DE69723287T2

DE69723287T2 - Fehlerschutzschaltung für schaltnetzteil

Info

Publication number: DE69723287T2
Application number: DE69723287T
Authority: DE
Inventors: Michael Kevin Williams
Original assignee: Thomson Consumer Electronics Inc
Current assignee: Technicolor USA Inc
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: KR20000053262A; ES2199379T3; JP2001503959A; AU5442498A; MY116172A; CN1079609C; WO1998021814A1; US5796596A; JP3784838B2; KR100562242B1; DE69723287D1; EP0938772A1; CN1238073A; EP0938772B1

Description

Hintergrund
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schaltnetzteile für Geräte mit einem Betrieb im Betriebsmodus und im sogenannten Standbymodus (Bereitschaftsbetrieb), wie einen Fernsehempfänger. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Steuerung von Schaltnetzteilen in derartigen Geräten während Überlastzuständen durch Anwendung einer Steuerschaltung, die ansonsten dafür vorgesehen ist, das Netzteil, z. B. ein zusätzliches Netzteil, ein und auszuschalten, wenn ein Übergang zwischen dem Betriebsmodus und dem Standbymodus erfolgt.
In einem typischen Betriebs/Standby-Netzteil, wie es z. B. in Fernsehempfängern benutzt wird, liefern ein Brückengleichrichter und ein Siebkondensator eine ungesiebte Gleichspannung (bezeichnet mit B⁺ Spannung oder ungesiebte PAW B⁺), immer dann, wenn das Netzteil an das häusliche Stromnetz angeschlossen wird. Standbymodus-Lasten können direkt von der Spannung B⁺ oder von einer anderen Spannung gespeist werden, die immer anwesend ist. Manche Betriebsmoduslasten werden jedoch durch ein spannungsgeregeltes Netzteil gespeist, wie durch ein Schaltnetzteil, das nur im Betriebsmodus arbeitet. Das Netzteil für den Betriebsmodus für bestimmte Lasten, wie die Ablenkschaltungen und die Hochspannungs-Bildschirmlasten, verwenden im Allgemeinen den Rücklauftransformator, der die Strahlablenkung versorgt. Es kann auch ein getrenntes oder zusätzliches Netzteil als ein Schaltnetzteil betrieben werden und kann eine geregelte Spannung B⁺ für den Rücklauftransformator sowie andere zusätzliche Betriebsspannungen liefern.
Projektionsfernsehgeräte stellen z. B. besondere Anforderungen an die Stromversorgung, da sie drei Kathodenstrahlröhren (CRTs) mit hoher Leistung enthalten. Ein zusätzliches Netzteil ist nützlich für die Versorgung der Konvergenzverstärker für die Röhren, 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 bewirken.
In einem Schaltnetzteil ist eine Eingangsgleichspannung (wie die Spannung B⁺ in einem Fernsehgerät) mit einem Anschluss einer Primärwicklung eines Transforma tors und der andere Anschluss der Primärwicklung mit einem Schaltelement verbunden, so dass dem Transformator ein Strom zugeführt wird, wenn das Schaltelement leitet. Das Schaltelement wird während des Betriebsmodus abwechselnd ein- und ausgeschaltet und bildet Wechselströme in den Sekundärwicklungen des Transformators, die gleichgerichtet und gesiebt werden und die Betriebsspannungen für den Betriebsmodus liefern.
Die Regelung der Ausgangsspannungen erfolgt durch eine Rückkopplungssteuerung, z. B. durch eine Rückkopplungswicklung des Transformators. Die jeweiligen Sekundärwicklungen sind fest miteinander gekoppelt, so dass Laständerungen an einer der Sekundärwicklungen an der Rückkopplungswicklung erscheinen. Die Rückkopplungssteuerung vergleicht eine Spannung an der Rückkopplungswicklung mit einem Standardwert oder einem Schwellwert, der durch das Schaltelement geliefert werden kann, und moduliert die Frequenz und/oder die Impulsbreite, bei der das Schaltelement ein- und ausgeschaltet wird. Das Schaltelement ist derart kompensiert, dass es unempfindlich gegenüber Änderungen der ungesiebten Eingangsspannung B⁺ ist, während genaue Ausgangsspannungswerte aufrechterhalten werden, wenn sich die Strombelastung über einen Nennbereich der Leistungsentnahme ändert. Ein derartiges Netzteil mit einem zusätzlichen Fehlerdetektor ist bekannt durch die EP-A-0 203 444.
Das Schaltelement für ein Netzteil, wie es in dem vorliegenden Patent beschrieben wird, kann eine integrierte Schaltung (IC) für die Netzteilsteuerung aus der Serie Sanyo STK730 sein. Diese Steuerschaltung enthält einen FET-Leistungsschalttransistor, einen Fehlerverstärker und einen Treiber und eine Überstromschutzschaltung in einem einzigen Gehäuse. Wenn sie an ein Schaltnetzteil angeschlossen und zum ersten Mal eingeschaltet wird, fließt ein Strom von der Spannung B⁺ über die Primärwicklung des Transformators, den FET und einen Stromabtastwiderstand gegen Erde. Der Strom steigt an, bis die Überstromschutzschaltung in dem Steuer-IC ausgelöst wird, woraufhin die IC-Steuereinheit ihren FET-Leistungstransistor abschaltet. Es wird Energie zu den Sekundärwicklungen des Transformators übertragen, wo der induzierte Wechselstrom gleichgerichtet wird und die Siebkondensatoren lädt. Nach einem Startintervall von mehreren Perioden erreicht die Ausgangsspannung ihren geregelten Wert. Eine durch die IC-Steuereinheit gebildete Schwell wertvergleichsschaltung ist mit einer Rückkopplungswicklung des Transformators verbunden und steuert das Timing der Umschaltung durch das Steuer-IC, um den geregelten Ausgangsspannungswert aufrechtzuerhalten. Die Schwingung stabilisiert sich bei einer Frequenz und einem Tastverhältnis, die an die an die Sekundärwicklungen angeschlossenen Lasten angepasst sind. Viele andere Netzteil-Steuereinheiten arbeiten in einer ähnlichen Weise und können an Stelle der Serie des Sanyo STK730 angewendet werden.
Eine derartige IC-Steuereinheit versucht immer dann zu starten, wenn die ungesiebte Spannung B⁺ anwesend ist. Andere Schaltnetzteile steuern die Umschaltung zwischen dem Standbymodus und dem Betriebsmodus. Wenn während des Betriebsmodus die Belastung an den Ausgängen des Netzteils zunimmt, versucht das Netzteil, mehr Strom zu liefern, um die Referenzausgangsspannung gleich dem Steuerschwellwert zu halten. Wenn ein Fehlerzustand auftritt, wie eine Stromüberlast, wird die Überstromfehlerschutzschaltung der IC-Steuereinheit, die normalerweise während des Start- oder Anlauf-Vorgangs den Strom begrenzt, wirksam und begrenzt die über das Netzteil gelieferte Leistung. Die Strombegrenzungsschaltung schaltet den Schalttransistor aus, bevor die Rückkopplungssteuerung ermittelt, dass sich die Spannung an der Rückkopplungswicklung bei dem Steuerschwellwert befindet. Als Ergebnis fallen mit einer zunehmenden Strombelastung die Ausgangsspannungen auf zunehmend niedrigere Werte unter ihrem Nennwert ab.
Unter der Annahme eines vollständigen Kurzschlussfehlerzustands am Ausgang schaltet die IC-Steuerüberlastschaltung sofort die Leitung ab, und es wird geringe Leistung über das Netzteil übertragen. Wenn eine Stromüberlast, jedoch kein vollständiger Kurzschluss besteht, wird nach wie vor nennenswerte Leistung über das Netzteil übertragen, selbst wenn die Ausgangsspannungen abfallen. Das ist ein unerwünschter Betriebszustand, möglicherweise sogar ein gefährlicher Betriebszustand.
Zusammenfassung
Es könnte vorteilhaft sein, das zusätzliche Netzteil vollständig abzuschalten, wenn der Ausgang überlastet ist, wenn das zusätzliche Netzteil im Standbymodus abge schaltet würde, statt zu ermöglichen, dass das Steuer-IC das zusätzliche Netzteil bei einer Überlast und/oder einem anderen Fehlerzustand arbeitet. Jedoch müssen bestimmte Vorkehrungen getroffen werden, um den Betrieb der strombegrenzenden Schaltungen in der IC-Steuereinheit zu ermöglichen, damit das Netzteil starten kann. Anderenfalls kann der Zustand mit einer niedrigen Ausgangsspannung, der während des Starts des Netzteils auftritt, durch eine Fehlerermittlungsschaltung derart falsch identifiziert werden, dass sie einen Zustand mit niedriger Spannung aufgrund eines Überlaststrom-Fehlerzustands ist. Das zusätzliche Netzteil würde niemals starten.
Dieses Problem kann in einer eleganten Weise gelöst werden, wenn das zusätzliche Netzteil anderenfalls mit einer Schaltsteuerung zum Ein- und Ausschalten des zusätzlichen Netzteils versehen wird, wenn das Gerät zwischen dem Standbymodus und dem Betriebsmodus wechselt.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung wird eine derartige Schaltersteuerung, die in vorteilhafter Weise an einen Rückkopplungssteuersignalweg angeschlossen ist, derart geändert, dass sie auch auf einen Fehlerzustandsdetektor anspricht, wie einen Detektor für eine niedrige Spannung und/oder einen Überstrom, wobei jeder dieser Zustände einen Fehlerzustand, wie einen Kurzschluss, anzeigen kann.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung liegt eine Verzögerungsschaltung zwischen dem Detektor für den Fehlerzustand und der Schaltsteuereinheit, die wirksam wird, nachdem das zusätzliche Netzteil abgeschaltet worden ist. Der Detektor für den Fehlerzustand wird dann daran gehindert, das zusätzliche Netzteil für eine Zeitperiode zu sperren, nachdem das zusätzliche Netzteil eingeschaltet worden ist, um für das zusätzliche Netzteil eine Möglichkeit zu bilden, eine Ausgangsbetriebsspannung ohne eine falsche Anzeige eines Fehlerzustands zu liefern.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält ein Schaltnetzteil Folgendes: eine Spannungsquelle, einen Transformator und eine Schaltsteuereinheit für die Erzeugung einer Ausgangsbetriebsspannung im Schaltmodus, einer Rückkopplungsschaltung zur Regelung des Betriebs im geschalteten Modus abhängig von der Belastung auf der Ausgangsbetriebsspannung, eine Schalteinheit, die auf ein EIN/AUS-Signal anspricht, zum Ein- und Abschalten des Netzteils durch Steue rung des Leitens in einem Leitweg, wobei das Netzteil durch einen leitenden Zustand in dem Leitweg eingeschaltet wird, ein Fehlerdetektor zur Steuerung des Leitens in einem Teil des Leitwegs und zur Bildung eines nichtleitenden Zustands in dem Teil des Leitwegs aufgrund eines Überlastzustands auf der Ausgangsbetriebsspannung und eine Verzögerungsschaltung zur Steuerung eines zusätzlichen Leitwegs durch Überbrückung des Teils des durch den Fehlerdetektor gesteuerten Leitwegs und Bildung eines Leitzustands in dem zusätzlichen Leitweg für eine Zeitperiode, nachdem das Netzteil eingeschaltet worden ist.
Gemäß dieser Ausführungsform wird der zusätzliche Leitweg nichtleitend, wenn der Fehlerdetektor einen leitenden Zustand in dem Teil des Leitwegs bildet, wobei der Teil des Leitwegs bis zur Detektion des Überlastzustands in dem leitenden Zustand verbleibt.
Außerdem bildet gemäß dieser Ausführungsform die Verzögerungsschaltung einen Teil einer Latch-Anordnung, die nach der Zeitperiode einen nichtleitenden Zustand in dem zusätzlichen Leitweg bildet. Die Latch-Anordnung hält den nichtleitenden Zustand des zusätzlichen Leitwegs aufrecht, bis das Schaltnetzteil abgeschaltet wird.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Anordnung enthält ein Schaltnetzteil: eine Spannungsquelle, einen Transformator und eine Schaltsteuereinheit für die Erzeugung eines geschalteten Modus einer Ausgangsbetriebsspannung, eine Rückkopplungsschaltung zur Regelung des Schaltbetriebs in Abhängigkeit von der Belastung auf der Ausgangsbetriebsspannung, eine Schalteinheit, die auf ein EIN/AUS-Signal anspricht, zur Ein- und Ausschaltung des Schaltnetzteils durch Steuerung des Leitens in einem Leitweg, wobei das Netzteil durch einen leitenden Zustand in dem Leitweg eingeschaltet wird, einen Fehlerdetektor zur Steuerung des Leitens in einen Teil Leitwegs und zur Bildung eines nichtleitenden Zustands in dem Teil des Leitwegs abhängig von einem Überlastzustand der Ausgangsbetriebsspannung und eine Latch-Anordnung mit einem zusätzlichen Leitweg parallel zu dem durch den Fehlerdetektor gesteuerten Leitweg und zur Bildung eines leitenden Zustands in dem zusätzlichen Leitweg für einen Zeitperiode, nachdem das Netzteil eingeschaltet worden ist, wobei der zusätzliche Leitweg nichtleitend wird, wenn ein leitender Zustand in dem Teil des Leitwegs gebildet wird, und die Latch-Anordnung den nichtleitenden Zustand des zusätzlichen Leitwegs aufrechterhält, bis das Netzteil abgeschaltet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform bleibt der Teil des Leitwegs bis zur Detektion des Überlastzustands in dem leitenden Zustand.
In jeder dieser Ausführungsformen enthält die Latch-Anordnung Folgendes: einen Kondensator, einen Halbleiterschalter mit einer ersten, den zusätzlichen Signalweg bildenden Strecke einer zweiten Strecke, die einen Ladeweg für den Kondensator bildet, und eine Diode zur Bildung eines Ladewegs für den Kondensator. Die erste und die zweite Strecke des Halbleiterschalters werden nichtleitend, wenn der Fehlerdetektor einen leitenden Zustand in dem Teil des Leitwegs bildet, wobei der Teil des Leitwegs bis zur Detektion des Überlastzustands in dem leitenden Zustand verbleibt.
Der Kondensator bleibt geladen, während die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Der geladene Kondensator hält den Zustand der Sperrvorspannung in der zweiten Strecke des Halbleiters aufrecht. Die Diode wird in Sperrrichtung vorgespannt, nachdem das Netzteil abgeschaltet worden ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen.
2 ist ein Schaltbild des zusätzlichen Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen und zeigt detaillierter die EIN/AUS-Steuerung.
3 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Steuerschaltung gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen und zeigt detaillierter die Schaltung für den Start oder den Anlauf und die Fehlerermittlung.
4 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Stromüberlast-Detektierschaltung gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen.
5 ist ein Schaltbild eines zusätzlichen Netzteils mit einer Schaltung zum schnellen Zurücksetzen gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt allgemein ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil 10 mit einer Schaltsteuereinheit U1 zur periodischen Zuführung eines Stroms von einer Eingangsspannung, z. B. einer ungesiebten Spannung RAW B⁺ zu einer Primärwicklung W1 eines Transformators T1 zur veränderbaren Zuführung von Leistung zu einer oder mehreren Sekundärwicklungen W2, W3, W4 und W5 des Transformators T1. Die Schaltsteuereinheit U1 kann z. B. eine Steuereinheit der Serie STK730 von Sanyo sein. Die Schaltsteuereinheit U1 leitet, wenn eine Treiberspannung, z. B. die Spannung RAW B⁺, an ihrem Steuereingang CNTL am Pin 4 verfügbar ist.
Die Eingangsbetriebsspannung RAW B⁺ ist eine durch einen Kondensator C1 gesiebte Ausgangsspannung eines Brückengleichrichters CR1. Die Spannung RAW B⁺ ist immer anwesend, wenn das Netzteil 10 an das häusliche Stromnetz 22 angeschlossen ist (d. h. der Netzstecker eingesteckt ist). Das Netzteil 10 arbeitet jedoch nur im Betriebsmodus und ist in einem Ruhe- oder Standbymodus abgeschaltet.
Wenn das Netzteil 10 an das Netz angeschlossen ist und sich außerdem im Betriebsmodus befindet, ist die Spannung RAW B⁺ an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 anwesend und ermöglicht auf diese Weise, dass die Schaltsteuereinheit U1 einen Strom durch die Primärwicklung W1 des Transformators T1 leitet. Der durch die Wicklung W1 fließende Strom induziert eine Spannung über der Wicklung W2 des Transformators T1, die über den Widerstand R13 und den Kondensator C5 dem Steuereingang CNTL zugeführt wird. 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 ab, wenn der durch die Schaltsteuereinheit U1 fließende Strom einen Stromschwellwert erreicht, der durch die Kombination des Widerstands R14 und des Kondensators C6 eingestellt ist. Wenn die Schaltsteuereinheit U1 aufhört zu leiten, 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 Leistung zu den Ausgängen mit +15 V beziehungsweise –15 V liefern.
Wenn die Energie von den Wicklungen W4 und W5 verbraucht ist, bricht ihr Magnetfeld 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, wodurch die Schaltsteuereinheit U1 wieder Strom über die Primärwicklung W1 leiten kann, bis der Stromschwellwert 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 Perioden, bis der Betrieb des Netzteils 10 sich stabilisiert hat.
Die Rückkopplungswicklung W3 steuert das Tastverhältnis der Schaltsteuereinheit U1, nachdem der Betrieb des Netzteils 10 sich stabilisiert hat. Die Spannung über der Rückkopplungswicklung W3 wird mit einer internen Referenz verglichen, die ungefähr gleich –40,5 V ist und durch die Schaltsteuereinheit U1 gebildet wird. Das Tastverhältnis der Schaltsteuereinheit U1 wird so moduliert, dass die Spannung über der Rückkopplungswicklung W3 bei ungefähr –40,5 V gehalten wird. Die Rückkopplungswicklung W3 ist mit den Sekundärwicklungen W4 und W5 gekoppelt, so dass die 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 gelieferten Ausgangsspannungen.
Normalerweise erfolgt die Umschaltung von dem Standbymodus in den Betriebsmodus oder umgekehrt durch Steuerung über (nicht dargestellte) Benutzereingaben, wie einen Infrarotempfänger, Tastaturschalter oder dergleichen. Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt sind zusätzliche Betriebs/Standby-Umschalteinheiten 36 vor gesehen, um das Schaltnetzteil zwischen dem Betriebsmodus und dem nicht betriebsfähigen Standbymodus umzuschalten. Die Schaltsteuereinheit U1 benötigt einen großen Start- oder Anlaufstrom. Für ein zuverlässiges Starten und zur Hilfe bei der Bildung dieses Treiberstroms enthalten die Betriebs/Standby-Umschalteinheiten 36 eine erste Schaltung 38 zwischen der Eingangsspannung RAW B⁺ und dem Steuereingang CNTL zur Lieferung einer Vorspannung für die Leitung durch die Schaltsteuereinheit, immer dann, wenn die Eingangsspannung RAW B⁺ anwesend ist.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung kann der von der ersten Schaltung 38 gelieferte Treibervorstrom in einem Parallelweg abgeleitet werden, um die Verfügbarkeit des Treiberstroms für die Sperrung der Schaltsteuereinheit U1 zu verringern. Der Treiberstrom kann z. B. zu einer Quelle einer Referenzspannung, z. B. Erde, parallel abgeleitet werden.
Die Schaltungen 36 zur Umschaltung Betrieb/Standby enthalten außerdem eine Fehlerdetektionsschaltung 42, die mit wenigstens einer der Sekundärwicklungen W4 und W5 des Transformators verbunden ist. Die Schaltung 42 ermittelt einen Fehlerzustand, wie einen Überlaststrom, bei dem zusätzlichen Netzteil, z. B. durch Abtastung eines niedrigen Spannungsschwellwerts an dem Ausgang, der mit derselben oder ein anderen Sekundärwicklung W4 oder W5 verbunden ist. Die Schaltung 42 erzeugt einen Ausgang 41, der einen Fehlerzustand anzeigt, um die Leitung der Schaltsteuereinheit U1 zu sperren, indem der Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 auf Erdpotential gezogen wird, als Mittel zum Abschalten des zusätzlichen Netzteils, so, als wenn das Gerät in den Standbymodus gewechselt hätte. Um sicherzustellen, dass die Startphase des zusätzlichen Netzteils nicht durch eine falsche Detektion eines Fehlerzustands, aufgrund der anfänglich niedrigen Spannungsausgangswerte verhindert wird, verhindert eine Verzögerungsschaltung 40 die Wirkung des Ausgangs der Detektionsschaltung 42 für den Fehlerzustand für eine ausreichende Zeitperiode, dass die nominellen Ausgangsspannungswerte des zusätzlichen Netzteils entstehen.
Die 2–5 zeigen im Detail verschiedene Aspekte der allgemein in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnungen. Dieselben Bezugszeichen dienen durch die ganze Beschreibung zur Bezeichnung derselben oder vergleichbarer Teile. In 2 liegt die Schaltsteuereinheit U1 in Reihe mit der Primärwicklung W1 des Transformators T1. Die Schaltsteuereinheit U1 ist abwechselnd leitend und gesperrt, um Leistung zu den Sekundärwicklungen W4 und W5 zu übertragen, 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 zusätzlich durch Spulen L2 bzw. L3 gesiebt und liefern Betriebsspannungen +15 V bzw. –15 V zur Speisung der Lasten im Betriebsmodus.
Die Polaritäten der Sekundärwicklungen W4 und W5 sind entgegengesetzt zu denen der Primärwicklung W1, wie 2 zeigt, so dass die Kondensatoren C2 und C3 geladen werden, wenn die Schaltsteuereinheit U1 abschaltet oder sperrt 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 dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 zur Steuerung von Übergängen zwischen dem Betriebsmodus und dem Standbymodus zu steuern. Wenn das Gerät sich im Standbymodus befindet und die Schaltsteuereinheit U1 nicht periodisch leitet, ist die einzige in das Netzteil 10 hineinfließende Leistung die Spannung RAW B⁺, die anwesend ist, da das Gerät an das Hausnetz 22 angeschlossen ist. Es wäre in der Steuerung Betriebsmodus/Standbymodus möglich, durch Anwendung eines Relais oder einer anderen Schalteinheit, die von einem (nicht dargestellten) zusätzlichen Netzteil geringer Leistung geliefert wird, die Spannung RAW B⁺ der Schalteinheit des Netzteils 10 anzulegen und abzuschalten. Jedoch wird gemäß der Erfindung eine kostengünstigere Lösung durch Anwendung eines Signals erreicht, das teilweise von der Spannung RAW B⁺ und teilweise von den Spannungen im Betriebsmodus abgeleitet wird, um die Vorspannung an dem Steuereingang CNTL zu der Schaltsteuereinheit U1 zu verringern, nämlich um die Spannung an dem Steuereingang in die Nähe von Erde zu bringen und die Schaltsteuereinheit U1 gesperrt zu halten, bis die normale Vorspannung wiederhergestellt ist.
Daher liegt ein Spannungsteiler mit den Widerständen R1, R2, R3 und R4 zwischen der Spannung RAW B⁺ 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 Spannung RAW B⁺ anwesend ist, wird der Steuereingang CNTL durch die Leitung des Transistors Q2 in die Nähe von Erde gezogen. Wenn das Netzteil 10 zuerst an das Netz angeschlossen wird, wird sie im Standbymodus gehalten.
Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise anwendbar auf ein zusätzliches Netzteil, wie ein zusätzliches Netzteil eines Fernsehempfängers zur Speisung der Lasten im Betriebsmodus wie der Konvergenzverstärker. Für die Umschaltung in den Betriebsmodus tastet das erfindungsgemäße Netzteil die Anwesenheit einer Betriebsspannung für den Betriebsmodus ab, die von einer anderen Quelle als den Sekundärwicklungen des Transformators T1 geliefert wird. Diese Betriebsspannung für den Betriebsmodus wird mit einem Schwellwert verglichen, und wenn der Schwellwert überschritten wird, wird der Transistor Q2 gesperrt und ermöglicht, dass die Vorspannung an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 zum normalen Wert zurückkehrt, und ermöglicht den Betrieb des zusätzlichen Netzteils im Betriebsmodus, nämlich durch Rückkopplungssteuerung über die Rückkopplungswicklung W3 des Transfomators T1. Z. B. kann die Betriebsspannung von +23 V, die durch den Betriebsmodus der Ablenkung oder anderer Schaltungen in dem Fernsehempfänger gebildet wird, für diesen Zweck benutzt werden.
In 2 ist ein Differentialpaar von PNP-Transistoren Q3 und Q4 mit ihren Emittern über den Widerstand R5 mit der Betriebsspannung für den Betriebsmodus verbunden, und das Differentialpaar vergleicht den Wert der Betriebsspannung für den Betriebsmodus über den Spannungsteiler mit den Widerständen R6 und R7 an der Basis des Transistors Q3 mit einer durch die Zener Diode Z3 an der Basis des Transistors Q4 gebildeten Referenzspannung von +8,2 V. Wenn die Betriebsspannung einen Wert übersteigt, 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 zu leiten aufhört, und dadurch eine normale Vorspannung an dem Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 ermöglicht. Der Betrieb des Netzteils 10 beginnt dann im Be triebsmodus aufgrund der Spannungen an den Sekundärwicklungen W2 und W3 des Transformators T1.
Eine andere erfindungsgemäße Anordnung ist in 3 dargestellt und enthält eine Verriegelungsschaltung (latching circuit), die die zusätzliche Funktion der Ermittlung der Stromüberlastzustände hat, wenn sie sich in dem Betriebsmodus befindet, zum Umschalten des Netzteils 10 in den Standbymodus. Eine Stromüberlast bewirkt, dass der Ausgangsspannungswert unter den Nennwert abfällt, weil in Überstromzuständen die Überstromschutzschaltungen der Schaltsteuereinheit U1 die Schaltsteuereinheit U1 sperren oder abschalten, bevor genügend Leistung über das Netzteil 10 zugeführt worden ist, um den nominellen Wert der Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Dieses Verfahren der Strombegrenzung ist weniger als optimal für die Speisung der Lasten wie die digitalen Konvergenzverstärker eines Projektionsfernsehgeräts. Für derartige Lasten ist es vorteilhaft, wenn das Netzteil 10 abgeschaltet wird, wenn ein Überstromzustand auftritt, anstatt zu versuchen, den Lasten bei einer verringerten Spannung Strom zuzuführen. Gemäß der Erfindung wird diese Funktion in einer Weise erreicht, die eine Schnittstelle bildet mit den Schaltungen, die die Umschaltung zwischen dem Betriebsmodus und dem Standbymodus wie in 2 steuern.
In 3 erfolgt die Steuerung für die Umschaltung von dem Standbymodus in den Betriebsmodus teilweise durch die Betriebsspannung für den Betriebsmodus, wie die Betriebsspannung von +23 V, durch Zuführung einer durch das differentielle Transistorpaar Q3 und Q4 bestimmten, vorbestimmten Spannung, das Strom zu der LED des Optokopplers U3 liefert. Der Fototransistor des Optokopplers U3 sperrt dann den Transistor Q2 und ermöglicht den Betrieb der Schaltsteuereinheit U1. Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 liefern eine Vorspannung zu dem Transistor Q2 am Verbindungspunkt J1 von der Betriebsspannung RAW B⁺. Im Vergleich mit der Ausführungsform von 2, in der die Kathode der LED in dem Optokoppler U3 geerdet ist, gemäß 3, lädt der Strom durch die LED über die Basis eines PNP-Transistors Q5 einen Kondensator C4.
Der Kondensator C4 bildet eine Verzögerung für die erste Umschaltung von dem Standbymodus in den Betriebsmodus, in dem das Netzteil 10 starten kann. Wenn das Netzteil 10 arbeitet, sich also in dem genannten Betriebsmodus befindet, und die geregelte Spannung, in diesem Fall nominell +15 V, ungefähr +10 V übersteigt, leitet die Zenerdiode Z4 über die Widerstände R8 und R9 und schaltet den Transistor Q6 ein. Der Strom von dem Optokoppler U3 wird dann über den Transistor Q6 gegen Erde abgeleitet, und der Kondensator C4 beendet seine Ladung. Der Transistor Q5 ist dann gesperrt, und der Kondensator C4 kann sich über den Transistor Q5 oder über die Diode D6 nicht entladen, die an die Betriebsspannung von +23 V angeschlossen und in Sperrrichtung vorgespannt ist.
In dem Fall, dass die Ausgangsspannung von +15 V unter den Wert fällt, der benötigt wird, damit die Zenerdiode Z4 leitet, insbesondere in dem Fall einer Stromüberlast an der Sekundärwicklung W4, schaltet der Transistor Q6 aufgrund der unzureichenden Basisansteuerung ab. 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, sperrt der Transistor Q5, und es gibt keinen Weg für den Strom durch den Optokoppler U3. In diesem Fall fließt, obwohl die differentiellen Transistoren Q3 und Q4 weiterhin die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V detektieren, kein Strom über den Fototransistor des Optokopplers U3. Die Betriebsspannung RAW B⁺ schaltet den Transistor Q2 durch den Spannungsteiler am Verbindungspunkt J1 durch die Widerstände R1, R2, R3 und R4 ein. Der Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 wird heruntergezogen (pulled low). Das Netzteil 10 schaltet ab und schützt die an die Ausgänge angeschlossenen Lasten. Somit schaltet die endungsgemäße Schaltung, anders als eine Lösung mit Leistungsbegrenzung, bei der den Strom begrenzende Schaltungen der Schaltsteuereinheit die Ausgangsspannung unter ihrem Nennwert begrenzt, jedoch weiterhin Leistung liefern, in der beschriebenen Weise in Überstromzuständen das Netzteil 10 ab. Das erfolgt durch Anwendung von Betriebs/Standby-Schaltungen, die von der Betriebsspannung RAW B⁺ gesteuert werden, durch Bildung einer Überstrom-Schutzfunktion mit einem Minimum von Bauteilen und an Komplexität.
Wie in den 1 und 3 gezeigt, dient die Detektionsschaltung 42 für den Fehlerzustand zur Detektierung der Überlaststromzustände an dem Ausgang mit +15 V des Netzteils 10. Die Detektion von Überlastzuständen an dem Ausgang mit –15 V wird durch die Tatsache verkompliziert, dass in dem Netzteil 10 ausschließlich Vorspannungen mit positiver Polarität, z. B. RAW B⁺, benutzt werden.
Eine in 4 dargestellte zusätzliche erfindungsgemäße Anordnung bildet in vorteilhafter und eleganter Weise die Detektion der Stromüberlastzustände an dem Ausgang mit –15 V bei der Abwesenheit von Vorspannungen mit negativer Polarität. Die Ermittlung eines Stromüberlastzustands auf dem Ausgang von –15 V im Betriebsmodus bewirkt, dass das Netzteil in den Standbymodus umgeschaltet wird. In 4 liegt die Überlastdetektionsschaltung 43 für die negative Betriebsspannung zwischen den Ausgängen mit +15 V und –15 V des Netzteils 10. Die Zenerdiode Z6 ist zwischen den Ausgangsspannungen von +15 V und –15 V des Netzteils 10 vorgespannt, so dass die Basis des Transistors Q8 eine Vorspannung enthält, die gleich ungefähr –2 V ist, wenn der Ausgang von –15 V mit der Nennlast belastet ist. Die Zenerdiode Z6 bildet auf diese Weise eine Pegel-Verschiebeanordnung, oder einen Gleichspannungsversatz oder einen sogenannten Gleichspannungsoffset, wodurch der Ausgang von –15 V mit einer positiven Referenzspannung verbunden werden kann, die in dieser Ausführungsform für die Ermittlung eines Stromüberlast-Zustands die Einschaltspannung der Basis/Emitter-Strecke des Transistors Q8 ist.
Wenn aufgrund eines Stromüberlast-Zustands der Ausgang mit –15 V gegen Erdpotential abzufallen beginnt, wird sich auch die Spannung an der Basis des Transistors Q8 gegen Erde ändern. Gegebenenfalls wird, wenn der Stromüberlastzustand andauert und der Ausgang mit –15 V daher einen vorbestimmten Schwellspannungswert erreicht, die Spannung an der Basis des Transistors Q8 positiv und wird möglichenweise groß genug, z. B. ungefähr 0,7 V, um den Transistor Q8 einzuschalten und einen Stromüberlastzustand zu signalisieren. Anders als die Detektionsschaltung 42 für den Fehlerzustand, wo ein Stromüberlastzustand durch eine Änderung in den leitenden Zustand der Zenerdiode Z4 signalisiert wird, bleibt die Zenerdiode Z6 in dem leitenden Zustand, wenn durch den Transistor Q8 ein Stromüberlastzustand signalisiert wird. Der gewünschte Schwellwert kann durch eine geeignete Wahl der Durchbruchspannung der Zenerdiode Z6 gewählt werden.
Wenn der Transistor Q8 einschaltet, wird ein Strom von der Basis des Transistors Q6 gezogen, wodurch der Transistor Q6 abgeschaltet wird. Auf diese Weise kann, ähnlich zu der Detektion eines Überstromzustands an dem Ausgang mit +15 V mit gesperrtem Transistor Q6, der Kondensator C4 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 gibt keinen Weg für den Strom durch den Optokoppler U3. In diesem Fall fließt, obwohl die differentiellen Transistoren Q3 und Q4 weiterhin die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V detektieren, kein Strom durch den Fototransistor des Optokopplers U3. Die Betriebsspannung RAW B⁺ schaltet durch den Spannungsteiler an dem Verbindungspunkt J1 mit den Widerständen R1, R2, R3 und R4 den Transistor Q2 ein. Der Steuereingang CNTL der Schaltsteuereinheit U1 wird heruntergezogen. Das Netzteil 10 schaltet ab und schützt die an die Ausgänge angeschlossenen Lasten.
Wenn die Betriebsspannung von +23 V abfällt, wird der Kondensator C4 über die Diode D6 entladen, die anderenfalls durch die Anwesenheit der Betriebsspannung von +23 V in Sperrichtung vorgespannt würde. Wenn der Kondensator C4 entladen ist, kann das Netzteil 10 erneut gestartet werden, wenn nicht weiterhin ein Überlastzustand am Ausgang besteht, der die Ausbildung einer ausreichenden Ausgangspannung zum Einschalten des Transistors während der Verzögerungszeit verhindert, in der die Ladung an dem Kondensator C4 auf einen ausreichenden Wert ansteigen kann, um den Transistor Q5 abzuschalten.
Wenn der Kondensator C4 nicht genügend Zeit bekommt, um sich vollständig zu entladen, z. B. wenn das Schaltnetzteil 10 in schneller Folge von dem Betriebsmodus in den Standbymodus und dann zurück in den Betriebsmodus übergeht, bleibt der Transistor Q5 gesperrt. Die Ausgangsspannungen für den Betriebsmodus werden dann daran gehindert, sich auszubilden und ihre Nenn-Ausgangsspannungswerte einzunehmen.
Eine weitere in 5 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform bildet eine Schnell-Rücksetzschaltung 50 für eine schnelle Entladung des Kondensators C4, wenn die Betriebsspannung von +23 V abfällt. Gemäß der Erfindung wird diese Funktion in einer Weise erreicht, die mit den Schaltungen zusammenhängt, die wie in 2 die Umschaltung zwischen dem Betriebsmodus und dem Standbymodus steuern.
In 5 enthält die Verzögerungsschaltung 40 eine Zenerdiode Z5 parallel zu dem Kondensator C4. Wenn die Betriebsspannung von +23 V entsteht, wird der Kondensator C4 über den Widerstand R10 aufgeladen und bildet die Verzögerungszeit für die Ausgangsspannungen des Betriebsmodus, um sich ungefähr bei ihren Nenn-Ausgangsspannungswerten zu stabilisieren. Die Zenerdiode Z5 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-Schaltung angeordnet sind.
Wenn sich das Netzteil 10 in dem Betriebsmodus befindet, führen der Transistor Q4 und die Diode des Optokopplers U3 Strom, in einer ähnlichen Weise wie die in 3 dargestellte Ausführungsform. Anders als die Ausführungsform von 3, dient dieser Strom jedoch nicht zum Laden des Kondensators C4. Die Anordnung der Transistoren Q8 und Q9 in einer Darlington-Schaltung resultiert in einem nur minimalen Stromfluß in die Basis des Transistors Q9. Auf diese Weise werden die Laderate des Kondensators C4 und dadurch die Verzögerungszeit ausschließlich durch die durch den Widerstand R10 und den Kondensator C4 gebildete Zeitkonstante bestimmt. Das beseitigt in vorteilhafter Weise jegliche Änderungen in der Aufladerate des Kondensators C4 aufgrund des laufenden Verstärkungsfaktors, oder Beta, des Transistors Q5 in 3 oder der Darlington-Schaltung der Transistoren Q8 und Q9 in 5.
Wenn in 5 das Netzteil 10 in den Standbymodus gebracht wird, beginnt die Betriebsspannung von +23 V abzufallen. Wenn die Betriebsspannung unter einen Wert abfällt, der durch das Verhältnis der Widerstände in dem Spannungsteiler aus den Widerständen R6 und R7 bestimmt ist, wird ein Strom direkt von dem Transistor Q4 zu dem Transistor Q3 zurückgeführt. Der durch den Transistor Q3 fließende Strom bildet eine Spannung über dem Widerstand R11, die den Rücksetztransistor Q7 in Flussrichtung vorspannt. Der Kondensator C4 wird dadurch über den Widerstand R12 und den Rücksetztransistor Q7 schnell gegen Erde entladen, bevor die Betriebsspannung von +23 V vollständig abgefallen ist.

Claims

Schaltnetzteil mit: einer Spannungsquelle (RAW B⁺), einem Transformator (T1) und einer Schaltsteuereinheit (U1) für die Erzeugung einer Ausgangsbetriebsspannung (+15 V) im Schaltmodus, wobei die Schaltsteuereinheit einen Steuereingang (CNTL, 4) aufweist, einer Rückkopplungsschaltung (W3) zur Regelung der Erzeugung des Schaltmodus abhängig von der Belastung auf der Ausgangsbetriebsspannung, einem Fehlerdetektor (42) einer Schalteinheit (R5, R6, R7, Q3, Q4, Z3, U3), die die Spannung an dem Steuereingang (CNTL, 4) zum Ein- und Abschalten der Betriebsspannung steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (R5, R6, R7, Q3, Q4, Z3, U3) die Spannung an dem Steuereingang (CNTL, 4) in Abhängigkeit von einem EIN/AUS-Steuersignal (+23 V-RUN) durch Freigabe oder Sperrung des Leitens in einem steuerbaren Leitweg (Q6, U3, Q4) steuert, dass das Netzteil durch Freigabe des Leitens in dem steuerbaren Leitweg (Q6, U3, Q4) eingeschaltet wird, und dass der Fehlerdetektor (42) das Leiten in einem Teil (Q6) des steuerbaren Leitwegs (Q6, U3, Q4) freigibt oder sperrt und das Leiten in dem Teil aufgrund eines Überlastzustands der Ausgangsbetriebsspannung sperrt, und dass eine Verzögerungsschaltung (40) das Leiten in einem zusätzlichen, steuerbaren, das Teil (Q6) überbrückenden Leitweg (Q5) freigibt oder sperrt und das Leiten in den zusätzlichen steuerbaren Leitweg für eine Zeitperiode freigibt, nachdem das Netzteil eingeschaltet worden ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei die Verzögerungsschaltung (40) außerdem einen Teil einer Latch-Anordnung bildet, die einen nichtleitenden Zustand in den zusätzlichen Leitweg nach der Zeitperiode erzeugt.
Schaltnetzteil nach Anspruch 2, wobei die Latch-Anordnung den nichtleitenden Zustand des zusätzlichen Leitwegs aufrechterhält, bis das Schaltnetzteil abgeschaltet wird.
Schaltnetzteil nach Anspruch 2, wobei die Latch-Anordnung Folgendes enthält: einen Kondensator (C4), einen Halbleiterschalter (Q5) mit einer ersten Strecke, die den zusätzlichen Leitweg bildet, und einer zweiten Strecke, die einen Lageweg für den Kondensator bildet, eine Diode (D6), die einen Entladeweg für den Kondensator bildet.
Schaltnetzteil nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite Strecke des Halbleiterschalters (Q5) nichtleitend wird, wenn der Fehlerdetektor einen leitenden Zustand in dem Teil des Leitwegs bildet, und das der Teil des Leitwegs in dem leitenden Zustand verbleibt, bis zur Detektion des Überlastzustands.
Schaltnetzteil nach Anspruch 5, wobei der Kondensator (C4) geladen bleibt, während die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 6, wobei der geladene Kondensator (C4) einen Sperrzustand in der zweiten Strecke des Halbleiterschalters (Q5) aufrechterhält.
Schaltnetzteil nach Anspruch 6, wobei die Diode (D6) in Flussrichtung vorgespannt wird, nachdem das Schaltnetzteil abgeschaltet worden ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei der zusätzliche Leitweg nichtleitend wird, wenn der Fehlerdetektor (42) einen leitenden Zustand in dem Teil des Leitwegs bildet, und der Teil des Leitwegs bis zur Detektion des Überlastzustands in dem leitenden Zustand verbleibt.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, in dem die Verzögerungsschaltung Folgendes enthält: eine Latch-Anordnung (C4, Q5, D6) mit einem zusätzlichen Leitweg (Q5) parallel zu dem Leitweg (Q6), der durch den Fehlerdetektor (42) gesteuert wird und einen leitenden Zustand in dem zusätzlichen Leitweg für eine Zeitperiode bildet, nachdem das Schaltnetzteil eingeschaltet worden ist, wobei der zusätzliche Leitweg nichtleitend wird, wenn ein leitender Zustand in dem Teil (Q6) des Leitwegs gebildet wird, und die Latch-Anordnung den nichtleitenden Zustand des zusätzlichen Leitwegs aufrechterhält, bis das Schaltnetzteil abgeschaltet worden ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 10, wobei der Teil des Leitwegs bis zur Detektion des Überlastzustands in dem leitenden Zustand verbleibt.
Schaltnetzteil nach Anspruch 11, wobei die Latch-Anordnung Folgendes enthält: einen Kondensator (C4), einen Halbleiterschalter (Q5) mit einer ersten Strecke, die den zusätzlichen Signalweg bildet, und einer zweiten Strecke, die einen Ladeweg für den Kondensator bildet, und einer Diode (D6), die einen Ladeweg für den Kondensator bildet.
Schaltnetzteil nach Anspruch 12, wobei die erste und die zweite Strecke des Halbleiterschalters (Q5) nichtleitend werden, wenn der Fehlerdetektor einen leitenden Zustand in dem Teil des Leitwegs bildet, und der Teil des Leitwegs bis zur Detektion des Überlastzustands in dem leitenden Zustand verbleibt.
Schaltnetzteil nach Anspruch 13, wobei der geladene Kondensator (C4) einen Vorspannungszustand in Sperrrichtung in der zweiten Strecke des Halbleiterschalters (Q5) aufrechterhält.
Schaltnetzteil nach Anspruch 14, wobei der Kondensator (C4) geladen bleibt, während die Diode (D6) in Sperrrichtung vorgespannt ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 15, wobei die Diode (D6) in Sperrrichtung vorgespannt wird, nachdem das Schaltnetzteil abgeschaltet worden ist.