AT391572B - TRANSFERLED, CLOCKED POWER SUPPLY TO GENERATE A REGULATED DC VOLTAGE - Google Patents
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Description
Nr. 391 572No. 391 572
Die Erfindung betrifft ein übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangsfilter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter und einer Ausgangsspannungsregeleinrichtung, wobei den Eingangs-Klemmen des Gleichrichters eine gefilterte und geglättete Eingangsspannung zugeführt wird.The invention relates to a transformerless, clocked power supply unit for generating a regulated DC voltage, with an input filter, an interference suppression choke, a rectifier and an output voltage control device, the input terminals of the rectifier being supplied with a filtered and smoothed input voltage.
Bisher bekannte Netzgeräte zur Eizeugung einer oder mehrerer Gleichspannungen weisen jeweils einen induktiv arbeitenden Unter- oder Übersetzungsüberträger auf, der im Hinblick auf eine gewünschte Miniaturisierung bestimmter elektrischer Einrichtungen oder Geräte wegen seines Raumbedarfs nachteilig ist. Außerdem kann das mehr oder weniger starke magnetische Streufeld eines solchen Übertragers nachteilig für die Funktion hochempflindlicher elektronischer Schaltungsanordnungen sein.Previously known power supply units for generating one or more DC voltages each have an inductively operating sub- or translation transformer, which is disadvantageous in terms of a desired miniaturization of certain electrical devices or devices because of its space requirement. In addition, the more or less strong magnetic stray field of such a transmitter can be disadvantageous for the function of highly sensitive electronic circuit arrangements.
Wegen ihrer günstigen Eigenschaften (guter Wirkungsfaktor, also wenig Verlustleistung, geringes Gewicht, kleinere Abmessungen, kleinere Kosten usw.) werden heutzutage vorwiegend getaktete Netzteile eingesetzt, wenn Stromversorgungen größerer Leistungen benötigt werden. In diesen wird die Leistungsübertragung vom Primär-zum Sekundär-, also vom Netzspannungs- zum beispielsweise Niederspannungsteil mit Übertragern (bei ca. 20 kHz bis 200 kHz) realisiert. Vorteilhaft bei diesen ist, daß die Übertragung sowohl erdfrei als auch dynamisch nahezu spannungskopplungsfrei stattfindet. Nachteilig sind auch bei solchen Übertragern das zwar heute kleinere, aber doch nicht zu vernachlässigende Gewicht, die Baugröße und die Herstellungskosten.Because of their favorable properties (good efficiency factor, i.e. little power dissipation, low weight, smaller dimensions, lower costs, etc.), mainly switched-mode power supplies are used nowadays when power supplies of higher power are required. In these, the power transmission from the primary to the secondary, that is to say from the mains voltage to, for example, low-voltage part with transformers (at approximately 20 kHz to 200 kHz) is realized. An advantage of these is that the transmission takes place both floating and dynamically almost voltage-free. Disadvantages of such transformers are the smaller, but not negligible, weight, the size and the manufacturing costs.
Aus der ATPS 345 389 (Siemens Albis) ist bereits ein spannungs- oder stromgeregelter Spannungswandler bekannt, bei dem vorgesehen ist, daß der Wandlerschaltung eine gefilterte und geglättete Gleichspanung als Eingangsspannung zugeführt wird. Dieser bekannte Spannungswandler enthält darüber hinaus eine Einrichtung, mittels derer die Wandlerausgangsspannung geregelt werden kann. Das Prinzip dieses bekannten Spannungswandlers beruht auf der Verwendung eines Transformators zur galvanischen Trennung von Eingangsund Ausgangsseite und zur Über- oder Untersetzung der Spannung.A voltage or current regulated voltage converter is already known from ATPS 345 389 (Siemens Albis), in which it is provided that a filtered and smoothed direct voltage is supplied to the converter circuit as an input voltage. This known voltage converter also contains a device by means of which the converter output voltage can be regulated. The principle of this known voltage converter is based on the use of a transformer for the electrical isolation of the input and output side and for increasing or reducing the voltage.
Aus der DDPS 140 950 (VEB Robotron) ist eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsschaltanlage bekannt, die ebenfalls eine Einrichtung aufweist, mittels derer eine Ausgangsspannungsregelung durchgefühlt werden kann.From the DDPS 140 950 (VEB Robotron) a metal-encapsulated gas-insulated high-voltage switchgear is known, which also has a device by means of which an output voltage regulation can be carried out.
Schließlich ist aus der AT PS 337 831 (N. V. Nederlandse Gasunie) der technische Einsatz der Vorgänge "Gleichrichtung", "Hochfrequenzumwandlung", "Übertragung" und "neuerliche Gleichrichtung" bekannt Diese bekannte Einrichtung beruht ebenso wie die zuerst genannte auf der Verwendung zumindest eines Transformators.Finally, from AT PS 337 831 (N.V. Nederlandse Gasunie) the technical use of the processes "rectification", "high-frequency conversion", "transmission" and " renewed rectification " known This known device, like the former, is based on the use of at least one transformer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein getaktetes Netzgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise eine praktisch erdentkoppelte Übertragung elektrischer Leistung von dem Eingang des Netzgerätes zu dessen Gleichspannungausgang ohne Verwendung eines induktiv arbeitenden Übertragers gestattet, wobei die genannten Nachteile beim Stand der Technik vermieden werden sollen.The present invention has for its object to provide a clocked power supply of the type mentioned that allows a simple, earth-decoupled transmission of electrical power from the input of the power supply to its DC voltage output without using an inductively operating transformer, the disadvantages mentioned in the state technology should be avoided.
Erfindungsgemäß soll der derzeit erreichte bzw. in realistischer Abschätzung zu erwartende technologische Fortschritt in der Leistungselektronik auf den Gebieten der Halbleiterschaltelemente und der impulsbelastbaren Kondensatoren genutzt werden, um bekannte Lösungen getakteter Netzgeräte mit induktiver Leistungsübertragung durch Netzgeräte mit kapazitiver Leistungsübertragung zu ersetzen. Sie sollen leichter, einfacher fertigbar und kostengünstiger als bisher bekannte Netzgeräte sein.According to the invention, the technological progress currently achieved or to be expected in a realistic estimate in power electronics in the fields of semiconductor switching elements and pulse-resistant capacitors is to be used to replace known solutions of clocked power supply units with inductive power transmission by power supply units with capacitive power transmission. They should be lighter, easier to manufacture and less expensive than previously known power supplies.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangsfilter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter, wobei den Eingangsklemmen des Gleichrichters eine gefilterte und geglättete Einregeleinrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß an die Ausgangsklemmen des dem an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Eingangsfilter und der Entstörungsdrossel nachgeordneten Gleichrichters ein schaltbarer Hochfrequenz-Wechselrichter angeschlossen ist, der fallweise über einen Regeleingang ein- oder auszuschalten ist, daß dem Hochfrequenz-Wechselrichter eine Entkopplungsstufe nachgeordnet ist, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangsklemmen des Hochfrequenz-Wechselrichters angeschlossen ist und hochfrequenten Srom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem Hochfrequenz-Gleichrichter über Eingangsklemmen des letzteren zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe und die betreffende der Eingangsklemmen des Hochffeqenz-Gleichrichters ein Störspannungsunterdrückungsglied mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schulzleiter des Wechselstromnetzes, gelegt ist und daß an die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgleichrichters eine Überwachungs- und Regelstufe angeschlossen ist, die an Ausgangsklemmen die geregelte Gleichspannung legt und einen Regelausgang aufweist, der über eine Regelleitung mit dem Regeleingang des Hochfrequenz-Wechselrichters verbunden ist.To achieve the above object, a transformerless, clocked power supply for generating a regulated DC voltage, with an input filter, an interference suppression choke, a rectifier, a filtered and smoothed regulating device being proposed to the input terminals of the rectifier, which according to the invention is characterized in that the output terminals of the A switchable high-frequency inverter is connected to the input filter connected to an AC network and the rectifier downstream of the interference suppression, which can be switched on or off occasionally via a control input, so that a decoupling stage is arranged downstream of the high-frequency inverter, each with a longitudinal capacitance to one of two output terminals of the high-frequency inverter is connected and feeds high-frequency current practically earth-decoupled via its output terminals to a high-frequency rectifier via input terminals of the latter , with one of the output terminals of the decoupling stage and the relevant one of the input terminals of the high-frequency rectifier having an interference voltage suppressor connected with its input, the output of which is connected to earth potential, preferably via a school conductor of the AC network, and that monitoring is provided to the output terminals of the high-frequency rectifier - And control stage is connected, which applies the regulated DC voltage to output terminals and has a control output which is connected to the control input of the high-frequency inverter via a control line.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen getakteten Netzgerätes besteht darin, daß es mit geringem Gewicht, mit kleinen Abmessungen und im Vergleich zu herkömmlichen Netzgeräten dieser Art besonders kostengünstig herstellbar ist.The advantage of the clocked power supply unit according to the invention is that it can be manufactured particularly inexpensively with low weight, small dimensions and in comparison to conventional power supply units of this type.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Regelausgang der Überwachungs- und Regelstufe vom Regeleingang des Hochfrequenz-Wechselrichters mittels eines Optokopplers elektrisch entkoppelt istAn advantageous development of the invention is characterized in that the control output of the monitoring and control stage is electrically decoupled from the control input of the high-frequency inverter by means of an optocoupler
Die genannte Weiterbildung bietet den Vorteil, daß durch die optische Entkopplung eine schädliche Beeinflussung des Regeleingangs durch elektromagnetisch wirkende Störsignale aus der Umgebung des Netzgerätes vollständig ausgeschlossen werden kann. -2-The above-mentioned development has the advantage that the optical decoupling can completely exclude any harmful influence on the control input by electromagnetic interference signals from the surroundings of the power supply. -2-
Nr. 391 572No. 391 572
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfiequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe 50 MHz beträgtAnother advantageous development of the invention is characterized in that the working frequency of the high-frequency inverter and thus the transmission frequency of the decoupling stage is 50 MHz
Die Wahl der Arbeitsfrequenz gestattet eine vorteilhafte, an den Verwendungszwek angepaßte Dimensionierung der Übertragungskapazität bei Verwendung eines betreffenden Kondensators, an dessen Impuls- und 5 Spannungsfestigkeit keine extrem hohen Anforderungen zu stellen sind.The choice of the operating frequency permits an advantageous dimensioning of the transmission capacity, adapted to the purpose of use, when using a relevant capacitor, the impulse and voltage resistance of which are not subject to extremely high requirements.
Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe 1 GHz beträgtAdvantageously, it can also be provided according to the invention that the working frequency of the high-frequency inverter and thus the transmission frequency of the decoupling stage is 1 GHz
Die Wahl dieser Arbeitsfrequenz gestattet vorteilhafiterweise die Verwendung eines räumlich sehr kleinen Übertragungskondensators, der kleine Abmessungen des Netzgerätes ermöglicht jedoch eine hohe Impuls- und 10 Spannungsfestigkeit aufweisen muß.The choice of this operating frequency advantageously allows the use of a spatially very small transmission capacitor, but the small dimensions of the power supply must enable it to have a high pulse and voltage resistance.
Schließlich kann die Erfindung vorteilhafterweise dadurch weitergebildet sein, daß der Hochfrequenz-Wechselrichter mittels eines Multivibrators über ein UND-Gatter getaktet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung beeinflußbar ist.Finally, the invention can advantageously be further developed in that the high-frequency inverter is clocked by means of a multivibrator via an AND gate, the gate function of which can be influenced via the control line.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, daß der Multivibrator ständig während des Betriebes des Netzgerätes 15 leistungssparend arbeiten kann und damit bei bedarfsweiser Zuschaltung aufgrund eines Regelsignals stets im eingeschwungenen Zustand läuft.This further development has the advantage that the multivibrator can continuously work in a power-saving manner during the operation of the power supply unit 15 and thus always runs in the steady state when switched on as required due to a control signal.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Erfindung betreffenden Zeichnung im einzelnen beschrieben.The invention is described in detail below with reference to a drawing relating to a preferred exemplary embodiment of the invention.
Gemäß der Zeichnung ist an die Ausgangsklemmen eines einem an ein Wechselstromnetz (Ph, N) 20 angeschlossenen Eingangsfilter (1) und einer Entstörungsdrossel (2) nachgeordneten Gleichrichters (3) ein schaltbarer Hochfrequenz-Wechselrichter (4) angeschlossen, der fallweise über einen Regeleingang (Rge) ein-oder auszuschalten ist. Dem Hochfrequenz-Wechselrichter (4) ist eine Entkopplungsstufe (5) nachgeordnet, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangsklemmen des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) angeschlossen ist und hochfrequenten Strom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem 25 Hochfrequenz-Gleichrichter (6) zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe (5) und die betreffende der Eingangsklemmen des Hochfrequenz-Gleichrichters (6) ein Störspannungsunterdrückungsglied (8) mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schutzleiter (E) des Wechselstromnetzes (Ph, N), gelegt ist. An die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgleichrichters (6) ist eine Überwachungs- und Regelstufe (7) angeschlossen, die an 30 Ausgangsklemmen (+, -) die geregelte Gleichspannung (Ua) legt und einen entsprechenden Gleichstrom (Ia) ausgibt sowie einen Regelausgang (Rga) aufweist, der über eine Regelleitung (Rgl) mit dem Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) verbunden ist.According to the drawing, a switchable high-frequency inverter (4) is connected to the output terminals of a rectifier (3) connected to an input filter (1) and an interference suppression choke (2) connected to an AC network (Ph, N) 20. Rge) is to be switched on or off. The high-frequency inverter (4) is followed by a decoupling stage (5), each of which is connected with a longitudinal capacitance to one of two output terminals of the high-frequency inverter (4) and practically decouples high-frequency current via its output terminals to a 25 high-frequency rectifier (6) feeds, with one of the output terminals of the decoupling stage (5) and the relevant one of the input terminals of the high-frequency rectifier (6) having an interference voltage suppressor (8) connected with its input, which has its output at ground potential, preferably via a protective conductor (E) of the AC network (Ph, N), is placed. A monitoring and control stage (7) is connected to the output terminals of the high-frequency rectifier (6), which applies the regulated DC voltage (Ua) to 30 output terminals (+, -) and outputs a corresponding DC current (Ia) and has a control output (Rga) , which is connected to the control input (Rge) of the high-frequency inverter (4) via a control line (Rgl).
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß der Regelausgang (Rga) der Überwachungs- und Regelstufe (7) vom Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) mittels 35 eines Optokopplers elektrisch entkoppelt ist.An advantageous further development of the present invention provides that the control output (Rga) of the monitoring and control stage (7) is electrically decoupled from the control input (Rge) of the high-frequency inverter (4) by means of an optocoupler.
Die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe (5) beträgt vorteilhafterweise 50 MHz. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe (5) 1 GHz beträgt. 40 Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß der Hochfrequenz-Wechselrichter (4) mittels eines Multivibrators über ein UND-Gatter getaktet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung (Rgl) beeinflußbar ist.The operating frequency of the high-frequency inverter (4) and thus the transmission frequency of the decoupling stage (5) is advantageously 50 MHz. According to an advantageous embodiment, however, it can also be provided that the working frequency of the high-frequency inverter (4) and thus the transmission frequency of the decoupling stage (5) is 1 GHz. 40 A further advantageous development of the present invention provides that the high-frequency inverter (4) is clocked by means of a multivibrator via an AND gate, the gate function of which can be influenced via the control line (Rgl).
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Netzgerätes ist wie folgt:The operation of the power supply according to the invention is as follows:
Zunächst wird die Netzspannung im Eingangsfilter (1) von Netzstöranteilen befreit. Geräteintem erzeugte 45 hochfrequente Einspeisungen in das Nezt werden ebenfalls durch das Eingangsfilter (1) und die Entstörungsdrossel (2) verhindert. Die Netzspannung wird mittels des Gleichrichters (3) in eine Gleichspannung überführt Diese wird durch den Hochfrequenz-Wechselrichter (4) in hochfrequente Impulse umgesetzt Diese Impulse werden mittels der Entkopplungsstufe (5) durch Verwendung der darin enthaltenen Kondensatoren "quasi-erdfrei" gekoppelt an den Hochfrequenz-Gleichrichter (6) übergeben und durch diesen in die geforderte 50 Ausgangsgleichspannung umgesetzt In der Überwachungs- und Regelstufe (7) wird die Ausgangsspannung überwacht und durch Rückkopplung zu dem Hochfrequenzwechselrichter (4) nahezu verlustfrei ausgeregelt. Mit dem Störspannungsunterdrückungsglied (8) werden Netzbrummanteile im Sekundäranteil unterdrückt Hiezu werden die Eingangs- und Ausgangsgruppen mit Hilfe der Entstörungsdrossel (2) "weich" gekoppelt Diese Funktion der Entstörungsdrossel (2) kann zweckmäßigerweise auch im Eingangsfilter (1) enthalten sein. 55 -3- 60First, the mains voltage in the input filter (1) is freed from network interference. 45 high-frequency feeds generated in the device into the Nezt are also prevented by the input filter (1) and the interference suppression choke (2). The mains voltage is converted into a DC voltage by means of the rectifier (3). This is converted into high-frequency pulses by the high-frequency inverter (4). These pulses are " quasi-earth-free " coupled to the high-frequency rectifier (6) and converted into the required 50 output DC voltage in the monitoring and control stage (7), the output voltage is monitored and regulated by feedback to the high-frequency inverter (4) with almost no loss. With the interference voltage suppression element (8), mains hum components are suppressed in the secondary component. For this purpose, the input and output groups are " soft " using the interference suppression choke (2). coupled This function of the interference suppression choke (2) can expediently also be contained in the input filter (1). 55 -3- 60
Claims (5)
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| DE19853533319 DE3533319A1 (en) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | Pulsed power supply unit without a transformer, for producing a regulated DC voltage |
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