Schaltnetzteile - HTL Wien 10

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Sperrwandler Der Sperrwandler (englisch: Flyback-converter) gehört zu den primär getakteten Wandlern, d.h. er besitzt eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang. Sperrwandler werden heute in fast allen netzbetriebenen Elektronikgeräten kleiner bis mittlerer Leistung (wenige Watt bis ca. 500W) eingesetzt, wie z.B. Fernsehgeräte, Personal-Computer, Drucker, etc.. Sperrwandler zeichnen sich durch geringen Bauteilaufwand aus. Sie haben gegenüber fast allen anderen <strong>Schaltnetzteile</strong>n den Vorteil, daß man mehrere, galvanisch getrennte und geregelte Ausgangsspannungen verwirklichen kann. Ue Ce I1 Ust U 1 L1, L2, N1 N2 U CE U2 Abbildung 2.1.1: Sperrwandler Abbildung 2.1.1 zeigt das prinzipielle Schaltbild eines Sperrwandlers. Der Transistor arbeitet als Schalter, der mittels einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und Ust ausgeschaltet wird. Während der Leitendphase des Transistors ist die Primärspannung des Speichertransformators gleich der Eingangsspannung Ue und der Strom I1 steigt linear an. Während dieser Phase wird Energie in den sogenannten Speichertransformator geladen. Die Sekundärwicklung ist in dieser Phase stromlos, weil die Diode sperrt. Wird der Transistor nun gesperrt, so wird unterbrochen und die Spannungen am Transformator polen sich I1 wegen des Induktionsgesetzes um. Die Diode wird nun leitend und die Sekundärwicklung gibt die Energie an den Kondensator weiter. Ca Während der Leitendphase der Transistors ist die Drain-Source-Spannung UDS gleich Null. Während der Sperrphase wird die Ausgangsspannung Ua auf die Primärseite rücktransformiert, sodaß dann die Drain-Source-Spannung theoretisch den Wert UDS = Ue + Ua ⋅ annimmt. Beim Betrieb am 230V/50Hz-Netz entstehen so bei üblicher N1 N2 Dimensionierung des Sperrwandlers ca. 700V. In der Praxis liegt diese Spannung sogar noch höher, weil eine Induktionsspannung infolge der Transformatorstreuinduktivitäten dazukommt. Der Transistor in Sperrwandlern für das 230V-Netz muß daher mindestens eine Sperrspannung von 800V haben. Der Transformator ist kein "normaler" Transformator. Vielmehr hat er die Aufgabe Energie während der Leitendphase des Transistors zu speichern und diese während der Sperrphase an die Sekundärseite abzugeben. Der Transformator ist demnach eine Speicherdrossel mit Primär- und Sekundärwicklung. Er hat deswegen einen Luftspalt. Transformatoren für Sperrwandler heißen daher Speichertransformator. Damit die mit dem Primärstrom eingespeicherte Energie beim Ausschalten des Transistors sekundärseitig wieder abgegeben werden kann, müssen beide Wicklungen sehr gut magnetisch gekoppelt sein. Ca Ua Seite <strong>10</strong>
Ust UDS U 1 I1 I2 t1 T N1 Ue+Ua( ) N2 -Ua N1 N2 Δ I2 Ue Δ I1 Auf die Primärseite umgerechneter Drosselstrom: IL I1 I2 Δ IL t N2 N1 I L = I1+I2 N2 N1 Dimensionierung des Sperrwandlers: Abbildung 2.1.2: Spannungen und Ströme beim Sperrwandler Für die Primärspannung am Speichertransformator muß gelten, daß im stationärem U1 Betrieb ihr Mittelwert gleich Null sein muß (andernfalls würde der Strom auf U1 unermeßlich hohe Werte ansteigen). Daraus folgt: Ue ⋅ t1 = Ua ⋅ und: N1 ⋅ (T − t1) t1 Ua = Ue ⋅ N2 ⋅ N1 T − t1 Man wählt das Übersetzungsverhältnis so, daß im Nennbetrieb die Aufmagnetisierzeit gleich der Abmagnetisierzeit (T − t1) ist. Daraus folgt für das Übersetzungsverhältnis: N1 N2 = Ue Ua Für die notwendigen Sperrspannungen für den Transistor und die Diode folgt daraus: N2 Transistor: UDS = Ue + Ua ⋅ N1 ≈ 2Ue Diode: UR = Ua + Ue ⋅ N2 ≈ 2Ua N1 N2 Î2 t t t t t Seite 11 t1
Seite 1 und 2: Schaltnetzteile von Heinz Schmidt-W
Seite 3 und 4: Ue Ua Ue Ue Ue L C Ua Ua Ua Seite 3
Seite 5 und 6: für den kontinuierlichen Betrieb:
Seite 7 und 8: Aufwärtswandler Der Aufwärtswandl
Seite 9: Invertierender Wandler Der invertie
Seite 13 und 14: Abbildung 2.1.4: Verlauf des Eingan
Seite 15 und 16: Während der Sperrphase des Transis
Seite 17 und 18: Vollbrücken-Gegentaktwandler: Gege
Seite 19 und 20: Resonanzwandler Bei Resonanzwandler
Seite 21 und 22: Für eine bestimmte Ausgangsleistun
Seite 23 und 24: Current-mode-Regelung: L UL IL ID U
Seite 25 und 26: Berechnung der Wickelgüter Als Wic
Seite 27 und 28: Berechnung von Hochfrequenztransfor
Seite 29 und 30: Berechnung des Drahtdurchmessers: D
Seite 31 und 32: Leistungfaktor-Vorregelung Die euro
Seite 33 und 34: Pe = Ue ⋅ Ie 2 = Ua ⋅ Ia = Pa D
Seite 35 und 36: Funkentstörung von Schaltnetzteile
Seite 37 und 38: werden. Ein Tiefpaß, der die Stör
Seite 39: Seite 39 symmetrische Störspannung

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