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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit einem Sperrwandler umfassend eine Primärseite und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite, wobei die Primärseite umfasst einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Wechselspannungsquelle, einen Gleichrichter mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des Gleichrichters mit dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, einen ersten Kondensator, der mit dem Ausgang des Gleichrichters gekoppelt ist, mindestens eine Primärwicklung eines Transformators, wobei eine Serienschaltung umfassend die mindestens eine Primärwicklung und einen Wandlerschalter dem ersten Kondensator parallel geschaltet ist, sowie eine Steuervorrichtung zum Erzeugen von Lade- und Entladephasen des Sperrwandlers durch entsprechende Ansteuerung des Wandlerschalters. Die Sekundärseite umfasst einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung an einen Verbraucher, mindestens eine Sekundärwicklung des Transformators, eine Wandlerdiode, wobei eine Serienschaltung umfassend die mindestens eine Sekundärwicklung und die Wandlerdiode zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, einen Wandlerkondensator, der dem Ausgang parallel geschalter ist, sowie eine Auswertevorrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der Auswertevorrichtung mit dem Kopplungspunkt zwischen der Sekundärwicklung des Transformators und der Wandlerdiode gekoppelt ist, wobei die Auswertevorrichtung die Serienschaltung einer ersten Diode und eines zweiten Kondensators umfasst, die zwischen den Eingang der Auswertevorrichtung und ein Bezugpotential gekoppelt ist, wobei die erste Diode so orientiert ist, dass der zweite Kondensator während der Ladephase des Sperrwandlers auf eine Spannung aufgeladen wird, die mit dem Ladezustand des ersten Kondensators korreliert ist, wobei die Auswertevorrichtung ausgelegt ist, zumindest während der Ladephase des Sperrwandlers an ihrem Ausgang ein Signal bereitzustellen, das mit dem Ladezustand des zweiten Kondensators korreliert ist.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Problem, dass bei Schaltnetzteilen mit galvanischer Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite Messsignale, die von der Primär- auf die Sekundärseite übertragen werden sollen, ebenfalls galvanisch getrennt werden müssen. Um im Hinblick auf niedrige Kosten und geringen Bauraum zusätzliche isolierende Bauteile zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise der bereits vorhandene Transformator als Koppelelement verwendet. Konkret geht es vorliegend beispielsweise darum, Informationen über den Ladezustand des ersten Kondensators, der sich auf der Primärseite befindet, auf die Sekundärseite zu übertragen. Dies hat seine Ursache darin, dass auf der Sekundärseite aus Platzgründen üblicherweise keine großen Energiespeicherelemente vorgesehen sind. Um nun bei einem Netzspannungsabfall oder -ausfall beispielsweise Konfigurationsdaten von Bausteinen, die von der Sekundärseite versorgt werden, rechtzeitig zu sichern, ist eine Information über die Spannungssituation auf der Primärseite an die Sekundärseite zu übertragen. Ein ständiges Sichern der Konfigurationsdaten auf der Sekundärseite kommt nicht in Betracht, da dies zu einer deutlichen Reduktion der Lebensdauer des entsprechenden Speicherbausteins führen würde. Außerdem entsteht hierdurch ein unnützer Datenverkehr, da häufig Speicherzellen nicht einzeln beschreibbar sind, sondern nur in einem Verbund. Da ein Speicherbaustein üblicherweise auch nicht separat, sondern in einem Controller-Baustein vorgesehen ist, würde der Controller-Baustein durch die erwähnten Schreibzyklen in unerwünschter Weise belastet.
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Bei den Konfigurationsdaten kann es sich beispielsweise um Betriebsparameter eines Leuchtmittels handeln, beispielsweise eine Dimmstellung, einen Farbort oder dergleichen.
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Ein zu diesem Zweck geeignetes, gattungsgemäßes Schaltnetzteil ist bekannt aus der
DE 102 16 784 A1 . Dabei beaufschlagt die auf der Sekundärseite des Transformators anliegende negative Spannung in der Schaltphase des Sperrwandlers eine der ersten Diode nachgeschaltete Signalaufbereitungsanordnung, bevor einem Mikrocontroller das aufbereitete Messsignal zugeleitet wird, das die Spannungssituation auf der Primärseite widerspiegelt. Nach einer Gleichrichtung des ursprünglichen Messsignals wird die ausgangsseitig am Transformator anliegende negative Spannung im ersten Kondensator gepuffert, über einen Filter gefiltert und anschließend durch einen invertierenden Verstärker invertiert und verstärkt. Das auf diese Weise aufbereitete Messsignal kann anschließend in dem Mikrocontroller im Hinblick auf die gewünschte Kenngröße untersucht werden.
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Der Nachteil des in der
DE 102 16 784 A1 vorgestellten Schaltnetzteils liegt darin, dass eine negative Versorgungsspannung zur Speisung eines invertierenden Verstärkers benötigt wird. Dies ist unerwünscht, da damit ein zusätzlicher schaltungstechnischer Aufwand verbunden ist, der in zusätzlichen Kosten sowie in einem zusätzlichen Raumerfordernis resultiert.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein gattungsgemäßes Schaltnetzteil derart weiterzubilden, dass bei möglichst geringem Bauteileaufwand sowie niedrigen Kosten und geringem Platzbedarf auf eine negative Versorgungsspannung verzichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltnetzteil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe grundsätzlich gelöst werden kann, wenn die Spannung am zweiten Kondensator zu positiven Spannungswerten verschoben wird. Durch diese Maßnahme erübrigt sich der Einsatz eines invertierenden Verstärkers, wodurch eine negative Versorgungsspannung verzichtbar wird.
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Erfindungsgemäß umfasst deshalb die Auswertevorrichtung weiterhin eine Spannungsmodifikationsvorrichtung, die zwischen den zweiten Kondensator und den Ausgang der Auswertevorrichtung gekoppelt ist, wobei die Spannungsmodifikationsvorrichtung ausgelegt ist, die Spannung am zweiten Kondensator zu positiven Spannungswerten zu verschieben.
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Auf diese Weise liegt die auszuwertende Spannung nunmehr polaritätsrichtig vor, um beispielsweise von einem Mikrocontroller ausgewertet zu werden. Ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil kann damit kostengünstiger sowie bei geringerem Platzbedarf als das aus dem Stand der Technik bekannte Schaltnetzteil realisiert werden.
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Bei einer ersten, besonders vorteilhaften Kategorie von Ausführungsformen umfasst die Spannungsmodifikationsvorrichtung eine Ladungspumpe. Hierbei übernimmt der zweite Kondensator die Funktion des Pumpkondensators. Er wird in der Ladephase des Sperrwandlers aufgeladen und in der Entladephase mit seinem nunmehr negativ geladenen Anschluss auf das Bezugspotential angehoben, wodurch sich der vorher auf Bezugspotential befindliche Anschluss in Richtung positiver Spannung verschiebt.
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Besonders bevorzugt ist dabei zwischen den Eingang der Auswertevorrichtung und die Serienschaltung des zweiten Kondensators und der ersten Diode die Serienschaltung eines ersten ohmschen Widerstands und einer zweiten Diode gekoppelt, wobei zwischen den Kopplungspunkt der Serienschaltung der ersten Diode und des zweiten Kondensators mit der Serienschaltung des ersten ohmschen Widerstands und der zweiten Diode einerseits und den Eingang der Auswertevorrichtung andererseits die Serienschaltung einer dritten Diode und eines zweiten ohmschen Widerstands gekoppelt ist, wobei ein erster elektronischer Schalter vorgesehen ist, der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Steuerelektrode mit dem Kopplungspunkts der dritten Diode und dem zweiten ohmschen Widerstand gekoppelt ist, wobei die Arbeitselektrode mit dem Kopplungspunkt der Serienschaltung der ersten Diode und des zweiten Kondensators mit der Serienschaltung des ersten ohmschen Widerstands und der zweiten Diode gekoppelt ist, wobei die Bezugselektrode mit dem Bezugspotential gekoppelt ist. Auf diese Weise wird die Steuerung der Ladungspumpe selbst geführt, sodass keine weitere Ansteuerung benötigt wird.
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Bevorzugt umfasst die Auswertevorrichtung weiterhin eine vierte Diode, deren erster Anschluss mit dem Kopplungspunkt der ersten Diode und dem zweiten Kondensator gekoppelt ist, wobei deren zweiter Anschluss mit einem dritten Kondensator gekoppelt ist, dessen anderer Anschluss mit dem Bezugspotential gekoppelt ist, wobei der dritte Kondensator mit dem Ausgang der Auswertevorrichtung gekoppelt ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass am dritten Kondensator eine Spannung bereitgestellt wird, die mit der Spannung am zweiten Kondensator korreliert, jedoch zu positiven Spannungswerten verschoben ist.
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Zur Bereitstellung einer besonders einfach beispielsweise über einen Mikrocontroller auszuwertenden Spannung ist bevorzugt dem dritten Kondensator ein Spannungsteiler parallel geschaltet, wobei zwischen den Abgriff des Spannungsteilers und den Ausgang der Auswertevorrichtung eine Vorrichtung zur Mittelwertbildung gekoppelt ist.
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Besonders bevorzugt ist zwischen den Abgriff des Spannungsteilers und die Vorrichtung zur Mittelwertbildung ein Spannungsfolger gekoppelt. Dabei kann der Spannungsfolger einen zweiten elektronischen Schalter mit einer Steuerelektrode, einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode umfassen, wobei die Steuerelektrode mit dem Abgriff des Spannungsteilers gekoppelt ist, wobei die Arbeitselektrode mit einem Anschluss für eine Versorgungsspannung gekoppelt ist, wobei die Bezugselektrode über einen dritten ohmschen Widerstand mit der Vorrichtung zur Mittelwertbildung gekoppelt ist. Auf diese Weise steht eine größere Ladungsmenge bereit, sodass die Abfrage des Ladungszustands über einen längeren Zeitraum erfolgen kann. Die Verwendung eines Spannungsfolgers hat überdies den Vorteil, dass der Ladungszustand am zweiten Kondensator unabhängig von der Last am Ausgang der Auswertevorrichtung ist.
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Eine zweite Kategorie von vorteilhaften Ausführungsformen ist ausgelegt, das negative Messsignal über dem zweiten Kondensator durch Aufbringen eines Offsets über ein Widerstandsnetzwerk nach positiven Spannungen zu verschieben. Aus diesem Grund umfasst bei diesen Ausführungsformen die Spannungsmodifikationsvorrichtung einen Spannungsteiler, der zwischen den Anschluss des zweiten Kondensators, der nicht mit dem Bezugspotential gekoppelt ist, und einen Anschluss für eine Versorgungsspannung gekoppelt ist, wobei der Abgriff des Spannungsteilers mit dem Ausgang der Auswertevorrichtung gekoppelt ist. Auch auf diese Weise lässt sich ein invertierender Verstärker auf der Sekundärseite vermeiden.
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Auch hier kann zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers und den Ausgang der Auswertevorrichtung eine Vorrichtung zur Mittelwertbildung gekoppelt sein. Weiterhin kann zwischen den Abgriff des Spannungsteilers und die Vorrichtung zur Mittelwertbildung ein Spannungsfolger gekoppelt sein. Hierbei werden die beiden folgenden, unterschiedliche Varianten bevorzugt:
Bei einer ersten Variante umfasst der Spannungsfolger einen zweiten elektronischen Schalter mit einer Steuerelektrode, einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode, wobei die Steuerelektrode mit dem Abgriff des Spannungsteilers gekoppelt ist, wobei die Arbeitselektrode über einen vierten ohmschen Widerstand mit einem Anschluss für eine Versorgungsspannung gekoppelt ist, wobei die Bezugselektrode mit dem Bezugspotential gekoppelt ist. Bevorzugt ist dabei die Arbeitselektrode des zweiten elektronischen Schalters mit der Vorrichtung zur Mittelwertbildung gekoppelt. Dabei wird als zweiter Schalter ein PNP-Transistor eingesetzt. Dies liefert den Vorteil, dass der nutzbare Messbereich sehr groß ist.
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Bei einer anderen Variante umfasst der Spannungsfolger einen zweiten elektronischen Schalter mit einer Steuerelektrode, einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode, wobei die Steuerelektrode mit dem Abgriff des Spannungsteilers gekoppelt ist, wobei die Bezugselektrode mit einem Anschluss für eine Versorgungsspannung gekoppelt ist, wobei die Arbeitselektrode mit der Vorrichtung zur Mittelwertbildung gekoppelt ist. Durch den Spannungsabfall über der Basis-Emitter-Diode des zweiten elektronischen Schalters, der hier als NPN-Transistor ausgeführt ist, steht hier allerdings ein kleinerer nutzbarer Messbereich zur Verfügung.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils;
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2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils; und
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3 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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In den Figuren werden für gleiche und gleich wirkende Bauelemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Diese werden deshalb nur einmal eingeführt.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils mit einem Sperrwandler. Dieses umfasst eine Primärseite und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite. Primärseitig ist demnach ein Eingang mit einem ersten E1 und einem zweiten Eingangsanschluss E2 zum Koppeln mit einer Wechselspannungsquelle UN vorgesehen. Ein Gleichrichter 12 ist eingangsseitig mit den Eingangsanschlüssen E1 und E2 gekoppelt. Ein erster Kondensator C1 ist mit dem Ausgang des Gleichrichters 12 gekoppelt. Die Primärwicklung LP eines Transformators Tr ist zusammen mit dem Wandlerschalter SW des Sperrwandlers dem ersten Kondensator C1 parallel geschaltet. Eine nicht dargestellte Steuervorrichtung ermöglicht durch entsprechende Ansteuerung des Wandlerschalters SW die Erzeugung von Lade- und Entladephasen des Sperrwandlers.
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Die Sekundärseite umfasst einen Ausgang mit einem ersten A1 und einem zweiten Ausgangsanschluss A2, an dem eine Ausgangsspannung UA an einen Verbraucher bereitgestellt wird. Eine Sekundärwicklung LS des Transformators Tr ist der Wandlerdiode DW in Serie geschaltet, wobei diese Serienschaltung zwischen die Ausgangsanschlüsse A1, A2 gekoppelt ist. Ein Wandlerkondensator CW ist dem Ausgang A1, A2 parallel geschaltet.
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Eine Auswertevorrichtung ist mit 14 bezeichnet. Diese weist einen Eingang ES und einen Ausgang AS auf. Der Eingang ES der Auswertevorrichtung 14 ist mit dem Kopplungspunkt zwischen der Sekundärwicklung LS des Transformators Tr und der Wandlerdiode DW gekoppelt. Die Auswertevorrichtung 14 umfasst eine Spannungsmodifikationsvorrichtung 18, die als Ladungspumpe ausgebildet ist. Dabei ist zwischen den Eingang ES der Auswertevorrichtung 14 und einen Knotenpunkt N1 die Serienschaltung eines ohmschen Widerstands R1 und einer Diode D2 vorgesehen, der die Serienschaltung einer Diode D3 und eines ohmschen Widerstands R2 parallel geschaltet ist. Der Kopplungspunkt des ohmschen Widerstands R2 und der Diode D3 ist mit der Steuerelektrode eines elektronischen Schalters S1 gekoppelt. Die Arbeitselektrode des Schalters S1 ist mit dem Knotenpunkt N1 gekoppelt, während die Bezugselektrode des Schalters S1 mit dem Bezugspotential gekoppelt ist. Zwischen den Knotenpunkt N1 und einen Knotenpunkt N2 ist der Kondensator C2 gekoppelt. Dabei stellt der Knotenpunkt N2 den Kopplungspunkt zweier Dioden D1 und D4 dar. Der Serienschaltung der Dioden D1 und D4 ist der Kondensator C3 parallel geschaltet, wobei dem Kondensator C3 seinerseits ein Spannungsteiler parallel geschaltet ist, der die ohmschen Widerstände R3 und R4 umfasst. Der Abgriff des Spannungsteilers R3, R4 ist mit einem Spannungsfolger 16 gekoppelt, wobei der Ausgang des Spannungsfolgers 16 mit einer Vorrichtung 20 zur Mittelwertbildung gekoppelt ist.
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Der Spannungsfolger 16 umfasst einen zweiten elektronischen Schalter S2, dessen Bezugselektrode mit einer Versorgungsspannung UQ gekoppelt ist, die vorzugsweise 3,3 V bereitstellt. Der Abgriff des Spannungsteilers R3, R4 ist mit der Steuerelektrode des zweiten elektronischen Schalters S2 gekoppelt. Die Bezugselektrode des zweiten elektronischen Schalters S2 ist über einen ohmschen Widerstand R6 mit dem Ausgang AS der Auswertevorrichtung 14 gekoppelt. Zwischen den Ausgang AS und das Bezugspotential ist zur Realisierung der Vorrichtung zur Mittelwertbildung die Parallelschaltung des Kondensators C4 und eines ohmschen Widerstands R5 vorgesehen.
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Zur Funktion: Wie dem Fachmann allgemein bekannt, wechseln beim Sperrwandler Lade- und Entladephasen durch entsprechende Ansteuerung des Wandlerschalters SW ab. Während der Ladephase ist der Schalter SW geschlossen, während der Entladephase geöffnet. Während der Ladephase wird die über dem Kondensator C1 anliegende Spannung auf die Sekundärseite entsprechend dem Windungsverhältnis der Primärwicklung LP und der Sekundärwicklung LS übertragen und steht dort als Spannung U2 zur Verfügung. Damit ist grundsätzlich eine Information über den Ladezustand des Kondensators C1 auf der Sekundärseite vorhanden. Allerdings ist die Spannung U2 negativ, sodass Vorkehrungen getroffen werden müssen, um diese Spannung U2 derart aufzubereiten, dass sie am Ausgang AS der Auswertevorrichtung 14 in einer Art und Weise zur Verfügung steht, sodass sie von einem Mikrocontroller ausgewertet werden kann.
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Während der Ladephase wird der Kondensator C2 im Wesentlichen aufgeladen über die Diode D1 sowie die Serienschaltung des ohmschen Widerstands R1 und der Diode D2. In dem Moment, in dem der Wandlerschalter SW geöffnet wird, kehrt sich die Polarität der Spannung U2 schlagartig um, wodurch die Diode DW leitend wird. Infolge davon fließt kein Strom mehr über die Serienschaltung aus Diode D1, Kondensator C2, ohmschem Widerstand R1 und Diode D2. Allerdings wird der Alternativpfad umfassend den Schalter S1 und die Diode D4 leitend, sodass der linke Anschluss des Kondensators C2 mit dem Bezugspotential gekoppelt wird. Auf diese Weise wird die zuvor auf dem Kondensator C2 gespeicherte Ladung angehoben und in Richtung Plus, das heißt zu positiven Spannungswerten verschoben. Die Ladung entlädt sich über die Diode D4 auf den Kondensator C3. Demnach ist die auf dem Kondensator C3 vorhandene Ladung der Ladung am Kondensator C1 proportional und kann, da sie positiv ist, auf einfache Art und Weise von einem Mikrocontroller, der mit dem Ausgang AS der Auswertevorrichtung 14 gekoppelt ist, ausgewertet werden.
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Allerdings wäre die auf dem Kondensator C3 befindliche Ladung stark betriebsartenabhängig von der am Ausgang A1, A2 angeschlossenen Last, beispielsweise bei lückendem Betrieb. Dies könnte dazu führen, dass der Messwert nicht eindeutig ist. Bevorzugt ist deshalb der Spannungsfolger 16 vorgesehen, der unter anderem der Impedanzanpassung dient. Überdies kann dadurch der Kondensator C3 klein dimensioniert werden. Ohne das Vorsehen eines Spannungsfolgers 16 müsste der Kondensator C3 größer dimensioniert werden, um sicherzustellen, dass der Peakwert der Spannung über dem Kondensator C3 möglichst lange unverfälscht erhalten bleibt und zur Auswertung zur Verfügung steht. Die Auswertevorrichtung 14 wird dadurch weniger lastabhängig. Der Kondensator C4 wird demnach aus der Versorgungsspannung UQ entsprechend des Signals an der Steuerelektrode des elektronischen Schalters S2 geladen. Dadurch steht eine große Ladungsmenge bereit, die über einen langen Zeitraum abgefragt werden kann
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Um zu verhindern, dass eine Auswertung der am Ausgang AS bereitgestellten Spannung nur synchronisiert mit dem Schaltnetzteil vorgenommen werden kann, kann eine Vorrichtung 20 zur Mittelwertbildung vorgesehen sein. Damit kann eine Auswertung am Ausgang AS permanent erfolgen, insbesondere unabhängig von irgendwelchen Schaltaktivitäten des Schaltnetzteils..
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Bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Schaltnetzteilen umfasst die Spannungsmodifikationsvorrichtung 18 ein geeignet mit dem Kondensator C2 gekoppeltes Widerstandsnetzwerk, um die über dem Kondensator C2 abfallende Spannung zu positiven Werten zu verschieben, sodass sie am Ausgang AS der Auswertevorrichtung 14 von einem Mikrocontroller ausgewertet werden kann. Dabei ist zwischen den Eingang ES der Auswertevorrichtung 14 und das Bezugspotential die Serienschaltung des ohmschen Widerstands R1, der Diode D1 sowie des Kondensators C2 vorgesehen. Ein Spannungsteiler, der die Widerstände R8 und R9 umfasst, ist zwischen den Anschluss für eine Versorgungsspannung UQ und den Anschluss des Kondensators C2 gekoppelt, der nicht mit dem Bezugspotential gekoppelt ist.
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Bis hierhin gleichen sich die Ausführungsbeispiele der 2 und 3. Unterschiede ergeben sich hinsichtlich der Ausbildung des entsprechenden Spannungsfolgers 16 sowie der Vorrichtung 20 zur Mittelwertbildung. Zunächst zu der Variante gemäß 2:
Gemäß 2 umfasst der Spannungsfolger 16 einen mit einem PNP-Transistor realisierten elektronischen Schalter S2. Dabei ist die Steuerelektrode des Schalters S2 mit dem Abgriff des Spannungsteilers R8, R9 gekoppelt, seine Bezugselektrode mit dem Bezugspotential und seine Arbeitselektrode über einen ohmschen Widerstand R7 mit dem Anschluss für die Versorgungsspannung UQ. Mit der Arbeitselektrode weiterhin gekoppelt ist der Kondensator C4 sowie der Ausgang AS. Bei dieser Variante lässt sich der Bereich der am Ausgang AS bereitgestellten Spannung zwischen 0 V und UQ einstellen. Dies resultiert in einer optimalen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Wandlerbereichs.
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Da die Spannung an C2 durch den niederohmigen Ladepfad R1/D1 immer auf einen negativen Wert gebracht wird, der –UC1/ü entspricht, wobei ü das Übersetzungsverhältnis des Transformators Tr darstellt, wird die Abgriffspannung am Spannungsteiler R8/R9 (beispielsweise R8 = 100 kOhm, R9 = 470 kOhm) bei einem Eingangswert von UC1 = 0 V zu 2,72V.
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Durch diese vorteilhafte Dimensionierung und die Verschiebung zu positiven Spannungswerten durch den pnp-Transistor läßt sich eine ideale Abbildung des Eingangsspannungsbereichs von UN (beispielsweise 0V bis 350 V) auf den im Hinblick auf eine Mikrocontrollerauswertung bevorzugten Messbereich von 3,3 V bis 0 V abbilden.
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Bei der Variante gemäß 3 ist der zweite elektronische Schalter S2 als NPN-Transistor ausgebildet. Seine Steuerelektrode ist wiederum mit dem Abgriff des Spannungsteilers R8, R9 gekoppelt. Im Gegensatz zu 2 ist seine Bezugselektrode allerdings mit dem Anschluss für die Versorgungsspannung UQ gekoppelt, während zwischen seine Arbeitselektrode und das Bezugspotential die Vorrichtung zur Mittelwertbildung R5, C4 gekoppelt ist. Mit der Arbeitselektrode weiterhin gekoppelt ist der Ausgang AS der Auswertvorrichtung 14. Infolge des Spannungsabfalls über der Basis-Emitter-Diode des Schalters S2 steht hier am Ausgang AS allerdings lediglich ein Spannungsbereich zwischen 0,7 V und UQ zur Verfügung.
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Um mit der Variante gemäß 3 die Auswertung eines vergleichbaren Bereichs der Eingangsspannung UN zu ermöglichen, ist der Spannungsteiler R8/R9 anders zu dimensionieren, beispielsweise R8 = 68 kOhm und R9 = 470 kOhm. Da vom Potential am Abgriffspunkt des Spannungsteilers R8/R9 bis zum Ausgang AS der Auswertevorrichtung 14 ein Spannungsabfall in Höhe der Basis-Emitter-Diodenspannung des Schalters S2 zu berücksichtigen ist, verringert sich der nutzbare Messbereich, beispielsweise auf 2,3 V bis 0 V) was eine reduzierte Auflösung bewirkt. Diese Konsequenz ist jedoch nicht von Relevanz, wenn der am Ausgang AS angeschlossene Mikrocontroller einen konfigurierbaren Eingangsbereich aufweist.
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Wird hingegen bei der Variante gemäß 3 die Dimensionierung des Spannungsteilers R8/R9 gemäß 2 beibehalten, ergibt sich der Vorteil, dass kleine Werte der Eingangsspannung UN, beispielsweise bis 220 V, besser aufgelöst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10216784 A1 [0004, 0005]
