Schaltnetzteile zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine mög- lichst von der Last unabhängige, konstant ausgeregelte Gleichspannung liefern. Die Abgabeleistung kann dabei einen größeren Bereich umfassen. Der Abgabeleistungsbereich eines Schaltnetzteils beispielsweise für Fernsehgeräte kann vpn 5 W bis 150 W reichen. Bei niedriger abgegebener Leistung wird oft eine niedrige Schaltfrequenz eingestellt um Schaltverlu- ste zu minimieren oder Schaltungsteile des Fernsehgerätes werden ein-oder ausgeschaltet.

Dazu muß die Momentanleistung des Schaltnetzteils primärsei- tig gemessen und in geeigneter Weise zur Steuerung der Fre- quenz oder von Schaltungsteilen aufbereitet werden. Eine ein- fache Art, die Leistung zu bestimmen, besteht darin, den Pri- märstrom im Schalttransistor durch einen Meßwiderstand zu messen. Die Leistung ist zum Quadrat des Stroms proportional.

Da die Höhe dieses Stroms auch stark von der Frequenz und der Eingangsspannung abhängt, ist diese Art der Leistungsbestim- mung sehr ungenau.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsan- ordnung anzugeben, mit der auf einfache Weise eine einfache Bestimmung eines Maßes für die Ausgangsleistung eines Schalt- netzteils möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Schaltungs- anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß mit ihr ein Maß für die Abgabeleistung eines Schaltnetzteils

unabhängig von der Frequenz und der Eingangsspannung bestimmt werden kann.

Weiterhin ist der geringe schaltungstechnische Aufwand der Schaltungsanordnung von Vorteil.

Die Schaltungsanordnung liefert eine der Abgabeleistung eines Schaltnetzteils proportionale Spannung. Diese kann beispiels- weise auf einen oder mehrere Komparatoren gegeben werden, die zur Umschaltung der gewünschten Funktion, zum Beispiel der Frequenz, in einfacher Weise dienen.

Der Energiespeicher der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorzugsweise als Kapazität ausgeführt.

Das Integrationsglied integriert die über ihn anliegende Spannung. Es besteht vorzugsweise aus einem RC-Glied. Sein Zeitverhalten kann über den Betrag des Widerstandes und der Kapazität des RC-Gliedes eingestellt werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Leistungsmessung läßt sich in vielfacher Art anwenden. Sie wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn die Frequenz leistungsabhängig und mit nur kleiner Hysterese umgeschaltet werden soll, wie bei- spielsweise bei der Leistungsmessung im Standby-Burstbetrieb.

Ein weiterer Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Schal- tungsanordnung ist der sog. temporäre Hochlastbetrieb. Hier wird innerhalb des Leistungsbereichs eines Schaltnetzteils eine Schwelle für die gemessene Abgabeleistung festgelegt, die nur kurzzeitig überschritten werden darf. Bei längerem Überschreiten dieser Schwelle tritt dann eine Schutzschaltung in Funktion, die beispielsweise das Schaltnetzteil ausschal- tet. Dadurch wird eine erhöhte Sicherheit erreicht, da durch das Abschalten bei dauernder Überlast eine Brandgefahr ver- mieden wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Kosteneinsparung, da das Schaltnetzteil bezüglich der entstehenden Verlustwärme nur für die wesentlich kleinere Dauerleistung und nicht für die kurzzeitige Spitzenleistung ausgelegt werden muß. Dies

wiederum erlaubt die Verwendung kleinerer Transformatoren und kleinerer Kühlbleche.

Weitere vorteilhafte Aus-und Weiterbildungen sind in Un- teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 Spannungs-und Stromverläufe bei einer Leistungsmes- sung, Figur 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Figur 3 Transformator-Entladeströme bei verschiedenen Fre- quenzen.

Bekanntlich wird bei einem Schaltnetzteil der durch die Pri- märwicklung eines Schaltnetzteiltransformators fließende Strom mittels eines Schalttransistors zerhackt. Als Schalt- transistor wird üblicherweise ein Leistungs-MOSFET verwendet.

In Figur la ist die Drainspannung eines solchen Schalttransi- stors eines Schaltnetzteils dargestellt. Während einer Ein- schaltzeit, die von dem Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt t, reicht und in der der Schaltnetzteiltransformator aufgeladen wird, ist die Drainspannung UD praktisch Null Volt. Innerhalb einer Entladezeit tE zwischen den Zeitpunkten tl und t2 kann die Drainspannung einige Hundert Volt erreichen. Während der Entladezeit tE wird der Schaltnetzteiltransformator entladen.

Während einer Schaltnetzteilperiode wird also der Transforma- tor über die Primärseite mit einem bestimmten Energieinhalt geladen, den er anschließend an die Sekundärseite wieder ab- gibt.

In Figur lb ist der Auf-und Entladestrom eines Transforma- tors in einem Schaltnetzteil aufgetragen. Der Aufladestrom steigt von Null Ampere während der Einschaltzeit des Schalt- transistors bis zum Zeitpunkt tl an, zu dem der Schalttransi- stor ausgeschaltet wird. In der anschließenden Entladezeit tE

sinkt der Entladestrom des Transformators bis zum Zeitpunkt t2 wieder auf Null Ampere. Ein erneutes Aufladen des Trans- formators erfolgt erst, wenn die Drainspannung des Schalt- transistors wieder auf Null V gesunken ist. Die Pausen zwi- schen Endladung und anschließender Aufladung des Transforma- tors können unterschiedlich sein und hängen von der Abgabe- leistung des Schaltnetzteils ab.

Die elektrische Arbeit W berechnet sich allgemein zu : (1) W =| U (t) I (t) dt Die Ausgangsspannungen von Schaltnetzteilen sind geregelt.

Die Beträge der Ausgangsspannungen sind weitgehend unabhängig von der entnommenen Leistung immer konstant. Es gilt also die folgende Beziehung : (2) U (t) = Ukonst Gleichung (1) vereinfacht sich daher folgendermaßen : (3) W = Ukonst | I (t) dt Die elektrische Leistung P berechnet sich aus der Arbeit wie folgt : (4) P = Da der Entladestrom des Schaltnetzteils, wie oben beschrie- ben, sägezahnförmig verläuft und Pausen aufweist, erfolgt die Leistungsmessung über die jeweils gespeicherte Energie im Transformator.

Da die Aufladezeit des Transformators von der Netzspannung abhängt und diese zur Leistungsmessung deshalb mitberücksich- tigt werden müßte, ist es einfacher, die Leistung während der Entladezeit tE des Transformators zu messen. Die Spannung des Transformators ist dann konstant. Der Energieinhalt W des

Transformators ist dann die Fläche unter der Kurve für den Entladestrom ITr (t) während der Entladezeit tE.

In Figur 1b ist diese Fläche schraffiert dargestellt. Die Energie des Transformators, bezogen auf eine ganze Schalt- netzteilperiode, ist also ein Maß für die Leistung des Schaltnetzteiles während dieser Periode. Durch Mittelung der Flächen über mehrere Perioden erhält man die mittlere Lei- stung des Schaltnetzteils während dieser Perioden.

Die Schaltungsanordnung zur Leistungsmessung nach Figur 2 weist einen Energiespeicher Cl und ein Integrationsglied IG auf. Als Energiespeicher dient im Ausführungsbeispiel eine Ladekapazität Cl, die zwischen eine Stromquelle SQ und ein Bezugspotential, beispielsweise Masse, geschaltet ist. Fur das Integrationsglied ist ein RC-Glied vorgesehen, bei dem ein Widerstand R2 zwischen die Stromquelle SQ und einen Aus- gang OUT der Schaltungsanordnung geschaltet ist. Eine Inte- grationsapazität C2 des RC-Gliedes ist zwischen den Ausgang OUT und das Bezugspotential geschaltet. Die Konstantstrom- quelle SQ ist zudem über einen Transistor TM mit dem Bezugs- potential derart verbunden, daß bei geeigneter Ansteuerung des Steuereingangs des Transistors TM mit der Spannung Ust der Strom der Stromquelle SQ zu dem Bezugspotential abgeleitet wird.

Die Stromquelle SQ ist vorzugsweise als Konstaktstromquelle ausgeführt, die unabhängig von der an ihr angeschlossenen Last einen konstanten Strom I liefert.

Den bevorzugten zeitlichen Verlauf der Steuerspannung Ust des Transistors TM ist ebenfalls in Figur 2 dargestellt. Während der Entladezeit tE ist die Steuerspannung Ust gleich Null, so daß der Transistor TM sperrt. Zu Zeitpunkten außerhalb der Entladezeit tE ist die Steuerspannung Ust ungleich Null und so bemessen, daß der Transistor TM durchschaltet.

Die Entladezeit tE kann ohne größeren Aufwand beispielsweise mit einer Komparatorschaltung ermittelt werden. Sie ist die

Zeitdauer während eines Schaltzyklus, in dem die Drainspan- nung des Schalttransistors des Schaltnetzteils eine bestimmte Schwelle überschreitet.

Während der Entladezeit tE wird die Ladekapazität Cl durch den konstanten Strom I aufgeladen, so daß die Spannung an Cl Ucl rampenförmig ansteigt. Am Ende der Entladezeit tezum Zeitpunkt t2 wird die Ladekapazität Cl durch den Transistor T schnell entladen. In Figur lc ist der Spannungsverlauf an der Ladekapazität Cl als durchgezogene Linie eingetragen. Der be- schriebene Auf-und Entladevorgang wiederholt sich bei jeder Schaltnetzteilperiode. Die Spannung an der Ladekapazität Cl Ucl wird durch das nachgeschaltete Integrationsglied IG inte- griert. Die Spannung über der Integrationskapazität C2 Uc2 entspricht der Ausgangsspannung am Ausgang OUT der Schal- tungsanordnung und ist proportional zur mittleren Leistung des Schaltnetzteils. Diese Spannung Uc2 kann unmittelbar, wie eingangs beschrieben, einem Komparator zugeführt werden, um beispielsweise eine bestimmte Betriebsart einzuschalten.

Das RC-Glied aus dem Widerstand R2 und der Integrationskapa- zität C2 ist vorzugsweise hochohmig ausgelegt, damit durch einen Strom durch den Widerstand R2 die Spannung Ucl über der Ladekapazität Cl nicht verfälscht wird. Das Zeitverhalten des RC-Gliedes ist von der Dimensionierung des Widerstandes R2 und der Integrationskapazität C2 bestimmt.

Während der Entladezeit tE ist der Transistor TM gesperrt.

Der Strom I der Stromquelle SQ lädt die Ladekapazität Cl auf.

Die Spannung über der Ladekapazität C1 wird von dem Integra- tionsglied IG integriert, so daß die Spannung der Integrati- onskapazitat C2 proportional zur mittleren Leistung des Schaltnetzteiles ist.

Nach der Entladezeit tE, also zum Zeitpunkt t2, wird die La- dekapazität Cl über den dann durchgeschalteten Transistor TM entladen. Der folgende Ladevorgang ist also unabhängig vom zuvor erreichten Ladezustand der Ladekapazität C1.

In Figur 3 sind Transformator-Entladeströme ITrl und ITr2 bei gleicher Abgabeleistung und zwei verschiedenen Frequenzen fl und f2 dargestellt. Die Frequenz f2 ist viermal höher als die Frequenz fl. Die Flächeninhalte der Dreiecke repräsentieren jeweils die im Transformator gespeicherte Energie während der Entladezeit tE. Bei der Frequenz fl ist die gespeicherte Energie während einer Entladeperiode viermal so groß wie bei der Frequenz f2. Die bei der Frequenz fl gestrichelt einge- tragenen Dreiecke sind jeweils flächengleich mit einem der Dreiecke bei der Frequenz fz.

Im zeitlichen Mittel über vier Perioden oder ein Vielfaches davon ergibt sich unabhängig von der Frequenz jeweils die gleiche Flache. Die mittlere Leistung ist also in beiden Fäl- len gleich, obwohl der Transformatorstrom ITrl bei der Fre- quenz fl doppelt so groß ist wie der Transformatorstrom ITr2 bei der Frequenz f2. Die Gleichspannung an der Integrations- kapazität C2 des Integrationsgliedes IG ist jeweils als ge- strichelte Linie eingezeichnet. Sie gibt die mittlere Lei- stung an und ist für beide Frequenzen gleich groß.

Man erkennt, daß die Transformator-Entladeströme kein Maß für die mittlere Leistung sind. Die erfindungsgemäße Schaltungs- anordnung berücksichtigt diesen Umstand.

Schaltnetzteile für Monitore werden oft mit deren Zeilenfre- quenz synchronisiert, um Störeinkopplungen des Schaltnetz- teils auf einen Bildschirm gering zu halten. Der Frequenzbe- reich der Zeilenfrequenz liegt in der Regel je nach einge- stellter Auflösung und Bildwiederholfrequenz des Monitors zwischen 30 kHz und 110 kHz. Solche Schaltnetzteile für Moni- tore müssen also für diesen Frequenzbereich ausgelegt werden.

Eine Leistungsbegrenzung erfolgt bei diesen Schaltnetzteilen meist durch Begrenzung des primären Pulsstroms durch den Schalttransistor auf einen von der Schaltfrequenz abhängigen Höchstwert.

Dieser Höchstwert muß bei höheren Schaltfrequenzen kleiner sein als bei niedrigeren, wenn die dem Schaltnetzteil ent- nehmbare Leistung ungefähr konstant bleiben soll. Wird der Höchstwert für die niedrigste Schaltfrequenz fest einge- stellt, nimmt die entnehmbare Leistung bei höheren Schaltfre- quenzen gegenüber der bei kleineren Frequenzen zu. Das kann zu Uberhitzung von Bauteilen und damit zu Brandgefahr im Feh- lerfall führen.

Eine thermische Auslegung des Schaltnetzteils auf die größt- mögliche entnehmbare Leistung erfordert entsprechend groß di- mensionierte Bauteile und ist daher teuer.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann eine fre- quenzunabhängige Leistungsmessung auf der Primärseite des Schaltnetzteils erfolgen, um eine Leistungsbegrenzung zu er- reichen.