DE102009034310A1

DE102009034310A1 - Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE102009034310A1
Application number: DE102009034310A
Authority: DE
Inventors: Peter Buchmann
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-02-03
Also published as: US9143045B2; US20110248655A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil (1) zum Versorgen eines Gleichstrommotors (22) mit einer Gleichspannung (UA). Das Schaltnetzteil (1) umfasst eine erste Gleichrichterschaltung (3), die eingerichtet ist, aus einer Wechseleingangsspannung (UE) für das Schaltnetzteil (1) eine erste gleichgerichtete Spannung (U1) zu erzeugen, einen der ersten Gleichrichterschaltung (3) nachgeschalteten Resonanzkonverter (5), der einen Wechselrichter (6), der aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung (UAC1) erzeugt, und einen Transformator (7) mit einer Primärwicklung (7a), an der die Wechselspannung (UAC1) anliegt, und mit einer Sekundärwicklung (7b) umfasst, und eine mit der Sekundärwicklung (7b) des Transformators (7) verbundene zweite Gleichrichterschaltung (8), die eingerichtet ist, aus der an der Sekundärwicklung (7b) des Tranformators (7) anstehenden Wechselspannung (UAC2) eine zweite gleichgerichtete Spannung (U2) zu erzeugen, die an einem Knoten (9) des Schaltnetzteils (1) anliegt und eine Ausgangsspannung (UA) des Schaltnetzteils (1) darstellt oder dieser zugeordnet ist. Das Schaltnetzteil (1) umfasst ferner eine Überwachungsschaltung (14), die eingerichtet ist, den Resonanzkonverter (5) dann abzuschalten, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung (U2) oder die Ausgangsspannung (UA) einen vorbestimmten ersten Schwellenwert (S1) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, insbesondere ein Weitbereichsschaltnetzteil für einen Gleichstrommotor.
Schaltnetzteile umfassen z. B. die Funktionseinheiten Gleichrichter zum Gleichrichten einer Eingangswechselspannung, Siebschaltung für die gleichgerichtete Eingangswechselspannung, eine Schalteinheit mit nachgeschalteter Transformation, eine weitere Gleichrichtung mit Siebschaltung und gegebenenfalls einen Regelmechanismus. Der Regelmechanismus sorgt für eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Schaltnetzteils, indem er z. B. die Impulsbreite des Taktsignals steuert und dadurch die Energieaufnahme mittels Leistungsfaktorkorrektur (PFC) an den Energieverbrauch anpasst. Die Schaltfrequenz kann relativ hoch sein, beispielsweise zwischen 25 kHz und 500 kHz, oder auch höher, wodurch der Transformator, der neben der Transformation auch für eine Potentialtrennung sorgt, relativ klein und leicht ausgeführt sein kann. Die Schaltfunktion selbst wird beispielsweise von Transistoren, insbesondere MOSFETs, oder Thyristoren insbesondere mittels Pulsweitenmodulation realisiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein energiesparenderes Schaltnetzteil anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Schaltnetzteil zum Versorgen eines Gleichstrommotors mit einer Gleichspannung, aufweisend eine erste Gleichrichterschaltung, die eingerichtet ist, aus einer Wechseleingangsspannung für das Schaltnetzteil eine erste gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, einen der ersten Gleichrichterschaltung nachgeschalteten Resonanzkonverter, der einen Wechselrichter, der aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt, und einen Transformator mit einer Primärwicklung, an der die Wechselspannung anliegt, und mit einer Sekundärwicklung umfasst, eine mit der Sekundärwicklung des Transformators verbundene zweite Gleichrichterschaltung, die eingerichtet ist, aus der an der Sekundärwicklung des Transformators anstehenden Wechselspannung eine zweite gleichgerichteten Spannung zu erzeugen, die an einem Knoten des Schaltnetzteils anliegt und eine Ausgangsspannung des Schaltnetzteils darstellt oder dieser zugeordnet ist, und eine Überwachungsschaltung, die eingerichtet ist, den Resonanzkonverter dann abzuschalten, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung oder die Ausgangsspannung einen vorbestimmten ersten Schwellenwert überschreitet.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil umfasst demnach die erste Gleichrichterschaltung, die aus der Eingangswechselspannung, die z. B. im Bereich von 85 V bis 264 V liegt, die erste gleichgerichtete Spannung erzeugt. Der Resonanzkonverter des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils weist den Wechselrichter auf, der aus einer Gleichspannung, z. B. aus der ersten gleichgerichteten Spannung die Wechselspannung erzeugt. Der Wechselrichter basiert insbesondere auf Transistoren oder Thyristoren.
Es ist aber auch möglich, wie dies nach einer Variante des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils vorgesehen ist, dass zwischen der ersten Gleichrichterschalung und dem Wechselrichter des Resonanzkonverters eine aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung geschaltet ist, die aus der ersten gleichgerichteten Spannung eine stabilisierte Gleichspannung erzeugt, aus der der Wechselrichter die Wechselspannung erzeugt. Die aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung erzeugt z. B. eine stabilisierte Gleichspannung von 365 V. Dadurch ist es möglich, dass die Wechseleingangsspannung eine relativ große Schwankungsbreit aufweisen kann, ohne die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils zu gefährden.
Die zweite Gleichrichterschaltung ist mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden. Der Transformator ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen der Ausgangsspannung und der Eingangswechselspannung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils. Die zweite gleichgerichtete Spannung ist bereits die Ausgangsspannung, die z. B. 24 V beträgt, oder ist dieser zugeordnet.
Um die zweite gleichgerichtete Spannung zu Glätten kann das erfindungsgemäße Schaltnetzteil einen mit dem Knoten verbundenen Glättungskondensator aufweisen.
Es ist auch möglich, dass an dem Knoten eine Temperaturüberwachung beispielsweise in Form eines PTC-Widerstandes (PCT = positive temperature coefficient) vorgesehen ist, um gegebenenfalls den Ausgangsstrom des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils zu begrenzen.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil ist insbesondere für einen Gleichstrommotor vorgesehen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher einen elektrischen Antrieb, aufweisend das erfindungsgemäße Schaltnetzteil und einen zumindest indirekt mit dem Knoten des Schaltnetzteils verbundenen Gleichstrommotor. Der Gleichstrommotor kann Bürsten haben, kann aber auch bürstenlos ausgeführt sein.
Um die Drehrichtung des Gleichstrommotors zu ändern, kann der erfindungsgemäße elektrische Antrieb eine zwischen dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil und dem Gleichstrommotor geschaltete Steuerungsschaltung aufweisen, die eingerichtet ist, die Polarität der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils für den Gleichstrommotor umzukehren.
Bei manchen Anwendungen ist der Gleichstrommotor relativ häufig nicht in Betrieb. Dies ist z. B. der Fall bei Linearantriebsvorrichtung, die einen weiteren Aspekt der Erfindung darstellen. Eine solche erfindungsgemäße Linearvorrichtung umfasst beispielsweise den erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb und eine mit der Welle des Gleichstrommotors verbundene Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein von der Welle des Gleichstrommotors erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung umzuwandeln (Linearaktuator).
Um nun Verluste durch einen im Betrieb befindlichen Resonanzkonverter bei Stillstand des Gleichstrommotors zumindest zu verringern, weist das erfindungsgemäße Schaltnetzteil die Überwachungsschaltung auf. Diese ist ausgelegt, die zweite gleichgerichtete Spannung, gegebenenfalls also die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils zu überwachen und den Resonanzkonverter auszuschalten, sollte diese Spannung den ersten Schwellenwert überschreiten. Bei nicht belastetem Schaltnetzteil, was bei einem stillstehenden bzw. unbelasteten Gleichstrommotor der Fall ist, ist die zweite gleichgerichtete Spannung höher als während des Betriebs des Gleichstrommotors. Somit ist es möglich einen unbelasteten Gleichstrommotor durch Überwachen der zweiten gleichgerichteten Spannung zu erkennen, um in einem solchen Fall den Resonanzkonverter auszuschalten. Der erste Schwellenwert, bei dessen Überschreiten der Resonanzkonverter ausgeschaltet wird, ist insbesondere größer als die Betriebspannung des Schaltnetzteils.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils ist dessen Überwachungsschaltung eingerichtet, den Resonanzkonverter nach einer vorgegebenen Zeitdauer wieder einzuschalten. Liegt die zweite gleichgerichtete Spannung dann immer noch oberhalb des ersten Schwellenwertes, dann kann die Überwachungsschaltung den Resonanzkonverter auch wieder ausschalten.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils ist dessen Überwachungsschaltung eingerichtet, den Resonanzkonverter dann wieder einzuschalten, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, der kleiner als der erste Schwellenwert ist.
Die Überwachungsschaltung kann eine Spannungsreferenz aufweisen, die zumindest indirekt mit dem Knoten verbunden ist und somit mittels der zweiten gleichgerichteten elektrischen Spannung versorgt ist.
Die Überwachungsschaltung kann dann den Resonanzkonverter ausschalten, wenn die elektrische Spannung an der Spannungsreferenz einen dem ersten Schwellenwert zugeordneten Schwellenwert überschreitet. Der Referenzanschluss der Spannungsreferenz wird demnach von der zweiten gleichgerichteten Spannung zumindest indirekt versorgt. Im komplett aufgeladenen Zustand ist die Spannung am Referenzanschluss der Spannungsreferenz ein Maßstab für die Größe der zweiten gleichgerichteten Spannung, so dass diese mit dem dem ersten Schwellenwert zugeordneten Schwellenwert verglichen werden kann, um den Resonanzkonverter insbesondere dann abzuschalten, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung den ersten Schwellenwert überschreitet.
Im belasteten Zustand ist der elektrische Strom des Gleichstrommotors groß genug, so dass die Ausgangsspannung, die gegebenenfalls die zweite gleichgerichtete Spannung darstellt oder zumindest dieser zugeordnet ist, unterhalb dem ersten Schwellenwert bleibt und somit der Resonanzkonverter eingeschaltet bleibt.
Die Überwachungsschaltung kann einen zur Spannungsreferenz in Serie geschalteten Widerstand aufweisen, der insbesondere zwischen dem Knoten und der Spannungsreferenz angeordnet ist.
Die Überwachungsschaltung kann einen Spannungsteiler mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand aufweisen, der zumindest indirekt mit dem Knoten verbunden ist und somit mittels der zweiten gleichgerichteten elektrischen Spannung versorgt ist, und die Überwachungsschaltung den Resonanzkonverter ausschaltet, wenn die elektrische Spannung am Spannungsteiler, insbesondere am ersten Widerstand, einen vorbestimmten, dem ersten Schwellenwert zugeordneten dritten Schwellenwert überschreitet. Die elektrische Spannung am Spannungsteiler entspricht der Spannungsreferenz.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil kann einen weiteren Widerstand, der z. B. mittels eines Transistors parallel zum zweiten Widerstand schaltbar ist, aufweisen, wobei der Transistor zumindest indirekt mittels der zweiten gleichgerichteten Spannung steuerbar ist. Somit können in relativ einfacher Weise die beiden Schwellwerte für die Referenzspannung der Spannungsreferenz realisiert werden, bei deren Überschreiten der Resonanzkonverter aus und bei deren Unterschreiten der Resonanzkonverter wieder eingeschaltet wird.
Um eine galvanische Entkopplung zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Transformators auch über die Überwachungsschaltung zu erhalten, weist nach einer Ausführungsform die Überwachungsschaltung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles eine die Spannungsreferenz umfassende erste Teilschaltung und eine mit dem Wechselrichter gekoppelte und von der ersten Teilschaltung galvanisch entkoppelte zweite Teilschaltung auf, welche durch die erste Teilschaltung gesteuert den Resonanzkonverter beim Überschreiten des ersten Schwellwertes ausschaltet. Die galvanische Entkopplung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, indem die Überwachungsschaltung einen Optokoppler umfasst, der die beiden Teilschaltungen der Überwachungsschaltung miteinander verbindet.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils weist dieses eine von einer weiteren Sekundärwicklung des Transformators gespeiste Stromquelle auf, die in den Knoten einen elektrischen Strom insbesondere konstanter Starke einspritzt. Diese Stromquelle begrenzt den Strom aus der weiteren Sekundärwicklung (Hilfswicklung) und gegebenenfalls bei unbelastetem Schaltnetzteil die Spannung am Glättungskondensator über den ersten Schwellenwert zu heben. Ansonsten besteht die Gefahr, dass bei Belastung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils der Strom seinen Strompfad über die gegebenenfalls relativ schwach ausgelegte Hilfswicklung sucht, und diese dadurch zerstört.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil stellt demnach je nach Ausführungsform ein Weitbereichsnetzteil für Gleichstrommotoren und insbesondere für Linearaktuatoren bereit. Ein relativ großer Eingangsspannungsbereich von beispielsweise 85 V bis 264 V wird gegebenenfalls durch die aktive Leistungsfaktorkorrektur ermöglicht. Der Transformator des Resonanzkonverters ermöglicht die galvanische Trennung und Transformation der elektrischen Leistung. Die elektronischen Komponenten sind vorzugsweise für maximale Leistung (Kurzschluss) ausgelegt. Der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils wird vorzugsweise nicht überwacht. Eine Begrenzung des Ausgangsstroms kann durch den Innenwiderstand des Resonanzkonverters erreicht werden. Es kann vorgesehen sein, dass der primäre Resonanzkonverterstrom nur zeitverzögert überwacht wird, um ein Anlaufen des Gleichstrommotors zu ermöglichen. Eine energiesparende Stand-by Schaltung (Überwachungsschaltung) bedingt gegebenenfalls einen Intervallbetrieb des Resonanzkonverters im Ruhezustand des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils (wenn beispielsweise kein Elektromotor betrieben wird).
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils kann sein, dass es, insbesondere in Verbindung mit einem Gleichstrommotor und einem Linearaktuator, der insbesondere mit Hilfe einer Steuerung betrieben wird, mit verschiedenen Netzfrequenzen, z. B. 50 Hz oder 60 Hz und einem relativ weiten Spannungsbereich, z. B. 85 V bis 264 V betrieben werden kann. Der nachgeschaltete Resonanzkonverter kann insbesondere für relativ hohe Stromspitzen ausgelegt sein und kann vorzugsweise über eine verzögerte Stromüberwachung verfügen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Schaltnetzteils,
2 ein Schaltbild des Schaltnetzteils,
3 ein Detail des Schaltnetzteils,
4 einen elektrischen Spannungsverlauf und
5 einen das Schaltnetzteil umfassenden elektrischen Gleichstromantrieb, dessen Gleichstrommotor einen Linearaktuator antreibt.
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schaltnetzteils 1 und die 2 zeigt ein Schaltbild als Beispiel einer möglichen Umsetzung des Schaltnetzteils 1. Die 2 ist zur besseren Übersichtlichkeit in 4 Teilfiguren 2A bis 2D aufgeteilt. Dabei stellt die Teilfigur 2A den Bereich links oben des Schaltbildes dar, die Teilfigur 2B den Bereich links unten, die 2C den Bereich rechts oben und die 2B den Bereich rechts unten.
Das Schaltnetzteil 1 weist einen Eingang 2 auf, an dem z. B. eine Wechselspannung des Stromnetzes anliegt. Die Wechselspannung, die die Eingangsspannung UE des Schaltnetzteils 1 ist, liegt z. B. im Bereich zwischen 85 V und 264 V.
Das Schaltnetzteil 1 weist eine erste Gleichrichterschaltung 3 auf, die die Eingangsspannung UE gleichrichtet, um eine erste gleichgerichtete Spannung U1 zu erzeugen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der ersten Gleichrichterschaltung 1 eine aktive Leistungskorrekturschaltung 4 nachgeschaltet, die aus der ersten gleichgerichteten Spannung U1 eine stabilisierte Gleichspannung UDC von beispielsweise 264 V erzeugt.
Die Gleichspannung UDC ist die Eingangsspannung eines Resonanzkonverters 5 des Schaltnetzteils 1. Der Resonanzkonverter 5 weist einen Wechselrichter 6 und einen Transformator 7 auf. Der Wechselrichter 6, dem die von der aktiven Leistungskorrekturschaltung 4 erzeugte Gleichspannung UDC als Eingangsspannung zugeführt wird, erzeugt aus dieser eine Wechselspannung UAC1 z. B. relativ hoher Frequenz. Der Wechselrichter 6 ist beispielsweise als Halbbrücke ausgeführt und umfasst zwei Leistungstransistoren T1, T2, die z. B. Mosfets sind. Die beiden Leistungstransistoren T1, T2 werden in allgemein bekannter Weise angesteuert, um aus der Gleichspannung UDC die Wechselspannung UAC1 zu erzeugen. Die Arbeitsweise des Wechselrichters 6 basiert z. B. auf Puls-Weiten Modulation (PWM).
Der Transformator 7 des Resonanzkonverters 5 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels Primärwicklungen 7a auf, an denen die von dem Wechselrichter 6 erzeugte Wechselspannung UAC1 anliegt, und Sekundärwicklungen 7b. An den Sekundärwicklungen 7b liegt die transformierte Wechselspannung UAC2 an, die von einer zweiten Gleichrichterschaltung 8 gleichgerichtet wird, um eine zweite gleichgerichtete Spannung U2 zu erzeugen. Diese liegt an einem Knoten 9 des Schaltnetzteils 1 an.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die zweite Gleichrichterschaltung 8 zwei Dioden 10 und zwei parallel geschaltete Glättungskondensatoren 11 auf.
Das Schaltnetzteil 1 weist ferner im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Temperaturüberwachung 12 beispielsweise in Form eines PTC-Widerstandes 13 auf, der den Ausgangsstrom des Schaltnetzteils 1 begrenzt. Am Ausgang der Temperaturüberwachung 12 liegt die Ausgangsspannung UA, eine Gleichspannung des Schaltnetzteils 1 an.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der Transformator 7 eine als Hilfswicklung 7c ausgebildete weitere Sekundärwicklung auf, die mit einer Stromquelle 13a verbunden ist. Der Ausgang der Stromquelle 13a ist mit dem Koten 9 verbunden. Die Stromquelle 13a erzeugt einen elektrischen Strom, der in den Knoten 9 gespritzt wird und die Aufgabe hat, den Strom aus der Hilfswicklung 7c des Transformators 7 zu begrenzen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist das Schaltnetzteil 1 eine Überwachungsschaltung 14 auf, die eingerichtet ist, die zweite gleichgerichtete Spannung U2 und somit die Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 zu überwachen. Die Überwachungsschaltung 14 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine erste Teilschaltung 14a und eine zweite Teilschaltung 14b, die durch einen Optokoppler 15 galvanisch voneinander getrennt sind. Die erste Teilschaltung 14a ist mit dem Knoten 9 und die zweite Teilschaltung 14b ist mit dem Resonanzkonverter 5, insbesondere mit dem Wechselrichter 6 bzw. dessen Ansteuerung verbunden. Die zweite Teilschaltung 14b ist eingerichtet, bei Bedarf den Wechselrichter 6 und somit den Resonanzkonverter 5 auszuschalten und auch wieder einzuschalten.
Somit sind die Sekundärwicklung 7b, die Hilfswicklung 7c, die Stromquelle 13a, die erste Temperaturüberwachungsschaltung 13 und die erste Teilschaltung 14a der Überwachungsschaltung 14, die in der 3 nochmals gezeigt sind, vom restlichen Schaltnetzteil 1 galvanisch entkoppelt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die erste Teilschaltung 14a der Überwachungsschaltung 14 einen Spannungsteiler 16 auf, der einen Widerstand R1 und einen weiteren Widerstand R2 in Serie aufweist. Der Spannungsteiler 16 ist einerseits mit der Masse und andererseits mit dem Knoten 9 verbunden. Die erste Teilschaltung 14a weist ferner ein Bauteil 17 auf, dessen Eingang 17a mit dem Mittelpunkt des Spannungsteilers 16 verbunden ist. Zum Widerstand R1 kann, wie dies hier vorgesehen ist, noch ein Kondensator C parallel geschaltet sein.
Das Bauteil 17 ist derart ausgeführt, dass wenn die an seinem Eingang 17a anliegende Spannung, die der Spannung URT am Spannungsteiler 16 entspricht, einen vorgegebenen Schwellwert, z. B. 2,5 V überschreitet, das Bauteil 17 einen Stromfluss zwischen seinen Anschlüssen 17b, 17c erlaubt. Der Anschluss 17b ist mit dem Optokoppler 15 und der andere Anschluss 17c ist mit Erde verbunden, sodass der Optokoppler 15 beim Überschreiten der Spannung URT des Spannungsteilers 16 über den Schwellenwert (hier: 2,5 V) ein Signal vom ersten Schaltungsteil 14a zum zweiten Schaltungsteil 14b sendet, woraufhin der zweite Schaltungsteil 14b den Resonanzkonverter 5, insbesondere dessen Wechselrichter 6 ausschaltet.
Der Spannungsteiler 16, insbesondere dessen Widerstand R1 ist über den Widerstand R2 mit dem Knoten 9 verbunden, sodass die Spannung am Eingang 17a des Bauteils 17 ein Maß für die zweite gleichgerichtete Spannung U2 bzw. der Ausgangsspannung UA ist.
Der Spannungsteiler 16, der Widerstand R1, der Widerstand R2 und das Bauteil 17 bzw. dessen Schwellenwert sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart ausgelegt, sodass der Optokoppler 15 ein in der 4 gezeigtes Ausschaltsignal 18 an den zweiten Schaltungsteil 14b sendet, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung U2 bzw. die Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 einen ersten Schwellenwert S1 überschreitet. Der erste Schwellenwert S1 ist größer als die Betriebsspannung Un des Schaltnetzteils 1. In der 4 ist der Resonanzkonverter 5 eingeschaltet, wenn das Ausschaltsignal 18 logisch „1” und ausgeschaltet, wenn das Ausschaltsignal logisch „0” aufweist.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der erste Schaltungsteil 14a der Überwachungsschaltung 14 noch einen Transistor T und einen mittels des Transistors T, parallel zum Widerstand R2 schaltbaren Widerstand R3 auf. Der Transistor T ist mit seiner Basis mit dem Optokoppler 15 und über einen Widerstand R4 mit dem Knoten 9 verbunden. Sobald der Optokoppler 15 leitet, fließt ein den Transistor T über seine Basis einschaltender elektrischer Strom, wodurch der Transistor T den Widerstand R3 parallel zum Widerstand R3 schaltet. Dadurch erhöht sich die Spannung am Spannungsteiler 16.
Ist der Resonanzkonverter 5 ausgeschaltet, so entladen sich die Glättungskondensatoren 11 und folglich sinkt auch die Spannung der Glättungskondensatoren 11 und somit die Spannung URT des Spannungsteilers 16. Fällt die Spannung URT des Spannungsteilers 16 unterhalb den Schwellenwert des Bauteils 17 (hier: 2,5 V), dann sperrt dieses, sodass kein Strom mehr durch den Optokoppler 15 fließt, woraufhin dieser aufhört, das Ausschaltsignal 18 zu senden. Daraufhin schaltet die Überwachungsschaltung 14, insbesondere deren zweites Schaltungsteil 14b den Resonanzkonverter 5 wieder ein.
Dadurch, dass beim Überschreiten der zweiten gleichgerichteten Spannung U2 über den ersten Schwellenwert S1 der Widerstand R3 noch nicht parallel zum Widerstand R2 geschaltet ist, nach dem Überschreiten jedoch zugeschaltet wird, wird realisiert, dass der Schwellenwert des Bauteils 17 nach dem Überschreiten des ersten Schwellenwertes der zweiten gleichgerichteten Spannung U2 erst dann wieder unterschritten wird, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung U2 einen zweiten Schwellenwert S2 unterschreitet, der kleiner als der erste Schwellenwert S1 ist. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der zweite Schwellenwert S2 ebenfalls größer als die Betriebsspannung Un.
Wird das Schaltnetzteil 1 belastet, dann wird es mit der Betriebsspannung Un betrieben, sodass die zweite gleichgerichtete Spannung U2 nicht den ersten Schwellenwert S1 überschreitet, wodurch die Überwachungsschaltung 14 den Resonanzkonverter 6 nicht ausschaltet. Dies ist in der 4 ab dem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 veranschaulicht. Während dieses Zeitraums wird das Schaltnetzteil 1 mit einem nennenswerten elektrischen Strom I belastet.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist das Schaltnetzteil 1 noch eine Anfahrschaltung 19, eine Spannungsregulierung 20 zum Regulieren der stabilisierten Gleichspannung UDC der Leistungskorrekturschaltung 4 und eine Temperaturüberwachungsschaltung mit Strombegrenzung 21 für den Wechselrichter 6 des Resonanzkonverters 5 auf.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist das Schaltnetzteil 1 vorgesehen, einen in der 5 gezeigten Gleichstrommotor 22 anzutreiben. Der Gleichstrommotor 22 treibt wiederum einen Linearaktuator 23 mit seiner Welle 24 an, der eine vom Gleichstrommotor 22 erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung umsetzt.
Um die Drehrichtung des Gleichstrommotors 22 zu ändern, ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine zwischen dem Schaltnetzteil 1 und dem Gleichstrommotor 22 geschaltete Steuerungsschaltung 25 vorgesehen, die eingerichtet ist, die Polarität der Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 für den Gleichstrommotor 22 umzukehren. Die Steuerungsschaltung 25 kann mit einem Bedienelement 26 z. B. über einen Bus angesteuert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltnetzteil
2: Eingang
3: Gleichrichterschaltung
4: aktive Leistungskorrekturschaltung
5: Resonanzkonverter
6: Wechselrichter
7: Transformator
7a: Primärwicklungen
7b: Sekundärwicklungen
7c: Hilfswicklung
8: Gleichrichterschaltung
9: Knoten
10: Dioden
11: Glättungskondensatoren
12: Temperaturüberwachung
13: PTC-Widerstand
13a: Stromquelle
14: Überwachungsschaltung
14a: zweite Teilschaltung
14b: zweite Teilschaltung
15: Optokoppler
16: Spannungsteiler
17: Bauteil
17a: Eingang
17b, 17c: Anschlüsse
18: Ausschaltsignal
19: Anfahrschaltung
20: Spannungsregulierung
21: Temperaturüberwachungsschaltung mit Strombegrenzung
22: Gleichstrommotor
23: Linearaktuator
24: Welle
25: Steuerungsschaltung
26: Bedienelement
C: Kondensator
I: Strom
R1–R4: Widerstand
S1, S2: Schwellenwert
t1, t2: Zeitpunkt
T: Transistor
T1, T2: Leistungstransistor
UA: Ausgangsspannung
Un: Betriebsspannung
UAC1: erste Wechselspannung
UAC2: zweite Wechselspannung
UDC: stabilisierte Gleichspannung
UE: Eingangsspannung
URT: Spannung
U1: gleichgerichtete Spannung
U2: gleichgerichtete Spannung

Claims

Schaltnetzteil zum Versorgen eines Gleichstrommotors (22) mit einer Gleichspannung (UA), aufweisend – eine erste Gleichrichterschaltung (3), die eingerichtet ist, aus einer Wechseleingangsspannung (UE) für das Schaltnetzteil (1) eine erste gleichgerichtete Spannung (U1) zu erzeugen, – einen der ersten Gleichrichterschaltung (3) nachgeschalteten Resonanzkonverter (5), der einen Wechselrichter (6), der aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung (UAC1) erzeugt, und einen Transformator (7) mit einer Primärwicklung (7a), an der die Wechselspannung (UAC1) anliegt, und mit einer Sekundärwicklung (7b) umfasst, – eine mit der Sekundärwicklung (7b) des Transformators (7) verbundene zweite Gleichrichterschaltung (8), die eingerichtet ist, aus der an der Sekundärwicklung (7b) des Transformators (7) anstehenden Wechselspannung (UAC2) eine zweite gleichgerichteten Spannung (U2) zu erzeugen, die an einem Knoten (9) des Schaltnetzteils (1) anliegt und eine Ausgangsspannung (UA) des Schaltnetzteils (1) darstellt oder dieser zugeordnet ist, und – eine Überwachungsschaltung (14), die eingerichtet ist, den Resonanzkonverter (5) dann abzuschalten, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung (U2) oder die Ausgangsspannung (UA) einen vorbestimmten ersten Schwellenwert (S1) überschreitet.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1, aufweisend eine zwischen der ersten Gleichrichterschaltung (3) und dem Wechselrichter (6) des Resonanzkonverters (5) geschaltete aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung (4), die aus der ersten gleichgerichteten Spannung (U1) eine stabilisierte Gleichspannung (UDC) erzeugt, aus der der Wechselrichter (6) die Wechselspannung (UAC1) erzeugt.
Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend einen mit dem Knoten (9) verbundenen Glättungskondensator (11) zum Glätten der zweiten gleichgerichteten Spannung (U2).
Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Überwachungsschaltung (14) eingerichtet ist, den Resonanzkonverter (5) nach einer vorgegebenen Zeitdauer wieder einzuschalten.
Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Überwachungsschaltung (14) eingerichtet ist, den Resonanzkonverter (5) dann wieder einzuschalten, wenn die zweite gleichgerichtete Spannung (U2) einen zweiten Schwellenwert (S2) unterschreitet, der kleiner als der erste Schwellenwert (S1) ist.
Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Überwachungsschaltung (14) einen Spannungsteiler (16) insbesondere mit der einem ersten Widerstand (R1) und einem zweiten Widerstand (R2) aufweist, der zumindest indirekt mit dem Knoten (9) verbunden ist und somit mittels der zweiten gleichgerichteten elektrischen Spannung (U2) versorgt ist, und die Überwachungsschaltung (14) den Resonanzkonverter (5) ausschaltet, wenn die elektrische Spannung (URT) am Spannungsteiler (16) einen vorbestimmten, dem ersten Schwellenwert (S1) zugeordneten dritten Schwellenwert überschreitet.
Schaltnetzteil nach Anspruch 6, dessen Spannungsteiler (16) zwischen dem Knoten (9) und Masse angeordnet ist, wobei der Mittelpunkt des Spannungsteilers (16) zumindest indirekt mit einem ersten Eingang (17a) eines Bauteils (17) verbunden, welches bei Erreichen einer Spannungsschwelle, die dem dritten Schwellenwert zugeordnet ist, zwei weitere Eingänge (17a, 17b) leitend miteinander verbindet, um den Resonanzkonverter (5) zumindest indirekt auszuschalten.
Schaltungsteil nach Anspruch 6 oder 7, aufweisend einen weiteren Widerstand (R3), der mittels eines Schalters, insbesondere eines Transistors (T) parallel zum zweiten Widerstand (R2) schaltbar ist, nachdem die zweite gleichgerichtete Spannung (U2) den ersten Schwellenwert (S1) überschritten hat.
Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dessen Überwachungsschaltung (14) eine den Spannungsteiler (16) umfassende erste Teilschaltung (14a) und eine mit dem Wechselrichter (6) gekoppelte und eine von der ersten Teilschaltung (14a) galvanisch entkoppelte zweite Teilschaltung (14b) aufweist, welches durch die erste Teilschaltung (14a) gesteuert den Resonanzkonverter (5) beim Überschreiten des ersten Schwellwertes (S1) ausschaltet.
Schaltnetzteil nach Anspruch 9, dessen Überwachungsschaltung (14) einen Optokoppler (15) umfasst, der die beiden Teilschaltungen (14a, 14b) der Überwachungsschaltung (14) miteinander verbindet.
Schaltnetzteil nach einem der Ansprüchen 1 bis 10, aufweisend eine von einer weiteren Sekundärwicklung (7c) des Transformators (7) gespeiste Stromquelle (13a), die in den Knoten (9) einen elektrischen Strom insbesondere konstanter Stärke einspeist.
Elektrischer Antrieb, aufweisend ein Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einen zumindest indirekt mit dem Knoten (9) des Schaltnetzteils (9) verbundenen Gleichstrommotor (22).
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 12, aufweisend eine zwischen dem Schaltnetzteil (1) und dem Gleichstrommotor (22) geschaltete Steuerungsschaltung (25), die eingerichtet ist, die Polarität der Ausgangsspannung (UA) des Schaltnetzteils (1) für den Gleichstrommotor (22) umzukehren.
Linearantriebsvorrichtung, aufweisend einen elektrischen Antrieb nach Anspruch 12 oder 13 und eine mit der Welle (24) des Gleichstrommotors (22) verbundene Vorrichtung (23), die eingerichtet ist, ein von der Welle (24) des Gleichstrommotors (22) erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung umzuwandeln.