DE102013113012A1 - Schaltnetzteil und Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils - Google Patents

Schaltnetzteil und Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil (1) zum Umwandeln einer Eingangsspannung (UEIN) in eine Ausgangsspannung (UA), aufweisend zumindest eine von einer Pulsweitenmodulationsschaltung (9) getaktet angesteuerten Schaltstufe (4), wobei eine Regelschaltung (8) vorgesehen ist, die auf die Pulsweitenmodulationsschaltung (9) zur Änderung der Höhe der Ausgangsspannung (UA) einwirkt. Das Schaltnetzteil (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelschaltung (8) einen Temperatursensor (S) aufweist, der zum Messen einer lastabhängigen Temperatur (T) des Schaltnetzteils (1) vorgesehen ist, wobei die Regelschaltung (8) so eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung (UA) eines Schaltnetzteils (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil zum Umwandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, das zumindest eine von einer Pulsweitenmodulationsschaltung getaktet angesteuerten Schaltstufe, wobei eine Regelschaltung vorgesehen ist, die auf die Pulsweitenmodulationsschaltung zur Änderung der Höhe der Ausgangsspannung einwirkt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils.
  • Bei einem Schaltnetzteil wird üblicherweise eine Eingangswechselspannung zunächst gleichgerichtet und dann mit einer Schaltstufe in eine Wechselspannung erheblich höherer Frequenz gewandelt. Diese eingangsseitige hochfrequente Wechselspannung wird, beispielsweise mittels eines Transformators, in eine ausgangsseitige hochfrequente Wechselspannung kleineren oder größeren Betrages transformiert und wieder gleichgerichtet. Um die so gewonnene Ausgangsgleichspannung zu stabilisieren, weisen solche Schaltnetzteile einen Regelkreis auf, der die Ausgangsgleichspannung unabhängig von einer angeschlossenen Last auf einen möglichst konstanten Wert regelt. Dies ist über eine Veränderung der Frequenz und/oder der Pulsbreite bzw. des Tastverhältnisses der getakteten Ansteuerung der Schaltstufe in einem Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) möglich. Dazu weist das Schaltnetzteil eine PWM-Schaltstufe auf, die von dem Regelkreis beeinflusst wird.
  • In Abhängigkeit vom Einsatzfall kann ein Schaltnetzteil anstelle der eingangsseitigen Schaltstufe auch eine ausgangsseitig angeordnete Schaltstufe aufweisen, oder es ist sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig eine Schaltstufe zum Wandeln einer gleichgerichteten Wechselspannung in eine Wechselspannung höherer Frequenz vorgesehen.
  • Um eine Last mit einer ausreichend großen Leistung zu versorgen, ist es bekannt, mehrere Netzteile parallel zu schalten, so dass der Last ein höherer Ausgangsstrom zur Verfügung steht. Bei einer solchen Parallelschaltung ist es wichtig, dass die Netzteile gleichmäßig belastet werden. Dies ist ohne eine zusätzliche Regelung üblicherweise nicht der Fall, da selbst baugleiche Netzteile mit nominell gleicher Ausgangsspannung in ihrer tatsächlichen Ausgangsspannungen zumindest geringfügig differieren, was unter Umständen stark voneinander abweichende Ausgangsströme der einzelnen Netzteile zur Folge hat.
  • Ohne eine zusätzliche Regelung übernimmt dann zumeist eines der Netzteile die volle Last bis zu seiner Strombegrenzung, während das andere oder die anderen Netzteile lediglich die verbleibende benötigte Last übernehmen. Das stark belastete Netzteil arbeitet dann dauerhaft an seiner Leistungsgrenze, wodurch seine Lebensdauer erheblich abnimmt.
  • Bekannt ist es daher, den Ausgangsstrom jedes der parallel geschalteten Netzteile zu messen, und die Ausgangsspannung mit einer externen Regelung in Abhängigkeit vom fließenden Ausgangsstrom jeweils so zu regeln, dass die Netzteile denselben Stromanteil liefern. Die Netzteile werden bei dieser Lösung sehr gleichmäßig belastet. Wegen der erforderlichen externen Beschaltung ist diese Lösung jedoch aufwendig.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Schaltnetzteil zur Verfügung zu stellen, mit dem in Parallelschaltung mit einem anderen, insbesondere baugleichen Schaltnetzteil eine gleichmäßige Strombelastung erzielt wird, ohne dass eine externe Beschaltung erforderlich ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Schaltnetzteil und ein Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelschaltung einen Temperatursensor aufweist, der zum Messen einer lastabhängigen Temperatur des Schaltnetzteils vorgesehen ist, wobei die Regelschaltung so eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur abgesenkt wird.
  • Bei einer dauerhaften großen Leistungsabgabe erwärmt sich das Schaltnetzteil bzw. erwärmen sich zumindest einzelne Komponenten (Bauelemente) des Schaltnetzteils. Erfindungsgemäß erfasst der Temperatursensor diese Erwärmung und wirkt derart auf die Regelschaltung ein, dass die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur absenkt wird. Arbeitet das Netzteil in einer Parallelschaltung mit weiteren Netzteilen, wird durch die temperaturgesteuerte Absenkung der Ausgangsspannung das Netzteil in der Folge weniger stark belastet. Folglich sinkt nachfolgend, mit einer gewissen Zeitverzögerung, die in der thermischen Trägheit des Netzteils begründet liegt, die gemessene Temperatur wiederum. Die Ausgangsspannung steigt, und das Netzteil wird wieder stärker belastet. Bei geeigneter Steigung der Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung ergibt sich jedoch keine sich wiederholende Temperaturerhöhung und -absenkung, sondern es stellt sich eine weitestgehend konstante und über die parallelgeschalteten Netzteile gleichmäßige Last- und damit Temperaturverteilung ein. Ohne dass eine externe Beschaltung notwendig ist, verteilt sich die Last in einem Parallelverbund mehrerer Netzteile so gleich auf die zusammengeschalteten Netzteile.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltnetzteils wird die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur nur dann abgesenkt, wenn die Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Schwellenwerttemperatur liegt. Die Regelschaltung kann dazu beispielsweise eine Auswerteschaltung für den Temperatursensor umfassen, die einen Schwellwertschalter aufweist. Auf diese Weise wird eine Variation der Ausgangsspannung in einem Kleinleistungsbereich verhindert und auch eine ungewollte Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Umgebungstemperatur. Erst wenn ein Bauelement lastbedingt eine deutlich erhöhte Temperatur aufweist, was auf eine Lastungleichverteilung schließen lässt, setzt der temperaturabhängige Regelmechanismus ein. Bevorzugt wird eine Schwellenwerttemperatur zwischen 70 und 100 °C (Gra d Celsius) gewählt und besonders bevorzugt zwischen 85 und 95 °C.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltnetzteils wird die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur linear abgesenkt. Bevorzugt beträgt die Absenkung der Ausgangsspannung zwischen 0,005 und 0,025 V/K (Volt/Kelvin, entspricht V/°C) und besonders bevorz ugt zwischen 0,015 und 0,02 V/K. Die Absenkung kann relativ einfach beispielsweise dadurch umgesetzt werden, dass die Regelschaltung eine Auswerteschaltung mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker für den Temperatursensor umfasst. Ein linearer Funktionszusammenhang zwischen der gemessenen Temperatur und der Ausgangsspannung lässt sich schaltungstechnisch leicht umsetzen und führt zu einem gutmütigen Regelverhalten in einer Parallelschaltung mehrerer Netzteile, bei dem ein Aufschwingen in eine Regelsituation, in der ständig ein anderes Netzteil übermäßig belastet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Regelschaltung eine Spannungsregelung. Ebenfalls bevorzugt ist die Regelschaltung zusätzlich oder alternativ als eine Stromregelung ausgebildet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schaltnetzteils ist der Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand. Dieser kann als Heißleiter oder als Kaltleiter ausgebildet sein. Prinzipiell sind aber auch als Schalttransistor oder als Halbleiter-Temperatursensoren ausgebildete Temperatursensoren verwendbar.
  • Der Temperatursensor ist bevorzugt an einer Ausgangsseite des Schaltnetzteils angeordnet und befindet sich in einem thermischen Kontakt mit einem Bauteil des Schaltnetzteils. Beispielsweise kann der Temperatursensor mit einem ausgangsseitigen Gleichrichter gekoppelt sein. Es ist aber auch eine Anordnung an einer Eingangsseite des Schaltnetzteils denkbar, sofern dort eine lastabhängige Temperatur messbar ist.
  • Das Schaltnetzteil ist bevorzugt als sogenanntes Weitbereichsnetzteil ausgebildet. Die Höhe der Eingangsspannung liegt dabei bevorzugt im Bereich von 10 bis 300V, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 265V.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils bei dem eine lastabhängige Temperatur einer Komponente des Schaltnetzteils gemessen wird und die Ausgangsspannung abhängig von der gemessenen Temperatur eingestellt wird. Bevorzugt wird die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur abgesenkt und insbesondere linear mit der Temperatur abgesenkt. Weiter bevorzugt wird die Ausgangsspannung mit steigender Temperatur abgesenkt, wenn die Temperatur größer ist als eine vorgegebene Schwellenwerttemperatur. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Schaltnetzteil beschriebenen Vorteile.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe von Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
  • 1 ein schematisches Schaltbild eines Schaltnetzteils;
  • 2 eine detaillierteres Schaltbild eines Teils des Schaltnetzteils; und
  • 3 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit einer Ausgangsspannung einer Auswerteschaltung von einer innerhalb des Schaltnetzteils gemessenen Temperatur; und
  • 4 eine detaillierteres Schaltbild einer Auswerteschaltung des Schaltnetzteils.
  • In 1 ist ein Schaltnetzteil 1 in einem Blockschaltbild dargestellt. Das Schaltnetzteil 1 der 1 ist zum Wandeln einer Eingangsspannung UE, hier einer Eingangswechselspannung, in eine Ausgangsspannung UA (hier eine Ausgangsgleichspannung) vorgesehen.
  • Die Eingangsspannung UE, typischerweise eine Netzspannung, wird durch einen Gleichrichter 2 in eine pulsierende Gleichspannung U1 gewandelt, die mittels einer Glättungsbaugruppe 3 geglättet und/oder gesiebt wird. Dafür weist die Glättungsbaugruppe 3 einen ersten Glättungskondensator C1 auf.
  • Mit der Gleichspannung U1 wird über eine Schaltstufe 4 mit einem Schaltorgan 41 eine Primärwicklung I eines Transformators 5 getaktet beaufschlagt. Mit der Schaltstufe 4 wird die Gleichspannung U1 so in eine höherfrequente Wechselspannung U2 gewandelt, die eine Frequenz aufweist, die deutlich größer ist, als die Frequenz der Eingangswechselspannung UE.
  • Die Wechselspannung U3 wird mit dem Transformator 5 in eine sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U3 kleineren (oder in bestimmten Anwendungsfällen auch größeren) Betrages gewandelt. Anschließend wird die sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U3 nochmals in einem sekundärseitigen Gleichrichter 6 in eine sekundärseitige Gleichspannung gleichgerichtet und in einer sekundärseitigen Glättungsbaugruppe 7 geglättet und/oder gesiebt. Dafür weist die sekundärseitige Glättungsbaugruppe 7 hier beispielhaft einen weiteren Glättungskondensator C2 auf. Prinzipiell sind aber auch komplexere Schaltungen aus mehreren insbesondere diskreten Bauteilen (nicht gezeigt) für die sekundärseitige Glättungsbaugruppe 7 bevorzugt.
  • Die Ausgangsspannung der sekundärseitigen Glättungsbaugruppe 7 ist die hier positive Ausgangsspannung UA des Netzteils 1 gegenüber einem Bezugspotential GND.
  • Damit die Ausgangsspannung UA auch bei sich ändernder Last 10 stabil ist, ist eine Regelschaltung 8 vorgesehen, der die Ausgangsspannung UA mit einer Referenzspannung vergleicht und abhängig von dem Vergleich auf eine Pulsweitenmodulations- (PWM) Schaltung 9 einwirkt. Die PWM-Schaltung 9 steuert die Schaltstuft 4 an und verändert entsprechend der Vorgaben der Regelschaltung 8 die Taktparameter, insbesondere ein Taktverhältnis, ggf. aber auch eine Taktfrequenz, der Schaltstufe 4, wodurch die Ausgangsspannung UA beeinflusst wird. Es wird so ein Regelkreis gebildet, durch den die Ausgangsspannung UA auf einem gewünschten, vorgegebenen Wert gehalten wird. Neben dieser Spannungsregelung kann zusätzlich eine hier nicht gezeigte Stromregelung vorgesehen sein, durch die der an die Last 10 abgegebene Strom begrenzt werden kann.
  • Ein solches Schaltnetzteil 1 weist häufig zudem ein Filter (nicht gezeigt) auf, mit dem die Eingangswechselspannung UE vor dem Gleichrichten gefiltert wird, um Oberwellen, Überspannungen und/oder Netzstörungen auszufiltern.
  • Sekundärseitig kann der Transformator 5 zudem mehrere Sekundärwicklungen (nicht gezeigt) aufweisen, mit denen sekundärseitige Wechselspannungen verschiedener Höhe erzeugbar sind. Bei dieser Ausbildung des Schaltnetzteils 1 sind dann mehrere Gleichrichter 6 und Glättungsbaugruppen 7 jeweils für die verschiedenen sekundärseitigen Wechselspannungen vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß ist die Regelschaltung 8 dazu eingerichtet, eine Temperatur eines sich mit wachsender Belastung des Schaltnetzteil 1 erwärmenden Bauteils zu messen und die Ausgangsspannung UA auch abhängig von dieser Temperatur zu regeln. Dieses wird im Zusammenhang mit den 2 bis 4 nachfolgend näher erläutert.
  • 2 zeigt die Regelschaltung 8 des Schaltnetzteils 1 detaillierter. Die Ausgangsspannung UA wird über einen aus zwei Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungsteiler auf den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 82 geführt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 82 ist mit einer von einer Referenzspannungsquelle 83 bereitgestellten Referenzspannung Uref beaufschlagt. Der Operationsverstärker 82 ist als gegengekoppelter Verstärker beschaltet, indem ein Gegenkopplungszweig mit einem Gegenkopplungswiderstand R0 gebildet ist. Zur Unterdrückung von Schwingungsneigungen ist dem Gegenkopplungswiderstand R0 ein Kondensator C0 parallel geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 82 ist über einen Optokoppler 84, der der galvanischen Trennung dient, indirekt auf den Eingang der PWM-Schaltung 9 geführt. Diese soeben beschriebenen Bauelemente der Regelschaltung 8 dienen der Einstellung einer zunächst konstanten Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1.
  • Weiter ist ein Temperatursensor S vorgesehen, der mit einem Bauelement des Schaltnetzteils 1 thermisch gekoppelt ist, das sich beim Betrieb und bei Belastung des Schaltnetzteils 1 erwärmt. Dieses Bauteil kann eines der im Laststromkreis angeordneten Bauteile oder Baugruppen sein, beispielsweise der sekundärseitige Gleichrichter 6 oder aber auch der primärseitige Gleichrichter 2 oder das Schaltorgan 41 der Schaltstufe 4. Der Temperatursensor S ist im dargestellten Beispiel der 2 ein temperaturabhängiger Widerstand Rϑ, beispielsweise ein Heißleiter oder ein Kaltleiter. Prinzipiell sind auch auf einem anderen Prinzip beruhende Temperatursensoren geeignet, beispielsweise Halbleiter- Temperatursensoren.
  • Der Temperatursensor S ist mit einer Auswerteschaltung 81 verbunden, die abhängig von einer gemessenen Temperatur T an einem Ausgang eine Spannung Uϑ bereitstellt. Der Ausgang der Auswerteschaltung 81 ist über einen Widerstand R3 ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 82 verbunden.
  • In der 3 ist die Abhängigkeit der Spannung Uϑ von der gemessenen Temperatur T in einer Kurve 20 dargestellt. Bei einer Temperatur T, die zwischen einer Umgebungstemperatur T0 und einer Schwellenwerttemperatur TS liegt, beträgt die Spannung Uϑ null. In diesem Temperaturbereich, der einer Normaltemperatur oder einer nur leicht erhöhten Temperatur des Bauteils, mit dem der Temperatursensor S gekoppelt ist, entspricht, wird die Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 somit über einen Spannungsteiler auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 82 geführt, der sich aus dem Widerstand R2 und einer Parallelschaltung der Widerstände R1 und R3 zusammensetzt. Zusammen mit der Höhe der Referenzspannung Uref bestimmen die Widerstandswerte R1 bis R3 die nominelle Höhe der Ausgangsspannung UA. Übersteigt die Temperatur T die Schwellenwerttemperatur TS, steigt die Spannung Uϑ in diesem Ausführungsbeispiel linear mit weiter steigender Temperatur T an. Bei unveränderter Ausgangsspannung UA des Schaltnetzteils 1 führt diese Temperaturerhöhung T zu einer Erhöhung des Potentials am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 82. Der Regelkreis reagiert auf dieses erhöhte Potential mit einer Absenkung der Ausgangsspannung UA, wobei die Ausgangsspannung UA umso weiter abgesenkt wird, je größer die Spannung Uϑ wird.
  • In einem Parallelverbund mehrerer derartiger Schaltnetzteile 1, bei dem die Schaltnetzteile 1 an ihren Ausgängen parallel geschaltet sind, kann eine Betriebssituation auftreten, in der eines der Schaltnetzteile 1 stärker belastet ist als das oder die anderen. Ist diese Lastungleichverteilung ausgeprägt, wird bei dem stärker belasteten Netzteil 1 eine Temperaturerhöhung der vom Temperatursensor S gemessenen Temperatur T über die Schwellenwerttemperatur TS auftreten, die zu einer Absenkung der Ausgangsspannung UA führt. Durch die Absenkung der Ausgansspannung UA verringert sich die Last dieses Schaltnetzteils 1, wodurch sich langsam seine Temperatur T wieder absenkt und die Ausgangsspannung wiederum leicht erhöht wird. Im Zusammenspiel von mindestens zweien oder mehrerer parallel geschalteter Schaltnetzteile 1 stellt sich eine Gleichverteilung der Belastung der Schaltnetzteile 1 ein. Die Temperaturträgheit, mit der sich die Temperatur von Bauteilen des Schaltnetzteils 1 ändert, bedingt eine große Zeitkonstante von einigen Minuten dieses temperaturabhängigen Teils des Regelkreises, die Schwingungsneigungen entgegenwirkt.
  • 4 zeigt einen geeigneten Aufbau der Auswerteschaltung 81 detaillierter. Die Auswerteschaltung 81 umfasst einen Operationsverstärker 811, der mit einer unsymmetrischen Versorgungsspannung (Bezugspotential GND sowie eine positive Versorgungsspannung V+) versorgt wird. Entsprechend kann der Ausgang dieses Operationsverstärkers 811 gegenüber dem Bezugspotential GND keine negativen Spannungen annehmen. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 811 ist über den als Temperatursensor S verwendeten temperaturabhängigen Widerstand Rϑ mit der positiven Referenzspannung Uref und über einen Widerstand R4 mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 811 ist über einen Widerstand R6 mit Referenzpotential verbunden und über einen Widerstand R6 mit seinem Ausgang. Der temperaturabhängige Widerstand Rϑ ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Heißleiter, dessen Widerstandswert sich mit steigender Temperatur T verringert. Entsprechend steigt am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 811 das Potential, wenn sich die Temperatur T erhöht. Bei der Schwellenwerttemperatur TS übersteigt das Potential am nicht invertierenden Eingang das Potential am invertierenden Eingang, das durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R5 und R6 gebildet wird. Durch die Gegenkopplung über den Widerstand R6 steigt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers proportional mit wachsender Temperatur T an.
  • Bedingt durch die asymmetrische Versorgungsspannung wirkt der Operationsverstärker 811 in diesem Ausführungsbeispiel als ein Schwellenwertschalter, der eine von null verschiedene Ausgangsspannung Uϑ nur dann bereitstellt, wenn die Temperatur T größer wird als die Schwellenwerttemperatur TS. Die Gegenkopplung bewirkt eine dann mit weiterer Temperatur T linear ansteigende Spannung Uϑ. In alternativen Ausgestaltungen kann eine andere als eine lineare Temperaturabhängigkeit der Spannung Uϑ von der Temperatur T vorgesehen sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltnetzteil
    2
    Gleichrichter
    3
    Glättungsbaugruppe
    4
    Schaltstufe
    5
    Transformator
    6
    ausgangsseitiger Gleichrichter
    7
    ausgangsseitige Glättungsbaugruppe
    8
    Regelkreis
    81
    Auswerteschaltung
    811
    Operationsverstärker
    82
    Operationsverstärker
    83
    Referenzspannungsquelle
    84
    Optokoppler
    9
    PWM-Schaltung
    S
    Temperatursensor
    C0
    Kondensator
    C1, C2
    Glättungskondensator
    R0 bis R6
    Widerstand
    Rϑ
    temperaturabhängiger Widerstand
    UE
    Eingangsspannung des Netzteils
    UA
    Ausgangsspannung des Netzteils
    U1
    Gleichspannung
    U2
    Primärspannung
    U3
    Sekundärspannung
    Uref
    Referenzspannung
    U+
    positive Versorgungsspannung
    GND
    Bezugspotential
    Uϑ
    Ausgangsspannung der Auswerteschaltung
    T
    Temperatur
    TS
    Schwellenwerttemperatur
    I
    Primärseite des Transformators / des Netzteils
    II
    Sekundärseite des Transformators / des Netzteils

Claims (15)

  1. Schaltnetzteil (1) zum Umwandeln einer Eingangsspannung (UEIN) in eine Ausgangsspannung (UA), aufweisend zumindest eine von einer Pulsweitenmodulationsschaltung (9) getaktet angesteuerten Schaltstufe (4), wobei eine Regelschaltung (8) vorgesehen ist, die auf die Pulsweitenmodulationsschaltung (9) zur Änderung der Höhe der Ausgangsspannung (UA) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (8) einen Temperatursensor (S) aufweist, der zum Messen einer lastabhängigen Temperatur (T) des Schaltnetzteils (1) vorgesehen ist, wobei die Regelschaltung (8) so eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird.
  2. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 1, bei dem die Ausgangsspannung (UA) nur oberhalb einer vorgegebenen Schwellenwerttemperatur (TS) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird.
  3. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 2, bei dem Schwellenwerttemperatur (TS) zwischen 70 und 100 °C und insbesondere zwischen 85 und 95 °C liegt.
  4. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Regelschaltung (8) eine Auswerteschaltung (81) für den Temperatursensor (S) umfasst, die einen Schwellwertschalter aufweist.
  5. Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) linear abgesenkt wird.
  6. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 5, bei dem die Temperaturabhängigkeit der Absenkung zwischen 0,005 und 0,025 V/K und insbesondere zwischen 0,015 und 0,02 V/K liegt.
  7. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Regelschaltung (8) eine Auswerteschaltung (81) für den Temperatursensor (S) umfasst, die einen gegengekoppelten Operationsverstärker (811) umfasst.
  8. Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Regelschaltung (8) eine Spannungsregelung und/oder eine Stromregelung umfasst.
  9. Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Temperatursensor (S) ein temperaturabhängiger Widerstand (Rϑ) ist.
  10. Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Temperatursensor (S) thermisch mit einer eingangsseitigen Komponente des Schaltnetzteils (1) gekoppelt ist.
  11. Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Temperatursensor (S) thermisch mit einer ausgangsseitigen Komponente des Schaltnetzteils (1) gekoppelt ist.
  12. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 11, bei dem der Temperatursensor (S) thermisch mit einem ausgangsseitigen Gleichrichter (6) des Schaltnetzteils (1) gekoppelt ist.
  13. Schaltnetzteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem eine Eingangsspannung (UEIN) im Bereich von 10–300V, insbesondere 15–265V, vorgesehen ist. Verfahren zum Regeln einer Ausgangsspannung (UA) eines Schaltnetzteils (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit den folgenden Schritten: – Messen einer lastabhängigen Temperatur (T) einer Komponente des Schaltnetzteils (1), – Einstellen der Ausgangsspannung (UA) abhängig von der gemessenen Temperatur (T).
  14. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Ausgangsspannung (UA) mit steigender Temperatur (T) abgesenkt wird, wenn die Temperatur (T) größer ist als eine vorgegebene Schwellenwerttemperatur (TS).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015115253A1 (de) 2015-09-10 2017-03-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Steuereinrichtung und Verfahren zur Überwachung der elektrischen Energieversorgung einer Ansteuereinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0664613A2 (de) * 1994-01-22 1995-07-26 ABB Management AG Verfahren und Vorrichtung zur Symmetrierung der Belastung parallelgeschalteter Leistungshalbleitermodule
US20020044458A1 (en) * 2001-08-06 2002-04-18 Alan Elbanhawy Current sharing in a multi-phase power supply by phase temperature control
US20050219883A1 (en) * 2004-02-24 2005-10-06 Maple Robert D Dynamically optimized power converter
US20120299560A1 (en) * 2011-05-25 2012-11-29 Linear Technology Corporation Balancing Temperatures in A Multi-Phase DC/DC Converter

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2742669Y (zh) * 2004-08-30 2005-11-23 株洲九方电器设备有限公司 一种新型控制电源
CN101477331B (zh) * 2009-01-16 2010-08-18 深圳威迈斯电源有限公司 一种控制系统的温度特性补偿方法和电路
JP5856391B2 (ja) * 2010-07-01 2016-02-09 キヤノン株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ及び電子機器
CN202406025U (zh) * 2011-12-09 2012-08-29 佛山市南庄广昌电器塑料有限公司 可调恒流及温控软保护开关电源电路
GB2517475A (en) * 2013-08-22 2015-02-25 Utilitywise Plc Voltage regulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0664613A2 (de) * 1994-01-22 1995-07-26 ABB Management AG Verfahren und Vorrichtung zur Symmetrierung der Belastung parallelgeschalteter Leistungshalbleitermodule
US20020044458A1 (en) * 2001-08-06 2002-04-18 Alan Elbanhawy Current sharing in a multi-phase power supply by phase temperature control
US20050219883A1 (en) * 2004-02-24 2005-10-06 Maple Robert D Dynamically optimized power converter
US20120299560A1 (en) * 2011-05-25 2012-11-29 Linear Technology Corporation Balancing Temperatures in A Multi-Phase DC/DC Converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015115253A1 (de) 2015-09-10 2017-03-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Steuereinrichtung und Verfahren zur Überwachung der elektrischen Energieversorgung einer Ansteuereinrichtung

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