DE102006049715A1

DE102006049715A1 - Netzteil für motorische Antriebe

Info

Publication number: DE102006049715A1
Application number: DE200610049715
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Bellingroth
Original assignee: Okin Gesellschaft fur Antriebstechnik mbH
Current assignee: Dewertokin Technology Group Co Ltd Jiaxing Cn
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-05-21

Abstract

Ein Netzteil mit einem motorischen Antrieb mit einem Netzspannungseingang, einem Transformator, einer Gleichrichterschaltung und einem die Betriebsspannung für den motorischen Antrieb als Ausgangsspannung bereitstellenden Ausgangsspannungsausgang ist vorgesehen, dass in einem Gehäuse für ein Steckernetzteil ein Schaltnetzteil angeordnet ist, das mit seinen Netzspannungseingängen mit Kontakten eines Steckers des Steckernetzteiles verbunden ist und das mit seinen Ausgangsspannungsausgängen mittels eines Kabels mit dem motorischen Antrieb verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzteil für einen motorischen Antrieb mit einem Netzspannungseingang, einem Transformator, einer Gleichrichterschaltung, und einem die Betriebsspannung für den motorischen Antrieb als Ausgangsspannung bereit stellenden Ausgangsspannungsausgang.
Im Bereich von Wohn- und Geschäftsräumen werden häufig motorische Antriebe eingesetzt. So ist es beispielsweise bekannt, Sitz- oder Liegemöbel mit motorischen Verstellantrieben zu versehen. Derartige Verstellantriebe werden sowohl im Wohn- als auch im Kranken- und Pflegebereich eingesetzt.
Die Elektromotore, die solchen motorischen Antrieben Einsatz finden, werden mit Gleichspannung im Niederspannungsbereich betrieben. Zur Bereitstellung der erforderlichen Betriebsspannung ist dabei der Einsatz von Transformatoren üblich, die primärseitig mit der Netzwechselspannung und sekundärseitig mit einer Gleichrichterschaltung verbunden sind. Durch die Zusammenschaltung von Transformator und Gleichrichterschaltung wird dann die Betriebsspannung für den Elektromotor bereitgestellt.
Die Transformatoren werden mit der Netzwechselspannung betrieben, deren Frequenz üblicherweise 50 oder 60 Hz beträgt. Infolge des Übertragungsverhaltens der Transformatoren bei dieser Frequenz und infolge des Energiebedarfs der Elektromotoren sind relativ große Transformatoren erforderlich, deren Unterbringung in einem Steckernetzteil nicht möglich ist, da das durch die Last des Transformators hervorgerufene Drehmoment an dem Stecker des Steckernetzteiles ein Herauslösen des Steckers aus der Steckdose bewirken und somit die Funktionssicherheit beeinträchtigen würde. Aus diesem Grunde werden so genannte Bodennetzteile eingesetzt. In einem für die Auflage auf dem Fußboden bestimmten Gehäuse sind dabei der Transformator und meistens auch die Gleichrichterschaltung untergebracht. Der Anschluss an das Wechselspannungsnetz erfolgt dann über ein Kabel, welches einerseits mit dem Bodennetzteil verbunden ist und am anderen Ende mit einem Netzstecker versehen ist, der in eine Steckdose des Wechselspannungsnetzes eingesteckt werden kann.
Aus Sicherheitsgründen ist es nunmehr erforderlich und auch in Vorschriften als Pflicht für den Anbieter von Antrieben geregelt, dass zwischen dem Anschluss an das Wechselspannungsnetz eine dem Kabelquerschnitt der Zuleitung angepasste Absicherung vorzunehmen ist. Wird die Absicherung der Steckdose über die normale Sicherung des Wechselspannungsnetzes realisiert, die beispielsweise 16A beträgt, dann wären im Umkehrschluss sehr dicke Kabel als Zuleitung einzusetzen. Aus diesem Grunde werden Steckdosen, an die Geräte mit geringem Leitungsquerschnitt eingesetzt werden sollen, beispielsweise einen Rasierapparat, mit einer separaten Absicherung versehen, wie dies aus Badezimmern insbesondere in Hotelanlagen bekannt ist.
Somit ist an den bekannten Bodennetzteilen entweder eine sehr dicke Anschlussleitung vorzusehen oder es ist eine entsprechende Absicherung der Steckdose zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die Nachteile einer Kabelverbindung zum Anschluss eines Netzteiles für motorische Antriebe an ein Wechselspannungsnetz zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch ein Netzteil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Besonders günstige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
1 eine Darstellung des gesamten erfindungsgemäßen Netzteiles,
2 eine Darstellung der Ansteuerschaltung für den Steuereingang des Pulsweitenmodulators,
3 eine graphische Darstellung der stromabhängigen Leistungsreduzierung und
4 eine Darstellung des Gehäuses eines Steckernetzteiles.
Wie aus 1 ersichtlich, enthält das erfindungsgemäße Netzteil folgende wesentliche Komponenten:
Netzseitige Absicherung
Durch das Konzept des am Gerät integrierten Netzsteckers entfällt die Pflicht des Anwenders für die Kabelverbindung zwischen Netzanschluss und Netzteil eine dem Kabelquerschnitt der Zuleitung angepasste Absicherung vorzunehmen. Die direkt hinter dem Netzeingang des Netzteils befindliche Feinsicherung dient als Geräteabsicherung. Somit kann der Anwender das Netzteil an beliebig abgesicherten Netzen betreiben.
Netzseitiger RFI Filter
Der Netzseitige RFI Filter ist gemäß den Europäischen/Australischen RFI Grenzwerten ausgelegt. Somit kann der Anwender das Netzteil ohne zusätzliche externe Entstörkomponenten weltweit einsetzen.
Switcher Steuerung
Die Switcher (Unterbrecherschalter) Steuerung ist das zentrale Steuerelement (Stellglied) des Netzteils. Die Steuerung erfolgt über eine Pulsweitenmodulation die von mehreren Regelkreisen beeinflusst wird.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Schaltung.
Wie zu erkennen ist allem überlagert der Spannungsregler der Regler der die Ausgangsspannung im Normalbetrieb auf nominal 29V ausregelt. Ist der Ausgangsstrom unter 4A und die Temperatur nicht über einem fix definierten Grenzwert, dann bestimmt dieser das Puls Pausenverhältnis der PWM Steuerung.
Temperatureinfluss:
Wird eine bestimmter Temperaturgrenzwert überschritten (der an das thermische Verhalten des Motors angepasst ist, dann wird der Sollwert für die PWM reduziert. Somit sinkt die Ausgangsspannung auf einen unkritischen Wert.
Stromeinfluss:
Steigt der Laststrom über 4A, dann wird ein P-Regler in der Art ausgesteuert, das dieser die abgegebene Ausgangsleistung bis erreichen der Überstromgrenze konstant zu halten. D.h. Der Einflussbereich auf die Spannung geht nicht auf 0V herab sondern liegt bei etwa 16V.
Überstromabschaltung:
Um eventuell auftretende Überstromspitzen wie z.B. bei Anlauf des Motors abzufangen wird der Laststrom leicht verzögert ausgewertet.
Stromeinfluss und Überstromabschaltung sind auch 3 zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Netzteil zeigt folgende technischen Merkmale:

• Welt Netzspannungsbereich 90... 264VAC 50/60Hz
• Lastunabhängige Ausgangsspannung (Schwankung kleiner 200mV)
• Überlastschutz des Motors durch stromabhängige Leistungsreduzierung
• Geringere Leerlaufströme im Standby Betrieb Bei Netzspannung 100V ± 10%; ≤ 1,5W und bei 240V ± 10%; ≤ 2,5W
• Kurzschlußfest
• Übertemperaturschutz
• Schutz des Ausgangs bei motorischer Last – Schutz gegen Spikes – Schutz bei generatorischen Betrieb des Motors
• Netzseitige Absicherung
• IPx4

Insbesondere für den Einsatz in Antrieben für Sitz- oder Liegemöbel zeigt die Erfindung folgende Vorteile:

• Geringeres Leistungsgewicht im Vergleich zu Standard 50/60Hz Trafos – Durch das geringere Gewicht und die flache Bauweise wird das Drehmoment auf die installationsseitigen Stecker erheblich verringert. Bei der Verwendung von leistungsseitigen 50/60Hz Trafos wäre eine Steckerlösung nicht möglich!
• Durch die interne netzseitige Absicherung und den Wegfall einer Netzteil Zuleitung (Bodentrafolösung) kann auf eine zusätzliche Leitungsabsicherung verzichtet werden.
• Durch die Integration des Netzteils in ein Netzsteckergehäuse besteht keine Gefahr des Stromschlags bei einklemmen des Netzkabels (blanke Stelle).
• Der Motor des Aktuators kann auf Grund der Leistungsreduzierung bei unzulässig hohen Strömen nicht mehr überhitzen.
• Reduzierung der Anlaufstromspitze
• Getriebe schonend
• Schutz vor einer unzulässig langen Betriebszeit durch eine thermische Schutzeinrichtung die bei Dauerlast die Spannung reduziert.
• Geringerer Energieverbrauch bei ausgeschaltetem Antrieb
• Kein durchbrennen des Trafos, da der DC Ausgang kurzschlußfest ist.
• Die Elektronik kann weltweit verwendet werden da sie den Weltspannungsbereich abdeckt (mehr Gleichteile).

1: Gehäuse
2: 29VDC
3: ausgangsseitige Schutzschaltung
4: HF Filterkreis
5: Galvanische Trennung
6: Primärwicklung
7: Sekundärwicklung
8: erste Gleichrichterschaltung
9: zweite Gleichrichterschaltung
10: Switcher
11: RFI Netzfilter
12: netzseitige Absicherung
13: Kontakt
14: Ausgangsspannung
15: Sollspannung
16: Kühlkörper Temperatur
17: Max. zul. Temperatur
18: Laststrom
19: Strombegrenzung (Cut Off)
20: erster Trigger
21: zweiter Trigger
22: PT1-Glied
23: Stromeinflußregler
24: Sammelknoten
25: Pulsweitenmodulation-Steuerung
26: Und-Glied
27: konstanter Spannungsbereich
28: konstanter Leistungsbereich

Claims

Netzteil für einen motorischen Antrieb mit einem Netzspannungseingang, einem Transformator, einer Gleichrichterschaltung, und einem die Betriebsspannung für den motorischen Antrieb als Ausgangsspannung bereit stellenden Ausgangsspannungsausgang dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse für ein Steckernetzteil ein Schaltnetzteil angeordnet ist, das mit seinen Netzspannungseingängen mit Kontakten eines Steckers des Steckernetzteiles verbunden ist und das mit seinen Ausgangsspannungsausgängen mittels eines Kabels mit dem motorischen Antrieb verbunden ist.
Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil ausgangsseitig mit einer eine von dem motorischen Antrieb generierte Spannung eliminierenden Schutzschaltung versehen ist.
Netzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwi schen einem Kontakt des Steckers und einem Netzspannungseingang des Schaltnetzteiles eine Sicherung angeordnet ist.
Netzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung als Schmelzsicherung ausgebildet ist.
Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil eingangsseitig mit einem eine von dem Schaltnetzteil generierte Hochfrequenzspannung eliminierendes RFI-Netzfilter versehen ist.
Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil ausgangsseitig mit einem eine von dem Schaltnetzteil generierte Hochfrequenzspannung eliminierenden HF-Filterkreis versehen ist.
Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung mit ihren Wechselspannungseingängen mit Kontakten des Steckers des Steckernetzteiles verbunden ist, an deren Gleichsspannungsausgängen eine Reihenschaltung aus Primärwicklung des Tranformators und einem Unterbrecherschalter verbunden ist, wobei der Unterbrecherschalter einen Steuereingang aufweist, über den er mittels einer Impulsfolge steuerbar ist, und zwischen der Sekundärwicklung des Transformators und den Ausgangsspannungsausgängen eine zweite Gleichrichterschaltung angeordnet ist.
Netzteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gleichrichterschaltung als Sperrwandler ausgebildet ist.
Netzteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang des Unterbrecherschalters mit einem Pulsweitenmodulator verbunden ist, der einen Ansteuereingang zur Veränderung der Pulsweite aufweist, der mit der Differenz aus Ausgangsspannung und einer Sollspannung beaufschlagbar ist.
Netzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuereingang mit einem Ausgang eines ersten Differenzverstärkers verbunden ist, dessen einer Differenzeingang mit der Ausgangsspannung und dessen anderer Differenzeingang mit einer Referenzspannung beaufschlagt ist.
Netzteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ansteuereingang und dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers ein Summationsknoten angeordnet ist, wobei der Ausgang des ersten Differenzverstärkers mit einem summierenden Eingang des Summationsknotens verbunden ist, dass ein zweiter Differenzverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einem subtrahierenden Eingang des Summationsknotens verbunden ist, dessen einer Differenzeingang mit einer die Temperatur des Motors repräsentierenden Spannung und dessen anderer Differenzeingang mit einer eine maximal zulässige Temperatur des Motors repräsentierende Spannung beaufschlagbar ist.
Netzteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Trigger angeordnet ist, der an seinem Eingang mit einer den Laststrom repräsentierenden Spannung beaufschlagbar ist und dessen Ausgang bei Erreichen eines ersten Schwellwertes der Spannung eine Ausgangsspannung U_A ausgibt und der mit dem Eingang eines Stromeinflussreglers verbunden ist, der an seinem Ausgang eine Differenz aus der den Laststrom repräsentierenden Spannung und dem ersten Schwellwert ausgibt, wenn die Ausgangsspannung U_A anliegt, und dessen Ausgang mit einem subtrahierenden Eingang des Summationsknoten verbunden ist.
Netzteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein PT1-Glied eingangsseitig mit der den Laststrom repräsentierenden Spannung beaufschlagbar ist, dessen Ausgang mit einem zweiten Trigger verbunden ist, dessen Ausgang bei Erreichen eines zweiten Schwellwertes der den Laststrom repräsentierenden Spannung eine Ausgangsspannung U_A ausgibt und dessen Ausgang die Übertragung der Impulsfolge an den Steuereingang des Unterbrecherschalters sperrt.
Netzteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Pulsweitenmodulators über ein UND-Glied mit dem Steuereingang des Unterbrecherschalters verbunden ist, von dem ein negierter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Triggers verbunden ist.