausgangsspannung
des Fehlerverstärkers 11a zunimmt,
werden die Ansteuerimpulse eines Schalttransistors 38 zunehmen;
dadurch wird die im Schaltnetzteiltransformator 34 gespeicherte
Energie zunehmen. Der Stromabtastanschluss (Pin 3 des IC), der
den Strom über
den SMPT 34 abtastet, erkennt ebenfalls die Zunahme. Dadurch
addiert er die Vorspannung vom Fehlerverstärker 11a über den
Widerstand 37 und wird die Schutzschaltschwelle erreichen,
so dass er die Stromzunahmeentwicklung stoppt. Zur gleichen Zeit
startet der Schutztaktgeberkreis (im Steuerkreis 11 enthalten).
Nach einer bestimmten Zeit wird der Betrieb dauerhaft abgeschaltet.
Die Vorspannung aus dem Fehlerverstärkter zum Stromabtasteingang
ist so bedeutend, dass eine leichte Erhöhung im SMPT 34 die
Stromschutzschaltung in Betrieb versetzt. So ergibt sich in der
Bereitschaftsstellung eine sehr empfindliche Schutzeinrichtung.
-
Mit
dem Ziel den Schutz in der Bereitschaftsstellung unterschiedlicher
als im Normalbetrieb zu machen, muss die Verstärkung des Fehlerverstärkers 11a erhöht werden.
In diesem Fall muss die Schwingungsneigung unterdrückt werden.
Deshalb wurde der Kondensator 38 zwischen den Pin 6 und 7 des
IV des Steuerkreises 11 gelegt.
-
So
verhält
sich dann der Fehlerverstärker 11a wie
ein Vergleichsschaltkreis. In der Bereitschaftsstellung ist der
Ausgang des Verstärkers 11a entweder
niedrig (0 Volt) oder hoch (4 Volt). Dazu wird zur Minimierung der
Schwingungsneigung ein Hystereseeingangsbetrieb erforderlich, der
schon im Steuerkreis 11 vom Typ TEA 2261 angelegt ist,
um den Burstbetrieb durchzuführen.
-
Im
Normalbetrieb, das bedeutet, dass die Anordnung, die über den
Anschuss 15 versorgt wird, angeschaltet ist, wird die Systembetriebsspannung heraufgesetzt.
Dadurch liegt am Kondensator 33 eine höhere Spannung als in der Bereitschaftsstellung
an. Das bedeutet, dass der Ausgang des Fehlerverstärkers 11a immer
auf einem niedrigen Status steht. Aufgrund der geringen Ausgangsleistung
des Verstärkers 11a,
wird der Widerstand 37, der zwischen dem Verstärkerausgang
und dem Stromabtasteingang liegt, als Teiler arbeiten. Dies führt zu einer
weniger empfindlichen Stromabtastfunktion.