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Die Erfindung betrifft ein Netzgerät mit einer gegenüber der Netzwechselspannung reduzierten Ausgangsgleichspannung, insbesondere zur Stromversorgung elektronischer Geräte, das mehrere Kondensatoren enthält, die mittels einer Steuerschaltung mit der Frequenz der Netzwechselspannung zur abwechselnden Umladung abwechselnd entweder in einen gemeinsamen Serienstromkreis oder in zueinander parallele Stromkreise geschaltet werden.
Zur Hilfsspannungserzeugung in netzspannungsversorgten Geräten werden üblicherweise Transformatoren oder Vorwiderstände verwendet. Transformatoren sind relativ teuer und haben einen grossen Platzbedarf, der besonders bei kleinen Geräten ins Gewicht fällt. Vorschaltwiderstände ergeben insbesondere bei etwas höherem Strombedarf des von der Hilfsspannung gespeisten Gerätes eine hohe Verlustleistung und damit eine starke Erwärmung. Bei Geräten mit extrem kleinem Strombedarf werden manchmal netzspannungsfeste Kondensatoren verwendet, die aber auch einen grossen Platzbedarf haben.
Im Fall von Gleichstrombedarf für das zu versorgende Gerät bedürfen die nach den erwähnten
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tionsverstärkern oder mit Mikroprozessoren. In solchen Geräten ist normalerweise ein einheitliches Bezugspotential (Masse) für alle Bauteile erforderlich. Wenn jedoch die die elektronischen Bauteile mit gleichgerichteter Hilfsspannung versorgende Schaltung eine Vollweggleichrichterschaltung ist, dann ist zwischen dem Grundpotential des Wechselstrom-Einganges und dem Grundpotential des Gleichstrom-Ausganges stets eine Potentialdifferenz, die vom Spannungsabfall an einem der Gleichrichter stammt.
In Geräten, die ein einheitliches Bezugspotential für alle Bauteile benötigen, ist daher die bekannte Vollweggleichrichterschaltung nicht brauchbar und es wird im allgemeinen eine Einweggleichrichtung vorgezogen, obwohl diese gegenüber der Vollweggleichrichtung nur den halben Strom liefert.
Es ist an sich bekannt, Spannungswandlerschaltungen mit mehreren umladbaren Kondensatoren zu versehen, die einerseits zusammen mit zwischengeschalteten Gleichrichtern einem gemeinsamen Serienstrompfad und die anderseits zwischen je zwei weitere Gleichrichter geschaltet sind und mit diesen quer zum Serienstrompfad verlaufende Querstrompfade bilden. Solcherart ausgebildete Spannungswandlerschaltungen werden üblicherweise über die Querstromkreise mit niedriger Spannung angespeist, in denen die Kondensatoren aufgeladen werden. Nach ihrer Aufladung werden die Kondensatoren unter Zuhilfenahme zusätzlicher Schaltmittel in den Serienstrompfad geschaltet, indem sich ihre Ladespannungen addieren, so dass sich bei Entladung aller Kondensatoren über den Serienstromkreis eine entsprechend der Anzahl der Kondensatoren vervielfachte Ausgangsspannung ergibt.
Solche der Spannungsvervielfachung dienende Schaltungen sind beispielsweise in der US-PS Nr. 3, 824, 447 und in der DD-PS Nr. 85806 beschrieben.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Netzgerät zu schaffen, das eine gegenüber der Eingangswechselspannung erniedrigte Ausgangsgleichspannung erzeugt und das unter Vermeidung von Vorschaltimpedanzen mit hohem Platz- und Energieaufwand eine Gleichstromversorgung auch für hohen Strombedarf gewährleistet und überdies ein mit'einer Netzklemme potential gleiches und einheitliches Bezugspotential für alle Bauteile ermöglicht. Gegenüber den genannten bekannten Spannungswandlerschaltungen weist die Erfindung noch den Vorteil des geringsten Bedarfs an aktiven Halbleitern auf.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass zur Gewinnung eines Ausgangsgleichstromes mit einer gegenüber der Spannung des speisenden Netzwechselstromes reduzierten Spannung zwischen den im Serienstromkreis liegenden Kondensatoren Dioden eingeschaltet sind, die für Aufladungen dieser Kondensatoren bewirkende Halbwellen des Netzwechselstromes innerhalb von Aufladephasen in Durchlassrichtung liegen und dass die für die Entladeströme mindestens einiger dieser Kondensatoren vorgesehenen Parallelstromkreise je einen durch eine entweder vom Aufladestrom erzeugte oder von der Eingangsspannung abgenommene Sperrspannung während der Aufladephasen gesperrten und während der zwischen den Aufladephasen liegenden Entladephasen leitenden Transistor sowie je eine zugeordnete Diode enthalten.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind in den Entladestromkreis zusätzliche Widerstände oder Dioden eingeschaltet, deren vom Aufladestrom hervorgerufene Spannungsabfälle
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als Sperrspannung zwischen die Emitter und die Basen der Transistoren eingespeist sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass über jeden der Transistoren ausser dem Entladestrom des zugeordneten Kondensators auch die Entladeströme der in der Reihenfolge ihrer Anordnung im Aufladestromkreis folgenden Kondensatoren geführt sind.
Eine vollständige Auswertung beider Halbwellen des speisenden Netzwechselstromes ermöglicht eine Ausgestaltung der Erfindung bei der, wie an sich durch die US-PS Nr. 3, 699, 426 bekannt, zwei Aufladestromkreise mit einander entgegengesetzten Durchlassrichtungen an einen gemeinsamen
Wechselstrom-Eingang und an einen gemeinsamen Gleichstrom-Ausgang angeschaltet sind. Erfindungs- gemäss sind hier in die Entladestromkreise der in verschiedenen Aufladestromkreisen angeordneten
Kondensatoren je zueinander komplementäre Transistoren eingeschaltet.
Die in die Entladestromkreise eingeschalteten Transistoren sind auch von einer von der
Eingangsspannung abgenommenen Sperrspannung steuerbar, wenn deren Basen gemäss einem weiteren
Merkmal der Erfindung über zugeordnete Widerstände und Dioden an den Wechselstrom-Eingang angeschlossen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt die Grundschaltung in einfachster Form, während in Fig. 2 eine Variante dargestellt ist. Während diese Ausführungen nur Halbwellen des speisenden Wechselstromes einer Polarität auswerten, ist die in Fig. 3 gezeigte Ausführung zur Auswertung von Halbwellen beider Polaritäten geeignet.
Fig. 4 zeigt die Grundschaltung in einer Form, bei der die Transistoren in Abhängigkeit von der Eingangsspannung gesteuert sind.
Alle gezeigten Ausführungen des erfindungsgemässen Netzgerätes sind vierstufig aufgebaut, d. h. mit je vier Kondensatoren--CO, Cl, C2 und C3-- versehen, die periodisch während der Dauer einer Halbwelle der speisenden Netzwechselspannung aufgeladen werden und sich während der Dauer der nächsten (negativen) Halbwelle über den Ausgangs-Gleichstromkreis entladen, wie dies im folgenden an Hand der Fig. 1 erläutert ist :
Eine am Netzwechselstrom-Eingang --E-- einströmende positive Halbwelle durchfliesst nebst einer Vorschaltdiode --VD--, weitere Dioden --DA3, DA2 und DAI-- sowie Widerstände --RS3, RS2 und RS1-- und lädt die vier Kondensatoren --C3, C2, Cl und CO-in Serie auf.
Es tritt somit an diesen Kondensatoren eine Spannungsteilung auf, derart, dass an jedem etwa ein Viertel der Eingangswechselspannung während der nächsten (negativen) Halbwelle bestehen bleibt.
Den Kondensatoren --C3, C2 und Cl-sind der Reihe nach Transistoren --T3, T2 und Tl-zugeordnet, die während der Aufladephase gesperrt sind, da zwischen deren Basen und Emitter je einer von den in dem Aufladestromkreis liegenden Widerständen --RS3, RS2, RS1geschaltet ist und dort je ein Sperrpotential anlegt. Zur Steuerung der Basen der Transisto- ren --T3, T2, T1-- sind diese über weitere Widerstände --R3, R2, R1-- mit den Kollektoren und zugleich auch mit dem Potential des Gleichstrom-Ausganges --A-- verbunden.
Nach Beendigung des durch die positive Halbwelle hervorgerufenen Aufladestromes öffnen die Transistoren--T3, T2 und Tel--zufolge des Verschwindens der Sperrpotentiale ihre Emitter-Kolletor-Strecken und legen dadurch die zugeordneten Kondensatoren --C3, C2 und C1-- zueinander parallel zum Kondensator--CO--und damit auch an den Gleichstrom-Ausgang --A-- des Netzgerätes. Hiebei verläuft beispielsweise der Entladestromkreis des Kondensators --C1-- über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors --T1--, den Ausgang --A--, die am Netzgerät liegende Last zur Erde und von dort über eine zugeordnete Diode --DE1-- zurück zum Kondensator --C1--.
In analoger Weise verlaufen auch die Entladestromkreise der Kondensatoren --C2 und C3-- über zugeordnete Dioden--DE2 bzw. DE3--, während der Kondensator-CO--sich direkt über die Last entlädt.
Nach Beendigung der negativen Halbwelle wiederholt sich der bereits beschriebene Aufladevorgang. Aus Fig. 1 ist unmittelbar zu ersehen, dass sowohl die Eingangswechselspannung als auch die Ausgangsgleichspannung gleiches Bezugspotential aufweisen, da die zugehörigen Anschlussklemmen direkt miteinander verbunden sind.
In dem Aufladestromkreis liegen zwischen den einzelnen Kondensatoren --C3, C2, Cl und CO-- weitere, für den Aufladestrom in Durchlassrichtung geschaltete Dioden --DA3, DA2 bzw. DA1-,
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die in der Entladephase gesperrt sind und den Zweck haben, die einzelnen Entladestromkreise voneinander galvanisch zu trennen.
Die Schaltung nach Fig. 2 weist hinsichtlich der einzelnen Bauelemente und der Wirkungsweise im wesentlichen keinen Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 auf. Es besteht lediglich der Unterschied in der Schaltung, dass die Entladestromkreise der Kondensatoren --C2 und C3-etwas anders verlaufen als in der Schaltung nach Fig. l, nämlich insoferne, als der Kollektor des Transistors --T3-- mit dem Emitter des Transistors --T2-- und der Kollektor des letzteren mit dem Emitter des Transistors --T1-- verbunden ist. Demnach verläuft der Entladestrom des Kondensators --C2-- nicht nur über den zugeordneten Transistor --T2--, sondern auch über den Transistor --T1--. In analoger Weise fliesst auch der Entladestrom des Kondensators --C3-zusätzlich auch noch über die Transistoren --T2 und T1--.
Die Fig. 2 weist gegenüber Fig. 1 noch die Besonderheit auf, dass an Stelle der die Sperrpotentiale bewirkenden Widerstände --RS3, RS2, RSl-- in Fig. l Dioden --DS3, DS2, DS1-- vorgesehen sind, die den gleichen. Zweck erfüllen.
Während die Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 nur jeweils eine Halbwelle je Wechselstromphase auswerten, ist die in Fig. 3 gezeigte Schaltung zur Auswertung beider Wechselstromhalbwellen geeignet. Diese Schaltung besteht aus zwei Teilschaltungen, von denen die im oberen Teil der Fig. 3 dargestellte im wesentlichen der Schaltung nach Fig. 1 gleicht und zur Auswertung der positiven Halbwellen dient. Zur Auswertung der negativen Halbwellen dient dort der unterhalb der mit einer starken Linie gekennzeichneten Erdleitung gezeichnete Teil der Schaltung, deren Bauelemente in analoger Weise, jedoch mit je einem Apostroph bezeichnet sind. Ein Unterschied gegenüber der ersten Teilschaltung ergibt sich jedoch insoferne, als die für die Entladung
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mentär sind zu den in der ersten Teilschaltung vorgesehenen Transistoren --T3, T2 bzw. T1--.
Das erfindungsgemässe Netzgerät lässt sich aber auch als Gleichstromwandler verwenden, wenn in den Gleichstrom-Eingangskreis ein intermittierend betätigter Schalter, dessen Betätigungsorgan entweder von der Primärstromquelle oder von der vom Ausgang abgenommenen Energie gespeist ist, eingeschaltet ist.
Fig. 4 zeigt die Grundschaltung in einer solchen Ausführung, bei der zum Unterschied zu allen andern Schaltungen die in die Entladestromkreise eingeschalteten Transistoren-Tl, T2 und T3-- nicht in Abhängigkeit vom Aufladestrom, sondern in Abhängigkeit von der Eingangsspannung gesteuert sind. Hiebei sind die Basen der Transistoren-Tl....-über zugeordnete Widerstände-Wl....-und Dioden-Dl....--an den Wechselstrom-Eingang --E-- angeschlossen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Netzgerät mit einer gegenüber der Netzwechselspannung reduzierten Ausgangsgleichspannung, insbesondere zur Stromversorgung elektronischer Geräte, das mehrere Kondensatoren enthält, die mittels einer Steuerschaltung mit der Frequenz der Netzwechselspannung zur abwechselnden Umladung abwechselnd entweder in einen gemeinsamen Serienstromkreis oder in zueinander parallele Stromkreise geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung eines Ausgangsgleichstromes mit einer gegenüber der Spannung des speisenden Netzwechselstromes reduzierten Spannung zwischen den im Serienstromkreis liegenden Kondensatoren (CO, Cl, C2, C3) Dioden (DA1, DA2, DA3) eingeschaltet sind,
die für Aufladungen dieser Kondensatoren bewirkende Halbwellen des Netzwechselstromes innerhalb von Aufladephasen in Durchlassrichtung liegen und dass die für die Entladeströme mindestens einiger dieser Kondensatoren (Cl, C2, C3) vorgesehenen Parallelstromkreise je einen durch eine entweder vom Aufladestrom erzeugte oder von der Eingangsspannung abgenommene Sperrspannung während der Aufladephasen gesperrten und während der zwischen den Aufladephasen liegenden Entladephasen leitenden Transistoren (Tl, T2, T3) sowie je eine zugeordnete Diode (DE1, DE2, DE3) enthalten.
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