DE102009032259A1

DE102009032259A1 - Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE102009032259A1
Application number: DE200910032259
Authority: DE
Inventors: Valentin Kort; Dirk Marenski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Schaltnetzteil (1) mit einem Pufferkondensator (5) und mit einer Einschaltstrombegrenzung vorgeschlagen. In dem Strompfad des Pufferkondensators (5) liegt ein erster elektronischer Schalter (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit einem Pufferkondensator und mit einer Einschaltstrombegrenzung.
Bei derartigen Schaltnetzteilen wird in der Regel eine Einschaltstrombegrenzung verwendet, die ohne Einsatz eines aktiven Schalters stark verlustbehaftet ist. Es ist bekannt, zur Verringerung des Einschaltstromstoßes einen ohmschen Widerstand, z. B. einen NTC-Widerstand, zu verwenden. Zu dem Widerstand kann aber auch in bekannter Weise ein Schalter parallel geschaltet werden, um den ohmschen Widerstand nach der Einschaltphase zu überbrücken. Allerdings ist diese Variante nachteilig, weil der aktive Schalter den gesamten Eingangsstrom führen muss und der Begrenzungswert stark von der Eingangsspannung abhängig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil der oben genannten Art vorzuschlagen, das bei hoch wirksamer Einschaltstrombegrenzung möglichst geringe Verluste verursacht.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Schaltnetzteils besteht, wenn gemäß Anspruch 2 das strombegrenzende Bauteil ein ohmscher Widerstand ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Schaltnetzteils besteht, wenn gemäß Anspruch 3 das strombegrenzende Bauteil eine Konstantstromsenke ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 4 bei der Wirkung des ersten elektronischen Schalters als Überbrückungsschalter dem Pufferkondensator ein Leistungsfaktor-Vorregler vorgeschaltet ist, der als Aufwärtswandler mit einer Drosselspule und einer Diode in Reihe zum Pufferkondensator ausgeführt ist, und ein zweiter elektronischer Schalter vorgesehen ist, der zur Taktung des Ladestroms im Pufferkondensator dient.
Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn gemäß Anspruch 5 eine zweite Diode mit ihrem ersten Anschlusspunkt an einen Verbindungspunkt zwischen dem Pufferkondensator und dem ersten elektronischen Schalter angeschlossen ist und wenn die zweite Diode mit ihrem zweiten Anschlusspunkt mit dem netzseitigen Anschlusspunkt der Drosselspule verbunden ist, wobei die zweite Diode derart gepolt ist, dass ein geschlossener Stromkreis aus der Drosselspule, der ersten Diode, dem Pufferkondensator und der zweiten Diode besteht, der einen Nachladestrom aufgrund der in der Drosselspule gespeicherten Energie in den Pufferkondensator ermöglicht.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Schaltnetzteil gemäß Anspruch 6 einen Abwärtswandler aufweist, der eine Drosselspule, eine erste Diode und einen zweiten elektronischen Schalter umfasst, wobei der Abwärtswandler zur Strom begrenzenden Aufladung des Pufferkondensators dient und der erste elektronische Schalter zur Überbrückung des Abwärtswandlers nach der Aufladung des Pufferkondensators dient.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfinderisches Schaltnetzteil mit einem Schalter als strombegrenzendes Bauteil,
2, 3 ein erfinderisches Schaltnetzteil mit einem Schalter als überbrückendes Bauteil,
4 ein erfinderisches Schaltnetzteil mit einem Abwärtswandler zur Strombegrenzung und
5 ein erfinderisches Schaltnetzteil mit einem Abwärtswandler zur Strombegrenzung.
In 1 ist die Schaltung eines erfinderischen Schaltnetzteils 1 mit einer Einschaltstrombegrenzung dargestellt. Es umfasst eine einseitig mit einem Massepunkt M verbundene Gleichrichterbrücke 2 mit vier Dioden D1, D2, D3 und D4, eine sich der Gleichrichterbrücke 2 auf Gleichspannungspotenzial anschließende Reihenschaltung aus einer Drosselspule 3 und einer ersten Diode 4, einen Pufferkondensator 5, zu dem ein erster elektronischer Schalter 6 in Reihe geschaltet ist und einen Gleichstromwandler 7, der parallel zur Reihenschaltung aus dem Pufferkondensator 5 und dem ersten elektronischen Schalter 6 liegt. Ein zweiter elektronischer Schalter 8 ist zwischen einem zwischen der Drosselspule 3 und der ersten Diode 4 liegenden Verbindungspunkt 9 und dem Massepunkt M geschaltet. Der erste 6 und der zweite elektronische Schalter 8 sind hier als MOSFET ausgeführt.
In dieser Schaltung ist dem Pufferkondensator 5 ein Leistungsfaktor-Vorregler vorgeschaltet, der als Aufwärtswandler ausgeführt ist. Der Strompfad mit der geringsten Strombelastung ist der durch den Pufferkondensator 5, durch den der Differenzstrom zwischen dem Eingangsstrom und dem Strom durch den Gleichstromwandler 7 fließt. Bei Schaltnetzteilen dieser Art ist der Differenzstrom deutlich geringer als der Eingangstrom. Dieses Verhältnis wird bei kleinen Eingangsspannungen sogar noch größer.
Die eingangsseitig an die Netzspannung geschaltete Gleichrichterbrücke 2 erzeugt eine pulsierende Gleichspannung. Zur Glättung des hieraus folgenden Gleichstroms dient die Drosselspule 3. Der Pufferkondensator 5 wirkt bei der Anschaltung des Schaltnetzteils 1 an die Netzspannung zunächst als Kurzschluss, so dass sich ein hoher Einschaltstromstoß ergibt. Eine Taktung durch den zweiten elektronischen Schalter 8 bewirkt eine entsprechend getaktete, kurzschlussartige Aufladung des Pufferkondensators 5. Der zusätzliche erste elektronische Schalter 6 im Pfad des Pufferkondensators 5 wirkt, wenn er durchgesteuert wird, als strombegrenzende Komponente. Er lädt den Pufferkondensator 5 im Linearbetrieb und liegt vorteilhafterweise auf dem Massepunkt M, was seine Ansteuerung erleichtert. Im Anschluss an die Einschaltphase, in der der Einschaltstrom fließt und der Pufferkondensator 5 aufgeladen wird, wird der erste elektronische Schalter 6 durchgeschaltet und mit dem Strom im Pufferkondensator 5 belastet.
2 und 3 zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines erfinderischen Schaltnetzteils. Diese unterscheiden sich von dem nach 1 durch ein parallel zum ersten elektronischen Schalter 6 geschaltetes strombegrenzendes Bauteil 10, das wie in 2 dargestellt ein ohmscher Widerstand oder gemäß 3 eine Konstantstromsenke sein kann.
Wird der Pufferkondensator 5 mit der Konstantstromsenke geladen, wird vorteilhafterweise der Einschaltstromstoß unabhängig von der Netzspannung begrenzt. Dieser kann dann entsprechend nah am maximalen Nennstrom liegen. Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist, dass der Einschaltstromstoß zeitlich verzögert werden kann und nicht sofort nach dem Zuschalten der Netzspannung erfolgen muss.
Während der Einschaltphase ist der erste elektronische Schalter 6 offen, so dass das Bauteil 10 den Strom begrenzt. Danach wird das strombegrenzende Bauteil 10 durch den ersten elektronischen Schalter 6 überbrückt.
Ein weiteres sehr vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt 4, bei dem wie schon zuvor ein Leistungsfaktor-Vorregler verwendet wird, der als Aufwärtswandler ausgeführt ist. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist hier eine zweite Diode 11 mit ihrem ersten Anschlusspunkt an einen Verbindungspunkt 12 zwischen dem Pufferkondensator 5 und dem ersten elektronischen Schalter 6 angeschlossen. Mit ihrem zweiten Anschlusspunkt ist die zweite Diode 11 mit dem netzseitigen Anschlusspunkt 13 der Drosselspule 3 verbunden. Die zweite Diode 11 ist derart gepolt, dass ein geschlossener Stromkreis aus der Drosselspule 3, der ersten Diode 4, dem Pufferkondensator 5 und der zweiten Diode 11 besteht, der einen Nachladestrom aufgrund der in der Drosselspule 3 gespeicherten Energie in den Pufferkondensator 5 ermöglicht. Der erste elektronische Schalter 6 überbrückt den Abwärtswandler nach der Aufladung des Pufferkondensators 5.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfinderischen Schaltnetzteils 1, bei dem zur strombegrenzenden Aufladung des Pufferkondensators 5 ein Abwärtswandler vorgesehen ist. Auch bei dieser Ausführungsform liegt in dem Strompfad des Pufferkondensators 5 ein erster elektronischer Schalter 6, der zur Durchleitung des Stroms im Pufferkondensator 5 nach der Einschaltphase dient. Der Abwärtswandler umfasst eine Drosselspule 3, eine erste Diode 11 und einen zweiten elektronischen Schalter 8. Das Steuerverfahren des zweiten elektronischen Schalters 8 wird so gewählt, dass der gewünschte Einschaltstrom nicht überschritten wird. Der erste elektronische Schalter 6 überbrückt den Abwärtswandler nach der Aufladung des Pufferkondensators 5.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Abwärtswandler nur im Einschaltmoment zur Aufladung verwendet wird und nicht im Normalbetrieb Strom führt.
Außerdem werden die Verluste nur durch parasitäre Eigenschaften erzeugt und sind gering im Verhältnis zu anderen Lösungen, d. h. der Abwärtswandler kann entsprechend klein ausgelegt werden.

Claims

Schaltnetzteil (1) mit einem Pufferkondensator (5) und mit einer Einschaltstrombegrenzung, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strompfad des Pufferkondensators (5) ein erster elektronischer Schalter (6) liegt, der als Überbrückungsschalter oder durch getaktetes Ein- und Ausschalten selbst als strombegrenzende Komponente dient, wobei bei der Wirkung als Überbrückungsschalter zum ersten elektronischen Schalter (6) ein strombegrenzendes Bauteil (10) parallel liegt, das den Strom während der Einschaltphase begrenzt, und wobei der erste elektronische Schalter (6) nach der Einschaltphase zur Durchleitung des Stroms im Pufferkondensator (5) dient.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das strombegrenzende Bauteil (10) als ohmscher Widerstand ausgeführt ist.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das strombegrenzende Bauteil (10) als Konstantstromsenke ausgeführt ist.
Schaltnetzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wirkung des ersten elektronischen Schalters (6) als Überbrückungsschalter dem Pufferkondensator (5) ein Leistungsfaktor-Vorregler vorgeschaltet ist, der als Aufwärtswandler mit einer Drosselspule (3) und einer ersten Diode (4) in Reihe zum Pufferkondensator (5) ausgeführt ist, und dass ein zweiter elektronischer Schalter (8) vorgesehen ist, der zur Taktung des Ladestroms im Pufferkondensator (5) dient.
Schaltnetzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Diode (11) mit ihrem ersten Anschlusspunkt an einen Verbindungspunkt (12) zwischen dem Pufferkondensator (5) und dem ersten elektronischen Schalter (6) angeschlossen ist, und dass die zweite Diode (11) mit ihrem zweiten Anschlusspunkt mit dem netzseitigen Anschlusspunkt (13) der Drosselspule (3) verbunden ist, wobei die zweite Diode (11) derart gepolt ist, dass ein geschlossener Stromkreis aus der Drosselspule (3), der ersten Diode (4), dem Pufferkondensator (5) und der zweiten Diode (11) besteht, der einen Nachladestrom aufgrund der in der Drosselspule (3) gespeicherten Energie in den Pufferkondensator (5) ermöglicht.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Abwärtswandler, umfassend eine Drosselspule (3), eine erste Diode (11) und einen zweiten elektronischen Schalter (8), wobei der Abwärtswandler zur strombegrenzenden Aufladung des Pufferkondensators (5) dient und der erste elektronische Schalter (6) zur Überbrückung des Abwärtswandlers nach der Aufladung des Pufferkondensators (5) dient.