DE102011005415A1 - Switching power supply for a charger - Google Patents

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Abstract

Ein Schaltnetzteil zur Umsetzung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung in einem Ladegerät umfasst eine Schalteinrichtung zum getakteten Durchschalten der Eingangsspannung in Abhängigkeit eines Steuersignals, einen Transformator zum Transformieren der getaktet durchgeschalteten Eingangsspannung, einen Gleichrichter zum Bereitstellen der Ausgangsspannung auf der Basis der transformierten Spannung sowie eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Steuersignal sowohl in Abhängigkeit des Ausgangsstroms als auch in Abhängigkeit der Ausgangsspannung zu steuern.A switched-mode power supply for converting an input voltage into an output voltage in a charger comprises a switching device for clocked switching of the input voltage as a function of a control signal, a transformer for transforming the clocked switched-on input voltage, a rectifier for providing the output voltage on the basis of the transformed voltage, and a control device, which is set up to control the control signal both as a function of the output current and as a function of the output voltage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Schaltnetzteil für ein Ladegerät zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers.The invention relates to a switching power supply. In particular, the invention relates to a switching power supply for a charger for charging an electrical energy storage.

Stand der TechnikState of the art

Ein elektrisches Kleingerät, beispielsweise ein Akkuschrauber, verfügt über einen elektrischen Energiespeicher, der von Zeit zu Zeit mittels eines Ladegeräts aufzuladen ist. Ein erster Typ Ladegerät verwendet hierfür einen direkt von einem Versorgungsnetz gespeisten Transformator mit Blechkern, wobei auf der Sekundärseite des Transformators ein Gleichrichter und ein Glättungskondensator angeschlossen sind. Ein solches Ladegerät ist einfach aufgebaut, erbringt jedoch nur einen geringen Wirkungsgrad. Außerdem hat ein solches Ladegerät eine belastungsabhängige Ausgangscharakteristik, die üblicherweise nichtlinear ist und bei der die Ausgangsspannung mit steigendem Ausgangsstrom absinkt. Umgekehrt steigt der Ausgangsstrom stark an, wenn die Ausgangsspannung gering ist, beispielsweise wenn der angeschlossene Energiespeicher stark entladen ist. Dabei kann eine hohe Leistung im Ladegerät umgesetzt werden, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung einer Steuereinrichtung des Ladegeräts führen kann.An electrical device, such as a cordless screwdriver, has an electrical energy storage, which is to be charged from time to time by means of a charger. For this purpose, a first type of charger uses a transformer with a sheet-metal core fed directly from a supply network, wherein a rectifier and a smoothing capacitor are connected to the secondary side of the transformer. Such a charger is simple, but provides only a low efficiency. In addition, such a charger has a load-dependent output characteristic, which is usually non-linear and in which the output voltage decreases with increasing output current. Conversely, the output current rises sharply when the output voltage is low, for example, when the connected energy storage is heavily discharged. In this case, a high performance can be implemented in the charger, which can lead to damage or destruction of a controller of the charger.

Ein zweiter Typ Ladegerät basiert auf einem Schaltnetzteil (SNT), das einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweist, und dessen Ausgangscharakteristik weitgehend unabhängig von der Eingangsspannung ist. Der Ausgangsstrom ist auf einen maximalen Strom und die Ausgangsspannung auf eine maximale Spannung begrenzt. Eine Schaltung, die an das Schaltnetzteil angeschlossen wird, um den Ladevorgang des Energiespeichers zu steuern, kann dadurch einfach ausgelegt bzw. dimensioniert werden. Prinzipbedingt besteht jedoch das Problem, dass die maximale Ausgangsleistung an einem Punkt der Ausgangscharakteristik entnommen werden kann, an dem die Ausgangsspannung maximal ist. Die Komplexität, die Baugröße und dementsprechend auch der Herstellungspreis des Schaltnetzteils ist maßgeblich durch die Ausgangsleistung bestimmt, so dass ein solches Schaltnetzteil relativ hohe Herstellungskosten bedingt.A second type of charger is based on a switching power supply (SNT), which has a much higher efficiency, and whose output characteristic is largely independent of the input voltage. The output current is limited to a maximum current and the output voltage to a maximum voltage. A circuit that is connected to the switching power supply to control the charging process of the energy storage, can be easily designed or dimensioned. Due to the principle, however, there is the problem that the maximum output power can be taken at a point of the output characteristic at which the output voltage is maximum. The complexity, the size and, accordingly, the manufacturing price of the switching power supply is largely determined by the output power, so that such a switching power supply requires relatively high production costs.

Die Ausgangsspannung des Ladegeräts ist durch eine Zellenspannung des zu ladenden Energiespeichers vorgegeben, daher wird, um die Ausgangsleistung zu minimieren, üblicherweise der maximale Ausgangsstrom des Schaltnetzteils begrenzt. Durch diese Maßnahme liegt jedoch der Ausgangsstrom gegen Ende des Ladevorgangs auf einem relativ hohen Wert, was beispielsweise beim so genannten IU-Ladeverfahren, welches bei Lithium-Ionen- oder Bleiakkumulatoren verwendet wird, ungeeignet ist.The output voltage of the charger is determined by a cell voltage of the energy storage to be charged, therefore, to minimize the output power, usually the maximum output current of the switching power supply is limited. By this measure, however, the output current towards the end of the charging process is at a relatively high level, which is for example in the so-called IU charging method, which is used in lithium-ion or lead-acid batteries, unsuitable.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein für ein Ladegerät geeignetes Schaltnetzteil mit einer verbesserten Ausgangscharakteristik anzugeben.It is therefore an object of the invention to provide a suitable for a charger switching power supply with an improved output characteristics.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Schaltnetzteils mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention solves this problem by means of a switching power supply with the features of claim 1. Subclaims give preferred embodiments again.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil zur Umsetzung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung in einem Ladegerät umfasst eine Schalteinrichtung zum getakteten Durchschalten der Eingangsspannung in Abhängigkeit eines Steuersignals, einen Transformator zum Transformieren der getaktet durchgeschalteten Eingangsspannung, einen Gleichrichter zum Bereitstellen der Ausgangsspannung auf der Basis der transformierten Spannung sowie eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Steuersignal sowohl in Abhängigkeit des Ausgangsstroms als auch in Abhängigkeit der Ausgangsspannung zu steuern.A switching power supply according to the invention for converting an input voltage into an output voltage in a charger comprises a switching device for cyclically switching through the input voltage as a function of a control signal, a transformer for transforming the switched-through input voltage, a rectifier for providing the output voltage on the basis of the transformed voltage and a control device , which is adapted to control the control signal both in dependence of the output current and in dependence of the output voltage.

Dadurch ist es möglich, ein Schaltnetzteil mit einer Ausgangscharakteristik bereitzustellen, die sicherstellt, dass eine maximale Ausgangsleistung nicht mit einer maximalen Ausgangsspannung des Schaltnetzteils zusammenfällt. Vielmehr kann die Ausgangsleistung über den Ausgangsstrom im Wesentlichen konstant gehalten sein, so dass das Schaltnetzteil vorteilhaft auf diese Ausgangsleistung dimensioniert werden kann, während gleichzeitig die Ausgangscharakteristik an die Erfordernisse des Ladevorgangs des Energiespeichers angepasst ist. Insbesondere das IU-Ladeverfahren, das vorzugsweise mit Lithium-Ionen oder Bleiakkumulatoren verwendet wird, kann durch diese Ausgangscharakteristik unterstützt sein. Beim IU-Ladeverfahren erfolgt in einer ersten Phase eine Ladung des Energiespeichers mit einem konstanten bzw. begrenzten Ladestrom, bis die Ladespannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und dann während einer zweiten Phase eine Ladung mit einer konstanten bzw. begrenzten Ladespannung, bis der Ladestrom einen weiteren vorbestimmten Wert erreicht hat.Thereby, it is possible to provide a switching power supply having an output characteristic which ensures that a maximum output does not coincide with a maximum output voltage of the switching power supply. Rather, the output power over the output current can be kept substantially constant, so that the switching power supply can be advantageously dimensioned to this output power, while at the same time the output characteristic is adapted to the requirements of the charging of the energy storage. In particular, the IU charging method, which is preferably used with lithium-ion or lead-acid batteries, may be supported by this output characteristic. In the IU charging method, in a first phase, a charge of the energy storage is made with a constant or limited charging current until the charging voltage has reached a predetermined value, and then during a second phase a charge with a constant or limited charging voltage until the charging current has reached another predetermined value.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das Steuersignal derart zu steuern, dass die Ausgangsspannung in einem Bereich oberhalb eines vorbestimmten Ausgangsstroms linear abnimmt. Eine solchermaßen linear abfallende Ausgangscharakteristik des Schaltnetzteils kann mit geringem Aufwand erzeugt werden und die vom Schaltnetzteil bereitgestellte Ausgangsleistung in einem weiten Bereich der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms nutzbar machen. Unterhalb des vorbestimmten Ausgangsstroms ist die Ausgangsspannung bevorzugterweise konstant.Preferably, the control device is configured to control the control signal in such a way that the output voltage linearly decreases in a region above a predetermined output current. Such a linearly decreasing output characteristic of the switching power supply can be generated with little effort and the output power provided by the switching power supply in a wide range of the output voltage or the Harness output current. Below the predetermined output current, the output voltage is preferably constant.

Weiter vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart zu steuern, dass der Ausgangsstrom in einem Bereich unterhalb einer vorbestimmten Ausgangsspannung auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist. Dadurch kann eine weitere Unterstützung des IU-Ladeverfahrens erfolgen, ohne das Schaltnetzteil unnötig groß zu dimensionieren.Further preferably, the control device is adapted to control the control signal such that the output current is limited in a range below a predetermined output voltage to a predetermined value. Thereby, a further support of the IU charging process can take place without unnecessarily large dimensioning of the switching power supply.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Transistor zur Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit des Ausgangsstroms vorgesehen, wobei ein Steuereingang des Transistors mittels eines Zweipols mit der Ausgangsspannung verbunden ist, um eine Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit der Ausgangsspannung bereitzustellen.In a preferred embodiment, a transistor for varying the control signal in response to the output current is provided, wherein a control input of the transistor is connected by means of a two-pole with the output voltage to provide a variation of the control signal in response to the output voltage.

Dadurch kann eine kostengünstige Umsetzung der Erzeugung des beschriebenen Steuersignals durchgeführt werden. Der Transistor kann in einem Schaltnetzteil des Standes der Technik bereits eingebaut sein, so dass die beschriebene Ausgangscharakteristik durch Hinzufügen des Zweipols erlangt werden kann. Eine Dimensionierung von Bauteilen des Schaltnetzteils auf die solchermaßen verringerte maximale Ausgangsleistung kann in bekannter Weise erfolgen, um Herstellungskosten einzusparen.As a result, a cost-effective implementation of the generation of the described control signal can be carried out. The transistor can already be installed in a switching power supply of the prior art, so that the described output characteristic can be obtained by adding the dipole. A dimensioning of components of the switching power supply to the thus reduced maximum output power can be done in a known manner to save manufacturing costs.

In einer Ausführungsform umfasst der Zweipol einen Widerstand. Dadurch kann sich ein mit zunehmender Ausgangsspannung nahezu linearer Rückgang des Ausgangsstroms ergeben.In one embodiment, the two pole comprises a resistor. This may result in a nearly linear decrease of the output current with increasing output voltage.

Der Zweipol kann auch eine Zenerdiode umfassen. Wird das Schaltnetzteil beispielsweise dazu verwendet, einen Akkumulator aufzuladen, dessen Klemmenspannung mit steigender Aufladung ebenfalls steigt, kann der Ladestrom durch den Akkumulator mittels der Zenerdiode ab einer vorbestimmten Klemmenspannung gezielt reduziert werden.The dipole may also include a zener diode. If the switched-mode power supply is used, for example, to charge a rechargeable battery whose terminal voltage likewise increases with increasing charge, the charging current through the rechargeable battery can be purposefully reduced by means of the Zener diode from a predetermined terminal voltage.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode und einem Widersand verwendet werden, um den Ausgangsstrom jenseits des beschriebenen Punktes mit steigender Ausgangsspannung zu reduzieren. Das Maß der Reduzierung des Ausgangsstroms kann durch Verändern des Widerstands und/oder des Längswiderstands beeinflusst werden.In a preferred embodiment, a series arrangement of a Zener diode and a resistor can be used to reduce the output current beyond the described point with increasing output voltage. The degree of reduction of the output current can be influenced by changing the resistance and / or the series resistance.

In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der Zweipol eine Diode, wobei sich ein ähnlicher Sachverhalt ergibt wie oben mit Bezug auf eine Zenerdiode im Zweipol. Dabei wird die Zenerspannung durch die Vorwärtsspannung der Diode ersetzt. Bei Serienschaltung einer Diode mit einer Zenerdiode kann die Spannung, bis zu welcher der Ausgangsstrom konstant ist, um den Betrag der Vorwärtsspannung der Diode erhöht werden. Die Vorwärtsspannung einer gewöhnlichen Silizium-Diode liegt bei ca. 0,7 V.In yet another embodiment, the two-terminal comprises a diode, wherein a similar situation arises as above with respect to a zener diode in the two-terminal. The Zener voltage is replaced by the forward voltage of the diode. When a diode is connected in series with a Zener diode, the voltage up to which the output current is constant can be increased by the amount of the forward voltage of the diode. The forward voltage of a common silicon diode is about 0.7 V.

In einer Ausführungsform kann ein Optokoppler vorgesehen sein, den der Transistor ansteuert, um die Ausgangsspannung galvanisch von der Schalteinrichtung zu trennen. Das Ansteuern einer Leuchtdiode innerhalb des Optokopplers durch den Transistor kann in vorteilhaft einfacher Weise mit einem geringen Proportionalitätsfehler durchgeführt werden.In one embodiment, an optocoupler may be provided, which the transistor controls to galvanically separate the output voltage from the switching device. The driving of a light-emitting diode within the opto-coupler by the transistor can be carried out in an advantageously simple manner with a low proportionality error.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schaltnetzteil eine Abschalteinrichtung, um einen Ladevorgang eines mit der Ausgangsspannung verbundenen Energiespeichers zu beenden, sobald die Ausgangsspannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Eine derartige Abschalteinrichtung kann einfach implementierbar sein, so dass ein Ladegerät, etwa für Blei-Akkumulatoren, auf der Basis des Schaltnetzteils kostengünstig herstellbar sein kann. Eine ähnliche Abschaltung kann etwa bei einem Lithium-Akkumulator erfolgen, sobald der Ausgangsstrom einen weiteren vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.In a particularly preferred embodiment, the switched-mode power supply comprises a switch-off device in order to terminate a charging process of an energy store connected to the output voltage as soon as the output voltage exceeds a predetermined threshold value. Such a turn-off device can be easily implemented, so that a charger, such as lead-acid batteries, can be produced inexpensively on the basis of the switching power supply. A similar shutdown can take place in the case of a lithium accumulator, for example, as soon as the output current falls below a further predetermined threshold value.

Ein Ladegerät für einen Energiespeicher umfasst das beschriebene Schaltnetzteil. Vorzugsweise weist der Energiespeicher einen mit steigender Zellenspannung ansteigenden Innenwiderstand auf, so dass der Ladestrom durch den Energiespeicher mit steigender Zellenspannung ansteigt. Das Ladegerät kann unter Verwendung des beschriebenen Schaltnetzteils einfach und kostengünstig für eine elektrische Leistung dimensioniert sein, die für das Aufladen des Energiespeichers ausreichend ist.A charger for an energy storage includes the switching power supply described. Preferably, the energy store has an increasing internal resistance with increasing cell voltage, so that the charging current through the energy store increases with increasing cell voltage. The charger can be easily and inexpensively sized for electrical power using the described switching power supply, which is sufficient for charging the energy storage.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:

1 ein Blockschaltbild eines Ladegeräts mit einem Energiespeicher; 1 a block diagram of a charger with an energy storage;

2 einen Schaltplan eines Ausschnitts eines Schaltnetzteils im Ladegerät von 1; und 2 a circuit diagram of a section of a switching power supply in the charger of 1 ; and

3 Kennlinien des Schaltnetzteils aus 1 darstellt. 3 Characteristics of the switched-mode power supply 1 represents.

Genaue Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments

1 zeigt ein Blockschaltbild 100 eines Ladegeräts 105 mit einem Energiespeicher 110. Der Energiespeicher 110 ist ein elektrisch aufladbarer Akkumulator, vorzugsweise auf Lithium-Ionen- oder Bleibasis. Der Energiespeicher 110 ist mittels einer Verbindung 115 mit dem Ladegerät 105 verbindbar. 1 shows a block diagram 100 a charger 105 with an energy storage 110 , The energy storage 110 is an electrically rechargeable battery, preferably lithium-ion or lead-based. The energy storage 110 is by means of a connection 115 with the charger 105 connectable.

Das Ladegerät 105 umfasst ein Schaltnetzteil 120 und eine Ladeschaltung 125. Die Ladeschaltung 125 kann in einer anderen Ausführungsform statt vom Ladegerät 105 vom Energiespeicher 110 umfasst sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Ladeschaltung 125 auch entfallen. The charger 105 includes a switching power supply 120 and a charging circuit 125 , The charging circuit 125 may be in another embodiment instead of the charger 105 from the energy store 110 includes his. In yet another embodiment, the charging circuit 125 also omitted.

Das Schaltnetzteil 120 umfasst einen Netzanschluss 130, der am Ladegerät 105 herausgeführt ist. Der Netzanschluss 130 ist mit einem Wechselstrom-Versorgungsnetz verbindbar, das eine Wechselspannung von beispielsweise 230 V/50 Hz oder 110 V/60 Hz bereitstellt. Der Netzanschluss 130 führt zu einem Netzfilter 135 des Schaltnetzteils 120. Der Netzfilter 135 umfasst einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator und optional auch einen Entstörfilter zum Unterdrücken von Störspannungen.The switching power supply 120 includes a network connection 130 that's on the charger 105 led out. The power connection 130 is connectable to an AC power supply, which provides an AC voltage of, for example, 230 V / 50 Hz or 110 V / 60 Hz. The power connection 130 leads to a network filter 135 of the switching power supply 120 , The net filter 135 includes a rectifier and a smoothing capacitor and optionally also a noise filter to suppress interference voltages.

Der Netzfilter 135 ist mit einer Schalteinrichtung 140 des Schaltnetzteils 120 verbunden. Die Schalteinrichtung 140 umfasst üblicherweise einen Leistungstransistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET). Die Schalteinrichtung 140 arbeitet in Abhängigkeit eines Steuersignals, das sie über eine Steuerleitung 145 empfängt. Ein Ausgang der Schalteinrichtung 140 ist mit einem Transformator 150 des Schaltnetzteils 120 verbunden und die Schalteinrichtung 140 schaltet in Abhängigkeit des Steuersignals die durch den Netzfilter 135 gleichgerichtete Spannung stufenweise an den Transformator 150 durch, so dass dieser eine wechselspannungsähnliche Spannung transformiert. In anderen Ausführungsformen kann die dem Transformator 150 durch die Schalteinrichtung 140 zugeführte Spannung auch eine andere Form aufweisen, insbesondere annähernd sinusförmig oder sinusförmig.The net filter 135 is with a switching device 140 of the switching power supply 120 connected. The switching device 140 usually includes a power transistor, in particular a field effect transistor (FET). The switching device 140 operates in response to a control signal that it has via a control line 145 receives. An output of the switching device 140 is with a transformer 150 of the switching power supply 120 connected and the switching device 140 switches depending on the control signal through the line filter 135 rectified voltage gradually to the transformer 150 so that it transforms an AC-like voltage. In other embodiments, the transformer 150 through the switching device 140 supplied voltage also have a different shape, in particular approximately sinusoidal or sinusoidal.

Die durch den Transformator 150 transformierte Spannung ist mit einem Gleichrichter 155 des Schaltnetzteils 120 verbunden. Der Gleichrichter 155 umfasst optional einen Glättungskondensator. Die durch den Gleichrichter 155 gleichgerichtete Spannung stellt die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 120 dar. Die Ausgangsspannung ist mit der Ladeschaltung 125 sowie mit einer Steuereinrichtung 160 des Schaltnetzteils 120 verbunden.The through the transformer 150 Transformed voltage is with a rectifier 155 of the switching power supply 120 connected. The rectifier 155 optionally includes a smoothing capacitor. The through the rectifier 155 rectified voltage represents the output voltage of the switching power supply 120 dar. The output voltage is with the charging circuit 125 as well as with a control device 160 of the switching power supply 120 connected.

Die Steuereinrichtung 160 erzeugt auf der Basis der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms, welche der Ladeschaltung 125 bzw. dem Energiespeicher 110 bereitgestellt werden, ein Signal, das mittels eines Optokopplers 165 entkoppelt und an eine Überwachungseinrichtung 170 des Schaltnetzteils 120 weitergeleitet wird. Die Überwachungseinrichtung 170 bereitet das durch die Steuereinrichtung 160 bereitgestellte Signal auf und stellt auf dessen Basis das Steuersignal auf der Steuerleitung 145 an die Schalteinrichtung 140 bereit. Die Überwachungseinrichtung 170 kann ferner dazu eingerichtet ist, eine Leistungsreduzierung bzw. Abschaltung des Schaltnetzteils 120 herbeizuführen, wenn beispielsweise eine Übertemperatur im Bereich des Schaltnetzteils 120 bestimmt wird oder eine Über- oder Unterspannung der durch den Netzfilter 135 bereitgestellten Spannung erfasst wird.The control device 160 generated on the basis of the output voltage and the output current, which the charging circuit 125 or the energy storage 110 be provided, a signal by means of an optocoupler 165 decoupled and to a monitoring device 170 of the switching power supply 120 is forwarded. The monitoring device 170 prepares that through the control device 160 provided signal and provides on the basis of the control signal on the control line 145 to the switching device 140 ready. The monitoring device 170 can also be adapted to a power reduction or shutdown of the switching power supply 120 cause, for example, if an excess temperature in the range of the switching power supply 120 is determined or an over or undervoltage of the line filter 135 supplied voltage is detected.

2 zeigt einen Schaltplan 200 eines Ausschnitts des Schaltnetzteils 120 im Ladegerät 105 aus 1. Der dargestellte Ausschnitt deckt einen Teil des Transformators 150, den Gleichrichter 155, die Steuereinrichtung 160 und einen Teil des Optokopplers 165 ab. Die Ladeschaltung 125 ist nicht dargestellt. 2 shows a circuit diagram 200 a section of the switching power supply 120 in the charger 105 out 1 , The detail shown covers part of the transformer 150 , the rectifier 155 , the control device 160 and a part of the optocoupler 165 from. The charging circuit 125 is not shown.

An eine Sekundärwicklung des Transformators 150 ist eine Diode D1 angeschlossen, deren zweites Ende mit einem Glättungskondensator C1 verbunden ist. Die Diode D1 und der Glättungskondensator C1 bilden zusammen den Gleichrichter 155 aus 1. Das zweite Ende der Diode D1 ist mit einem positiven Anschluss der Verbindung 115 verbunden. Ein negativer Anschluss der Verbindung 115 ist mittels eines Längswiderstands R3 mit dem zweiten Ende des Glättungskondensators C1 und der Ausgangswicklung des Transformators 150 verbunden. Zwischen den Anschlüssen der Verbindung 115 liegt eine Ausgangsspannung UAUS des Schaltnetzteils 120 an. Ein durch einen Verbraucher, der mit der Verbindung 115 verbunden ist, fließender Ausgangsstrom IAUS fließt auch durch den Längswiderstand R3, so dass eine über dem Längswiderstand R3 abfallende Spannung U3 proportional zum Ausgangsstrom IAUS ist.To a secondary winding of the transformer 150 a diode D1 is connected whose second end is connected to a smoothing capacitor C1. The diode D1 and the smoothing capacitor C1 together form the rectifier 155 out 1 , The second end of the diode D1 is connected to a positive terminal of the connection 115 connected. A negative connection of the connection 115 is by means of a series resistor R3 to the second end of the smoothing capacitor C1 and the output winding of the transformer 150 connected. Between the connections of the connection 115 is an output voltage U OFF of the switching power supply 120 at. A through a consumer, with the connection 115 is connected, flowing output current I OUT flows through the series resistor R3, so that a voltage drop across the series resistor R3 voltage U3 is proportional to the output current I OUT.

Ein Widerstand R1 führt vom positiven Anschluss der Verbindung 115 zur Leuchtdiode eines Optokopplers U1, deren zweiter Anschluss mit dem Kollektor eines NPN-Transistors V1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors V1 ist mit Masse verbunden. Ein Widerstand R1 begrenzt einen Strom durch die Leuchtdiode des Optokopplers U1. Wird eine positive Spannung an die Basis des Transistors V1 angelegt, so leuchtet die Leuchtdiode im Optokoppler U1 und ein nicht dargestellter Phototransistor des Optokopplers U1 beginnt zu leiten. Dabei ist ein Grad der Leitfähigkeit des Phototransistors des Optokopplers U1 davon abhängig, welche Spannung an der Basis des Transistors V1 anliegt. Innerhalb der Überwachungseinrichtung 170 wird die Leitfähigkeit des Phototransistors des Optokopplers U1 verwendet, um das Steuersignal auf der Steuerleitung 145 in 1 bereitzustellen. Dabei wird das Steuersignal derart erzeugt, dass die Schalteinrichtung 140 an den Transformator 150 weiter gegebene Leistung mit steigender Spannung an der Basis des Transistors V1 verringert wird.A resistor R1 leads from the positive terminal of the connection 115 to the light emitting diode of an opto-coupler U1 whose second terminal is connected to the collector of an NPN transistor V1. The emitter of the transistor V1 is connected to ground. A resistor R1 limits a current through the light emitting diode of the optocoupler U1. If a positive voltage is applied to the base of the transistor V1, the light emitting diode in the optocoupler U1 lights up and a phototransistor, not shown, of the opto-coupler U1 begins to conduct. In this case, a degree of the conductivity of the phototransistor of the optocoupler U1 depends on which voltage is applied to the base of the transistor V1. Inside the monitoring device 170 the conductivity of the phototransistor of the optocoupler U1 is used to control the control signal on the control line 145 in 1 provide. In this case, the control signal is generated such that the switching device 140 to the transformer 150 further given power with increasing voltage at the base of the transistor V1 is reduced.

Die über dem Längswiderstand R3 abfallende Spannung U3 wird mittels eines Widerstands R2 ausgekoppelt und an die Basis des Transistors V1 geleitet. Dementsprechend wird die durch den Transformator 150 umgesetzte Leistung verringert, wenn der Ausgangsstrom IAUS ansteigt.The voltage U3 dropping across the series resistor R3 is coupled out by means of a resistor R2 and conducted to the base of the transistor V1. Accordingly, the through the transformer 150 converted power is reduced when the output current I OUT increases.

Zusätzlich ist der positive Anschluss der Verbindung 115 mittels eines Zweipols Z mit der Basis des Transistors V1 verbunden. In Abhängigkeit einer Kennlinie des Zweipols Z wird somit die durch den Transformator 150 übertragenen Leistung auch dann verringert, wenn die Ausgangsspannung UAUS ansteigt.In addition, the positive connection is the connection 115 connected by means of a dipole Z to the base of the transistor V1. Depending on a characteristic of the two-pole Z is thus the through the transformer 150 transmitted power is reduced even when the output voltage U OFF increases.

3 zeigt ein Diagramm 300 mit Kennlinien des Schaltnetzteils 120 aus 1. In einer horizontalen Richtung ist der Ausgangsstrom IAUS und in einer vertikalen Richtung die Ausgangsspannung UAUS des Schaltnetzteils 120 der 1 und 2 aufgetragen. 3 shows a diagram 300 with characteristics of the switching power supply 120 out 1 , In a horizontal direction, the output current I is OFF and in a vertical direction the output voltage U OUT of the switched-mode power supply 120 of the 1 and 2 applied.

Eine erste Kennlinie 305 ergibt sich, wenn der Zweipol Z aus 2 durch einen Widerstand R4 gebildet ist. Durch die Einkopplung der Ausgangsspannung UAUS an die Basis des Transistors V1 in 2 sinkt die Ausgangsspannung UAUS mit steigendem Ausgangsstrom IAUS von einem vorbestimmten Maximum UMAX im Wesentlichen ab. Erreicht der Ausgangsstrom IAUS einen vorbestimmten maximalen Ausgangsstrom IMAX, so beträgt die Ausgangsspannung UAUS eine minimale Ausgangsspannung UMIN. Wie stark das Gefälle der ersten Kennlinie 305 ist, hängt davon ab, wie groß der Widerstand R4 ist und wie groß der Längswiderstand R3 ist.A first characteristic 305 arises when the two-pole Z out 2 is formed by a resistor R4. Through the coupling of the output voltage U OFF to the base of the transistor V1 in 2 the output voltage U OFF decreases with increasing output current I out from a predetermined maximum U MAX substantially. When the output current I OUT reaches a predetermined maximum output current I MAX , the output voltage U OUT is a minimum output voltage U MIN . How strong the gradient of the first characteristic 305 depends on how large the resistance R4 is and how large the series resistance R3 is.

Eine zweite Kennlinie 310 ergibt sich, wenn der Zweipol Z durch eine Serienschaltung einer Diode D2, einer Zenerdiode ZD und des Widerstands R4 gebildet ist. Die Reihenfolge der Serienschaltung der Diode D2, der Zenerdiode ZD und des Widerstands R4 ist beliebig, wobei die Durchlassrichtung der Diode D2 vom positiven Anschluss der Verbindung 115 in Richtung der Basis des Transistors V1 erfolgt und die Zenerdiode ZD in die entgegengesetzte Richtung orientiert ist.A second characteristic 310 results when the two-terminal Z is formed by a series connection of a diode D2, a Zener diode ZD and the resistor R4. The order of series connection of the diode D2, the Zener diode ZD and the resistor R4 is arbitrary, wherein the forward direction of the diode D2 from the positive terminal of the compound 115 in the direction of the base of the transistor V1 and the zener diode ZD is oriented in the opposite direction.

Liegt der Ausgangsstrom IAUS des Schaltnetzteils 120 zwischen 0 und einem ersten Strom I1, so ist die Ausgangsspannung UAUS konstant auf dem Wert UMAX. Zwischen dem ersten Strom I1 und einem zweiten, höheren Strom I2 fällt die Kennlinie 310 linear ab. Die Steilheit der Kennlinie in diesem Bereich ist abhängig von dem Widerstand R4 und dem Längswiderstand R3. Der zweite Strom I2 liegt so nahe am maximalen Strom IMAX, dass von einem konstanten Ausgangsstrom IAUS zwischen dem zweiten Strom I2 und IMAX ausgegangen werden kann. In diesem Bereich fällt die Ausgangsspannung UAUS linear ab.Is the output current I OFF of the switching power supply 120 between 0 and a first current I 1 , the output voltage U OUT is constant at the value U MAX . Between the first current I 1 and a second, higher current I 2 , the characteristic falls 310 linearly. The steepness of the characteristic in this range depends on the resistance R4 and the series resistance R3. The second current I 2 is so close to the maximum current I MAX that a constant output current I OUT between the second current I 2 and I MAX can be assumed. In this area, the output voltage U OFF drops linearly.

Der ersten Strom I1, ab dem eine Absenkung der Ausgangsspannung UAUS erfolgt, ist abhängig von der Summe der Durchbruchsspannungen der Diode D2 und der Zenerdiode ZD. Bei geeigneter Wahl der Zenerdiode ZD kann die Diode D2 auch weggelassen werden. Die Ausgangsspannung, die sich beim zweiten Strom I2 einstellt, ist durch die Durchbruchsspannungen der Zenerdiode ZD und der Diode D2 sowie die Werte der Widerstände R4, R3 und R2 beeinflussbar.The first current I 1 , from which a lowering of the output voltage U OUT occurs, is dependent on the sum of the breakdown voltages of the diode D 2 and the Zener diode ZD. With a suitable choice of the Zener diode ZD, the diode D2 can also be omitted. The output voltage, which occurs at the second current I 2 , can be influenced by the breakdown voltages of the Zener diode ZD and the diode D 2 as well as the values of the resistors R 4 , R 3 and R 2 .

In einem bekannten Schaltnetzteil 120 erfolgt eine Regelung des Ausgangsstroms IAUS, wie oben mit Bezug auf 2 erläutert wurde, mittels des Längswiderstands R3 und des Widerstands R2. Eine Regelung der Ausgangsspannung UAUS erfolgt jedoch üblicherweise auf eine konstante Größe hin, die üblicherweise mittels einer Zenerdiode und gegebenenfalls eines Spannungsteilers aus der Ausgangsspannung UAUS abgeleitet ist. Eine Kennlinie eines Schaltnetzteils des Standes der Technik verläuft bei einem Ausgangsstrom zwischen 0 und IMAX konstant auf UMAX und fällt dann steil auf 0 ab. Eine maximale Leistung eines solchen Schaltnetzteils ergibt sich als Produkt aus dem maximalen Ausgangsstrom und der maximalen Ausgangsspannung.In a known switching power supply 120 carried out a regulation of the output current I out, as described above with respect to 2 has been explained by means of the series resistor R3 and the resistor R2. However, a regulation of the output voltage U OUT is usually carried out to a constant size, which is usually derived by means of a Zener diode and optionally a voltage divider from the output voltage U OUT . A characteristic curve of a switching power supply of the prior art runs at an output current between 0 and I MAX constant at U MAX and then drops steeply to 0 from. A maximum power of such a switching power supply results as a product of the maximum output current and the maximum output voltage.

Die dargestellten Kennlinien 305 und 310 des Schaltnetzteils 120 der 1 und 2 entfernen einen Punkt, an dem eine maximale Leistung durch das Schaltnetzteil 120 bereitgestellt ist, von einem Punkt, an dem die Ausgangsspannung UAUS maximal ist. Die maximale Leistung des Schaltnetzteils 120 steht daher bereits bei einem kleineren Ausgangsstrom IAUS zur Verfügung. Dadurch können Bauteile des Schaltnetzteils 120 kostensparend schwächer dimensioniert sein und die Ausgangskennlinie 305, 310 kann vorteilhaft an das IU-Ladeverfahren für den Energiespeicher 110 angepasst sein.The illustrated characteristics 305 and 310 of the switching power supply 120 of the 1 and 2 remove a point at which maximum power through the switching power supply 120 is provided from a point at which the output voltage U OFF is maximum. The maximum power of the switching power supply 120 is therefore already available with a smaller output current I OFF . This allows components of the switching power supply 120 be cost-saving dimensioned weaker and the output characteristic 305 . 310 can be advantageous to the IU charging method for the energy storage 110 be adjusted.

In einer Ausführungsform des Ladegeräts 105 aus 1 ist es ausreichend, die Ladeschaltung 125 dazu auszubilden, den Energiespeicher 110 von der Ausgangsspannung UAUS zu trennen, sobald die Ausgangsspannung UAUS einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Dieser Wert bestimmt sich auf der Basis einer Zellenspannung des Energiespeichers 110.In one embodiment of the charger 105 out 1 it is sufficient, the charging circuit 125 to train the energy storage 110 to separate from the output voltage U OFF when the output voltage has reached a predetermined value U OFF. This value is determined on the basis of a cell voltage of the energy storage 110 ,

Ein einfaches und schonendes Laden des Energiespeichers 110 kann auf die beschriebene Weise mit minimalem Aufwand implementiert sein, da die Bauteile des Schaltnetzteils 120 im Wesentlichen unverändert übernommen werden können und lediglich der zusätzliche Zweipol Z aufgenommen werden muss.A simple and gentle charging of the energy storage 110 can be implemented in the described manner with minimal effort, since the components of the switching power supply 120 essentially unchanged and only the additional two-pole Z has to be included.

Claims (11)

Schaltnetzteil (120) zur Umsetzung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung (UAUS) in einem Ladegerät, umfassend: – eine Schalteinrichtung (140) zum getakteten Durchschalten der Eingangsspannung in Abhängigkeit eines Steuersignals; – einen Transformator (150) zum Transformieren der getaktet durchgeschalteten Eingangsspannung; und – einen Gleichrichter (155) zum Bereitstellen der Ausgangsspannung auf der Basis der transformierten Spannung, – eine Steuereinrichtung (160), die dazu eingerichtet ist, das Steuersignal in Abhängigkeit des Ausgangsstroms (IAUS) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtung (160) ferner dazu eingerichtet ist, das Steuersignal in Abhängigkeit der Ausgangsspannung (UAUS) zu steuern.Switching power supply ( 120 ) for converting an input voltage into an output voltage (U OUT ) in a charger, comprising: - a switching device ( 140 ) for pulsed switching through the input voltage in response to a control signal; - a transformer ( 150 ) for transforming the clocked through input voltage; and a rectifier ( 155 ) for providing the output voltage on the basis of the transformed voltage, - a control device ( 160 ), which is adapted to control the control signal in dependence on the output current (I OUT ), characterized in that - the control device ( 160 ) is further adapted to control the control signal in response to the output voltage (U OFF ). Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (160) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart zu steuern, dass die Ausgangsspannung (UAUS) in einem Bereich oberhalb eines vorbestimmten Ausgangsstroms (I1) linear abnimmt.Switching power supply ( 120 ) according to claim 1, characterized in that the control device ( 160 ) Is adapted to control the control signal so that the output voltage (U OUT) in a region above a predetermined output current (I 1) decreases linearly. Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (160) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart zu steuern, dass der Ausgangsstrom (IMAX) in einem Bereich unterhalb einer vorbestimmten Ausgangsspannung (UAUS) auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist.Switching power supply ( 120 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the control device ( 160 ) Is adapted to control the control signal so that the output current (I MAX) in a region below a predetermined output voltage (U OUT) is limited to a predetermined value. Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Transistor (V1) zur Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit des Ausgangsstroms (IAUS), wobei ein Steuereingang des Transistors (V1) mittels eines Zweipols (Z) mit der Ausgangsspannung (UAUS) verbunden ist, um eine Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit der Ausgangsspannung (UAUS) bereitzustellen.Switching power supply ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized by a transistor (V1) for varying the control signal as a function of the output current (I OFF ), wherein a control input of the transistor (V1) by means of a two-pole (Z) with the output voltage (U OFF ) is connected to provide a variation of the control signal in dependence of the output voltage (U OUT). Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol (Z) einen Widerstand (R4) umfasst.Switching power supply ( 120 ) according to claim 4, characterized in that the two-terminal (Z) comprises a resistor (R4). Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol (Z) eine Zenerdiode (ZD) umfasst.Switching power supply ( 120 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the two-terminal (Z) comprises a Zener diode (ZD). Schaltnetzteil (120) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol (Z) eine Diode (D2) umfasst.Switching power supply ( 120 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the two-terminal (Z) comprises a diode (D2). Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Optokoppler (U1) vorgesehen ist, den der Transistor (V1) ansteuert, um die Ausgangsspannung (UAUS) galvanisch von der Schalteinrichtung (140) zu trennen.Switching power supply ( 120 ) According to one of the preceding claims, characterized in that an optocoupler (U1) is provided, the transistor (V1) drives to the output voltage (U OUT) electrically (by the switching device 140 ) to separate. Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (125) vorgesehen ist, um einen Ladevorgang eines mit der Ausgangsspannung (UAUS) verbundenen Energiespeichers (110) zu beenden, sobald die Ausgangsspannung (UAUS) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.Switching power supply ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a shutdown device ( 125 ) is provided for charging a power store connected to the output voltage (U OUT ) ( 110 ) when the output voltage (U OUT ) exceeds a predetermined threshold. Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (125) vorgesehen ist, um einen Ladevorgang eines mit der Ausgangsspannung (UAUS) verbundenen Energiespeichers (110) zu beenden, sobald der Ausgangsstrom (IAUS) einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.Switching power supply ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a shutdown device ( 125 ) is provided for charging a power store connected to the output voltage (U OUT ) ( 110 ) when the output current (I OUT ) falls below a predetermined threshold. Ladegerät (100) für einen Energiespeicher (110), wobei das Ladegerät (100) ein Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.Charger ( 100 ) for an energy store ( 110 ), the charger ( 100 ) a switching power supply ( 120 ) according to any one of the preceding claims.
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