Im dritten Teil dieser Artikelserie geht es um die Sekundärseite vom Halbbrücken-Gegentaktwandler Schaltnetzteil. Dies umfasst den Ausgang vom Netzteil (+24 Volt), die Energieversorgung vom PWM-Controller, die Regelung und weitere Schaltungsteile wie zum Beispiel die Softstart-Funktion.

Sekundärseite

Die Sekundärseite besteht aus zwei Doppelwicklungen, welche beide in der Mitte miteinander verbunden sind (Mittelanzapfung). Die Wicklung LS1/LS2 stellt die eigentliche Sekundärwicklung dar, während LS3/LS4 die Energieversorgung für den Regler (PWM-Controller und weitere Bauteile) bereitstellt.

An den äußeren Wicklungen von LS1 und LS2 ist die Doppeldiode DB1 angeschlossen. Vor der Doppeldiode liegt abwechselnd immer auf einer Strecke eine positive Spannung an, welche von der Diode durchgelassen wird. Die Mittelanzapfung bildet den Minuspol. Die Kondensatoren C14, C20 und die Widerstände R14, R15 bilden ein Snubber-Glied, sie dämpfen Transienten (Spannungsspitzen). Für die sekundärseitige Gleichrichtung werden Schottky-Dioden verwendet, da sie geringere Schaltzeiten aufweisen und schneller auf Spannungsänderungen reagieren.

Nach der Gleichrichter-Diode befindet sich eine Speicherdrossel. Die Speicherdrossel trägt zur Glättung bei und speichert magnetisch Energie. Dadurch bleibt der Stromfluss teilweise auch während den Versorgungslücken aufrecht und die nachfolgenden Kondensatoren werden weniger belastet. Man bezeichnet diesen Betrieb als CCM (Continuous Current Mode). Anschließend folgen die Kondensatoren C12, C21 und C22, welche ebenfalls zur Glättung dienen. Vor den Anschlussklemmen des Sekundärausgangs befindet sich noch eine LED mit dem entsprechenden Vorwiderstand R41 und ein Lastwiderstand (R16) mit 150 Ohm.

Die zweite Sekundärwicklung (LS3/LS4) dient zur Versorgung des PWM-Controllers. Hier werden zwei normale Silizium-Dioden zur Gleichrichtung verwendet und der Kondensator C24 dient zur Glättung. Der VCC-Pin vom PWM-Controller (IC1) ist direkt mit dem Pluspol von C24 verbunden.

Der PWM-Controller

Der PWM-Controller misst die Ausgangsspannung von der Sekundärseite und sorgt dafür, dass die Treiberstufe den Hauptübertrager so ansteuert, dass Sekundärseitig immer die eingestellte Ausgangsspannung anliegt. Ändert sich die angeschlossene Last vom Netzteil, so muss der PWM-Controller den Duty-Cycle (Tastgrad) entsprechend anpassen.

Am PWM-Controller ist an Pin 8 (C1) ist der Transistor Q2 und an Pin 11 (C2) der Transistor Q3 angeschlossen. Diese Transistoren werden vom PWM-Controller abwechselnd geschaltet und erzeugen in den Wicklungen LA1, LA2 vom Hilfsübertrager ein Magnetfeld. Auf der anderen Seite des Hilfsübertrages befinden sich die bereits im zweiten Teil beschriebenen Transistoren Q1 und Q4, welche als Treiberstufe für den Hauptübertrager dienen. Dadruch ist eine galvanisch getrennte Steuerung der Primärwicklung möglich. LA1,LA2 werden in der Mitte über den Widerstand R11 mit der Betriebsspannung vom PWM-Controller versorgt. Q2 und Q3 schalten abwechselnd die negative Seite beider Wicklungen. Die Transistoren Q2 und Q3 besitzen jeweils einen Basiswiderstand (R10, R18) zum Pluspol und jeweils einen Basiswiderstand (R12, R15) nach Masse.

Der PWM-Controller misst die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite über einen Spannungsteiler. Die 24 Volt Ausgangsspannung fließen über R32 und R39 zu Pin 1 (1IN+) des PWM-Controllers. Über R40 und VR1 ist der Pin mit der Masse verbunden. VR1 ist ein Potentiometer, wo die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt wird. Bei 24 Volt liegen mit dieser Schaltung etwa 2,5 Volt an Pin 1 vom PWM-Controller an. Hinter Pin 1 befindet sich ein Operationsverstärker (OpAmp) im PWM-Controller, welcher die Spannung mit der Referenz auf Pin 2 vergleicht. Die Referenzspannung wird über den Spannungsteiler R34/R30 erzeugt und beträgt 2,5 Volt. Wird VR1 verändert, so regelt der PWM-Controller entsprechend nach und die Ausgangsspannung wird entsprechend eingestellt.

Eine ähnliche Messung führt der PWM-Controller über den zweiten Operationsverstärker (2IN+, 2IN-) durch, welcher den Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand misst. Der nicht-invertierende Eingang (Pin 16) ist mit der Masse verbunden. Der invertierende Eingang ist über den Spannungsteiler (R35, R21) mit dem Shunt-Widerstand verbunden. Je mehr Strom durch den Shunt-Widerstand fließt, desto mehr Spannung fällt an ihm ab. Die Aufgabe von diesem Schaltungszweig dient als Überlastungsschutz und beeinflusst den Tastgrad deutlich weniger als der erste OpAmp.