[go: up one dir, main page]

SE511444C2 - Procedure for limiting the output current of switched flyback-type power units in overload situations and switched flyback-type power units - Google Patents

Procedure for limiting the output current of switched flyback-type power units in overload situations and switched flyback-type power units

Info

Publication number
SE511444C2
SE511444C2 SE9503099A SE9503099A SE511444C2 SE 511444 C2 SE511444 C2 SE 511444C2 SE 9503099 A SE9503099 A SE 9503099A SE 9503099 A SE9503099 A SE 9503099A SE 511444 C2 SE511444 C2 SE 511444C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
current
voltage
output
circuit
control circuit
Prior art date
Application number
SE9503099A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9503099L (en
SE9503099D0 (en
Inventor
Goesta Baarman
Original Assignee
Nokia Telecommunications Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Telecommunications Oy filed Critical Nokia Telecommunications Oy
Publication of SE9503099L publication Critical patent/SE9503099L/en
Publication of SE9503099D0 publication Critical patent/SE9503099D0/en
Publication of SE511444C2 publication Critical patent/SE511444C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. DC/AC converters
    • H02H7/1227Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. DC/AC converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for limiting the output current (Iout) of a switched-mode power supply of flyback type in overload situations and to a switched-mode power supply of flyback type. In accordance with the method, the output current (Iout) is limited by means of pulse width modulation (PWM) by adjusting, by means of a control circuit (13) known per se, the ratio of the duration of the ON and OFF phases of the switch (SW) of the primary circuit. In order for the output current not to increase inordinately in overload situations, the voltage (Vs) which is present on the primary side of the transformer (10) and which is dependant on the output voltage (Uout) of the power supply is utilized to control a current generator (21), and output current (Icc) of which is used to form a control signal for the control circuit (13). <IMAGE>

Description

10 l5 20 25 30 35 511 444 2 ofta omåttligt höga, speciellt då den energi som reser- verats för de övriga utgàngarna överförs till den över- belastade utgången. Separata strömmätningskretsar av- sedda för lösning av problemet blir omåttligt dyra och fordrar specialarrangemang, eftersom styrkretsen i dag av ekonomiska orsaker vanligtvis befinner sig på primär- sidan. 10 l5 20 25 30 35 511 444 2 often excessively high, especially when the energy transferred for the other outputs is transferred to the loaded the output. Separate current measuring circuits seen for solving the problem becomes excessively expensive and requires special arrangements, as the governing body today for economic reasons are usually in the primary side.

US-patent 4,908,755 beskriver ett förfarande för begränsning av utströmmen ur ett kraftaggregat av flyback-typ. Styrningen utförs genom att styra primär- strömmens toppvärde som funktion av in- och utspänning- arna. Också i detta fall förverkligas styrningen medelst en tämligen komplicerad krets, i vilken parametrarna bör dimensioneras så att det formella ömsesidiga beroendet mellan in- och utspänningarna och primärströmmens topp- värde i kraftaggregatet av flybacktyp kan simuleras.U.S. Patent 4,908,755 discloses a method for limiting the output current from a power supply of flyback type. The control is performed by controlling the primary the peak value of the current as a function of the input and output voltage arna. Also in this case, the control is realized by a rather complicated circuit, in which the parameters should dimensioned so that the formal interdependence between the input and output voltages and the peak current of the primary current value in the flyback type power unit can be simulated.

Avsikten med föreliggande uppfinning är att eliminera de ovannämnda nackdelarna medelst en lösning, som garanterar ett så kostnadseffektivt praktiskt för- verkligande som möjligt. Detta uppnås med förfarandet och kraftaggregatet enligt uppfinningen, vilket förfa- rande är kännetecknat av vad som framförs i den känne- tecknande delen av bifogade patentkrav J. och vilket kraftaggregat är kännetecknat av vad som framförs i den kännetecknande delen av bifogade patentkrav 5.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages by means of a solution, which guarantees such a cost-effective practical realizing as possible. This is achieved with the procedure and the power unit according to the invention, which is characterized by what is stated in the subscribing part of appended claims J. and which power supply is characterized by what is performed in it characterizing part of the appended claims 5.

Idén med uppfinningen är att utnyttja den se- kundärspänning som reflekteras genom transformatorn tillbaka till primärsidan, genom att från denna spänning bilda en styrsignal, som styr den krets som styr ström- brytaren.The idea of the invention is to utilize the customer voltage reflected by the transformer back to the primary side, by from this voltage form a control signal, which controls the circuit which controls the current. the switch.

På grund av lösningen enligt uppfinningen be- höver kylningen och folien hos likriktare inte överdi- mensioneras, och ytterligare finns det vid planering av transformatorns sekundärlindningar inget behov av att gardera sig mot omåttligt höga strömmar i varje lind- 10 15 20 25 30 511 444 3 ning. Dessutom kommer en eventuell skada på lastsidan i fall av en kortslutning att vara mindre.Due to the solution according to the invention, the cooling and foil of rectifiers do not exceed dimensioned, and further there is in the planning of the secondary windings of the transformer no need to guard against excessively high currents in each wind 10 15 20 25 30 511 444 3 ning. In addition, there will be a possible damage to the load side in case of a short circuit to be minor.

I det följande skall uppfinningen och dess föredragna utföringsformer beskrivas mer detaljerat med hänvisning till exemplen enligt de bifogade ritningarna, där figur 1 visar ett kraftaggregat av flyback-typ enligt uppfinningen, figur 2 är ett blockdiagram av den strömbe- gränsningskrets som visas i figur 1, figur 3 visar den av strömbegränsningskretsen enligt figur“ 2 levererade styrströmmens beroende av kraftaggregatets utspänning, figur 4 visar en mer detaljerad utföringsform av kraftaggregatet enligt figur l, och figur 5 visar utströmmens och utspänningens beteende i ett kraftaggregat enligt teknikens ståndpunkt och i kraftaggregatet enligt figur 4.In the following, the invention and its preferred embodiments are described in more detail with reference to the examples according to the accompanying drawings, where figure 1 shows a power unit of flyback type according to the invention, Figure 2 is a block diagram of the current boundary circuit shown in Figure 1, Figure 3 shows that of the current limiting circuit according to figure “2 delivered the control current dependence on power unit output voltage, Figure 4 shows a more detailed embodiment of the power unit according to Figure 1, and Figure 5 shows the output current and the output voltage behavior in a power unit according to the state of the art and in the power unit according to figure 4.

Figur l visar ett kraftaggregat av flyback-typ enligt uppfinningen, vilket aggregat omformar en likrik- tad spänning Uin, som matats till en ingàngskondensators Cin klämmor, till en annan likspänning Uout, som är när- varande i en utgàngskondensators Cout klämmor. Kraft- aggregatet uppvisar på ett i och för sig känt sätt en transformator 10, genom vilken energin överförs från primärsidan till sekundärsidan, en strömbrytare SW i primärkretsen, vilken strömbrytare bryter primärström- men, som passerar genom en primärlindning lOa, och en styrkrets 13, som styr strömbrytaren, vilken krets styr utspänningen Uout genom att reglera strömbrytarens ar- betskvot (duty cycle). Styrningen sker medelst puls- breddsmodulering (PWM), dvs. genom att justera förhål- landet mellan längderna av strömbrytarens TILL- och FRÅN-faser. I sekundärkretsen är en likriktardiod Dl och 10 15 20 25 30 35 511 444 4 en utgångskondensator Cout seriekopplade parallellt med en sekundärlindning l0b.Figure 1 shows a power unit of the flyback type according to the invention, which unit converts a rectifier tad voltage Uin, which is fed to an input capacitor Cin terminals, to another DC voltage Uout, which is being in an output capacitor's Cout terminals. Force- the unit presents in a manner known per se one transformer 10, through which the energy is transferred from primary side to secondary side, a switch SW in the primary circuit, which switch disconnects the primary but, passing through a primary winding 10a, and a control circuit 13, which controls the switch, which circuit controls the output voltage Uout by regulating the operation of the switch bet cycle (duty cycle). The control is done by means of pulse width modulation (PWM), i.e. by adjusting the the country between the lengths of the ON and OFF switches OFF phases. In the secondary circuit, a rectifier diode is D1 and 10 15 20 25 30 35 511 444 4 an output capacitor Cout connected in series with a secondary winding l0b.

Kraftaggregatet av flyback-typ fungerar enligt följande. Då strömbrytaren Sw är sluten (ON), uppstår en positiv spänning vid transformatorns punktändar. I det fall verkar en spärrspänning tvärsöver likriktardio- den Dl i utgången, och därför är dioden oledande. Därav följer att sekundärströmmen.ärrmflJ.under strömbrytarens TILL-läge. På primärsidan ökar den genom strömbrytaren passerande strömmen dock lineärt under TILL-läget.The flyback-type power unit works according to following. When the switch Sw is closed (ON), occurs a positive voltage at the point ends of the transformer. IN in that case, a blocking voltage across the rectifier the Dl at the output, and therefore the diode is non-conductive. Hence follows that the secondary current.srm fl J.under the switch ON mode. On the primary side, it increases through the switch however, the current passes linearly during the ON position.

Transformatorn lagrar energi i sitt magnetiska flöde (luftspalt) under denna fas, och därför är transforma- torn i själva verket en induktans försedd med en sekun- därlindning. Då strömbrytaren styrs till ett oledande (öppet, dvs. FRÅN-) läge, omkastar den i transformatorns magnetiska flöde lagrade energin spänningen hos lind- ningen (flyback-fenomen), i vilken situation sekundär- sidans likriktardiod Dl blir ledande och en ström börjar passera genom transformatorns sekundärlindning. I mot- sats till primärströmmen minskar sekundärströmmen line- ärt under FRÅN-läget. Samtidigt upprätthåller sekundär- strömmen den erforderliga utspänningen tvärsöver ut- gàngskondensatorn Cout.The transformer stores energy in its magnetic flux (air gap) during this phase, and therefore the transformation tower in fact an inductance provided with a secondary winding. Then the switch is controlled to a non-conductive one (open, ie OFF) mode, it reverses in the transformer magnetic flux stored the energy voltage of the winding (flyback phenomenon), in which situation secondary the rectifier diode D1 of the side becomes conductive and a current begins pass through the secondary winding of the transformer. In return charge to the primary current, the secondary current decreases linearly. pea during the OFF mode. At the same time, secondary current, the required output voltage across the condenser Cout.

Om belastningen av utgången ökar, behöver en- dast den tid förlängas under vilken strömbrytaren är i TILL-läget, vilket leder till att primärströmmen har tillräckligt med tid för att öka, och därför är sekun- därströmmen under FRÅN-läget i motsvarande grad högre.If the load on the output increases, one dast the time during which the switch is in is extended ON mode, which leads to the primary current having sufficient time to increase, and therefore secondary where the current during the OFF position is correspondingly higher.

Kraftaggregatet av flyback-typ kan fungera antingen i kontinuerligt tillstànd (sekundärenergin har inte tid att bli fullständigt:urladdadeafter flyback-tillståndet) eller i okontinuerligt tillstånd, i vilket energin lad- das ur fullständigt i slutet av varje period. Också sådana kraftaggregat av flyback-typ finns som fungerar i kontinuerligt och okontinuerligt tillstånd, beroende 10 15 20 25 30 35 511444 5 pá belastningen. Kraftaggregatet enligt föreliggande uppfinning kan vara av vilken som helst ovanbeskrivna typ.The flyback-type power unit can operate either in continuous state (secondary energy does not have time to become complete: discharged after the flyback state) or in a continuous state, in which the energy is completed at the end of each period. Also such flyback-type power supplies are available that work in continuous and uncontinuous state, dependent 10 15 20 25 30 35 511444 5 on the load. The power supply according to the present invention may be of any of the above type.

Antalet lindningsvarv hos transformatorns pri- märlindning betecknas med hänvisning Np och antalet lindningsvarv hos sekundärlindningen pà motsvarande sätt med hänvisning Ns på ritningen. Strömbrytaren SW visas i figuren endast som ett idealt element, som illustrerar dess funktion; i praktiken förverkligas strömbrytaren typiskt med en MOSFET (metalloxidhalvledar-fälteffekt- transistor) eller en bipolär transistor. Den styrkrets 13 som styr bredden av en kopplingspuls kan fungera antingen i spänningstillstànd (voltage mode), som base- rar sig på utspänningen, eller i strömtillstånd (current mode), som baserar sig pà primärströmmen och utspänning- en. Majoriteten (cirka 80 %) av dagens switchade kraft- aggregat av flyback-typ utnyttjar strömtillstàndskretsar (genom strömtillstàndsstyrning åstadkoms ett bättre fas- marginal för styrningen än genom spänningstillstànds- styrning). Av denna orsak är den styrkrets som visas i utföringsformen enligt figur l en styrkrets 13 som fung- erar i strömtillstàndet och utför styrningen som svar på den spänningsinformation som erhålls från en diffe- rentialförstärkare 15 och den ströminformation som er- hålls från strömbrytaren. Spänningsinformationen bildas genom att jämföra utspänningen med en referensspänning i differentialförstärkaren och genom att mata en diffe- renssignal t.ex. genom en optokopplare 14 till styrkret- sens di fferensspänningsingàng EV. Ströminformationen er- hàlls från strömbrytaren SW genom ett motstånd Rcs till styrkretsens strömmätningsingàng CS. Informationen er- hålls som en spänning som verkar tvärsöver ett strömmat- ningsmotstànd R7 (som har ett litet värde jämfört med motstàndets Rcs värde). Styrkretsen 13 kan vara av typ UC 3843 (eller någon annan krets av samma familj), till- 10 15 20 25 30 35 511 444 6 verkare Unitrode Corporation, U.S.A. Andra tillverkare har också motsvarande kretsar.The number of winding turns of the transformer merlind is denoted by reference Np and the number winding turns of the secondary winding in a corresponding manner with reference Ns in the drawing. The SW switch is displayed in the figure only as an ideal element, which illustrates its function; in practice, the switch is realized typically with a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect) transistor) or a bipolar transistor. The control circuit 13 which controls the width of a switching pulse can operate either in voltage mode, which is based on on the output voltage, or in current state (current mode), which is based on the primary current and the output voltage one. The majority (approximately 80%) of today's switched power flyback-type units utilize power circuits (by current state control a better phase margin for the control than by voltage state steering). For this reason, the control circuit shown in In the embodiment according to Figure 1, a control circuit 13 in the current state and performs the control in response on the voltage information obtained from a differential potential amplifier 15 and the current information obtained kept from the power switch. The voltage information is formed by comparing the output voltage with a reference voltage in the differential amplifier and by feeding a differential cleaning signal e.g. through an optocoupler 14 to the control circuit sens differential voltage input EV. The current information is is held from the switch SW by a resistor Rcs to control circuit current measurement input CS. The information is held as a voltage acting across a current supply resistance R7 (which has a small value compared to the Rcs value of the resistor). The control circuit 13 may be of the type UC 3843 (or any other family of the same family), 10 15 20 25 30 35 511 444 6 workers Unitrode Corporation, U.S.A. Other manufacturers also has corresponding circuits.

Lösningen enligt uppfinningen utnyttjar den sekundärspänning som reflekterar tillbaka till primärsi- dan. Som bekant är spänningen Vs tvärsöver strömbrytaren i FRÅN-läget i ett kraftaggregat av flyback-typ: Vs = Uin + gå (Um + Uout) (1) Um är den spänning som verkar tvärsöver likriktardioden Dl på sekundärsidan. Eftersom denna spänning är liten jämförd med utspänningen Uout, behöver den inte nödvän- digtvis beaktas. I enlighet med uppfinningen är en sepa- rat strömbegränsningskretsJjlansluten till primärsidan, och spänningen tvärsöver strömbrytarenlnatas till ingång A av denna krets. Strömbegränsningskretsens 12 utsignal (utström) Icc är à sin sida kopplad till styrkretsens strömmätningsutgàng CS, där en styrspänning bildas för styrkretsen 13 från strömmen Icc vid motståndet Rcs.The solution according to the invention utilizes it secondary voltage reflecting back to the primary dan. As is well known, the voltage Vs across the switch is in the OFF position in a flyback-type power supply: Vs = Uin + go (Um + Uout) (1) Um is the voltage that acts across the rectifier diode Dl on the secondary side. Because this voltage is small compared to the output voltage Uout, it does not need to poetically considered. In accordance with the invention, a separate power limiting circuitJle connected to the primary side, and the voltage across the switch is applied to the input A of this circuit. Output signal of the current limiting circuit 12 (output current) Icc is in turn connected to the control circuit current measurement output CS, where a control voltage is formed for control circuit 13 from the current Icc at the resistor Rcs.

Styrkretsen har en hög ingångsimpedans, och därför går ingen ström in i kretsen.The control circuit has a high input impedance, and therefore runs no current into the circuit.

StrömbegränsningskretsensutsignalIccähraktiv endast i överbelastningssituationer, varvid den begrän- sar kraftaggregatets utström Iout, såsom i det följande skall beskrivas.Current limiting circuit output signal Icca active only in congestion situations, whereby the sar power output Iout, as in the following to be described.

Figur 2 visar de två huvudblocken av strömbe- gränsningskretsen 12 enligt uppfinningen, dvs. en topp- värdeslikriktarkrets 22 och en styrbar strömgenerator 21, som styrs av nämnda toppvärdeslikriktarkrets_ Lik- riktarkretsen 22 erhåller till sin ingång spänningen Vs, som tidigare hänvisats till. Strömgeneratorn är à sin sida förbunden med inspänningens Uin plusklämma och bil- dar i sin utgång en styrström Icc, som är omvänt pro- portionell.mot kraftaggregatets utspänning Uout. (Efter- som strömgeneratorn är förbunden med inspänningens Uin plusklämma, verkar tvärsöver den en spänning Ug, som 10 15 20 25 30 35 511 444 7 motsvarar den senare delen av formeln (1), som är obe- roende av inspänningen Uin.) Figur 3 visar den av strömbegränsningskretsen 12 emitterade styrströmmen Icc som funktion av utspän- ningen Uout. Då utströmmen har sjunkit från sitt nomi- nella värde Uoutl till ett pà förhand bestämt värde kl*Uout1, börjar strömgeneratorn 21 fungera. Om utspän- ningens nominella värde Uoutl i kraftaggregatet är till exempel 5 V, kunde startpunkten motsvara exempelvis 80 % av den nominella spänningen (kl = 0,8). Strömgenera- torn börjar således fungera då utspänningen har sjunkit till 4 V. Vidare är strömgeneratorn dimensionerad så att dess maximiström (som motsvarar fullständig kortslut- ning, Uout = 0 V) inte är kapabel att helt sluta styr- kretsen 13. Styrkretsen 13 har nämligen ett troskelvär- de, som helt frånkopplar styrningen, varvid ingen energi erhålls från kraftaggregatet. Föreliggande beskrivning utnyttjar som exempel ett typiskt styrkretströskelvärde 1 V, som motsvarar en ström Ith = 1 mA, då motstàndets Rcs värde är 1 kQ (motstàndets R7 värde är mycket litet, t.ex. 1Q, och har sålunda ingen verkan). Styrkretsens Icc maximivärde är således en på förhand bestämd andel, t.ex. cirka 75 % (k2 = 0,75), av nämnda strömtröskelvär- de Ith, som helt sluter styrkretsen 13.Figure 2 shows the two main blocks of current the boundary circuit 12 according to the invention, i.e. a top- value rectifier circuit 22 and a controllable current generator 21, which is controlled by said peak value rectifier circuit. the rectifier circuit 22 receives at its input the voltage Vs, previously referred to. The power generator is à sin side connected to the Uin positive terminal and the car in its output a control current Icc, which is reversed portion.with the output of the power unit Uout. (After- as the current generator is connected to the Uin of the input voltage plus clamp, seems across it a tension Ug, which 10 15 20 25 30 35 511 444 7 corresponds to the latter part of formula (1), which is depending on the input voltage Uin.) Figure 3 shows that of the current limiting circuit 12 emitted the control current Icc as a function of ningen Uout. As the outflow has fallen from its nomi- value Uoutl to a predetermined value at * Uout1, the power generator 21 starts working. If the tension nominal value Uoutl in the power supply is to example 5 V, the starting point could correspond to, for example, 80 % of the nominal voltage (kl = 0.8). Power generation tower thus begins to function when the output voltage has dropped to 4 V. Furthermore, the current generator is dimensioned so that its maximum current (corresponding to full short-circuit Uout = 0 V) is not capable of completely stopping circuit 13. The control circuit 13 has a threshold value. those that completely disconnect the control, leaving no energy obtained from the power supply. Present description uses as an example a typical control circuit threshold value 1 V, which corresponds to a current Ith = 1 mA, then of the resistor Rc value is 1 kQ (the R7 value of the resistor is very small, for example 1Q, and thus has no effect). The control circuit Icc maximum value is thus a predetermined share, for example about 75% (k2 = 0.75), of said current threshold value. de Ith, which completely closes the circle of control 13.

Figur 4 visar en mer detaljerad utföringsform av kraftaggregatet enligt figurerna 1 och 2. För enkel- hets skull visar figur 4 endast primärkretsens konfigu- ration, eftersom sekundärkretsen i detta fall motsvarar den konfiguration som visas i figur l. Vidare har den återkopplingsslinga (feedback loop) som bildats av dif- ferentialförstärkaren och optokopplaren lämnats ovisad.Figure 4 shows a more detailed embodiment of the power supply according to Figures 1 and 2. For single For the sake of clarity, Figure 4 shows only the configuration of the primary circuit. ration, since the secondary circuit in this case corresponds to the configuration shown in Figure 1. Furthermore, it has feedback loop formed by dif- the differential amplifier and the optocoupler have been left unattended.

En zenerdiod Zl och ett motstånd R3 är seriekopplade mellan ingångsklämmorna (ingàngskondensatorn Cin visas inte i figur 4). Ett motstånd R2 leder fràn deras gemen- samma nod till basen av en p-n-p transistor Trl, till 10 15 20 25 30 35 511444 8 punkt Pl. Transistorns emitter är kopplad via ett mot- stånd Rg till inspänningens Uin plusklämma. Transistorns kollektor är kopplad till den gemensamma noden för styr- punktens 13 strömmätningsingång CS and motståndet Rcs.A zener diode Z1 and a resistor R3 are connected in series between the input terminals (input capacitor Cin is displayed not in Figure 4). A resistor R2 leads from their common same node to the base of a p-n-p transistor Trl, to 10 15 20 25 30 35 511444 8 point Pl. The emitter of the transistor is connected via a stand Rg to the Uin plus terminal of the input voltage. Transistors collector is connected to the common node for control point 13 current measurement input CS and resistor Rcs.

Transistorns bas är också ansluten via ett motstånd Rl till punkt P i likriktarkretsen 22, vilken punkt är kopplad till inspänningens minusklämma via en kondensa- tor Cl. Primärlindningens och strömbrytarens SW gemen- samma klämma är också kopplad till punkt P genom serie- koppling av ett motstånd R5 och en likriktardiod D2.The base of the transistor is also connected via a resistor R1 to point P in the rectifier circuit 22, which point is connected to the negative terminal of the input voltage via a capacitor tor Cl. The SW of the primary winding and switch SW the same terminal is also connected to point P by serial coupling of a resistor R5 and a rectifier diode D2.

Moståndet RS, dioden D2 och kondensatorn Cl utgör en toppvärdeslikriktarkrets 22, och punkt P utgör sålunda en matningspunkt, från vilken spänningen enligt formeln (1) ovan matas till strömgeneratorn 21, som utgörs av zenerdioden Zl, motstànden Rl - R4 och Rg och transis- torn Trl. Såsom framgår av formeln (l), minskar denna till punkt P matade spänning då utspänningen Uout min- skar (kortslutning).The resistor RS, the diode D2 and the capacitor C1 form one peak value rectifier circuit 22, and point P thus constitutes a supply point, from which the voltage according to the formula (1) above is fed to the current generator 21, which is composed of zener diode Z1, resistors R1 - R4 and Rg and trans torn Trl. As can be seen from formula (1), this decreases to point P supplied voltage when the output voltage Uout is reduced cut (short circuit).

Vad dess övriga delar beträffar, motsvarar primärkretsen den konfiguration som visas i figur l, vilket betyder att styrkretsens 13 strömmätningsingång CS är kopplad via motståndet Rcs till strömbrytarens andra klämma, vilken klämma är kopplad via ett motstånd R7 till inspänningens Uin minusklämma.As for its other parts, it corresponds the primary circuit the configuration shown in Figure 1, which means that the current measuring input of the control circuit 13 CS is connected via the resistor Rcs to the switch second terminal, which terminal is connected via a resistor R7 to the Uin negative terminal of the input voltage.

För att strömgeneratorn 21 skall kunna fungera på det sätt som ovan beskrivs, måste kretsens motstånds- värden vara korrekt dimensionerade. I det följande an- vänds samma exempelvärden som i samband med figur 3, och det antas vidare att antalet lindningsvarv hos transfor- matorns primärlindning är 13, antalet lindningsvarv hos sekundärlindningen är 3 och motståndet R2 förspänner ze- nerdioden Zl så att spänningen tvärsöver zenerdioden är 6,2 V. I ett balansläge (dvs. i ett läge då utspänningen Uout har minskat till tröskeln (4 V), vid vilken ström- generatorn börjar fungera), börjar transistorn Trl just 10 15 20 25 30 511 444 9 bli ledande, varvid dess bas-emitterspänning är cirka O V (0 - 0,2 V). Strömmen genom motståndet Rg är ännu noll, och därför måste spänningen tvärsöver motståndet R2 motsvara spänningen tvärsöver zenerdioden. Om det antas att motståndet R2 har ett värde av exempelvis 56 kQ, är strömmen I2 genom motståndet R2 cirka 110 uA. I ett balansläge är spänningen vid transistorns Trl bas (vid punkt Pl) =Uin och transistorns basström noll, och därför kan strömmen I2 erhållas endast via motståndet R1. Eftersom spänningen tvärsöver motståndet Rl är =l7,3 V (l3ß3 * 4 V), fås för motståndet Rl värdet Rl=l5O kQ.In order for the current generator 21 to be able to function in the manner described above, the resistance of the circuit values be correctly dimensioned. In the following the same example values are reversed as in connection with Figure 3, and it is further assumed that the number of winding turns of the the primary winding of the feeder is 13, the number of winding turns of the secondary winding is 3 and the resistor R2 biases the the diode Z1 so that the voltage across the zener diode is 6.2 V. In a balance position (ie in a position when the output voltage Uout has decreased to the threshold (4 V) at which the current the generator starts working), the transistor Trl starts just 10 15 20 25 30 511 444 9 become conductive, with its base-emitter voltage being approx O V (0 - 0.2 V). The current through the resistor Rg is still zero, and therefore the voltage must cross the resistor R2 corresponds to the voltage across the zener diode. About it it is assumed that the resistor R2 has a value of, for example, 56 kQ, the current I2 through the resistor R2 is about 110 uA. IN a balance position is the voltage at the base of the transistor Tr1 (at point P1) = Uin and the base current of the transistor zero, and therefore, the current I2 can be obtained only via the resistor R1. Since the voltage across the resistor R1 is = l7,3 V (l3ß3 * 4 V), the value R1 is obtained for the resistor R1 Rl = l5O kQ.

Då utspänningen Uout är högre än 4 V, är den via motståndet Rl passerande strömmen i motsvarande grad högre, och bas-emitterspänningen håller transistorn i slutet tillstånd. Då utspänningen sjunker till 4 V, bör- jar styrströmmen Icc flyta, och ju mer utströmmen min- skar, desto mindre är motsvarande den annulleringseffekt som fås via motståndet Rl, och sålunda är styrströmmen Icc i motsvarande grad högre.When the output voltage Uout is higher than 4 V, it is via the resistor R1 passing the current to a corresponding degree higher, and the base-emitter voltage holds the transistor in closed state. When the output voltage drops to 4 V, the control current Icc flows, and the more the output current decreases the smaller the corresponding cancellation effect which is obtained via the resistor R1, and thus is the control current Icc correspondingly higher.

I den andra extrema situationen är det total kortslutning vid kraftaggregatets utgång (Uout = 0 V), och sålunda är spänningen vid punkt P VP=Uin (antaget att dioden Dl är ideal, dvs. spänningen tvärsöver den är noll). I den situationen är motståndets Rg värde Rg=5,7 kQ (antaget att transistorns förstärkning är till exempel 30), då strömmens Icc önskade maximivärde är cirka 750 pA (spänningen tvärsöver motståndet Rg är 6,2 V minus transistorns bas-emitterspänning, som är cirka 0,5 V, och spänningen tvärsöver motståndet R2, vilken spänning är cirka 1,4 V).In the second extreme situation, it is total short circuit at the output of the power supply (Uout = 0 V), and thus the voltage at point P is VP = Uin (assumed that the diode D1 is ideal, i.e. the tension across it is zero). In that situation, the Rg of the resistor is the value Rg = 5.7 kQ (assuming that the gain of the transistor is on example 30), when the desired maximum value of the current Icc is about 750 pA (the voltage across the resistor Rg is 6.2 V minus the base-emitter voltage of the transistor, which is approx 0.5 V, and the voltage across the resistor R2, which voltage is about 1.4 V).

Motståndets R3 värde bör vara dimensionerad så att den genom motståndet R2 passerande strömmen inte kan störa zenerdiodens Zl förspänning. 10 15 20 25 30 35 511 444 lO Genom att ändra förhållandet mellan motstånden Rl ochfülkan strömgeneratorns begränsningströskel (Uout = 4 V) varieras. Å andra sidan kan olika begränsnings- kurvor åstadkommas genom att ändra motstàndets Rg värde.The R3 value of the resistor should be dimensioned as such that the current passing through the resistor R2 cannot disturb the Z1 bias voltage of the zener diode. 10 15 20 25 30 35 511 444 lO By changing the relationship between the resistors R1 and the current generator of the current generator (Uout) = 4 V) is varied. On the other hand, different curves are obtained by changing the Rg value of the resistor.

Dessa kurvor beskrivs i det följande.These curves are described in the following.

Figur 5 visar utströmmen Iout ur kraftaggrega- tet, som visas i figur 4, som funktion av utspänningen Uout. Balanspunkten är betecknad med hänvisning B. Det normala operationsomràdet är ett område inom vilket ut- spänningen Uout upprätthålls vid dess nominella värde Uoutl (till exempel 5 V). Vinkelpunkt L motsvarar den tröskel av styrkretsen 13 vid vilken en avkänning av styrkretsens primärström börjar reducera pulsbredden.och kraftaggregatet övergår till ett nästan konstant till- stånd, i vilket utspänningens och utströmmens ömsesidiga beroende illustreras av kurvan D. Enligt uppfinningen har dock en balanspunkt B av ovanbeskrivna typ åstad- kommits, och utgående från denna punkt begränsas ut- strömmen ytterligare medelst styrströmmen Icc levererad av strömgeneratorn 21. Då utspänningen Uout sjunker till balanspunkten, begränsas utströmmen sålunda effektivare än hittills, varvid det ömsesidiga beroendet mellan ut- spänningen och utströmmen betecknas exempelvis med en av de räta linjerna Fl - F5. Den riktning som nämnda begränsningskurva kommer att inta beror på motstàndets Rg värde. Det användbara området betecknas i figuren med en pil H. Om motståndets Rg värde ökar så att det över- stiger det värde som motsvarar den räta linjen F5, så sker en övergång från området H mot kurvan D, varvid lösningen enligt uppfinningen är till ringa nytta. Å andra sidan förblir kraftaggregatet spärrat, om motstån- dets Rg värde sjunker under det värde som motsvarar den räta linjen Fl. Såsom tidigare konstaterades, kan ba- lanspunktens B position pà kurvan D ändras genom att ändra förhållandet mellan motstånden Rl och R2. 10 15 20 25 511 444 ll Även om uppfinningen ovan har beskrivits med hänvisning till utföringsformer enligt bifogade ritning- ar, är det uppenbart att uppfinningen inte bör begränsas därtill, utan den kan varieras inom ramen av den ovan och i de bifogade patentkraven beskrivna uppfinnings- idén. I praktiken kan kraftaggregatet exempelvis ha ett flertal utgångar, även om de ovanbeskrivna utförings- exemplen uppvisar endast en utgång. Strömgeneratorns detaljerade förverkligande kan också variera pà många sätt. Den ovanbeskrivna strukturen tillàter dock en an- slutning av de tilläggskännetecken som uppfinningen erbjuder till switchade kraftaggregat av flyback-typ så ekonomiskt som möjligt. I princip är det också möjligt att utnyttja lösningenienligt uppfinningen i samband med en styrkrets som fungerar i spänningstillstàndet, även om uppfinningen ovan har beskrivits endast i samband med en krets som fungerar i strömtillstàndet. Om det är önskvärt att använda en krets som fungerar i spännings- tillståndet, mäste dock en för spänningstillstàndskret- sen (t.ex. UC 3524, tillverkare Unitrode Corporation, USA) lämplig styrsignal bildas från styrströmmen Icc.Figure 5 shows the output current Iout from the power unit as shown in Figure 4, as a function of the output voltage Uout. The balance point is denoted by reference B. It the normal area of operation is an area within which the voltage Uout is maintained at its nominal value Uoutl (for example 5 V). Angle point L corresponds to it threshold of the control circuit 13 at which a sensing of the primary current of the control circuit begins to reduce the pulse width.and the power supply transitions to an almost constant supply state in which the output voltage and the output current are reciprocal dependence is illustrated by the curve D. According to the invention however, a balance point B of the type described above has and, on the basis of this point, the the current is further supplied by means of the control current Icc of the current generator 21. When the output voltage Uout drops to balance point, the outflow is thus limited more efficiently than hitherto, whereby the interdependence between the voltage and the output current are denoted, for example, by a of the straight lines F1 - F5. The direction mentioned limitation curve will assume depends on the resistance Rg value. The useful area is denoted in the figure by an arrow H. If the Rg value of the resistor increases so that it the value corresponding to the straight line F5 rises, so there is a transition from the area H to the curve D, whereby the solution according to the invention is of little use. Oh on the other hand, the power supply remains locked if the resistor its Rg value falls below the value corresponding to it straight line Fl. As previously stated, ba- the position of the lance point B on curve D is changed by change the ratio between resistors R1 and R2. 10 15 20 25 511 444 ll Although the invention has been described above with reference to embodiments according to the accompanying drawings It is obvious that the invention should not be limited in addition, but it can be varied within the scope of the above and inventions described in the appended claims. idea. In practice, the power unit can, for example, have one several outputs, although the embodiments described above the examples show only one output. The power generator Detailed realizations can also vary on many way. However, the structure described above allows an closure of the additional features of the invention offers to switched power units of flyback type so financially as possible. In principle, it is also possible to utilize the solution according to the invention in connection with a control circuit that operates in the voltage state, too if the invention has been described above only in connection with a circuit that operates in the current state. If it is it is desirable to use a circuit which operates in voltage condition, however, one must for a voltage condition circuit late (eg UC 3524, manufacturer Unitrode Corporation, USA) suitable control signal is formed from the control current Icc.

I det fallet kommer lösningen att vara mer komplicerad än den ovanbeskrivna, och samtidigt gár fördelarna med en styrkrets som fungerar i strömtillstàndet förlorade jämfört med en styrkrets som fungerar i spänningstill- ståndet.In that case, the solution will be more complicated than the one described above, and at the same time the benefits go with a control circuit operating in the current state is lost compared to a control circuit operating in voltage supply stand.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 511444 12 Patentkrav:10 15 20 25 30 35 511444 12 Patent claims: 1. Förfarande för begränsning av utströmmen (Iout) ur ett switchat kraftaggregat av flyback-typ i överbelastningssituationer, enligt vilket förfarande utströmmen(Iout)begränsasmedelstpulsbreddsmodulering (PWM) genom att med en i och för sig känd styrkrets (13) justera förhållandet mellan längderna av strömbrytarens (SW) TILL- och FRÅN-faser i primärkretsen, k ä n n e - t e c k n a t av, att den spänning (Vs) som är närva- rande pà en transformators (10) primärsida och som är beroende av kraftaggregatets utspänning (Uout), utnytt- jas för styrning av en strömgenerator (21), vars utström (Icc) används för att bilda en styrsignal för styrkret- sen (13).A method for limiting the output current (Iout) from a flyback-type switched power supply in overload situations, according to a method for limiting the output current (Iout) to mean pulse width modulation (PWM) by adjusting the ratio between the lengths of the ON and OFF phases of the switch (SW) in the primary circuit, characterized in that the voltage (Vs) which is present on the primary side of a transformer (10) and which is dependent on the output voltage (Uout) of the power supply, is used - a jack for controlling a current generator (21), the output current (Icc) of which is used to form a control signal for the control circuit (13). 2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t av, att en utström (Icc), som avviker fràn noll och är omvänt proportionell mot kraftaggrega- tets utspänning (Uout), levereras fràn strömgeneratorn (21), då utspänningen har sjunkit till en på förhand bestämd andel (kl) av sitt nominella värde (Uoutl).Method according to claim 1, characterized in that an output current (Icc), which deviates from zero and is inversely proportional to the output voltage (Uout) of the power unit, is supplied from the current generator (21), when the output voltage has dropped to a predetermined share (kl) of its nominal value (Uoutl). 3. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e - t e c k n a t av, att den av strömgeneratorn (21) leve- rerade maximiströmmen hålls under den tröskelström (Ith) som helt sluter styrkretsen (13).Method according to Claim 1, characterized in that the maximum current supplied by the current generator (21) is kept below the threshold current (Ith) which completely closes the control circuit (13). 4. Förfarande enligt patentkrav 3, i vilket styrkretsen (13) fungerar i strömtillstànd, k ä n n e - t e c k n a t av, att utströmmen (Icc) ur strömgenera- torn (Zl) matas till styrkretsens (13) strömmätningsin- gång, i vilken på ett i och för sig känt sätt också ástadkoms en signal proportionell mot transformatorns (10) primärström.Method according to claim 3, in which the control circuit (13) operates in a current state, characterized in that the output current (Icc) from the current generator (Z1) is supplied to the current measuring input of the control circuit (13), in which in a manner known per se, a signal proportional to the primary current of the transformer (10) is also provided. 5. Switchat kraftaggregat av flyback-typ, vil- ket aggregat uppvisar en transformator (10), som är för- sedd med en primär- och en sekundärlindning (lOa, lOb) 10 15 20 25 511 444 13 och genom vilken energi överförs från primärsidan till sekundärsidan, en strömbrytare (SW) i primärkretsen, vilken strömbrytare bryter den primärström som passerar genom transformatorns primärlindning (10a), och en styr- krets (13), som styr strömbrytaren, vilken krets styr utspänningen (Uout) ur kraftaggregatet medelst puls- breddsmodulering genom att justera förhållandet mellan längderna av strömbrytarens (SW) TILL- och FRÅN-faser, k ä n n e t e c k n a t av, att det uppvisar medel (21, 22) för bildande av en diskret styrsignal (Icc) som svar på den spänning (Vs) som är närvarande pà transforma- torns primärsida och som är beroende av kraftaggregatets utspänning (Uout), vilka medel kopplar nämnda styrsignal till styrkretsen (13).A flyback-type switched power unit, which unit has a transformer (10) provided with a primary and a secondary winding (10a, 10b) and through which energy is transferred from the primary side to the secondary side, a switch (SW) in the primary circuit, which switch breaks the primary current passing through the primary winding (10a) of the transformer, and a control circuit (13) which controls the switch, which circuit controls the output voltage (Uout) from the power supply by pulse width modulation by adjusting the ratio of the lengths of the ON and OFF phases of the switch (SW), characterized in that it has means (21, 22) for forming a discrete control signal (Icc) in response to the voltage (Vs). ) which are present on the primary side of the transformer and which are dependent on the output voltage (Uout) of the power supply, which means connect said control signal to the control circuit (13). 6. Kraftaggregat enligt patentkrav 5, vars styrkrets (13) är en strömtillståndskrets, k ä n n e - t e c k n a t av, att nämnda medel uppvisar en topp- värdeslikriktarkrets (22), till vilken nämnda spänning (Vs) är kopplad, och en strömgenerator (21), till vilken likriktarkretsens utgång är kopplad, varvid utgången av nämnda strömgenerator är kopplad till strömmätningsin- gången (CS) av nämnda styrkrets (13).Power supply according to claim 5, whose control circuit (13) is a current state circuit, characterized in that said means has a peak value rectifier circuit (22), to which said voltage (Vs) is connected, and a current generator (21 ), to which the output of the rectifier circuit is connected, the output of said current generator being connected to the current measuring input (CS) of said control circuit (13). 7. Kraftaggregat enligt patentkrav 6, k ä n - n e t e c k n a t av, att strömgeneratorn (21) är kop- plad till inspänningens (Uin) plusklämma.Power supply according to Claim 6, characterized in that the current generator (21) is connected to the positive terminal of the input voltage (Uin).
SE9503099A 1993-03-15 1995-09-08 Procedure for limiting the output current of switched flyback-type power units in overload situations and switched flyback-type power units SE511444C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI931137A FI92892C (en) 1993-03-15 1993-03-15 Method for limiting the output current of a flyback type switch mode power supply in overload situations and a flyback type switch mode power supply
PCT/FI1994/000090 WO1994022207A1 (en) 1993-03-15 1994-03-11 A method for limiting the output current of a switched-mode power supply of flyback type in overload situations, and a switched-mode power supply of flyback type

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9503099L SE9503099L (en) 1995-09-08
SE9503099D0 SE9503099D0 (en) 1995-09-09
SE511444C2 true SE511444C2 (en) 1999-10-04

Family

ID=8537548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9503099A SE511444C2 (en) 1993-03-15 1995-09-08 Procedure for limiting the output current of switched flyback-type power units in overload situations and switched flyback-type power units

Country Status (6)

Country Link
AU (1) AU6209294A (en)
DE (1) DE4491577T1 (en)
FI (1) FI92892C (en)
GB (1) GB2290889B (en)
SE (1) SE511444C2 (en)
WO (1) WO1994022207A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT406319B (en) * 1995-10-24 2000-04-25 Siemens Ag Oesterreich LOCK CONVERTER
WO2003003554A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Current mode controlled switched mode power supply
CN1452308A (en) * 2002-04-18 2003-10-29 姜涛 Environment protection switch power supply
CN100525042C (en) * 2002-11-07 2009-08-05 Nxp股份有限公司 Power converter
AT506273B1 (en) 2007-12-20 2012-03-15 Siemens Ag METHOD FOR OPERATING A SWITCHING TRANSFORMER

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4425611A (en) * 1981-10-16 1984-01-10 Rca Corporation Switching voltage regulators with output voltages indirectly regulated respective to directly regulated boosted input voltages
DE58904457D1 (en) * 1988-03-25 1993-07-01 Siemens Ag METHOD FOR LIMITING THE OUTPUT CURRENT OF A POWER SUPPLY.

Also Published As

Publication number Publication date
GB2290889A (en) 1996-01-10
GB9518863D0 (en) 1995-11-22
WO1994022207A1 (en) 1994-09-29
SE9503099L (en) 1995-09-08
FI92892B (en) 1994-09-30
GB2290889B (en) 1996-07-17
DE4491577T1 (en) 1996-02-22
SE9503099D0 (en) 1995-09-09
FI92892C (en) 1995-01-10
FI931137A0 (en) 1993-03-15
AU6209294A (en) 1994-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1605576A1 (en) Device and method for extending the input voltage range of a DC/DC converter
EP0387961A1 (en) A DC-to-AC voltage converter having galvanically separate input and output circuits
JP2888729B2 (en) Output short circuit protection circuit
US6853565B1 (en) Voltage overshoot reduction circuits
US4713740A (en) Switch-mode power supply
WO1994018748A1 (en) Control circuit for a switching dc-dc power converter including a controlled magnetic core flux resetting technique for output regulation
US10615681B2 (en) Switching power supply circuit
US6696820B2 (en) Alternating current generator field regulation control
US4931918A (en) Ringing choke converter
SE511444C2 (en) Procedure for limiting the output current of switched flyback-type power units in overload situations and switched flyback-type power units
US6661209B2 (en) Leading edge modulator for post regulation of multiple output voltage power supplies
US5668704A (en) Self-exciting flyback converter
US5708572A (en) Switched-mode power supply
US4744020A (en) Switching mode power supply
JP2001268903A (en) Overcurrent protection circuit
JP3447975B2 (en) Switching power supply circuit
JPH1032982A (en) Inrush-current preventive circuit
JP2773534B2 (en) DC power supply
US4602323A (en) Single-ended transformer drive circuit
JPH0654525A (en) Dc/dc converter
US20230299687A1 (en) Trans-inductor voltage regulators with fault detection and the fault detection method thereof
SE511096C2 (en) Flyback type chopper power source
JP3157625B2 (en) Multi-output power supply
JP3049108B2 (en) Switching type DC stabilized power supply
JP2513741Y2 (en) Overcurrent detection circuit for switching power supply

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed