DD294379A5

DD294379A5 - Netzteil mit piezokeramischem koppler zur potentialtrennung

Info

Publication number: DD294379A5
Application number: DD34049190A
Authority: DD
Inventors: Mirko Windisch; Ekkehard Pilz
Original assignee: Technische Hochschule Zittau,De
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1991-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Netzteil vorrangig fuer elektronische Schaltungen mit galvanischer Trennung vom versorgenden Netz. Im Unterschied zu herkoemmlichen Netzteilen mit galvanischer Trennung wird in diesem Netzteil kein Transformator, sondern ein Piezokoppler verwendet. Die Spannungsversorgung des Steuerteils des Netzteiles ist im Unterschied zu einer anderen bekannten Loesung vom Lastzweig getrennt. Der Piezokoppler wird mit Nennspannung betrieben, so dasz ein fuer den Laststrom dimensionierter, entsprechend groszer, die Gesamtzuverlaessigkeit des Systems beeinflussender kapazitiver Vorwiderstand nicht benoetigt wird.{Netzteil; Wirkungsgrad; galvanische Trennung; Informationselektronik; Spannungsversorgung, UEbertrager}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines Netzteile zur Versorgung von vorrangig elektronischen Baugruppen mit kleiner Spannung und bei geringem Energiebedarf aus dem öffentlichen Netz und gleichzeitiger galvanischer Trennung der Baugruppen von diesem. Das Netzteil sollte vorrangig zur Energieversorgung von Schaltungen mit im wesentlichen konstanten Energiebedarf eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Bekannt sind zur Versorgung von elektronischen Schaltungen bei galvanischer Trennung vom Netz Netzteile, die einen Transformator zur Potentialtrennung von Sekundärseite und Primärseite besitzen. Wird der Transformator direkt vom Netz

gespeist, stellt er meist ein sehr großes und in der Herstellung aufwendiges Bauelement dar. Bei einem Schaltnetzteil wird der

Transformator mit einer wesentlich höheren Frequenz gespeist und kann daher bei gleicher zu übertragender Leistung

wesentlich kleiner und auch leichter sein. Dieser Vorteil kann jedoch nur durch höheren schaltungstechnischen Aufwand erreichtwerden.

Mit fortschreitender Entwicklung der Elektronik, insbesondere durch Einführung der CMOs-Techlk, werden die elektronischen Schaltungen kleiner und benötigen immer weniger Energie. Das führt dazu, daß das Netzteil immer mehr Größe und Gewicht elektronischer Geräte bestimmt. Der Transformator besitzt

besonders bei kleinen zu übertragenden Leistungen einen geringen Wirkungsgrad. Außerdem ist zur Fertigung von

Transformatoren gleich welcher Größe und Bauart ein erheblicher technologischer Aufwand notwendig. In der Patentschrift DE 330069 ist eine transformatorlose Stromversorgungssctialtung angegeben, die zur galvanischen Trennung einen Piezokoppler verwendet. Der Piezokoppler wird aufeiner seiner Resonanzfrequenzen erregt, wobei sich die Ansteuerschaltung durch Stromrückkopplung selbsttätig auf die Resonanzfrequenz einstellt. Die für die Ansteuerschaltung

notwendige Versorgungsspannung wird durch einen kapazitiven Vorwiderstand zur Verfügung gestellt. Dieser begrenzt beiakzeptabler Größe des Kondensators den Laststrom und damit die maximal zu übertragende Leistung. Außerdem beeinflußt derzu verwendende Kondensator entscheidend die Zuverlässigkeit des gesamten Systems.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung Ist es, eine Stromversorgungsschaltung für Baugruppen mit geringer Spannung und geringem Leistungsbedarf zu schaffen, die zur galvanischen Trennung von Primär· und Sekundärseite keinen Transformator benötigt. Sie soll, Im Gegensatz zu der Patentschrift DE 330069, keinen den Laststrom begrenzenden und die Zuverlässigkeit des Systems in starkem Maße beeinflussenden kapazitiven Vorwiderstand besitzen.

-2- 294 379 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung zu schaffen, die keinen Transformator enthält und trotzdem die galvanische Trennung von Eingangs- und Ausgangskreis ermöglicht und ebenfalls keinen den Laststrom beeinflussenden Kondensator besitzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur galvanischen Trennung ein piezokeramischer Koppler vorwendet wird, der mindectens ein Eingangselektrodenpaar und mindestens ein Ausgangselektrodenpaar besitzt, wobei die Elektrodenpaare derart gestaltet sind, daß ein Spannungsübersetzungsverhältnis von bedeutend kleiner 1 bis etwa 1 erreicht wird. Dadurch wird erreicht, daß einerseits dio geforderte galvanische Trennung von Primär· und Sekundärkreis gewährleistet ist und andererseits auf der Primärseite mit einem hohen Spannungsniveau gearbeitet werden kann sowie sekundärseitig die geforderte Kleinspannung vorhanden ist, welche noch entsprechend den Erfordernissen gleichgerichtet und geglättet werden muß. Da die Keramik direkt durch die Netzspannung angesteuert wird, kann ein kapazitiver Vorwiderstand entfallen. Um einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen, wird der Piezokoppler mit seiner Resonanzfrequenz durch ein Schaltglied periodisch vom Netz getrennt, wobei eine Induktivität für das Ausschwingen der Piezokeramik sorgt. Zur Frequenzregelung wird entweder ein Spannungssignal an mindestens einer zusätzlichen, auf dem Piezokoppler angebrachten Elektrode oder der Stromfluß am Piezokoppler bzw. der Induktivität ausgewertet. Um große Verluste in der Auswerte- und Ansteuerschaltung zu vermeiden, wird diese mit einer kleinen Spannung betrieben, die Ober einen kapazitiven Vorwiderstand und Graetzbrücke mit nachfolgender Glättung gewonnen werden kann. Dieser Schaltungsteil liegt im Gegensatz zu anderen bekannten Schaltungen nicht im Lastzweig der Schaltung. Der Leistungsbedarf dieses Steuerteils Ist gering, so daß ein kapazitiver Vorwiderstand mit kleiner Kapazität genügt. Damit verringert sich das Volumen des Netzteils. Steuerteil und Lastteil der Schaltung besitzen einen gemeinsamen Massepunkt.

Ausführungsbelsplel

Die Erfindung soll anhand des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Gemäß Figur 1 besteht das Netzteil mit piezokeramischem Koppler zur Potentialtrennung aus einem durch die Bauteile 1,2,5 und 6 gebildeten Leistungsteil, einem mit 3 bezeichneten Steuerteil und der Stromversorgung 4 für diesen Steuerteil. Die Eingangsklemmen 7 und 8 sind mit dem speisenden Netz verbunden. An die Eingangsklemmen des Netzteiles wird mit den Klemmen 11 und 12 die separate Stromversorgung 4 für das Steuerteil 3 angeschlossen. Die separate Stromversorgung 4 besteht zweckmäßigerweise aus kapazitivem Vorwiderstand und Graetzbrücke mit nachgeschaltetem Glättungekondensator, An die Ausgangsklemmen 13 und 14 sind die Klemmen 15 und 16 des Steuerteiles 3 angeschlossen. Die Baugruppe 4 bildet an der Klemme 13 den internen Massepunkt des Netzteiles. Der Lastteil der Schaltung ist einerseits on die Eingangsklemme 7 geschalten, andererseits über den Internen Massepunkt und die separate Stromversorgung 4 zwischen den Klemmen 13 und 12 liegende Ventil an die andere Eingangsklemme 8 angeschlossen, so daß die am Leistungsteil anliegende Spannung gleichgerichtet ist. Zwischen den Klemmen 7 und 13 ist ein Kondensator 5 zur vollständigen oder teilweisen Glättung angeordnet. Parallel zu diesem Kondensator 6 ist der eigentliche Koppler mit dessen Eingangselektroden 21 und 22 parallel zu der Induktivität 6 und beide in Reihe mit dem Schaltglied 2 geschalten, so daß bei öffnen des Schaltgliedes 2 der Koppler 1 und die Induktivität 6 nur noch einseitig mit dem Netz verbunden sind. Der Steuereingang 19 des Schaltgliedes 2 ist an den Ausgang 18 des Steuerteiles 3 angeschlossen. Der Eingang 17 des Steuerteiles 3 ist mit der Rückkopplungselektrode 25 des Piezokopplere 1 verbunden. An den Klemmen 23 und 24 des Piezükopplers 1 steht die transformierte und vom Eingang getrennte Wechselspannung zur Verfügung.

Claims

1. Netzteil mit piezokeramischen Koppler zur Potentialtrennung zum Anschluß an Netzwechselspannimg zur Versorgung eines Kleinspannungsverbrauchers mit geringem Leistungsbedarf, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangselektroden (21) und (22) des zur Spannungstransformation verwendeten Kopplars (1) mit der parallelgeschalteten Induktivität (6) über das Schaltglied (2) direkt an die durch die Kapazität (5) und den zwischen den Klemmen (12) und (13) liegenden Teil der Baugruppe (4) gleichgerichtete und ganz oder teilweise geglättete Netzwechselspannung angeschlossen ist, wobei das Steuerteil (3) die Spannung an mindestens einer Rückkopplungselektrode (25) des Kopplers (1) auswertet, das Schaltglied (2) betätigt und von einer separaten Stromversorgung (4) versorgt wird und die gesamte Schaltung einen gemeinsamen internen Massepunkt besitzt.

2. Netzteil mit piezokeramischem Koppler zur Potentialtrennung nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß parallel zur Induktivität (6) in Reihe zu den Klemmen (21) und (22) des Kopplers (1) eine zusätzliche Induktivität geschalten ist.

3. Netzteil mit piezokeramischem Koppler zur Potentialtrennung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Steuerteil (3) über eine Meßimpedanz den Stromfluß durch die Induktivität (6) oder den Primärteil (21)-(22) des Kopplers (1) zugeführt bekommt.

4. Netzteil mit piezokeramischem Koppler zur Potentialtrennung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Gleichrichten der an der Kapazität (5) anliegenden Spannung ein separates Stromventil verwendet wird; das zwischen Eingangskiemme (7) und den Lastteil der Schaltung (Element 1,2,5,6) geschalten ist.