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Title:
SWITCHED-MODE POWER SUPPLY UNIT WHEREIN DEVICES ARE SUPPLIED WITH POWER INDEPENDENTLY OF THE OPERATING STATE OF THE POWER COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/084797
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a switched-mode power supply unit which comprises a transformer having at least one secondary winding (5) that can be connected to a load via a rectifier arrangement, and at least one primary winding (4) having a first winding connection that is connected to a connection for a reference potential via a switch element (2) and a second connection that can be connected to a direct current (U1). The switched-mode power supply unit also comprises a control device (6) for adjusting the turnon and turnoff times of the switch element (2). At least one auxiliary secondary winding (17) of the transformer is provided for independently supplying devices (7) and can be connected to the devices (7) to be supplied via an auxiliary rectifier arrangement. A clocked auxiliary device (19) generates a clocked current (I2) from a direct current source. At least one auxiliary primary winding (15) of the transformer is connected to the clocked current source. The inventive switched-mode power supply unit allows to use the transformer core (3) present in the switched-mode power supply unit also to transmit the auxiliary power for supplying devices (7) on the secondary side without impairing the function of the main supply.

Inventors:
Schweigert, Harald (Ehrenfelsgasse 20/1, Wien, A-1120, AT)
Izaak, Martin (Inzersdorfer Strasse 125, Wien, A-1100, AT)
Application Number:
PCT/EP2006/050510
Publication Date:
August 17, 2006
Filing Date:
January 30, 2006
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ÖSTERREICH (Siemensstrasse 92, Wien, A-1210, AT)
Schweigert, Harald (Ehrenfelsgasse 20/1, Wien, A-1120, AT)
Izaak, Martin (Inzersdorfer Strasse 125, Wien, A-1100, AT)
International Classes:
H02M3/335; H01F27/28; H02J9/06; H01F5/00
Foreign References:
DE4342327A11994-07-21
DE19646626A11998-05-14
US3769571A1973-10-30
US5600293A1997-02-04
US3068533A1962-12-18
DE19929344A12000-12-28
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 12 5 December 2003 (2003-12-05)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 10 31 October 1996 (1996-10-31)
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Claims:
Patentansprüche
1. Schaltnetzteil mit einem Transformator mit wenigstens einer Sekundärwick lung (5) , die über eine Gleichrichteranordnung an eine Last anschließbar ist, wenigstens einer Primärwicklung (4 ) , die einen ersten Wicklungsanschluss aufweist, der über ein Schaltelement (2 ) mit einem Anschluss für ein Bezugspotenzial verbun den ist und einem weiteren Anschluss , der an eine Gleichspannung (Ul ) anschließbar ist, einer Steuereinrichtung ( 6) zur Regelung der Ein und Ausschaltzeiten des Schaltelements (2 ) , dadurch gekennzeichnet , dass zur unabhängigen Versor gung von Einrichtungen (7 ) folgende Elemente vorgesehen sind: wenigstens eine Hilfssekundärwicklung (17 ) des I Transformators , die über eine Hilfsgleichrichteranord nung an die zu versorgenden Einrichtungen (7 ) anschließbar ist, eine taktende Hilfseinrichtung (19) zur Erzeugung eines getakteten Stroms (12 ) aus einer Gleichstromquelle und wenigstens eine Hilfsprimärwicklung (15) des I Transformators , die an die getaktete Gleichstromquelle angeschlossen ist .
2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Transformator einen dreischenkeligen geschlossenen Kern (3) aufweist und die Primärwicklung (4 ) sowie die Sekundärwicklung (5) im Mittelschenkel angeordnet sind und die Hilfsprimärwicklung (15) sowie die Hilfssekun därwicklung (17 ) auf einem Außenschenkeln angeordnet sind.
3. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsprimärwicklung (15) auf zwei in Serie geschaltete Hilfsprimärwicklungen (15, 16) aufgeteilt ist und die Hilfssekundärwicklung (17 ) auf zwei in Serie geschaltete Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) aufgeteilt ist und dass j e eine dieser Hilfsprimärwicklungen und j e eine dieser Hilfssekundärwicklungen auf einem gemeinsamen Außenschenkel des Kerns (3) nebeneinander liegen .
4. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass eine Versorgungsspannung (U2 ) für die Steuereinrichtung ( 6) zur Regelung der Ein und Ausschaltzeiten des Schaltelements (2 ) mittels Tiefsetzsteiler (1 ) aus der Gleichspannung (Ul ) des Zwischenkreises im Leistungsteil abgeleitet ist .
5. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass der Hilfsprimärkreis an die mittels Tiefsetzsteiler (1 ) aus der Gleichspannung (Ul ) des Zwischenkreises im Leistungsteil abgeleitete Versorgungsspannung (U2 ) angeschlossen ist .
6. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die taktende Hilfseinrichtung (19) einen Kleinspannungsschalttransistor (14 ) umfasst, dessen Gateanschluss mit dem Leistungsausgang eines Frequenzgenerators (20 ) verbunden ist und dass die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) mit einem Wicklungsanschluss über den Kleinspan nungsschalttransistor (14 ) an das Bezugspotenzial und mit dem weiteren Anschluss an die Versorgungsspannung U2 angeschlossen sind und dass des Weiteren die Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) und die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) in gegengleicher Richtung gewickelt sind und die an die Hilfssekun därwicklungen (17 , 18 ) angeschlossene Hilfsgleichrichteran ordnung als EinwegGleichrichterschaltung (26) mit glättendem Kondensator (27 ) ausgebildet ist .
7. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die taktende Hilfseinrichtung (19) einen Frequenzgenerator (20 ) umfasst, dessen Leistungsausgang über ein Transistorpaar (30 , 31 ) und einen Koppelkonden sator (32 ) an einen Wicklungsanschluss der Hilfsprimärwick lungen (15, 16) angeschlossen ist und dass der weitere Anschluss der Hilfsprimärwicklungen (15, 16) mit dem Bezugspotenzial verbunden ist und dass des Weiteren die Hilfssekun därwicklungen (17 , 18 ) und die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) in gleicher Richtung gewickelt sind und die an die Hilfsse kundärwicklungen (17 , 18 ) angeschlossene Hilfsgleichrichter anordnung als ZweiwegGleichrichter (29) mit glättendem Kondensator (27 ) ausgebildet ist .
8. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) und die Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) als kunststoffum spritzte Formteile ausgebildet sind, dass die Überlappungen der Windungen sowie die Anschlüsse auf der vom Kern (3) abgewandten Seite liegen und dass die Verschaltung der Hilfswick lungen in Serie auf einer Leiterplatte erfolgt .
9. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) und die Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) sowie die Verbindungsleitungen zwischen den in Serie geschalteten Hilfswick lungen (15, 16 und 17 , 18 ) als einheitlicher kunststoffum spritzter Formteil ausgebildet sind und die Überlappungen der Windungen sowie die Verbindungsleitungen und die Anschlüsse auf der vom Kern (3) abgewandten Seite liegen .
10. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) und die Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) als mehradrige Flachbandkabel in der Weise ausgebildet sind, dass eine erste Flachbandkabelschlinge eine Hilfsprimärwicklung (15) und eine Hilfssekundärwicklung (18 ) bildet und eine zweite Flachbandkabelschlinge eine weitere Hilfsprimärwicklung (16) und eine weitere Hilfssekundärwicklung (17 ) bildet und j e eine dieser Flachbandkabelschlingen um die äußeren Schenkel des Kerns (3) geschlungen sind und dass die einzelnen Adern der Flachband kabel an den Enden so miteinander verbunden sind, dass sie für j ede Hilfswicklung ganze Windungen um die Schenkel des Kerns (3) bilden und die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) und die Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) j eweils in Serie geschaltet sind.
11. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 10 , dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsprimärwicklungen (15, 16) und Hilfssekundärwicklungen (17 , 18 ) bildenden Flachbandkabelschlingen mit ihren Enden in Schneidklemmbuchsen (34 ) auf einer Leiterplatte (33) befestigt sind und die einzelnen Aderenden der Flachbandkabel über Leiterbahnen auf der Leiterplatte (33) zu ganzen Windungen verbunden sind.
12. Schaltnetzteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtungen (7 ) auf der Sekundärseite des Transformators sowohl mit der Hilfsgleich richteranordnung als auch der Gleichrichteranordnung des Leistungsteils verbunden sind.
13. Verfahren zum Betrieb eines Schaltnetzteils nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 12 , dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtungen (7 ) auf der Sekundärseite des Transformators nur dann durch die Hilfsspannung (U4 ) gespeist werden, wenn die Spannung am Ausgang der Gleichrichteranordnung (U3) im Leistungsteil unter dem für die sekundärseitigen Einrichtungen (7 ) erforderlichen Wert liegt und dass bei Überschreitung dieses Wertes die sekundärseitigen Einrichtungen über die Gleichrichteranordnung im Leistungsteil versorgt werden .
Description:
Schaltnetzteil mit vom Betriebszustand des Leistungsteils unabhängiger Versorgung von Einrichtungen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, bestehend aus einem Transformator mit wenigstens einer Sekundärwicklung, die über eine Gleichrichteranordnung an eine Last anschließbar ist und wenigstens einer Primärwicklung, die einen ersten Wicklungsanschluss aufweist, der über ein Schaltelement mit einem Anschluss für ein Bezugspotenzial verbunden ist und einem weiteren Anschluss , der an eine Gleichspannung anschließbar ist, sowie einer Steuereinrichtung zur Regelung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schaltelements . Die Erfin- düng betrifft weiters ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Schaltnetzteils .

Schaltnetzteile sind allgemein bekannt . Man kennt dabei solche, die nach dem Flusswandlerprinzip arbeiten und solche, die als Sperrwandlerprinzip arbeiten . Bei letzteren wird während einer Einspeicherphase durch einen durch die Primärwicklung eines Transformators fließenden Strom magnetische Energie gespeichert . Diese wird während einer Ausspeicherphase nach Gleichrichtung und Glättung an eine sekundärseitig ange- schlossene Last abgegeben . Ein Schaltelement, das in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators liegt, wird von einer Steuereinrichtung lastabhängig ein- und ausgeschaltet .

Bei Schaltnetzteilen mit hohen Anforderungen hinsichtlich Wirkungsgrad, thermischer Belastung sowie Ausfallssicherheit und Fernwirktechnik ist es zunehmend erforderlich, zusätzliche, meist sekundärseitige Steuerelektronik vorzusehen, die unabhängig von der momentanen HauptausgangsSpannung des Schaltnetzteils mit Energie versorgt werden muss . Getaktete Stromversorgungen weisen die Eigenschaft auf, dass deren übertragener Leistungsmomentanwert direkt vom Taktverhältnis abhängt . Soll das Netzteil vorübergehend ohne Hauptausgangs-

Spannung betrieben werden, was z . B . bei Fernausschaltung oder bei Überlastung am Ausgang vorkommt, reduzieren sich die Einschaltzeiten des Schaltelements nahezu auf Null . Auf der Sekundärseite des Transformators befindliche Elektronikbau- teile können dann nur unter Verwendung aufwändiger Schaltungen weiter versorgt werden .

Nach dem Stand der Technik ist es deshalb bekannt, eine getrennte Hilfsversorgung mit einem eigenen Hilfstransforma- tor vorzusehen . Dieser Hilfstransformator muss dabei die gleichen Sicherheitsabstände zwischen den Windungen der Wicklungen aufweisen wie der Haupttransformator . Damit ist die Baugröße dieses Hilfstransformators nicht von der zu übertragenden - meist geringen - Leistung abhängig, sondern von den Kriechstrecken . Es ergeben sich also zwangsläufig relativ große Konstruktionen mit entsprechendem Platzbedarf am Layout sowie damit verbundene hohe Kosten .

Des Weiteren ist es bekannt, eine zusätzliche Sekundärwick- lung am Transformator vorzusehen und so die Streuinduktivitäten beim Sperrwandler bzw . die Glättungswirkung der Ausgangsdrossel beim Fluss- und Gegentaktwandler zu nutzen, um auch im Kurzschlussfall eine Hilfsspannung ableiten zu können . Bei Fernausschaltung ist es j edoch nötig, eine schaltbare Grund- last am Ausgang zu aktivieren . In dieser Standby-Betriebsart wird deshalb der Leistungsteil mit einem sehr geringen Tastverhältnis betrieben . Durch die Grundlast wird die Ausgangsspannung nahezu auf Null belastet, während noch Energie für die Versorgung der Steuerelektronik auf der Sekundärseite über die zusätzliche Sekundärwicklung ausgekoppelt werden kann . Bei modernen Schaltnetzteilen ist es oft erforderlich, die sekundärseitige Steuerelektronik bereits zu versorgen, bevor der Leistungsteil zu takten beginnt . Dafür ist diese Art der Hilfsversorgungserzeugung nicht geeignet .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für sekundärseitige Einrichtungen eines Schaltnetzteils eine

vom Betriebszustand des Leistungsteils unabhängige Spannungsversorgung bereitzustellen, ohne einen zusätzlichen Hilfs- transformator vorzusehen .

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels eines Schaltnetzteils gemäß Patentanspruch 1. Der damit erzielte Vorteil besteht besonders darin, den im Schaltnetzteil vorhandenen Transformatorkern auch zur Übertragung der Hilfsenergie zur Versorgung zusätzlicher, meist sekundärseitiger Einrichtungen zu nutzen, ohne dabei die Funktion der Hauptversorgung zu beeinflussen . Andererseits wird die so realisierte Hilfsenergie- übertragung nicht durch die Funktion der Hauptversorgung beeinflusst . Die Hilfsenergieübertragung kann dabei auch von der Sekundärseite zur Primärseite des Leistungsteils erfol- gen . Anwendungen für diese Übertragungsrichtung können der Bedarf niedriger Hilfsspannungen auf der Primärseite des Leistungsteils sein (z . B . zum Laden von Batterien) . Für Schaltnetzteile, die um leerlauffest zu sein, eine Grundlast am Ausgang des Leistungsteils benötigen, kann durch Zurück- Übertragung einer Hilfsenergie über die Hilfswicklungen auf die Primärseite des Leistungsteils (z . B . zur Versorgung der Steuereinrichtungen) eine zusätzliche interne Grundlast entfallen .

Mit dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil mit unabhängiger

Übertragung der Hilfsenergie kann auch ein einfacher Standby- Betrieb von Geräten (z . B . TV-Geräte) realisiert werden . Dabei kann der Leistungsteil im Standby-Betrieb abgeschaltet bleiben und die benötigte sekundärseitige Hilfsenergie wird aus- schließlich über die Hilfswicklungen übertragen .

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Transformator einen dreischenkeligen geschlossenen Kern aufweist und die Primärwicklung sowie die Sekundärwicklung im Mittelschenkel angeordnet sind und die

Hilfsprimärwicklung sowie die Hilfssekundärwicklung auf einem

Außenschenkel angeordnet sind. Der Mittelschenkel kann dabei einen Luftspalt aufweisen .

Vorteilhaft ist es , die Hilfsprimärwicklung auf zwei in Serie geschaltete Hilfsprimärwicklungen und die Hilfssekundärwick- lung auf zwei in Serie geschaltete Hilfssekundärwicklungen aufzuteilen und j e eine dieser Hilfsprimärwicklungen und j e eine dieser Hilfssekundärwicklungen auf einem gemeinsamen Außenschenkel des Kerns nebeneinander anzuordnen . Der Abstand zwischen der Hilfsprimärwicklung und der Hilfssekundärwick- lung eines Außenschenkels ist unter Berücksichtigung der Kriechstrecken minimiert, wodurch eine gute Kopplung mit geringen Übertragungsverlusten der Hilfsenergie erreicht wird.

Durch diese Anordnung kommt es für die Serienschaltung der Hilfswicklungen zu einer völligen Kompensation der induzierten Spannungen des Leistungsteils mit den am Mittelschenkel angebrachten Wicklungen . Die damit verbundene thermische Zusatzbelastung des Kerns ist sehr gering, da die übertragene Hilfsleistung nur einen Bruchteil der Hauptleistung (z . B . 1%) ausmacht .

Zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung für die Steuer- einrichtung zur Regelung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schaltelements im Primärkreis des Leistungsteils empfiehlt sich die Verwendung eines Tiefsetzstellers , der die gleichgerichtete Wechselspannung des Zwischenkreises im Leistungsteil auf eine für die Versorgungsspannung erforderlichen Wert her- absetzt .

Diese Tiefsetzsteiler sind Schaltkreise, welche meist einen Hochvolt-Schalttransistor integriert haben und nach dem Tief- setzstellerprinzip aus dem Zwischenkreis (z . B . 320 VDC bei einer Netzspannung von 230 VAC) eine potenzialungebundene

Kleinspannung von z . B . 15 V gegen Zwischenkreismasse erzeugen . Dazu benötigen diese ICs lediglich eine zusätzliche

Drossel und eine ebenfalls meist nicht integrierte Freilaufdiode . Durch diese Schaltung steht die primäre Versorgungsspannung ab dem Vorhandensein von Zwischenkreisspannung zur Verfügung; dies auch unabhängig vom Tastverhältnis des Leis- tungsteils und ob dieser gerade abgeschaltet ist oder nicht .

Durch den großen Eingangsspannungsbereich, den ein Tiefsetz- steller konzeptbedingt aufweist, kann die primäre Versorgungsspannung bereits bei Werten der Zwischenkreisspannung sichergestellt werden, wo die Leistungsübertragung noch nicht arbeiten kann . Daher wird bei dem Erreichen der minimalen Funktionsspannung des Leistungsteils die Versorgungsspannung bereist vorhanden sein . Diese Schaltungen haben üblicherweise eine Ausgangsleistung von etwa 3-5 W.

In gleicher Weise ist es auch vorteilhaft, die Versorgungsspannung für den Hilfsprimärkreis mittels Tiefsetzsteiler aus der gleichgerichteten Wechselspannung des Zwischenkreises im Leistungsteil bereitzustellen . Dabei kann in beiden Fällen der gleiche Tiefsetzsteiler zur Anwendung kommen, was zur

Vereinfachung des Layouts und Kostenreduktion führt . Es steht damit eine fixe, unabhängige und belastbare Versorgungsspannung zur Verfügung .

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die taktende Hilfseinrichtung auf der Primärseite einen Kleinspannungsschalttransistor umfasst, wobei dessen Gateanschluss mit dem Leistungsausgang eines Frequenzgenerators verbunden ist und wobei die Hilfsprimärwicklungen mit einem Wicklungsanschluss über den Kleinspannungsschalttransistor an das Bezugspotenzial und mit dem weiteren Anschluss an die Versorgungsspannung angeschlossen sind. Dabei sind die Hilfssekundärwicklungen und die Hilfsprimärwicklungen in gegengleicher Richtung gewickelt und die an die Hilfssekun- därwicklungen angeschlossene Hilfsgleichrichteranordnung ist als Einweg-Gleichrichterschaltung mit glättendem Kondensator ausgebildet .

Der Frequenzgenerator wird dabei von der oben beschriebenen primären Versorgungsspannung gespeist . Der Kleinspannungs- schalttransistor schaltet dann die beiden Hilfsprimärwicklun- gen im Takt des Frequenzgenerators an die primäre Versorgungsspannung . Die Übertragung der Hilfsenergie erfolgt dabei nach dem Prinzip eines Sperrwandlers , der keinerlei Glät- tungsdrossel benötigt . Die AusgangsSpannung der erfindungsgemäßen Hilfsversorgungsübertragung wird folgendermaßen bestimmt . Einerseits wird das Tastverhältnis des primären Hilfsschaltelementes durch den Frequenzgenerator auf einen fixen Wert eingestellt . Die AusgangsSpannung wird dann durch die Höhe der primären Versorgungsspannung sowie das Windungsverhältnis zwischen den Hilfsprimärwicklungen und den Hilfs- Sekundärwicklungen und durch die Belastung am Ausgang der

Hilfsversorgung bestimmt . Zum Abfangen der Schwankungen kann dabei ein Längsregler nachgeschaltet werden .

Die Anzahl der Windungen der Hilfswicklungen wird so gewählt, dass einerseits durch eine geringe Windungszahl die Taktfrequenz der Hilfsversorgung ein Vielfaches (z . B . das 6-fache) der Taktfrequenz des Leistungsteils ausmacht, andererseits die nicht erwünschte Temperaturerhöhung des Kerns durch eine ausreichende Windungszahl (z . B . j e vier Windungen auf der Primär- und auf der Sekundärseite) begrenzt ist .

Es ist zudem zweckmäßig, den Strom durch den Ausgang des Frequenzgenerators mit einer Stromdetektorschaltung zu erfassen und bei Überschreitung eingestellter Grenzwerte den Aus- gang abzuschalten . Dies ist vor allem beim Aufladen des auf der Sekundärseite befindlichen Glättungskondensators wichtig .

Eine andere Ausprägung der Erfindung sieht vor, die taktende Hilfseinrichtung als Frequenzgenerator auszubilden, wobei dessen Leistungsausgang über ein Transistorpaar und einen

Koppelkondensator mit einem Wicklungsanschluss der in Serie geschalteten Hilfsprimärwicklungen verbunden ist . Der weitere

Wicklungsanschluss der Hilfsprimärwicklungen ist dann mit dem Bezugspotenzial verbunden . Die Hilfssekundärwicklungen und die Hilfsprimärwicklungen sind in gleicher Richtung gewickelt und die an die Hilfssekundärwicklungen angeschlossene Hilfs- gleichrichteranordnung ist als Zweiweg-Gleichrichter mit glättendem Kondensator ausgebildet .

Der Frequenzgenerator kann dabei als Schaltnetzteil-Ansteuer- IC ausgebildet sein, der durch die primäre Versorgungsspan- nung gespeist wird. Das Gateansteuerungssignal des ICs wird mit dem Transistorpaar verstärkt und über den Koppelkondensator geführt, wodurch eine Gegentaktspannung erzeigt wird, die keinen Gleichspannungsanteil aufweist .

Die Übertragung der Hilfsenergie erfolgt dabei nach dem Prinzip eines Gegentakt-Flusswandlers , der wegen der Spitzenwert- aufladung keinerlei Glättungsdrosseln benötigt . Die Ausgangsspannung wird bestimmt durch die Höhe der primären Versorgungsspannung sowie das Windungszahlverhältnis zwischen Hilfsprimärwicklungen und Hilfssekundärwicklungen . Bei dieser Schaltung hat das Tastverhältnis zwischen primärem Leistungsund Hilfskreis sowie die Belastung am Ausgang der Hilfsver- sorgung nur einen untergeordneten Einfluss auf die Ausgangsspannung . Zum Abfangen der geringen Schwankungen kann auch hier ein Längsregler nachgeschaltet werden .

Zur einfachen Montage der Hilfswicklungen sieht die Erfindung vor, die Hilfswicklungen als kunststoffumspritzte Formteile auszubilden . So wird die notwendige Sicherheitsisolation zu den Wicklungen des Leistungsteils erreicht . Weiters kann durch diese Konstruktion die Isolationsvorgabe zwischen Hilfsprimär- und Hilfssekundärwicklung leichter erfüllt werden . Die Verschaltung der j eweiligen Hilfswicklungen in Serie erfolgt auf einer Leiterplatte .

Eine weitere Ausführung zur einfachen Montage der Hilfswick- lungen sieht vor, die Hilfsprimärwicklungen und die Hilfs-

Sekundärwicklungen sowie die Verbindungsleitungen zwischen den in Serie geschalteten Hilfswicklungen als einheitlichen kunststoffumspritzten Formteil auszubilden . Die Überlappungen der Windungen und Verbindungsleiter sowie die Anschlüsse der Hilfsprimärwicklungen und Sekundärwicklungen sind dabei auf der vom Kern abgewandten, äußeren Seite angeordnet, um den Abstand der Hilfswicklungen zu den Wicklungen des Leistungsteils zu maximieren . Eine derartige Ausführung besitzt lediglich vier aus dem Formteil herausgeführte Anschlüsse, die auf der Primär- und der Sekundärseite der Schaltung angeschlossen sind. Bei der Herstellung des Transformators ist dieser „spangenförmige" Formteil vor dem Verkleben der Kernhälften auf eine Kernhälfte überzustülpen .

Günstig für die Herstellung und Montage der Hilfswicklungen ist des Weiteren eine Ausführungsform, bei der die Hilfspri- märwicklungen und die Hilfssekundärwicklungen als mehradrige Flachbandkabel in der Weise ausgebildet sind, dass eine erste Flachbandkabelschlinge eine Hilfsprimärwicklung und eine Hilfssekundärwicklung bildet und eine zweite Flachbandkabelschlinge eine weitere Hilfsprimärwicklung und eine weitere Hilfssekundärwicklung bildet und j e eine dieser Flachband- kabelschlingen um die äußeren Schenkel des Kerns geschlungen sind, wobei die einzelnen Adern der Flachbandkabel an den Enden so miteinander verbunden sind, dass die Adern für j ede Hilfswicklung ganze Windungen um die Außenschenkel des Kerns bilden und die Hilfsprimärwicklungen und die Hilfssekundärwicklungen j eweils in Serie geschaltet sind. Der Vorteil dabei liegt darin, dass entgegen den oben beschriebenen Aus- führungsformen keine Investitionen in Werkzeuge zur Kunst- stoffumspritzung notwendig sind.

Bei der Auswahl des Flachbandkabels ist auf die Dicke der Isolation zu achten, um die Normforderungen zu erfüllen . Da diese vor allem von den Potenzialunterschieden zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung abhängen, kann dazu keine generelle Aussage gemacht werden .

Günstigerweise werden die Enden der die Hilfsprimärwicklungen und Hilfssekundärwicklungen bildenden Flachbandkabelschlingen mit ihren Enden in Schneidklemmbuchsen auf einer Leiterplatte befestigt, wobei die einzelnen Aderenden der Flachbandkabel über Leiterbahnen auf der Leiterplatte zu ganzen Windungen verbunden sind.

Da wie oben erwähnt die durch die Hilfswicklungen hervorgeru- fenen Induktionen den Kern zusätzlich belasten, kann es günstig sein, die zu versorgenden Einrichtungen auf der Sekundärseite des Transformators sowohl mit der Hilfsgleichrichteran- ordnung als auch mit der Gleichrichteranordnung des Leistungsteils zu verbinden . Die so gestaltete Schaltung ermöglichte es , die sekundärseitigen Einrichtungen sowohl durch die Hilfsversorgung als auch durch die vom Leistungsteil sekundärseitig abgeleitete Spannung zu versorgen .

Das Schaltnetzteil wird dann so betrieben, dass die Einrich- tungen auf der Sekundärseite des Transformators nur dann durch die Hilfsspannung gespeist werden, wenn die Spannung am Ausgang der Gleichrichteranordnung im Leistungsteil unter dem für die sekundärseitigen Einrichtungen erforderlichen Wert liegt und dass bei Überschreitung dieses Wertes die sekundär- seitigen Einrichtungen über die Gleichrichteranordnung im

Leistungsteil versorgt werden . Die Hilfsversorgung kann dann abgeschaltet werden und es kommt zu keiner zusätzlichen Belastung des Kerns .

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert . Es zeigen in schematischer Darstellung :

Fig . 1 : ein Schaltnetzteil mit Tiefsetzsteiler Fig . 2 : ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil mit unabhängiger Hilfsversorgung nach dem Prinzip eines Sperrwandlers

Fig . 3 : ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil mit unabhängiger Hilfsversorgung nach dem Prinzip eines Gegen- takt-Flusswandlers

Fig . 4 : die Anordnung der Hilfswicklungen am Kern des Trans- formators

Fig . 5 : die Anordnung der aus Flachbandkabel gebildeten Hilfswicklungen am Kern des Transformator

Fig . 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Schaltnetz- teil-Schaltung unter Einbeziehung eines Tiefsetzstellers 1 , der aus einer Gleichspannung Ul im Zwischenkreis eine Versorgungsspannung U2 ableitet . Die Gleichspannung Ul im Zwischenkreis kann dabei beispielsweise eine gleichgerichtete Wechselspannung sein . Über eine Gleichrichterbrücke ergeben sich nach Glättung aus einer Wechselspannung von 230 V beispielsweise 320 V Gleichspannung als Gleichspannung Ul im Zwischenkreis . Es kann aber auch eine andere Gleichspannungsquelle verwendet werden . Über ein Schaltelement 2 ist eine Primärwicklung 4 , die um den Kern 3 gewickelt ist, an diese Gleich- Spannung Ul im Zwischenkreis angelegt . Die Ein- und Ausschaltzeiten des Schaltelements 2 werden über eine Steuereinrichtung 6 geregelt, die mit der Basis des Steuerelements 2 verbunden ist . Versorgt wird die Steuereinrichtung 6 mit der Versorgungsspannung U2. Die Versorgungsspannung U2 ist dabei die AusgangsSpannung des Tiefsetzstellers 1 , der beispielsweise aus folgenden Elementen besteht : Ein LNK-Switch 10 (z . B . LNK 306, Hersteller Power Integrations ) , der an die Gleichspannung Ul im Zwischenkreis angelegt ist . Der Ausgang des LNK-Switch 10 , dem eine Freilaufdiode 11 parallelgeschal- tet ist, wird über eine glättende Drossel 12 und einen nachfolgenden Glättungskondensator 13 geführt . Derartige Schaltungen haben als Ausgangsleistung üblicherweise 3-5 W. Die zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung U2 beträgt dabei beispielsweise 15 V.

Sekundärseitig ist eine Sekundärwicklung 5 um den Kern 3 gewickelt . Die mit der Sekundärwicklung 5 verbundene Gleich-

richteranordnung umfasst eine Diode 8 und einen Glättungskon- densator 9. Als AusgangsSpannung U3 ergibt sich eine geglättete Gleichspannung, wobei sekundärseitige Einrichtungen 7 zusätzliche Steuerungsaufgaben (z . B . zur Temperaturregelung) übernehmen .

In Fig . 2 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der unabhängigen Hilfsversorgung zu sehen, wobei die in Fig . 1 beschriebenen Schaltung um weitere Elemente ergänzt ist . Die Versorgungsspannung U2 für den Hilfsprimärkreis entspricht dabei der Versorgungsspannung U2 für die Steuereinrichtung 6 zur Regelung des Schaltelements 2. Die Versorgungsspannung U2 für den Hilfsprimärkreis kann aber auch von einer gänzlich unabhängigen - hier nicht dargestellten - galvanisch getrenn- ten Quelle abgeleitet werden .

Die taktende Hilfseinrichtung 19 ist in Reihe mit den Hilfs- primärwicklungen 15 und 16 angeordnet und wird beispielhaft aus einem Schaltelement 14 , einem Frequenzgenerator 20 und einem zwischengeschalteten Widerstand 22 gebildet . Dabei ist der Frequenzgenerator 20 (z . B . LMC 555) an die Versorgungsspannung U2 angeschlossen und mit seinem Ausgang über den Widerstand 22 mit der Basis des Schaltelements 14 verbunden . Das Schaltelement 14 kann beispielsweise ein Kleinspannungs- transistor STN2NE10 des Herstellers STM sein . Angeschlossen ist das Schaltelement 14 mit dem Source-Anschluss über einen Shunt-Widerstand 28 an das Bezugspotenzial des Zwischenkreises . Der Drain-Anschluss liegt über die beiden Hilfsprimär- wicklungen 15 und 16 an der Versorgungsspannung U2 an . Durch die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 fließt der getaktete

Primärhilfsstrom 12. Parallel zu den Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 sind zur Entmagnetisierung zwei Zenerdioden 24 und 25 und eine Diode 23 geschaltet .

Der Strom durch den Ausgang des Frequenzgenerators 20 wird mit einer Stromdetektorschaltung überwacht, um bei Überschreitung eingestellter Grenzwerte den Ausgang abzuschalten .

Die Stromdetektorschaltung wird gebildet aus dem Shunt-Wider- stand 28 , dem ein Transistor 21 mit dem Basis- und dem Kollektoranschluss parallelgeschaltet ist . Der Kollektoran- schluss ist dabei mit dem Bezugspotenzial des Zwischenkreises verbunden, der Emitteranschluss des Transistors 21 ist mit dem über den Widerstand 22 geführten Ausgang des Frequenzgenerators 20 verbunden .

Auf der Sekundärseite befinden sich die beiden Hilfssekundär- Wicklungen 17 und 18 , die in gegengleicher Richtung zu den

Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 gewickelt sind. In Fig . 2 ist das durch die mit einem Punkt gekennzeichneten Wicklungsanfänge gekennzeichnet . Die sekundärseitige Hilfsgleichrich- terschaltung besteht aus einer Diode 26 und einem Glättungs- kondensator 27 und liefert als Hilfsausgangsspannung U4 eine geglättete Gleichspannung zur Versorgung der sekundärseitigen Einrichtungen 7.

Fig . 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung der erfin- dungsgemäßen unabhängigen Hilfsversorgung . Dabei bildet wiederum die in Fig . 1 dargestellte Schaltung die Basis . Die Versorgung der primären Hilfsversorgungselemente erfolgt wiederum mit der Versorgungsspannung U2 , die aber auch hier von einer gänzlich unabhängigen - hier nicht dargestellten - Quelle kommen kann .

Die taktende Hilfseinrichtung 19 ist wieder in Reihe mit den Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 angeordnet und besteht aus einem Frequenzgenerator 20 und einem Transistorpaar 30 , 31. Dabei ist der Frequenzgenerator 20 (beispielsweise ein

Schaltnetz-Ansteuer-IC des Typs UC3842 ) an die Versorgungsspannung U2 angeschlossen . Das Gateansteuersignal des Frequenzgenerators 20 wird mit einem Paar von Transistoren 30 und 31 verstärkt und anschließend über einen Koppelkondensa- tor 32 geführt . Die beiden in Serie geschalteten Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 sind an diesen Koppelkondensator 32 und an das Bezugspotenzial des Zwischenkreises angeschlossen .

Die in Serie geschalteten Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 sind in gleicher Richtung wie die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 um den Kern 3 gewickelt und mit einem Zweiweg-Gleich- richter 29 mit glättendem Kondensator 27 verbunden (die Wicklungsanfänge sind mit einem Punkt gekennzeichnet) . Dieser Gegentakt-Flusswandler benötigt wegen der SpitzenwertaufIa- dung keine Glättungsdrossel . Die sekundärseitige Hilfsaus- gangsspannung U4 versorgt die sekundärseitigen Einrichtungen 7 , die zusätzlich mit der Gleichrichteranordnung im Leistungsteil verbunden sind. Die Versorgung der Einrichtungen 7 erfolgt dann über den Leistungsteil, wenn die Spannung am Ausgang der Gleichrichteranordnung (U3) im Leistungsteil über dem für die sekundärseitigen Einrichtungen 7 erforderlichen Wert liegt .

Der Strom durch den Ausgang des Frequenzgenerators 20 wird überwacht . Dazu ist der Is ENSE Anschluss des Frequenzgenerators 20 mit dem Kollektoranschluss des zweiten Transistors 31 des verstärkenden Transistorpaars 30 , 31 verbunden . Dieser

Kollektoranschluss ist über einen Shunt-Widerstand 28 an das Bezugspotenzial angeschlossen .

In Fig . 4 ist der Kern 3 des Transformators mit den Wicklun- gen 4 , 5, 15, 16, 17 und 18 schematisch dargestellt . Es handelt sich dabei um einen dreischenkeligen Ferritübertrager in ETD-Ausführung . Um den Mittelschenkel des Kerns 3 ist innen die Primärwicklung 4 und durch eine Isolierschicht getrennt darüber die Sekundärwicklung 5 des Leistungsteils gewickelt . Am ersten Außenschenkel befindet sich die erste Hilfsprimär- wicklung 15 und daneben die zweite Hilfssekundärwicklung 18. Diese beiden Wicklungen sind über Verbindungsleitungen mit den am anderen Außenschenkel angeordneten Hilfswicklungen 16 und 17 verbunden, wobei die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 in Serie geschaltet sind und die Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 in Serie geschaltet sind. Der Wicklungssinn der Hilfs-

Wicklungen 15, 16, 17 und 18 im beispielhaft dargestellten Aufbau entspricht dabei einem Sperrwandler .

In Fig . 4 ist weiters der idealisierte Verlauf des Magneti- sehen Flusses des Leistungsteils ΦL und des Magnetischen Flusses der Hilfsversorgung ΦH zu sehen . Der Magnetische Fluss des Leistungsteils ΦL verläuft dabei in geschossenen Feldlinien durch den Mittelschenkel und aufgezweigt über die beiden Außenschenkel des Kerns 3. Der Magnetische Fluss der Hilfsversorgung ΦJJ verläuft außen und überlagert sich somit in den Außenschenkel mit dem Magnetischen Fluss des Leistungsteils ΦL • Hervorgerufen wird der Magnetische Fluss der Hilfsversorgung ΦJJ durch einen veränderlichen Strom 12 , der durch die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 fließt . Bei über sekundärseitige Einrichtungen geschlossenem Stromkreis fließt durch die Hilfssekundärwicklungen 17 und 18 ein von einer induzierten Spannung hervorgerufener Strom 14.

Ein Kern 3 mit aus Flachbandkabel aufgebauten Hilfswicklungen 15, 16, 17 und 18 ist in Fig . 5 schematisch dargestellt . Im Mittelschenkel des dreischenkeligen Kerns 3 ist innen die Primärwicklung 4 und darüber die Sekundärwicklung 5 des Leistungsteils angebracht . Ein erstes Flachbandkabel ist durch den Spalt zwischen dem ersten Außenschenkel und dem Wickel am Mittelschenkel durchgeführt . Dargestellt ist ein vieradriges Flachbandkabel, das an beiden Enden in zwei mal zwei Adern aufgespleißt ist . Zwei dieser Adern bilden nun durch eine Verschaltung in Serie auf einer Leiterplatte 33 zwei Windungen der ersten Hilfsprimärwicklung 15. Die daneben verlaufen- den beiden Adern sind ebenfalls auf der Leiterplatte 33 zu zwei Windungen der zweiten Hilfssekundärwicklung 18 verschaltet .

Auf der Leiterplatte 33 befinden sich die Verbindungsleitun- gen zu dem in gleicher Weise am zweiten Außenschenkel angebrachten zweiten Flachbandkabel . Dabei sind die Hilfsprimärwicklungen 15 und 16 sowie die Hilfssekundärwicklungen 17 und

18 in Serie geschaltet . Der Wicklungssinn ergibt wiederum einen Sperrwandler .

Die Verschaltung der Adern auf der Leiterplatte 33 erfolgt durch Leiterbahnen, die über Flachbandkabelstecker 34 mit den Adern der Fachbandkabel kontaktiert sind. Es handelt sich bei der beispielhaften Darstellung um vier 4pol-Stecker (z . B . IDT Buchsen, Fa . Molex) .