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18 Elektronik 05 2020 Power Unter Vernachlässigung der gegenseitigen Beeinflussung von Sekundärund Hilfswicklung gibt Gleichung 1 siehe oben die Spannung an der Hilfswicklung während der Zeitspanne an in der die Freilaufdiode leitend ist Wie man Gleichung 1 entnehmen kann ist es kompliziert die Ausgangsspannung präzise aus der Spannung der Hilfswicklungs zu extrahieren besonders wenn die Abtastung an bestimmten Punkten erfolgt 5 Um die Ausgangsspannung genau zu regeln muss die Spannung beim Nulldurchgang des Sekundärstroms an der Hilfswicklung abgetastet werden nur so wird die Stromabhängigkeit von Gleichung 1 beseitigt PSR-Sperrwandler ohne Hilfswicklung Der PSR-Sperrwandler ermöglicht eine adaptive zyklusweise Erfassung des Spannungsverlaufs am primärseitigen Schaltknoten sodass sich die kritischen Parameter einer Stromversorgung ohne Hilfswicklung präzise regeln lassen Die zum richtigen Zeitpunkt am Schaltknoten erfasste Spannung liefert eine zuverlässige Aussage über die Ausgangsspannung sodass sich diese über den Eingangsspannungs-Lastund Temperaturbereich sehr genau regeln lässt Die PSR-Technik ergibt so einen leistungsfähigeren Regler der sich besser herstellen lässt und wirkungsvoll gegen mögliche Fehlerzustände geschützt ist Das Schaltbild eines PSR-Sperrwandlers ohne Hilfswicklung ist in Bild 2 zu sehen Ein Optokoppler wird ebenso wenig benötigt wie ein TL431-Regler oder eine Hilfswicklung am Übertrager zum Erfassen der Ausgangsspannung Stattdessen wird die Spannung am Schaltknoten erfasst bei der es sich um eine skalierte Version der Ausgangsspannung handelt während der Leistungsschalter sperrt und die Freilaufdiode leitet Mit Techniken zur Signalunterscheidung wird das Abtasten der Schaltknoten-Spannung am Ende der Leitphase der Diode bzw der Entmagnetisierung gewährleistet wenn der Strom in der Sekundärwicklung gegen null zurückgeht Hierdurch werden Spannungsfehler vermieden die in Zusammenhang mit dem Gleichstromwiderstand der Sekundärwicklung der Streuinduktivität und dem dynamischen Widerstand der Diode stehen Gleichung 2 liefert eine Aussage über die Höhe der Schaltknoten-Spannung am Ende der Leitphase der Diode wenn der Sekundärstrom auf null zurückgeht NPS ist das Windungsverhältnis zwischen Primärund Sekundärseite und VD steht für den Spannungsabfall an der Diode bei einem Strom von nahezu null Die Ausgangsspannung lässt sich präzise ermitteln da die Diodenspannung lediglich einen statischen Fehler hervorruft der sich durch eine geeignete Abstimmung leicht eliminieren lässt In Bild 3 sind die relevanten Signalverläufe während des Betriebs dargestellt Die Erfassung erfolgt durch Abtasten und Halten der pegelverschobenen Flyback-Spannung am Knick der Schaltknoten-Spannung dies entspricht der Lage des Nulldurchgangs des Sekundärstroms Wenn iSEC am Ende des Entmagnetisierungs-Intervalls auf null zurückgeht in Bild 3 als Knee Position bezeichnet gerät VSW in eine Resonanz und klingt gemäß Gleichung 3 als gedämpfte Cosinuswelle ab Die Dauer der Resonanzperiode richtet sich nach der Induktivität der Magnetisierung und der effektiven Kapazität am Schaltknoten also nach der Summe aus der parasitären Ausgangskapazität des Schalters der Wicklungskapazität des Übertragers und der reflektierten Kapazität der Diodensperrschicht Diverse Techniken zur Lageberechnung dieses Knicks basieren auf dem Beobachten der Spannung mit einem Hüllkurvendetektor oder der Integration der Wicklungsspannung zum Abschätzen des Nulldurchgangs des magnetischen Flusses im Übertrager und damit des Magnetisierungsstroms Letztendlich wird der abgetastete Wert der pegelverschobenen Schaltknoten-Spannung in einen stetigen analogen Pegel umgewandelt der anschließend dem Fehlerverstärker der Spannungsregelschleife zugeführt Bild 2 Schaltbild eines PSR-Sperrwandlers ohne Hilfswicklung Bild Texas Instruments wird Eine äußere Spannungsregelschleife Gleichung 1 NS und NAUX stehen für die Windungszahl der Sekundärbzw der Hilfswicklung des Übertragers VD ist der Spannungsabfall an der Freilaufdiode bei einem bestimmten Sekundärstrom iSEC RSEC ist der Gleichstromwiderstand DCR der Sekundärwicklung und LLK sec ist die Streuinduktivität zwischen Sekundärund Hilfswicklung