DE69719061T2 - Schnelle rücksetzschaltung für hilfsschaltnetzteil - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schaltnetzteile für Geräte mit einem Normalbetrieb und einem Bereitschafts- oder sogenannten Standbybetrieb, wie ein Fernsehempfänger. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet des Rücksetzens von Schaltnetzteilen, z. B. eines zusätzlichen Schaltnetzteils in derartigen Geräten, wenn zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb gewechselt wird.
• In einem üblichen Netzteil für Normalbetrieb und Standbybetrieb, wie es z. B. in Fernsehempfängern benutzt wird, liefern ein Brückengleichrichter und ein Siebkondensator eine "rohe" (raw) oder ungeregelte Gleichspannung (bezeichnet mit Spannung B&spplus; oder ungeregelte B&spplus;), immer wenn das Netzteil an das Hausnetz angeschlossen wird. Lasten im Standbybetrieb können direkt von der Spannung B&spplus; oder von einer anderen Spannung versorgt werden, die immer vorhanden ist. Viele Lasten für Normalbetrieb werden jedoch durch eine spannungsgeregelte Betriebsspannungsquelle versorgt, wie ein Schaltnetzteil, das nur in Normalbetrieb arbeitet. Das Netzteil für den Normalbetrieb für bestimmte Lasten, wie die Ablenkschaltungen und die Hochspannungs-Schirmbelastungen, verwenden im allgemeinen den Rücklauftransformator, der die Strahlablenkung versorgt. Ein getrenntes oder zusätzliches Netzteil kann auch als Schaltnetzteil arbeiten und eine geregelte Spannung B&spplus; für den Rücklauftransfiormator sowie andere zusätzliche Versorgungsspannungen liefern.
• Projektionsfernsehgeräte haben z. B. besondere Leistungsanforderungen, da sie drei Kathodenstrahlröhren (CRTs) mit hoher Leistung aufweisen. Ein zusätzliches Netzteil ist für die Speisung der Konvergenzverstärker für die Röhren nützlich, wobei im allgemeinen zwei derartige Verstärker für jede CRT benötigt werden. Diese Verstärker benötigen Spannungen mit positiver und negativer Polarität und können eine nennenswerte Verlustleistung aufweisen.
• In einem Schaltnetzteil wird eine Eingangsgleichspannung (wie die Spannung B&spplus; in einem Fernsehgerät) einem Anschluss der Primärwicklung eines Transformators zugeführt, und der andere Anschluss der Primärwicklung ist derart mit einem Schaltelement verbunden, dass dem Transformator ein Strom zugeführt wird, wenn das Schaltelement leitet. Das Schaltelement wird während des normalen Betriebsmodus abwechselnd ein- und ausgeschaltet und erzeugt Wechselströme in den Sekundärwicklungen des Transformators, die zur Lieferung der Betriebsspannungen für den Normalbetrieb gleichgerichtet und gesiebt werden.
• Die Regelung der Ausgangsspannungen erfolgt durch eine Rückkopplungsregelung, z. B. durch eine Rückkopplungswicklung des Transformators. Die jeweiligen Sekundärwicklungen sind fest gekoppelt, so dass Laständerungen an einer der Sekundärwicklungen auf die Rückkopplungswicklung übertragen werden. Die Rückkopplungsregelung vergleicht eine Spannung an der Rückkopplungswicklung mit einer Standard- oder einer Schwellwertspannung, die durch das Schaltelement geliefert werden kann, und moduliert die Frequenz und/oder die Impulsbreite, mit der das Schaltelement ein- und ausgeschaltet wird. Das Schaltelement ist kompensiert, um es unempfindlich gegenüber Änderungen der ungeregelten Eingangsspannung B&spplus; zu machen, während genaue Ausgangsspannungswerte aufrechterhalten werden, wenn sich die Strombelastung über einen Nennbereich des Leistungsverbrauchs ändert.
• Das Schaltelement für ein Netzteil der beschriebenen Art kann eine integrierte Schaltung (IC) für eine Netzteil-Steuereinheit aus der Serie Sanyo STK730 sein. Diese Steuereinheit enthält einen FET-Leistungsschalttransistor, einen Fehlerverstärker und einen Treiber sowie eine Überstrom-Schutzschaltung in einer einzigen Einheit oder Verpackung. Beim Einsatz in einem Schaltnetzteil und beim ersten Einschalten fließt ein Strom von der Spannung B&spplus; über die Primärwicklung des Transformators, den FET und einen Stromabtastwiderstand gegen Erde. Der Strom steigt an, bis die Überstrom-Schutzschaltung in dem Steuer-IC ausgelöst wird, worauf die IC- Steuereinheit den FET-Leistungstransistor abschaltet. Energie wird zu den Sekundärwicklungen des Transformators übertragen, wo der induzierte Wechselstrom gleichgerichtet wird und die Siebkondensatoren lädt. Nach einem Startintervall von mehreren Zyklen erreicht die Ausgangsspannung ihren geregelten Wert. Eine durch die IC-Steuereinheit gebildete Schwellwert-Vergleichsschaltung ist an eine Rückkopplungswicklung des Transformators angeschlossen und steuert das Timing des Umschaltens durch das Steuer-IC, um den geregelten Ausgangsspannungswert aufrechtzuerhalten. Die Schwingung stabilisiert sich bei einer Frequenz und einem Tastverhältnis, die sich an die an die Sekundärwicklungen angeschlossenen Lasten anpassen. Viele andere Netzteil-Steuerschaltungen arbeiten in einer ähnlichen Weise und können anstelle der Serie des Sanyo STK730 benutzt werden.
• Eine derartige IC-Steuereinheit wird immer dann versuchen zu starten, wenn die ungeregelte Spannung B&spplus; anwesend ist. Andere Schaltnetzteile steuern die Umschaltung zwischen dem Standbybetrieb und dem Normalbetrieb. In einem Zustand, wo das Gerät schnell und wiederholt zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb umschaltet, ist es notwendig, dass das zusätzliche Netzteil schnell zurückgesetzt wird, so dass seine Ausgangsspannungen im wesentlichen gleich ihren nominellen Ausgangsspannungswerten sind, wenn das Gerät vom Standbybetrieb in den Normalbetrieb umgeschaltet wird. Wenn das Gerät z. B. in schneller Folge von dem Normalbetrieb in den Standbybetrieb und dann zurück in den Normalbetrieb geschaltet wird, können die Ausgangsspannungen des zusätzlichen Netzteils im Normalbetrieb daran gehindert werden, aufgebaut zu werden und ihre nominellen Ausgangsspannungswerte zu erreichen. Das würde einen einwandfreien Betrieb des Gerätes verhindern.
• Es wäre vorteilhaft, die Umschaltung zwischen dem Standbybetrieb und dem Normalbetrieb des Gerätes in einer Weise zu steuern, die es ermöglicht, dass das zusätzliche Netzteil schnell zurücksetzt, um die Vervollständigung der Startphase des zusätzlichen Netzteils nicht zu behindern, wenn das Gerät nach einer schnellen Folge von Änderungen in seinem Betriebsmodus von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb übergeht.
• Ein Schaltnetzteil gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, bildet die Möglichkeit eines schnellen Rücksetzens, wenn ein das Netzteil enthaltendes Gerät schnell zwischen Normalbetrieb und Standbybetrieb umgeschaltet wird. Die Fähigkeit des schnellen Rücksetzens macht es möglich, dass das Netzteil konsistent Ausgangsspannungen liefert, die trotz schnell wiederholter Umschaltungen in den Betriebsmodus in den Betriebsmodus des Gerätes innerhalb nomineller Ausgangsspannungswerte liegen.
• In einem derartigen Schaltnetzteil schaltet eine EIN/AUS-Steuereinheit das Netzteil ein und aus, wenn das Gerät zwischen Standbybetrieb und Normalbetrieb wechselt.
• Die Schaltung zum schnellen Rücksetzen ist mit dem EIN/AUS-Steuerschalter und mit einer Verzögerungsschaltung verbunden, die einen Start-Verzögerungskondensator enthält, der sich auflädt, wenn das Gerät von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb umgeschaltet wird. Die Schaltung zum schnellen Rücksetzen wird durch einen Übergang von dem Normalbetrieb in den Standbybetrieb aktiviert und bewirkt bei einem derartigen Übergang eine schnelle Entladung des Start- Verzögerungskondensators.
• Ein Schaltnetzteil gemäß den hier beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen enthält: eine Spannungsquelle, einen Transformator und eine Schaltsteuereinheit zur Erzeugung einer Ausgangsbetriebsspannung im geschalteten Modus, eine Rückkopplungsschaltung zur Regelung des Schaltbetriebs in Abhängigkeit von der Belastung der Ausgangsbetriebsspannung, eine durch ein EIN/AUS-Signal gesteuerte Umschaltschaltung durch Ein- und Ausschalten des Netzteils durch Steuerung der Leitung in einem leitenden Weg, wobei das Netzteil durch einen leitenden Zustand in dem leitenden Weg eingeschaltet wird, eine Verzögerungsschaltung, die durch das EIN/AUS-Signal gesteuert wird und kontinuierlich durch einen Strom gespeist wird, nachdem das Netzteil eingeschaltet worden ist, und eine auf die Umschaltschaltung ansprechende Rücksetzschaltung zur Energieentladung von der Verzögerungsschaltung.
• Das EIN/AUS-Signal kann eine Betriebsspannung für den Normalbetrieb sein, die durch ein anderes Netzteil in dem Gerät erzeugt wird. Die Spannungsquelle kann eine ungeregelte Spannungsquelle mit Netzgleichrichtung sein.
• Eine durch die Verzögerungsschaltung gelieferte Spannung kann begrenzt werden. Die Verzögerungsschaltung kann enthalten: einen Kondensator, eine zu dem Kondensator parallel geschaltete Zenerdiode und einen Widerstand, der das EIN/AUS- Signal der Kathode der Diode zuführt. Eine durch die Verzögerungsschaltung gebildete Verzögerungszeit kann durch den Kondensator und den Widerstand gebildet werden.
• Die Rücksetzschaltung kann die Entladung der Verzögerungsschaltung beenden, bevor das EIN/AUS-Signal einen Minimalwert erreicht. Die Rücksetzschaltung kann einen durch die Umschaltschaltung gesteuerten Halbleiterschalter zum Entladen des Kondensators enthalten.
• Die obigen sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zusammen mit der beigefügten Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen dieselben Bauteile bezeichnen.
• Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen.
• Fig. 2 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen und zeigt die EIN/AUS-Steuerung im einzelnen.
• Fig. 3 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen und zeigt die Startphase und die Standard- Detektionsschaltung im Detail.
• Fig. 4 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Überstrom- Detektierschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen.
• Fig. 5 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Schnell- Rücksetzschaltung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen.
• Fig. 1 zeigt allgemein ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil 10 mit einer Schaltsteuereinheit U1, die periodisch Strom von einem Spannungseingang, z. B. einer ungeregelten Spannung B&spplus;, einer Primärwicklung W1 eines Transformators T1 zuführt, um in einer veränderbaren Weise Leistung einer oder mehreren Sekundärwicklungen W2, W3, W4 und W5 des Transformators T1 zuzuführen. Die Schaltsteuereinheit U1 kann z. B. eine Steuereinheit der Serie Sanyo STK730 enthalten. Die Schaltsteuereinheit U1 leitet, wenn eine Treiberspannung, z. B. die ungeregelte B&spplus;, an ihrem Steuereingang CNTL am Pin 4 verfügbar ist.
• Die ungeregelte Eingangsbetriebsspannung B&spplus; ist eine Gleichspannung vom Ausgang eines Brückengleichrichters GR1, gesiebt durch einen Kondensator C1. Die ungeregelte Spannung B&spplus; ist immer anwesend, wenn das Netzteil 10 an das Hausnetz 22 angeschlossen ist (d. h. der Netzstecker eingesteckt ist). Jedoch arbeitet das Netzteil 10 nur in einem Normalbetrieb und wird in einem Ruhe- oder Standbybetrieb abgeschaltet.
• Wenn das Netzteil 10 an das Netz angeschlossen wird und sich außerdem im Normalbetrieb befindet, ist die ungeregelte Spannung B&spplus; an der Steuerklemme CNTL der Schaltsteuereinheit U1 anwesend und ermöglicht, dass die Schaltsteuereinheit U1 einen Strom durch die Primärwicklung W1 des Transformators T1 bewirkt. Der Stromfluss durch die Wicklung W1 induziert eine Spannung über der Wicklung W2 des Transformators T1. Diese Spannung wird dem Steuereingang CNTL über den Widerstand R13 und den Kondensator C5 zugeführt. Die Polarität der Wicklung W2 ist derart, dass die über der Wicklung W2 induzierte Spannung die Schaltsteuereinheit U1 leitend hält.
• Die Schaltsteuereinheit U1 beendet die Stromleitung durch die Primärwicklung W1 oder schaltet aus, wenn der durch die Schaltsteuereinheit U1 geführte Strom einen Stromschwellwert erreicht, der durch die Kombination des Widerstands R14 und des Kondensators C6 festgelegt ist. Wenn die Schaltsteuereinheit U1 zu leiten aufhört, bricht das Magnetfeld der Primärwicklung W1 zusammen, seine Polarität kehrt sich um, und die in der Primärwicklung W1 enthaltene Energie wird zu den Wicklungen W4 und W5 übertragen, die den Ausgängen von +15 V bzw. -15 V Leistung zuführen.
• Wenn die Energie von den Wicklungen W4 und W5 verbraucht ist, brechen ihre Magnetfelder zusammen, und ihre Polaritäten kehren sich um. Entsprechend den Polaritäten der Wicklungen W2, W4 und W5 liefert die Wicklung W2 eine positive Spannung zu dem Pin 4 der Schaltsteuereinheit U1, so dass die Schaltsteuereinheit U1 wieder Strom durch die Primärwicklung W1 führen kann, bis der Strom- Begrenzungsschwellwert der Schaltsteuereinheit U1 erreicht ist und die Schaltsteuereinheit U1 aufhört, einen Strom zu führen. Dann wird wieder Energie von der Primärwicklung W1 zu den Wicklungen W4 und W5 übertragen. Dieser Vorgang wiederholt sich für mehrere Zyklen, bis der Betrieb des Netzteils 10 stabilisiert ist.
• Die Rückkopplungswicklung W3 steuert das Tastverhältnis der Schaltsteuereinheit U1, nachdem der Betrieb des Netzteils 10 stabilisiert ist. Die Spannung über der Rückkopplungswicklung W3 wird mit einer internen Referenz verglichen, gleich ungefähr -40,5 V, die durch die Schaltsteuereinheit U1 gebildet wird. Das Tastverhältnis der Schaltsteuereinheit U1 wird derart moduliert, dass die Spannung über der Rückkopplungswicklung W3 bei ungefähr -40,5 V aufrechterhalten wird. Die Rückkopplungswicklung W3 ist derart mit den Sekundärwicklungen W4 und W5 gekoppelt, dass Laständerungen auf die Spannung über der Rückkopplungswicklung W3 übertragen werden. Auf diese Weise dient die Rückkopplungswicklung W3 außerdem zur Regelung der durch die Wicklungen W4 und W5 gebildeten Ausgangsspannungen.
• Normalerweise erfolgt die Umschaltung von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb oder umgekehrt durch eine Benutzersteuerung über (nicht dargestellte) Steuereingänge wie einen Infrarotempfänger, Schalter auf dem Bedienfeld oder dgl. Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt sind zusätzliche Schaltungen 36 für die Umschaltung Normalbetrieb/Standby vorgesehen, um das Netzteil 10 zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb ohne eigentliche Funktionsweise zu verschieben. Die Schaltsteuereinheit U1 erfordert einen großen Strom für die Startphase. Für einen zuverlässigen Start und zur Unterstützung in der Bildung dieses Treiberstroms enthalten die Schaltungen für die Umschaltung Normalbetrieb/Standbybetrieb eine erste Schaltung 38 zwischen dem Eingang mit der ungeregelten Spannung B&spplus; und dem Steuereingang CNTL zum Liefern einer Vorspannung, damit die Schaltsteuereinheit immer leitet, wenn die ungeregelte Eingangsspannung B&spplus; anwesend ist.
• Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung kann der von der ersten Schaltung 38 gelieferte Treiber-Vorspannungsstrom parallel abgeleitet werden, um den verfügbaren Treiberstrom zur Sperrung der Schaltsteuereinheit U1 zu verringern. Der Treiberstrom kann zu einer Quelle einer Referenzspannung, z. B. Erde, abgeleitet werden.
• Die Schaltungen für die Umschaltung Normalbetrieb/Standby enthalten ferner eine Detektierschaltung 42 für einen Fehlerzustand, die an wenigstens eine der Sekundärwicklungen W4 und W5 des Transformators angeschlossen ist. Die Schaltung 42 ermittelt einen Fehlerzustand, wie eine Stromüberlastung an dem zusätzlichen Netzteil, z. B. durch Abtastung einer niedrigen Schwellwertspannung am Ausgang, der mit derselben oder einer anderen Sekundärwicklung W4 oder W5 verbunden ist. Die Schaltung 42 erzeugt einen Ausgang 41, der einen Fehlerzustand anzeigt und die Leitung der Schaltsteuereinheit U1 sperrt, indem sie den Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 auf Erdpotential zieht, als Mittel zur Abschaltung des zusätzlichen Netzteils, so, wie wenn das Gerät auf den Standbybetrieb gewechselt hätte. Um sicherzustellen, dass die Startphase des zusätzlichen Netzteils nicht durch eine falsche Detektion eines Fehlerzustands aufgrund anfänglicher niedriger Ausgangsspannungswerte verhindert wird, sperrt eine Verzögerungsschaltung 40 die Wirkung des Ausgangs der Detektierschaltung 42 für einen Fehlerzustand für eine ausreichende Zeitperiode, dass sich die Nenn-Ausgangsspannungswerte des zusätzlichen Netzteils gebildet werden können.
• Fig. 2 und 3 zeigen im Detail die verschiedenen Aspekte der allgemein in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnungen. Dieselben Bezugszeichen dienen über die Zeichnung zur Bezeichnung derselben oder vergleichbarer Bauteile. In Fig. 2 liegt die Steuereinheit U1 in Reihe mit der Primärwicklung W1 des Transformators T1. Die Schaltsteuereinheit U1 ist abwechselnd leitend und gesperrt, um den Sekundärwicklungen W4 und W5 Leistung zuzuführen, wo das resultierende Wechselspannungssignal durch Dioden D2 und D3 gleichgerichtet und durch Kondensatoren C2 bzw. C3 gesiebt wird. Die gesiebten Spannungen an den Wicklungen W4 und W5 werden weiter durch Spulen L2 bzw. L3 gesiebt und liefern Betriebsspannungen von +15 V bzw. -15 V zur Speisung von Lasten im Normalbetrieb.
• Die Polaritäten der Sekundärwicklungen W4 und W5 sind entgegengesetzt zu denen der Primärwicklung W1, wie Fig. 2 zeigt, so dass die Kondensatoren C2 und C3 geladen werden, wenn die Schaltsteuereinheit U1 abschaltet und die in der Primärwicklung W1 des Transformators T1 gespeicherte Energie zu den Wicklungen W4 und W5 übertragen wird.
• Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt ist das dargestellte Netzteil 10 dafür vorgesehen, außerdem die Spannung an den Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 zu steuern, um Übergänge zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb zu steuern. Wenn das Gerät sich im Standbybetrieb befindet und die Schaltsteuereinheit U1 nicht periodisch leitet, ist die einzige in das Netzteil 10 fließende Leistung die ungeregelte Spannung B&spplus;, die anwesend ist, da das Gerät an das Hausnetz 22 angeschlossen ist. Bei der Steuerung des Normal/Standby- Betriebs könnte es möglich sein, die ungeregelte Spannung B&spplus; den Schaltelementen des Netzteils 10 unter Anwendung eines Relais oder einer anderen Schalteinheit zuzuführen und zu trennen, die von einem zusätzlichen (nicht dargestellten) Netzteil geringer Leistung versorgt wird. Jedoch wird gemäß der Erfindung eine kostengünstigere Lösung durch Benutzung eines Signals erreicht, das teilweise von der ungeregelten Spannung B&spplus; und teilweise von den Spannungen im Normalbetrieb abgeleitet wird, um die Vorspannung an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 zu verringern, nämlich die Spannung an den Steuereingang in die Nähe von Erde zu bringen, um die Schaltsteuereinheit U1 gesperrt zu halten, bis die normale Vorspannung wieder vorhanden ist.
• Dazu liegt ein Spannungsteiler mit den Widerständen R1, R2, R3 und R4 zwischen der ungeregelten Spannung B&spplus; und Erde, und der Verbindungspunkt J1 des Spannungsteilers ist mit der Basis eines Schalttransistors Q2 verbunden, dessen Kollektor mit dem Steuereingang verbunden und dessen Emitter geerdet ist. Wenn die ungeregelte Spannung B&spplus; anwesend ist, wird der Steuereingang CNTL durch die Leitung des Transistors Q2 in die Nähe von Erde gezogen. Wenn das Schaltnetzteil 10 zum ersten Mal mit dem Netz verbunden wird, wird es im Standbybetrieb gehalten.
• Die Erfindung wird in vorteilhafter Weise auf ein zusätzliches Netzteil angewendet, wie ein zusätzliches Netzteil eines Fernsehgerätes zur Speisung der Lasten im Normalbetrieb, wie z. B. der Konvergenzverstärker. Für die Umschaltung in den Normalbetrieb fragt das erfindungsgemäße Schaltnetzteil die Anwesenheit einer Betriebsspannung für den Normalbetrieb ab, die von einer anderen Quelle als den Sekundärwicklungen des Transformators T1 geliefert wird. Diese Betriebsspannung für den Normalbetrieb wird mit einem Schwellwert verglichen, und, wenn der Schwellwert überschritten wird, wird der Transistor Q2 gesperrt, so dass die Vorspannung an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 in den Normalbetrieb zurückkehren kann und den Betrieb des zusätzlichen Netzteils im Normalbetrieb ermöglicht, nämlich durch Rückkopplung über die Rückkopplungswicklung W3 des Transformators T1. Z. B. kann die Betriebsspannung von +23 V, die durch den Normalbetrieb der Ablenk- und anderen Schaltungen in einem Fernsehgerät geliefert wird, für diesen Zweck benutzt werden.
• In Fig. 2 sind die Emitter eines Differentialpaars von PNP-Transistoren Q3 und Q4 mit der Betriebsspannung für den Normalbetrieb über den Widerstand R5 verbunden und vergleichen differentiell den Wert der Betriebsspannung für den Normalbetrieb, über den Spannungsteiler aus den Widerständen R6 und R7 an der Basis des Transistors Q3 mit einer Referenzspannung von +8,2 V, die durch die Zenerdiode 23 an der Basis des Transistors Q4 geliefert wird. Wenn die Betriebsspannung für den Normalbetrieb einen Wert überschreitet, der durch das Verhältnis der Widerstände in dem Spannungsteiler bestimmt ist, leitet der Transistor Q4 und schaltet den Optokoppler U3 ein. Der Fototransistor des Optokopplers U3 erdet die Basis des Transistors Q2, der aufhört zu leiten, und ermöglicht dadurch die normale Vorspannung an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1. Der Betrieb des Netzteils 10 beginnt dann im Normalbetrieb mit den Spannungen an den Sekundärwicklungen W2 und W3 des Transformators T1.
• Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt und enthält eine Zwischenspeicher- oder Latch-Schaltung, die die zusätzliche Aufgabe hat, Überlast-Zustände im Normalbetrieb zu detektieren, um das Netzteil 10 in den Standbybetrieb umzuschalten. Eine Stromüberlastung bewirkt, dass der Wert der Ausgangsspannung unter den Nennwert fällt, da in Überstrom-Zuständen die Überstrom-Schutzschaltungen der Schaltsteuereinheit U1 die Schaltsteuereinheit U1 abschalten, bevor genügend Leistung über das Netzteil 10 übertragen worden ist, um den Nennwert der Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Dieses Verfahren der Strombegrenzung ist weniger als optimal für die Versorgung der Lasten, wie digitale Konvergenzverstärker eines Projektionsfernsehgeräts. Für derartige Lasten ist es vorteilhaft, wenn das Schaltnetzteil 10 abgeschaltet werden kann, wenn ein Überstrom-Zustand auftritt, anstatt zu versuchen, den Lastenbetriebsstrom bei verringerter Spannung zuzuführen. Gemäß der Erfindung wird diese Funktion in einer Weise erreicht, die eine Schnittstelle mit den die Umschaltung zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb steuernden Schaltungen bildet, wie in Fig. 2.
• In Fig. 3 erfolgt die Steuerung für die Umschaltung von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb teilweise durch die Betriebsspannung für den Normalbetrieb, wie die Normalbetriebs-Betriebsspannung +23 V, indem eine vorbestimmte Spannung, wie sie durch das Differential-Transistorpaar Q3 und Q4 bestimmt ist, zugeführt wird, das Strom zu der LED des Optokopplers U3 liefert. Der Fototransistor des Optokopplers U3 schaltet dann den Transistor Q2 ab und ermöglicht den Betrieb der Schalfsteuereinheit U1. Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 liefern eine Vorspannung zu dem Transistor Q2 am Verbindungspunkt J1 von der ungeregelten Betriebsspannung RAWB&spplus;. Im Vergleich zu der Ausführungsform von Fig. 2, bei der die Kathode der LED in dem Optokoppler U3 geerdet ist, lädt gemäß Fig. 3 der Strom durch die LED über die Basis eines PNP-Transistors Q5 einen Kondensator C4.
• Der Kondensator C4 bildet eine Verzögerung bei der ersten Umschaltung von dem Standbybetrieb in den Normalbetrieb, in dem das Netzteil 10 starten kann. Wenn das Netzteil 10 sich im Normalbetrieb befindet und die geregelte Spannung, in diesem Fall nominell +15 V, etwa +10 V übersteigt, leitet die Zenerdiode 24 über die Widerstände R8 und R9 und schaltet den Transistor Q6 ein. Der Strom von dem Optokoppler U3 wird dann über den Transistor Q6 nach Erde abgeleitet, und der Kondensator C4 beendet die Aufladung. Der Transistor Q5 ist dann gesperrt, und der Kondensator C4 kann sich über den Transistor Q5 oder über die Diode D6 nicht entladen, die mit der Betriebsspannung +23 V für den Normalbetrieb verbunden und in Sperrrichtung vorgespannt ist.
• In dem Fall, dass die Ausgangsspannung von +15 V unter den Wert fällt, der zur Leitung der Zenerdiode 24 benötigt wird, insbesondere in dem Fall eines Überlaststroms an der Sekundärwicklung W4, wird der Transistor Q6 aufgrund einer unzureichenden Basisansteuerung gesperrt. Wenn der Transistor Q6 gesperrt ist, kann sich der Kondensator C4 durch den Strom über den Optokoppler U3 aufladen. Wenn die Ladung an dem Kondensator C4 ungefähr +10 V erreicht, wird der Transistor Q5 gesperrt, und es gibt keinen Weg für den Strom durch den Optokoppler U3. In diesem Fall wird, obwohl die Differential-Transistoren Q3 und Q4 weiterhin die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V für den Normalbetrieb detektieren, kein Strom durch den Fototransistor des Optokopplers U3 geführt. Die Betriebsspannung RAWB&spplus; schaltet den Transistor Q2 aufgrund des Spannungsteiler ein, der am Verbindungspunkt J1 durch die Widerstände R1, R2, R3 und R4 gebildet wird. Der Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 wird heruntergezogen. Das Netzteil 10 schaltet ab und schützt die an die Ausgänge angeschlossenen Lasten. Somit schaltet, anders als eine Lösung zur Leistungsbegrenzung, wo die Strombegrenzungsschaltungen der Schaltsteuereinheit die Ausgangsspannung unter den Nennwert verringern, jedoch weiterhin Leistung liefern, die erfindungsgemäße Schaltung, wie beschrieben, das Netzteil 10 in Überstrom-Zuständen ab. Das erfolgt durch Anwendung der Normalbetrieb/Standby-Schaltungen, die von der Betriebsspannung RAWB&spplus; gesteuert werden und eine Schutzfunktion bei Stromüberlastung mit einem Minimum an Teilen und Komplexität bilden.
• Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, dient die Detektierschaltung 42 für den Fehlerzustand zur Ermittlung von Überlaststrom-Zuständen an dem Ausgang mit +15 V des Netzteils 10. Die Ermittlung von Überlast-Zuständen an dem Ausgang mit -15 V wird durch die Tatsache kompliziert, dass in dem Netzteil 10 ausschließlich Vorspannungen mit positiver Polarität angewendet werden, wie z. B. RAWB&spplus;.
• Eine in Fig. 4 dargestellte, zusätzliche erfindungsgemäße Anordnung bildet in vorteilhafter und einfacher Weise die Ermittlung der Stromüberlast-Zustände an dem Ausgang mit -15 V ohne Vorspannungen mit negativer Polarität. Die Ermittlung eines Stromüberlast-Zustands an dem Ausgang mit -15 V im Normalbetrieb bewirkt, dass das Netzteil 10 in den Standbybetrieb geschaltet wird. In Fig. 4 liegt die Überlast- Ermittlungsschaltung 43 für die negative Betriebsspannung zwischen den Ausgängen mit +15 V und -15 V des Netzteils 10. Die Zenerdiode 26 ist zwischen den Ausgängen mit +15 V und -15 V des Netzteils 10 derart vorgespannt, dass die Basis des Transistors Q8 eine Vorspannung aufweist, die gleich ungefähr -2 V ist, wenn der Ausgang mit -15 V nominell belastet ist. Die Zenerdiode Z6 bildet somit eine Vorrichtung zur Pegelverschiebung oder einen Gleichspannungsversatz, der es ermöglicht, dass der Ausgang mit -15 V mit einer positiven Referenzspannung verglichen werden kann, die in dieser Ausführungsform die Einschaltspannung der Basis/Emitter- Strecke des Transistors Q8 für die Ermittlung eines Stromüberlast-Zustands ist.
• Wenn aufgrund eines Stromüberlast-Zustands der Ausgang mit -15 V beginnt, gegen Erdpotential abzufallen, bewegt sich die Spannung an der Basis des Transistors Q8 ebenfalls gegen Erde. Wenn der Stromüberlast-Zustand andauert und der Ausgang mit -15 V infolgedessen einen vorbestimmten Spannungsschwellwert erreicht, wird die Spannung an der Basis des Transistors Q8 positiv und wird eventuell hoch genug, z. B. ungefähr 0,7 V, um den Transistor Q8 einzuschalten und einen Stromüberlast-Zustand zu signalisieren. Anders als die Detektierschaltung 42 für den Fehlerzustand, wo ein Stromüberlast-Zustand durch eine Änderung in dem leitenden Zustand der Zenerdiode 24 signalisiert wird, bleibt die Zenerdiode 26 in einem leitenden Zustand, wenn durch den Transistor Q8 ein Stromüberlast-Zustand signalisiert wird. Der gewünschte Schwellwert kann durch eine geeignete Wahl der Durchbruchspannung der Zenerdiode Z6 gewählt werden.
• Wenn der Transistor Q8 einschaltet, wird Strom von der Basis des Transistors Q6 gezogen, wodurch der Transistor Q6 abgeschaltet wird. Somit kann der Kondensator C4, ähnlich zu der Ermittlung eines Überstrom-Zustands an dem Ausgang mit +15 V bei gesperrtem Transistor Q6, sich durch den Strom über den Optokoppler U3 aufladen. Wenn die Ladung an dem Kondensator C4 ungefähr +10 V erreicht, schaltet der Transistor Q5 ab, und es besteht kein Weg für den Strom über den Optokoppler U3. In diesem Fall wird, obwohl die Differential-Transistoren Q3 und Q4 weiterhin die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V für den Normalbetrieb detektieren, kein Strom durch den Fototransistor des Optokopplers U3 geführt. Die Betriebsspannung RAWB&spplus; schaltet aufgrund des Spannungsteilers, der durch die Widerstände R1, R2, R3 und R4 an dem Verbindungspunkt J1 gebildet wird, den Transistor Q2 ein. Der Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 wird heruntergezogen. Das Netzteil 10 schaltet ab und schützt die an die Ausgänge angeschossenen Lasten.
• Wenn die Betriebsspannung für Normalbetrieb von +23 V abfällt, wird der Kondensator C4 über die Diode D6 entladen, die andernfalls durch die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V für Normalbetrieb in Sperrrichtung vorgespannt würde.
• Wenn der Kondensator C4 entladen ist, kann das Netzteil 10 erneut starten, wenn nicht weiterhin ein Überlast-Zustand am Ausgang besteht, der die Ausbildung einer ausreichenden Ausgangsspannung für die Einschaltung des Transistors Q6 während der Verzögerungszeit verhindert, in der die Ladung an dem Kondensator C4 auf einen ausreichenden Wert zum Abschalten des Transistors Q5 ansteigen kann.
• Wenn der Kondensator C4 nicht genügend Zeit hat sich vollständig zu entladen, z. B. wenn das Schaltnetzteil 10 in schneller Folge von dem Normalbetrieb in den Standbybetrieb und dann zurück in den Normalbetrieb wechselt, bleibt der Transistor Q5 gesperrt. Die Ausgangsspannungen des Normalbetriebs werden somit daran gehindert, aufzukommen und ihre nominellen Ausgangsspannungswerte zu erreichen.
• Eine weitere, in Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform bildet eine Schnell-Rücksetz-Schaltung 50 zur schnellen Entladung des Kondensators C4, wenn die Betriebsspannung für den Normalbetrieb von +23 V abfällt. Gemäß der Erfindung wird diese Funktion in einer Weise erreicht, die eine Schnittstelle mit den Schaltungen bildet, die die Umschaltung zwischen dem Normalbetrieb und dem Standbybetrieb wie in Fig. 2 steuern.
• In Fig. 5 enthält die Verzögerungsschaltung 40 eine Zenerdiode 25 parallel zu dem Kondensator C4. Wenn die Betriebsspannung für den Normalbetrieb von +23 V entsteht, wird der Kondensator C4 über den Widerstand R10 aufgeladen und bewirkt die Verzögerungszeit für die Ausgangsspannungen im Normalbetrieb, um eine Stabilisierung bei etwa ihrem nominellen Ausgangsspannungswerten zu bewirken. Die Zenerdiode 25 klemmt die Spannung über dem Kondensator C4 auf ungefähr +10 V, um eine Beschädigung der Basis/Emitter-Strecken der Transistoren Q8 und Q9 zu verhindern, die in einer Darlington-Konfiguration angeordnet sind.
• Sobald sich das Netzteil 10 im Normalbetrieb befindet, führen der Transistor Q4 und die Diode des Optokopplers U3 Strom, in einer ähnlichen Weise wie die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform. Anders als bei der Ausführungsform in Fig. 3 jedoch dient dieser Strom nicht zum Laden des Kondensators C4. Die Anordnung der Transistoren Q8 und Q9 in einer Darlington-Konfiguration ergibt nur einen minimalen Stromfluss in der Basis des Transistors Q9. Somit werden die Ladungsrate des Kondensators C4 und die dadurch bewirkte Verzögerungszeit ausschließlich durch die durch den Widerstand R10 und den Kondensator C4 gebildete Zeitkonstante bestimmt. Das beseitigt in vorteilhafter Weise jede Änderung in der Ladungsrate des Kondensators C4 aufgrund des Stromverstärkungsfaktors, oder dem sogenannten Beta, des Transistors Q5 in Fig. 3 oder der Darlington-Anordnung der Transistoren Q8 und Q9 in Fig. 5.
• Wenn in Fig. 5 das Netzteil 10 in den Standbybetrieb übergeht, beginnt die Betriebsspannung für den Normalbetrieb von +23 V abzufallen. Wenn die Betriebsspannung für den Normalbetrieb unter einen Wert abfällt, der durch das Verhältnis der Widerstände in dem Spannungsteiler mit den Widerständen R6 und R7 bestimmt ist, wird der Stromfluss von dem Transistor Q4 zu dem Transistor Q3 umgeleitet. Der durch den Transistor Q3 fließende Strom bildet eine Spannung über dem Widerstand R19, die den Rücksetz-Transistor Q7 in Flussrichtung vorspannt. Der Kondensator C4 wird' dadurch über den Widerstand R12 und den Rücksetz-Transistor Q7 schnell gegen Erde entladen, bevor die Spannung für den Normalbetrieb von +23 V vollständig abgefallen ist.

Claims (9)

1. Schaltnetzteil mit:

einer Spannungsquelle (RAW B&spplus;), einem Transformator (T1) und einer Schaltsteuereinheit (U1) zur Erzeugung einer Ausgangsbetriebsspannung im Schaltbetrieb,

einer Rückkopplungsschaltung (W3) zur Regelung des Schaltbetriebs entsprechend der Belastung der Ausgangsbetriebsspannung,

einer Schaltanordnung (R5, R6, R7, Q3, Q4, 23, U3), die durch ein EIN/AUS- Signal (+23 V-RUN) zum Ein- und Ausschalten des Netzteils durch Steuerung der Leitfähigkeit in einem leitenden Weg gesteuert wird, wobei das Netzteil durch einen leitenden Zustand in dem leitenden Weg eingeschaltet wird,

einer durch das EIN/AUS-Signal gesteuerte Verzögerungsschaltung 40 zur Verzögerung der Wirkung in einer Detektierschaltung für einen Fehlerzustand, wenn das Netzteil eingeschaltet wird, wobei die Verzögerungsschaltung kontinuierlich durch einen Strom gespeist wird, nachdem das Netzteil eingeschaltet worden ist, und

einer auf die Schaltanordnung ansprechende Rücksetzschaltung (50) zum Entladen von Energie von der Verzögerungsschaltung, wenn das Netzteil abgeschaltet wird.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei das EIN/AUS-Signal (+23 V-RUN) eine Betriebsspannung für den Normalbetrieb ist, die durch ein anderes Netzteil in dem Gerät erzeugt wird.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquelle (RAW B&spplus;) eine ungeregelte, gleichgerichtete Netzspannungsquelle ist.

4. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquelle (RAW B&spplus;) eine ungeregelte, gleichgerichtete Netzspannungsquelle und das EIN/AUS-Signal (+23 V-RUN) eine Betriebsspannung für den Normalbetrieb ist, die durch ein anderes Netzteil in dem Gerät erzeugt wird, das durch die ungeregelte, gleichgerichtete Netzspannungsquelle versorgt wird.

5. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei eine durch die Verzögerungsschaltung (40) gelieferte Spannung begrenzt wird.

6. Schaltnetzteil nach Anspruch 5, wobei die Verzögerungsschaltung folgendes enthält:

einen Kondensator (C4),

eine Zenerdiode (25) parallel zu dem Kondensator und

einen Widerstand (R10), der das EIN/AUS-Signal (+23 V-RUN) der Kothode der Diode zuführt.

7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, wobei eine durch die Verzögerungsschaltung (40) gebildete Verzögerungszeit durch den Kondensator (C4) und den Widerstand (R10) gebildet ist.

8. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, wobei die Rücksetzschaltung (50) die Entladung der Verzögerungsschaltung (40) vollendet, bevor das EIN/AUS-Signal (+23 V-RUN) einen Minimalwert erreicht.

9. Schaltnetzteil nach Anspruch 8, wobei die Rücksetzschaltung (50) einen Halbleiterschalter (Q7) zum Entladen des Kondensators (C4) enthält, der durch die Schaltanordnung (R5, R6, R7, Q3, Q4, 23, U3) gesteuert wird.