AT513990B1 - Primärgetaktetes Schaltnetzteil - Google Patents

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AT513990B1 ATA132/2013A AT1322013A AT513990B1 AT 513990 B1 AT513990 B1 AT 513990B1 AT 1322013 A AT1322013 A AT 1322013A AT 513990 B1 AT513990 B1 AT 513990B1
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Abstract

Bei einem primärgetakteten Schaltnetzteil (1), wobei das Schaltnetzteil (1) einen Transformator (2) mit einer ersten primärseitigen Wicklung (3), einer zweiten primärseitigen Wicklung (4) und einer sekundärseitigen Wicklung (5) aufweist, wobei die erste primärseitige Wicklung (3) mit einem ersten Ende mit einem Ausgang eines Gleichrichters (6) verbunden ist und mit einem zweiten Ende über einen Schalter (7) mit Masse verbunden ist, wobei der Schalter (7) von einer Steueranordnung (8) angesteuert ist, wobei an einem Regeleingang (9) der Steueranordnung (8) eine wenigstens mittelbar aus der zweiten primärseitigen Wicklung (4) erzeugte Regelspannung (UR) anliegt, wird vorgeschlagen, dass das Schaltnetzteil (1) eine, mit dem Ausgang des Gleichrichters (6) verbundene, Schaltungsanordnung (10) zur Veränderung der Regelspannung (UR) um einen einer, am Ausgang des Gleichrichters anliegenden, Eingangspannung (Ui) proportionalen und zeitverzögerten Wert aufweist, und dass die Steueranordnung (8), zu einer Leistungsfaktorkorrektor, den Schalter (7) entsprechend einer Veränderung der Regelspannung UR ansteuert.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein primärgetaktetes Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
[0002] Primärgetaktete Schaltnetzteile sind im Stand der Technik wohl bekannt. Derartige Schaltnetzteile belasten jedoch aufgrund der nichtlinearen Bauteile ein herkömmliches Wechselstromnetz in unzulässiger Weise mit Oberschwingungen. Dabei ist in vielen Ländern gesetzlich vorgeschriebenen, dass sich Verbraucher möglichst wie ohmsche Widerstände verhalten müssen, um zu keinen zusätzlichen Belastungen, etwa eines Neutralleiters in einem Drehstromnetz, zu führen.
[0003] Es sind aktive und passive Maßnahmen bekannt um den sog. Leistungsfaktor eines Schaltnetzteils zu korrigieren. Die bekannten derartigen Maßnahmen sind jedoch mit jeweils unterschiedlichen Nachteilen behaftet. Bekannte aktive Maßnahmen zur Leistungsfaktor arbeiten etwa mit einem Aufwärtswandler und einem großen Kondensator. Diese sind in der Regel voluminös und verursachen zudem selbst Oberschwingungen.
[0004] Die US 2009021968 A1 beschreibt ein Schaltnetzteil gemäß dem Stand der Technik, wobei keine Veränderung der Regelspannung um einen einer Eingangspannung proportionalen und zeitverzögerten Wert vorgesehen ist.
[0005] Die US 2011090718 A1 offenbart ebenfalls ein geregeltes Schaltnetzteil, welches keine Verbindung des Eingangs der ersten primärseitigen Wicklung mit einer Verzögerungsschaltung zur zeitverzögerten Veränderung der Regelspannung um einen zur Eingangspannung proportionalen Wert aufweisen.
[0006] Die US 2011228565 A1 beschreibt ein Schaltnetzteil, welches zwei primärseitige Windungen aufweist, wobei von der zweiten Windung lediglich eine Versorgungsspannung Vcc für den Controller erzeugt wird.
[0007] Die US 7 054 171 B1 offenbart ein weiteres Schaltnetzteil, wobei keine Veränderung der, durch die zweite primärseitige Wicklung erzeugten Regelspannung vorgesehen ist.
[0008] Auch das in der US 2008049459 A1 beschriebene Schaltnetzteil weist keine Schaltungsanordnung zur Veränderung der Regelspannung um einen einer Eingangspannung proportionalen und zeitverzögerten Wert auf.
[0009] Aus der US 2009001954 A1 geht ebenfalls ein Schaltnetzteil hervor, welches keine Beeinflussung der Regelspannung auf Basis der Eingangsspannung zeigt.
[0010] Auch die in der GB 2 490542 beschriebene Schaltungsanordnung zeigt keine Veränderung der Regelspannung auf Basis der Eingangsspannung.
[0011] Aufgabe der Erfindung ist es daher ein primärgetaktetes Schaltnetzteil der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welches mit geringem Bauteilaufwand umsetzbar ist.
[0012] Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
[0013] Dadurch kann ein primärgetaktetes Schaltnetzteil gebildet werden, welches mit einfachen Mitteln für das versorgende Netz einen ohmschen Verbraucher simuliert. Dabei sind weder große Kondensatoren noch separate Aufwärtswandler erforderlich, wodurch an die verwendete Bauteile geringere Anforderungen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit gestellt werden.
[0014] Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
[0015] Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
[0016] Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in wel /5
AT 513 990 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt chen eine lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt:
[0017] Fig. 1 ein primärgetaktetes Schaltnetzteil nach dem Stand der Technik; und [0018] Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines gegenständlichen primärgetakteten Schaltnetzteils.
[0019] Die Fig. 2 zeigt ein primärgetaktetes Schaltnetzteil 1, wobei das Schaltnetzteil 1 einen Transformator 2 mit einer ersten primärseitigen Wicklung 3, einer zweiten primärseitigen Wicklung 4 und einer sekundärseitigen Wicklung 5 aufweist, wobei die erste primärseitige Wicklung 3 mit einem ersten Ende mit einem Ausgang eines Gleichrichters 6 verbunden ist und mit einem zweiten Ende über einen Schalter 7 mit Masse verbunden ist, wobei der Schalter 7 von einer Steueranordnung 8 angesteuert ist, wobei an einem Regeleingang 9 der Steueranordnung 8 eine wenigstens mittelbar aus der zweiten primärseitigen Wicklung 4 erzeugte Regelspannung Ur anliegt, wobei das Schaltnetzteil 1 eine Schaltungsanordnung 10 zur Veränderung der Regelspannung UR um einen einer Eingangspannung U, proportionalen und zeitverzögerten Wert aufweist.
[0020] Dadurch kann ein primärgetaktetes Schaltnetzteil 1 gebildet werden, welches mit einfachen Mitteln für das versorgende Netz einen ohmschen Verbraucher simuliert. Dabei sind weder große Kondensatoren noch separate Aufwärtswandler erforderlich, wodurch an die verwendete Bauteile geringere Anforderungen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit gestellt werden.
[0021] Die gegenständliche Erfindung betrifft Schaltnetzteile 1, welche auch als Schaltregler bezeichnet werden können, und dabei den Bereich der primärgetakteten Schaltnetzteile 1. In weiterer Folge wird lediglich der Begriff Schaltnetzteil 1 verwendet. Ein Schaltnetzteil 1 setzt dabei eine, an einem Eingang 15 des Schaltnetzteils 1 anliegende Netzspannung in eine andere Spannung um, welche an einem Ausgang 16 des Schaltnetzteils 1 anliegt.
[0022] Das Schaltnetzteil 1 weist einen Transformator 2 auf, welcher zwei primärseitige bzw. eingangsseitige Wicklungen, eine erste primärseitige Wicklung 3 und eine zweite primärseitige Wicklung 4 aufweist, sowie eine sekundärseitige Wicklung 5, welche auch als ausgangsseitige Wicklung bezeichnet werden kann. An die sekundärseitige Wicklung 5 ist die Diode D2 sowie der Kondensator C3 angeschlossen.
[0023] Am netzseitigen Eingang 15 des Schaltnetzteils 1 ist ein Gleichrichter 6 angeordnet, welcher bevorzugt als Brückengleichrichter ausgebildet ist, wobei jedoch auch andere Vollwellengleichrichter vorgesehen sein können, etwa auch aktive Gleichrichterschaltungen. Die am Ausgang des Gleichrichters 6 anliegende Spannung wird als Eingangsspannung U, bezeichnet. Der Gleichrichter 6 ist vorzugsweise Teil des Schaltnetzteils 1.
[0024] Die erste primärseitige Wicklung 3 ist mit einem ersten Ende mit dem Ausgang des Gleichrichters 6 verbunden und mit einem zweiten Ende mit einem Schalter 7, welcher in der Regel als Halbleiterschalter ausgebildet ist. Der Schalter 7 ist weiters mit Masse verbunden.
[0025] Der Schalter 7 ist bzw. wird - in an sich bekannterWeise - von einer Steueranordnung 8 angesteuert bzw. betätigt. Die Steueranordnung 8 kann etwa als digitale Schaltung, ASIC bzw. als Mikrocomputer ausgebildet sein. Die Steueranordnung wird über die zweite primärseitige Wicklung 4 mit Versorgungsspannung versorgt. Weiters weist die Steueranordnung 8 einen Regeleingang 9 auf, an welchem eine wenigstens mittelbar aus der zweiten primärseitigen Wicklung 4 erzeugte Regelspannung UR anliegt. Selbstverständlich liegt die entsprechende Regelspannung UR nur an, wenn das Schaltnetzteil 1 eingangsseitig mit einer entsprechenden Netzspannung beaufschlagt ist.
[0026] Gemäß der dargestellten Ausführungsform eines Schaltnetzteils 1 ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regelspannung UR durch einen, mit einem Ende der zweiten primärseitigen Wicklung 4 verbundenen Spannungsteiler 12 gebildet wird. Der Spannungsteiler ist dabei aus den beiden Widerständen Rt und R2 gebildet. Zudem ist - wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt eine Diode Dt und ein Kondensator CL in der betreffenden leitenden Verbindung vorgesehen.
2/5
AT 513 990 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt [0027] Die Steueranordnung 8 weist weiters einen Referenzeingang 14 auf, welcher schaltungstechnisch mit dem Ausgang des Gleichrichters 6 verbunden ist, und an dem daher im bestromten Zustand des Schaltnetzteils 1 die Eingangsspannung U, anliegt. Da sich das Schaltnetzteil 1 so weit als möglich wie eine rein ohmsche Last verhalten soll, ist es erforderlich den Verlauf der tatsächlich anliegenden Eingangsspannung U, zu kennen, welche an dem Referenzeingang 14 anliegt.
[0028] Es ist vorgesehen, dass das Schaltnetzteil 1 eine Schaltungsanordnung 10 zur Veränderung der Regelspannung UR um einen, zur Eingangspannung U, bzw. einem Verlauf der Eingangspannung LI, proportionalen und zeitverzögerten Wert aufweist. Durch die Veränderung der Regelspannung UR kann die Steueranordnung 8 in deren Ansteuerung des Schalters 7 entsprechend beeinflusst werden, und dadurch eine Leistungsfaktorkorrektor erreicht werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung 10 zur Reduktion der Regelspannung UR ausgebildet ist.
[0029] Bei der Ansteuerung des Schalters 7 sowie bei der Veränderung der Regelspannung UR ist jeweils darauf zu achten, dass die Schwankungen der Netzspannung, welche aufgrund des sinusförmigen Verlaufs derselben, nicht ausgeregelt werden. Es hat sich gezeigt, dass die Spannung UB an der zweiten primärseitigen Wicklung, aus welcher die Regelspannung UR erzeugt wird, nicht exakt der Ausgangsspannung Ua folgt. Durch die vorgeschlagene Veränderung der Regelspannung UR kann der ansonsten beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 gegebene Fehler korrigiert werden. Dabei erfolgt die entsprechende Korrektur rein an der Primärseite des Schaltnetzteils 1, wobei keine über alles Gegenkopplung erforderlich ist.
[0030] Wie dargelegt ist es vorgesehen, die Regelspannung UR um einen einer Eingangspannung Ui proportionalen Wert bzw. eine entsprechend proportionale Spannung zu verändern, insbesondere zu reduzieren, wobei weiters vorgesehen ist, dass diese Spannung bzw. dieser Wert weiters zeitverzögert ist. Das jeweilige Maß bzw. die Größe der Spannung sowie das Maß bzw. die Größe der Zeitverzögerung sind dabei jeweils von vorgesehenen Anwendungsfall abhängig, und sind unter der Vorgabe eines ohmschen Verhaltens des Schaltnetzteils vom Fachmann einfach, etwa unter Verwendung eines Simulationsprogrammes wie SPICE oder eines Testaufbaus zu eruieren.
[0031] Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung 10 mit dem Ausgang des Gleichrichters 6 verbunden ist. Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung 10 ein Verzögerungsglied 11 aufweist, zur vorgebbaren Verzögerung eines Verlaufs der Eingangsspannung U, .Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist dabei das Verzögerungsglied 11 an den Ausgang des Gleichrichters 6 angeschlossen, wodurch die Eingangspannung U, an dem Verzögerungsglied 11 anliegt.
[0032] Gemäß der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verzögerungsglied 11 als passives RC-Glied, umfassend den Widerstand R3 und den Kondensator C2, ausgebildet ist, wodurch ein einfacher und kostengünstiger Aufbau gegeben ist. Dabei können weitere Bauteile etwa zu einer Temperaturkompensation vorgesehen sein, bzw. auch ein aktiver Aufbau des Verzögerungsglieds 11.
[0033] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung 10 einen Stromspiegel 13 aufweist, welcher eingasseitig an das Verzögerungsglied 11 und ausgangsseitig an den Regeleingang 9 der Steueranordnung 8 angeschlossen ist. Durch den Stromspiegel wir die vom Verzögerungsglied 11 zeitverzögerte Eingangspannung U, invertiert werden, und derart von der Regelspannung UR abgezogen werden.
[0034] Der Stromspiegel 13 ist dabei bevorzugt umfassend die beiden bipolaren Transistoren L und T2 sowie die beiden Widerstände R4 und R5 als Standardschaltung aufgebaut.

Claims (7)

1. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1), wobei das Schaltnetzteil (1) einen Transformator (2) mit einer ersten primärseitigen Wicklung (3), einer zweiten primärseitigen Wicklung (4) und einer sekundärseitigen Wicklung (5) aufweist, wobei die erste primärseitige Wicklung (3) mit einem ersten Ende mit einem Ausgang eines Gleichrichters (6) verbunden ist und mit einem zweiten Ende über einen Schalter (7) mit Masse verbunden ist, wobei der Schalter (7) von einer Steueranordnung (8) angesteuert ist, wobei an einem Regeleingang (9) der Steueranordnung (8) eine wenigstens mittelbar aus der zweiten primärseitigen Wicklung (4) erzeugte Regelspannung (UR) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (1) eine, mit dem Ausgang des Gleichrichters (6) verbundene, Schaltungsanordnung (10) zur Veränderung der Regelspannung (UR) um einen einer, am Ausgang des Gleichrichters (6) anliegenden, Eingangspannung (U,) proportionalen und zeitverzögerten Wert aufweist, und dass die Steueranordnung (8), zu einer Leistungsfaktorkorrektor, den Schalter (7) entsprechend einer Veränderung der Regelspannung UR ansteuert.
2. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) zur Reduktion der Regelspannung (UR) ausgebildet ist.
3. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) mit dem Ausgang des Gleichrichters (6) vor der ersten primärseitigen Wicklung (3) verbunden ist.
4. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) ein Verzögerungsglied (11) aufweist, zur vorgebbaren Verzögerung eines Verlaufs einer Eingangsspannung (LI,).
5. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsglied (11) als passives RC-Glied ausgebildet ist.
6. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelspannung (UR) durch einen, mit einem Ende der zweiten primärseitigen Wicklung (4) verbundenen Spannungsteiler (12) gebildet wird.
7. Primärgetaktetes Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) einen Stromspiegel (13) aufweist, welcher eingasseitig an das Verzögerungsglied (11) und ausgangsseitig an den Regeleingang (9) der Steueranordnung (8) angeschlossen ist.
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