DE10002650A1 - Circuit arrangement for reducing effective output of stabilized d.c. supply using controlled discharge of series capacitor - Google Patents

Circuit arrangement for reducing effective output of stabilized d.c. supply using controlled discharge of series capacitor

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Abstract

A voltage source (V2) is connected though a series capacitor (C2) and a blocking diode (D5) to an output voltage terminal (U1). On the anode side of the diode a current measuring circuit of Zener diodes (D9,D10) and shunt resistor (R5) is formed. If the voltage across this circuit rises to a value at which the discharge current measured by the shunt exceeds a threshold value this fires a triac (D2) which short circuits the series capacitor.

Description

Stand der Technik und ProblemstellungState of the art and problem

In der herkömmlichen Schaltungstechnik wird für eine Gleichspannungsversor­ gung aus Platz- und Kostengründen häufig ein komplexer Vorwiderstand (Hoch­ spannungskondensator) verwendet, der Speicherkapazitäten auf die benötigte Niederspannung auflädt. Die Spannung der Speicherkapazitäten wird bei einer stabilisierten Gleichspannungsversorgung begrenzt, da sonst die Niederspannung auf Potential der Versorgungsspannung hoch läuft. Der Stand der Technik ist für die Erzeugung einer positiven Spannung aus den Zeichnungen 1 und 2, für die Erzeugung einer positiven und einer negativen Spannung aus den Zeichnungen 3 und 4 ersichtlich.In conventional circuit technology, a DC voltage supply is used a complex series resistor (high voltage capacitor) used, the storage capacities to the required Low voltage charges. The tension of the storage capacities at one stabilized DC voltage supply limited, otherwise the low voltage runs up to the potential of the supply voltage. The state of the art is for the generation of a positive voltage from the drawings 1 and 2, for which Generation of positive and negative voltage from drawings 3 and 4 can be seen.

Erläuterungen zu Zeichnung 1Explanations to drawing 1 Spannungsbegrenzung vor der GleichrichterdiodeVoltage limitation in front of the rectifier diode

V2 = Netzspannungsquelle
C2 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D5 = Gleichrichterdiode
D9 = Zenerdiode
U1 = positive Ausgangsgleichspannung
C5 = Speicherkapazität für die positive SpannungV2 = mains voltage source
C2 = mains voltage or series capacitor
D5 = rectifier diode
D9 = zener diode
U1 = positive DC output voltage
C5 = storage capacity for the positive voltage

Erläuterungen zu Zeichnung 2Explanations to drawing 2 Spannungsbegrenzung nach der Gleichrichter­ diodeVoltage limitation after the rectifier diode

V1 = Netzspannungsquelle
C1 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D10 = Wiederaufladungsdiode für den Kondensator
D3 = Gleichrichterdiode
D7 = Zenerdiode
U3 = positive Ausgangsgleichspannung
C3 = Speicherkapazität für die positive Spannung V1 = mains voltage source
C1 = mains voltage or series capacitor
D10 = recharge diode for the capacitor
D3 = rectifier diode
D7 = zener diode
U3 = positive output DC voltage
C3 = storage capacity for the positive voltage

Erläuterungen zu Zeichnung 3Explanations to drawing 3 Spannungsbegrenzung vor der GleichrichterdiodeVoltage limitation in front of the rectifier diode

V2 = Netzspannungsquelle
C2 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D5 = Gleichrichterdiode
D9 und D10 = Zenerdiode
U1 = positive Ausgangsgleichspannung
C5 = Speicherkapazität für die positive Spannung
C6 = Speicherkapazität für die negative Spannung
D6 = Gleichrichterdiode
U2 = negative AusgangsgleichspannungV2 = mains voltage source
C2 = mains voltage or series capacitor
D5 = rectifier diode
D9 and D10 = Zener diode
U1 = positive DC output voltage
C5 = storage capacity for the positive voltage
C6 = storage capacity for the negative voltage
D6 = rectifier diode
U2 = negative DC output voltage

Erläuterungen zu Zeichnung 4Explanations to drawing 4 Spannungsbegrenzung nach der Gleichrichter­ diodeVoltage limitation after the rectifier diode

V1 = Netzspannungsquelle
C1 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D3 = Gleichrichterdiode
D7 = Zenerdiode
U3 = positive Ausgangsgleichspannung
C3 = Speicherkapazität für die positive Spannung
C4 = Speicherkapazität für die negative Spannung
D4 = Gleichrichterdiode
D8 = Zenerdiode
U4 = negative AusgangsgleichspannungV1 = mains voltage source
C1 = mains voltage or series capacitor
D3 = rectifier diode
D7 = zener diode
U3 = positive output DC voltage
C3 = storage capacity for the positive voltage
C4 = storage capacity for the negative voltage
D4 = rectifier diode
D8 = zener diode
U4 = negative DC output voltage

Diese Begrenzung wird i. d. R. durch Zenerdioden realisiert, welche den von der nachgeordneten Schaltung nicht benötigten Strom ableiten. Dabei entsteht insbe­ sondere bei größeren Niederspannungen (größer als ca. 10 Volt) und bei nachge­ ordneten Schaltungen mit größeren Lastwechseln erhebliche Wirkleistung in der Zenerdiode. Das ist ein erheblicher Nachteil von Schaltungen gemäß dem Stand der Technik, denn damit wird der Wirkungsgrad der Spannungsversorgung ge­ senkt und die entstehende Wärme hat in den meisten Anwendungen negativen Einfluß auf die umgebende Schaltung. This limitation is i. d. R. realized by Zener diodes, which the of the downstream circuit derive unnecessary current. This creates in particular especially with larger low voltages (greater than approx. 10 volts) and with secondary arranged circuits with larger load changes considerable active power in the Zener diode. This is a significant disadvantage of prior art circuits the technology, because it will increase the efficiency of the power supply lowers and the heat generated has negative effects in most applications Influence on the surrounding circuit.  

Es konnten keine entgegenstehenden Schutzrechte oder Schutzrechtsanmeldun­ gen ermittelt werden.There were no conflicting property rights or property rights applications conditions can be determined.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Schaltungsanordung dient dazu, die Wirkleistung herkömmlicher, stabilisierter Gleichspannungsversorgungen zu reduzieren. Erreicht wird dies dadurch, daß der Ableitstrom, der über die Zenerdiode aus der Speicherkapazität abgeleitet wird, z. B. über einen Widerstand gemessen wird und bei Überschreiten einer wohldefi­ nierten Schwelle der Vorschaltkondensator mittels eines Triacs oder Thyristors gegen Masse kurzgeschlossen wird. Ein kurzgeschlossener Kondensator erzeugt bekanntlich nur Blindleistung (bis auf minimale Dielektrizitätsverluste) und somit keine Wärme.The circuit arrangement serves to stabilize the active power in a conventional manner Reduce DC power supplies. This is achieved in that the Leakage current, which is derived from the storage capacity via the Zener diode, e.g. B. is measured via a resistance and if a well-defined is exceeded nated threshold of the ballast capacitor using a triac or thyristor is short-circuited to ground. A shorted capacitor creates as is well known, only reactive power (apart from minimal dielectric losses) and thus no warmth.

Darin liegt der Nutzen der Erfindung: Bei größeren Niederspannungen und bei nachgeordneten Schaltungen mit größeren Lastwechseln entsteht bekanntlich erhebliche Wirkleistung in der Zenerdiode mit den resultierenden Nachteilen. Das vermeiden die hier beschriebenen Schaltungen.This is the benefit of the invention: With larger low voltages and downstream circuits with larger load changes are known to arise considerable active power in the zener diode with the resulting disadvantages. The avoid the circuits described here.

Mögliche Ausführungen der SchaltungPossible designs of the circuit

Die Zeichnungen 5 bis 8 zeigen mögliche Ausführungen der Schaltung mit Triac's. Alternativ können die Triac's selbstverständlich auch aus diskreten Bauteilen (Transistoren mit Beschaltung) realisiert werden. Eine Schaltung für die Erzeugung einer positiven Spannung ist aus den Zeichnungen 5 und 6, für die Erzeugung ei­ ner positiven und einer negativen Spannung aus den Zeichnungen 7 und 8 er­ sichtlich.The drawings 5 to 8 show possible versions of the circuit with triac's. Alternatively, the Triac's can of course also consist of discrete components (Transistors with wiring) can be realized. A circuit for the generation a positive voltage is from drawings 5 and 6, for generating egg ner positive and negative voltage from the drawings 7 and 8 he visibly.

Erläuterungen zu Zeichnung 5Explanations to drawing 5 Spannungsbegrenzung vor der GleichrichterdiodeVoltage limitation in front of the rectifier diode

V2 = Netzspannungsquelle
C2 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D5 = Gleichrichterdiode
D9/D10 = Zenerdioden
U1 = positive Ausgangsgleichspannung
C5 = Speicherkapazität für die positive Spannung
R2 = Entstör-Element, vorzugsweise Widerstand, ggf. 0 Ohm
R5 = Strommess-Element, vorzugsweise Widerstand
D2 = TriacV2 = mains voltage source
C2 = mains voltage or series capacitor
D5 = rectifier diode
D9 / D10 = Zener diodes
U1 = positive DC output voltage
C5 = storage capacity for the positive voltage
R2 = interference suppression element, preferably resistance, possibly 0 ohm
R5 = current measuring element, preferably resistance
D2 = triac

Erläuterungen zu Zeichnung 6Explanations to drawing 6 Spannungsbegrenzung nach der Gleichrichter­ diodeVoltage limitation after the rectifier diode

V1 = Netzspannungsquelle
C1 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D11 = Wiederaufladungsdiode für den Kondensator
D3 = Gleichrichterdiode
D7 = Zenerdiode
U3 = positive Ausgangsgleichspannung
C3 = Speicherkapazität für die positive Spannung
R1 = Entstör-Element, vorzugsweise Widerstand, ggf. 0 Ohm
R4 = Strommess-Element, vorzugsweise Widerstand
D1 = TriacV1 = mains voltage source
C1 = mains voltage or series capacitor
D11 = recharge diode for the capacitor
D3 = rectifier diode
D7 = zener diode
U3 = positive output DC voltage
C3 = storage capacity for the positive voltage
R1 = interference suppression element, preferably resistance, possibly 0 ohm
R4 = current measuring element, preferably resistance
D1 = triac

Erläuterungen zu Zeichnung 7Explanations to drawing 7 Spannungsbegrenzung vor der GleichrichterdiodeVoltage limitation in front of the rectifier diode

V2 = Netzspannungsquelle
C2 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D5 = Gleichrichterdiode
D9 und D10 = Zenerdiode
U1 = positive Ausgangsgleichspannung
C5 = Speicherkapazität für die positive Spannung
C6 = Speicherkapazität für die negative Spannung
D6 = Gleichrichterdiode
U2 = negative Ausgangsgleichspannung
R2 = Entstör-Element, vorzugsweise Widerstand, ggf. 0 Ohm
R5 = Strommess-Element, vorzugsweise Widerstand
D2 = TriacV2 = mains voltage source
C2 = mains voltage or series capacitor
D5 = rectifier diode
D9 and D10 = Zener diode
U1 = positive DC output voltage
C5 = storage capacity for the positive voltage
C6 = storage capacity for the negative voltage
D6 = rectifier diode
U2 = negative DC output voltage
R2 = interference suppression element, preferably resistance, possibly 0 ohm
R5 = current measuring element, preferably resistance
D2 = triac

Erläuterungen zu Zeichnung 8Explanations to drawing 8 Spannungsbegrenzung nach der Gleichrichter­ diodeVoltage limitation after the rectifier diode

V1 = Netzspannungsquelle
C1 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D3 = Gleichrichterdiode
D7 = Zenerdiode
U3 = positive Ausgangsgleichspannung
C3 = Speicherkapazität für die positive Spannung
C4 = Speicherkapazität für die negative Spannung
D4 = Gleichrichterdiode
D8 = Zenerdiode
U4 = negative Ausgangsgleichspannung
R1 = Entstör-Element, vorzugsweise Widerstand, ggf. 0 Ohm
R3/R4 = Strommess-Element, vorzugsweise Widerstand
D11/D12 = Entkopplungsdioden
D1 = TriacV1 = mains voltage source
C1 = mains voltage or series capacitor
D3 = rectifier diode
D7 = zener diode
U3 = positive output DC voltage
C3 = storage capacity for the positive voltage
C4 = storage capacity for the negative voltage
D4 = rectifier diode
D8 = zener diode
U4 = negative DC output voltage
R1 = interference suppression element, preferably resistance, possibly 0 ohm
R3 / R4 = current measuring element, preferably resistance
D11 / D12 = decoupling diodes
D1 = triac

Die Zeichnungen 5 und 6 sind für die Erzeugung einer positiven Niederspannung auch zutreffend, wenn für die Komponenten D2 in Zeichnung 5 und D1 in Zeich­ nung 6 an Stelle des Triac's jeweils ein Thyristor verwendet wird. Auch der Thyri­ stor kann selbstverständlich aus diskreten Bauteilen (Transistoren mit Beschal­ tung) realisiert werden.Drawings 5 and 6 are for the generation of positive low voltage also applicable if for components D2 in drawing 5 and D1 in drawing 6 a thyristor is used instead of the triac. Even the thyri stor can of course consist of discrete components (transistors with sound tion) can be realized.

Die Zeichnungen 9 und 10 zeigen mögliche Ausführungen der Schaltung mit Thy­ ristoren für die Erzeugung einer positiven und einer negativen Niederspannung. Alternativ können die Thyristoren selbstverständlich auch aus diskreten Bauteilen (Transistoren mit Beschaltung) realisiert werden.The drawings 9 and 10 show possible designs of the circuit with Thy Ristors for the generation of positive and negative low voltage. Alternatively, the thyristors can of course also consist of discrete components (Transistors with wiring) can be realized.

Erläuterungen zu Zeichnung 9Explanations to drawing 9 Spannungsbegrenzung vor der GleichrichterdiodeVoltage limitation in front of the rectifier diode

V2 = Netzspannungsquelle
C2 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D5 = Gleichrichterdiode
D9 und D10 = Zenerdiode
U1 = positive Ausgangsgleichspannung
C5 = Speicherkapazität für die positive Spannung
C6 = Speicherkapazität für die negative Spannung
D6 = Gleichrichterdiode
U2 = negative Ausgangsgleichspannung
R2/R6 = Entstör-Element, vorzugsweise Widerstand, ggf. 0 Ohm
R5/R7 = Strommess-Element, vorzugsweise Widerstand
D2/D13 = ThyristorV2 = mains voltage source
C2 = mains voltage or series capacitor
D5 = rectifier diode
D9 and D10 = Zener diode
U1 = positive DC output voltage
C5 = storage capacity for the positive voltage
C6 = storage capacity for the negative voltage
D6 = rectifier diode
U2 = negative DC output voltage
R2 / R6 = interference suppression element, preferably resistance, possibly 0 ohm
R5 / R7 = current measuring element, preferably resistance
D2 / D13 = thyristor

Erläuterungen zu Zeichnung 10Explanations to drawing 10 Spannungsbegrenzung nach der Gleichrichter­ diodeVoltage limitation after the rectifier diode

V1 = Netzspannungsquelle
C1 = Netzspannungs- bzw. Vorschaltkondensator
D3 = Gleichrichterdiode
D7 = Zenerdiode
U3 = positive Ausgangsgleichspannung
C3 = Speicherkapazität für die positive Spannung
C4 = Speicherkapazität für die negative Spannung
D4 = Gleichrichterdiode
D8 = Zenerdiode
U4 = negative Ausgangsgleichspannung
R1/R9 = Entstör-Element, vorzugsweise Widerstand, ggf. 0 Ohm
R3/R4 = Strommess-Element, vorzugsweise Widerstand
D12/R8 = Abgleichglied, vorzugsweise aus Diode und Widerstand
D1/D14 = ThyristorV1 = mains voltage source
C1 = mains voltage or series capacitor
D3 = rectifier diode
D7 = zener diode
U3 = positive output DC voltage
C3 = storage capacity for the positive voltage
C4 = storage capacity for the negative voltage
D4 = rectifier diode
D8 = zener diode
U4 = negative DC output voltage
R1 / R9 = interference suppression element, preferably resistance, possibly 0 ohm
R3 / R4 = current measuring element, preferably resistance
D12 / R8 = balancing element, preferably made of diode and resistor
D1 / D14 = thyristor

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Reduktion der Wirkleistung in einer stabilisierten Gleichspannungsversorgung mittels eines Vorschaltkondensators zur Erzeugung einer positiven oder einer positiven und einer negativen Niederspannung dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitstrom einer Speicherkapazität gemessen und bei Überschreiten ei­ ner festgelegten Schwelle der Vorschaltkondensator gegen Masse kurzgeschlos­ sen wird.1. Circuit arrangement for reducing the active power in a stabilized DC voltage supply by means of a ballast capacitor for generating a positive or a positive and a negative low voltage, characterized in that the leakage current of a storage capacity is measured and the ballast capacitor is short-circuited to ground when a defined threshold is exceeded. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Triac bzw. eine diskret aufgebaute Schaltung mit derselben Funktionalität verwendet wird, um den Vorschaltkondensator gegen Masse kurzzuschließen.2. Circuit arrangement according to claim 1 characterized, that a triac or a discrete circuit with the same functionality is used to short-circuit the ballast capacitor to ground. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Thyristor bzw. eine diskret aufgebaute Schaltung mit derselben Funktio­ nalität verwendet wird, um den Vorschaltkondensator gegen Masse kurzzuschlie­ ßen.3. Circuit arrangement according to claim 1 characterized, that a thyristor or a discrete circuit with the same functio is used to short-circuit the ballast capacitor to ground eat.
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