DE10208578A1

DE10208578A1 - Schaltnetzteil, insbesondere zur Spannungsversorgung von Sicherheitsschaltvorrichtungen, sowie Sicherheitsschaltvorrichtung mit einem solchen Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE10208578A1
Application number: DE2002108578
Authority: DE
Inventors: Hubert Strobel
Original assignee: Pilz GmbH and Co KG
Current assignee: Pilz GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, insbesondere zur Spannungsversorgung von Sicherheitsschaltvorrichtungen. Das Schaltnetzteil besitzt einen Eingang (32) zum Aufnehmen einer Eingangsspannung (U¶E¶) und einen Ausgang (48), an dem eine Ausgangsspannung (U¶A¶) abgreifbar ist. Das Netzteil (10) besitzt ferner einen Übertrager (12), an dessen Primärseite der Eingang (32) und an dessen Sekundärseite der Ausgang (48) liegt. Ferner ist ein erster Schaltregler (34) vorhanden, mit dem ein Stromfluß durch den Übertrager (12) regelbar ist. Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweiter Schaltregler (36) vorhanden ist, mit dem der Stromfluß durch den Übertrager (12) regelbar ist, und daß außerdem ein Logikkreis (38) vorhanden ist, der in Abhängigkeit von der Eingangsspannung (U¶E¶) jeweils einen der Schaltregler (34, 36) automatisch aktiviert (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, insbesondere zur Spannungsversorgung von Sicherheitsschaltvorrichtungen, mit einem Eingang zum Aufnehmen einer Eingangsspannung und mit einem Ausgang, an dem eine Ausgangsspannung abgreifbar ist, ferner mit einem Übertrager, an dessen Primärseite der Eingang und an dessen Sekundärseite der Ausgang liegt, und mit einem ersten Schaltregler, mit dem ein Stromfluß durch den Übertrager regelbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Sicherheitsschaltvorrichtung mit einem solchen Schaltnetzteil.

Ein Schaltnetzteil der zuvor genannten Art ist beispielsweise aus einem Datenblatt zu dem Schaltregler des Typs TDA 16831-4 der Firma Infineon Technologies AG, 81541 München, Deutschland bekannt.

Ein Netzteil dient ganz allgemein dazu, aus einer vorhandenen, eingangsseitigen Netzspannung, die üblicherweise von einem Energieversorgungsunternehmen bereitgestellt wird, Betriebsspannungen für elektrische oder elektronische Geräte zu erzeugen, die mit der vorhandenen Netzspannung nicht betrieben werden können. Beispielsweise erzeugt ein Netzteil aus einer Netzspannung von 220 Volt AC (Wechselspannung) eine Betriebsspannung von 24 Volt DC (Gleichspannung), die für den Betrieb eines bestimmten Gerätes benötigt wird. Schaltnetzteile erzeugen die gewünschte Betriebsspannung am Ausgang dabei mit Hilfe eines periodischen Ein- und Ausschaltvorganges, der in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsspannung pulsweitenmoduliert ist. Den Kern moderner Schaltnetzteile bilden dabei die sogenannten Schaltregler, wie beispielsweise der eingangs genannte Schaltregler vom Typ TDA 16831. Diese Schaltregler stehen heute als integrierte Schaltungen (IC, integrated circuit) zur Verfügung und müssen nach den Vorgaben des IC-Herstellers durch weitere extere Bauelemente, insbesondere einen Übertrager, ergänzt werden.

Eine Sicherheitsschaltvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Schaltvorrichtung, die zumindest die Kategorie 3, bevorzugt sogar die Kategorie 4, der europäischen Norm EN 954-1 oder eine vergleichbare Sicherheitsnorm erfüllt. Hierunter fallen insbesondere Schaltgeräte, Sicherheitssteuerungen sowie Sensor- und Aktuatormodule, die für die Steuerung und Durchführung von sicherheitskritischen Aufgaben im Bereich industrieller Produktionsumgebungen vorgesehen sind. Bekannte Beispiele sind Schaltgeräte, die die Betriebsstellung eines Not-Aus-Schalters oder einer Schutztüre oder beispielsweise den Funktionszustand einer Lichtschranke überwachen und in Abhängigkeit davon eine Maschine oder einen Maschinenbereich abschalten. Ein Versagen derartiger Sicherheitsschaltvorrichtungen kann für Maschinenpersonal lebensgefährliche Folgen haben, weshalb Sicherheitsschaltvorrichtungen nur verwendet werden dürfen, wenn sie durch die zuständigen Aufsichtsbehörden (in Deutschland beispielsweise die Berufsgenossenschaften) zugelassen sind.

Sicherheitsschaltvorrichtungen werden sehr häufig in industriellen Bereichen eingesetzt. In solchen Bereichen können abhängig von den eigentlichen Produktionsmaschinen und darüber hinaus auch länderabhängig unterschiedliche Netzspannungen zur Verfügung stehen. Um nicht für jede individuelle Situation ein spezielles Netzteil bereitstellen zu müssen, wurden Weitspannungs-Netzteile entwickelt, die die gewünschte Ausgangsspannung aus verschiedenen Eingangsspannungen erzeugen können. Für derartige Weitspannungs-Netzteile sind die modernen Schaltregler gut geeignet, da sie sich aufgrund ihrer internen Regelfunktion an verschiedene eingangsseitige Netzspannungen anpassen können.

Eine Schwierigkeit bei der Realisierung eines Schaltnetzteils für die eingangs beschriebenen Sicherheitsanwendungen ist jedoch, daß der Bereich möglicher Netzspannungen extrem groß ist.

Dies erfordert entweder einen diskreten Aufbau der Schaltnetzteile oder, sofern verfügbar, die Verwendung teurer Schaltregler mit einem entsprechend großen Regelbereich.

Um die Verwendung einfacherer Schaltregler zu ermöglichen, hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung ein Schaltnetzteil entwickelt, bei dem ein Übertrager mit zwei unterschiedlich großen Wicklungen auf der Primärseite verwendet wird. Die beiden Primärwicklungen sind auf unterschiedliche Spannungsbereiche möglicher Netzspannungen abgestimmt. Über ein Relais kann je nach Höhe der Eingangsspannung die eine oder die andere Primärwicklung ausgewählt werden. Hierdurch läßt sich die Regelfunktion eines einfachen Schaltreglers in zwei verschiedenen Größenbereichen möglicher Netzspannungen verwenden. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, daß die relativ hohe Netzspannung auf der Primärseite des Übertragers von Hand umgeschaltet werden muß. Hierfür wird ein spannungsfestes Relais benötigt, was den Preisvorteil des einfachen Schaltreglers zum Teil wieder aufzehrt. Zudem benötigt ein solches Relais relativ viel Bauraum, und es besitzt nur eine begrenzte Lebensdauer.

Aus der DE 34 19 792 A1 ist ein Schaltnetzteil bekannt, das eingangsseitig wahlweise an einer Netzspannung oder an einer Batteriespannung betrieben werden kann. Auch bei diesem Schaltnetzteil wird ein integrierter Schaltregler sowie ein Übertrager mit mehreren Wicklungen auf der Primärseite verwendet. Dabei wiederum über Schalter, in diesem Fall sogar über zwei Schalter, zwischen den beiden möglichen Betriebsarten umgeschaltet.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraweitspannungsnetzteil auf der Basis eines integrierten Schaltreglers anzugeben, bei dem eine Umschaltung im Leistungskreis vermieden ist. Darüber hinaus soll dieses Netzteil insbesondere zur Versorgung von Sicherheitsschaltvorrichtungen der eingangs genannten Art geeignet sein.

Diese Aufgabe wird hier durch ein Schaltnetzteil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem mindestens ein zweiter Schaltregler vorhanden ist, mit dem der Stromfluß durch den Übertrager regelbar ist, und bei dem ferner ein Logikkreis vorhanden ist, der in Abhängigkeit von der Netzspannung jeweils einen der Schaltregler automatisch aktiviert.

Die Erfindung verfolgt damit erstmals den Ansatz, nicht nur einen, sondern zwei oder noch mehr Schaltregler parallel zueinander zu verwenden, um eine gewünschte Ausgangs- bzw. Betriebsspannung aus einer Vielzahl von möglichen Eingangsspannungen zu erzeugen. In Abhängigkeit von der tatsächlich vorhandenen Eingangsspannung wird jeweils zumindest einer der Schaltregler aktiviert. Der aktivierte Schaltregler bestimmt den Stromfluß durch den Übertrager und regelt in an sich bekannter Weise die Höhe der Ausgangsspannung. Der oder die nicht-aktivierten Schaltregler sind währenddessen "funktionslos".

Wenn die vorhandene Eingangsspannung den Regelbereich des aktivierten Schaltreglers übersteigt, wird ein anderer, besser geeigneter Schaltregler automatisch aktiviert. Dieser übernimmt dann den Regelvorgang zur Erzeugung der gewünschten Ausgangs- bzw. Betriebsspannung.

Die Verwendung mehrerer Schaltregler macht es erstmals möglich, jede Eingangsspannung mit einem eigens darauf abgestimmten Schaltregler zu verarbeiten. Die Regelbereiche der verwendeten Schaltregler fügen sich dabei so aneinander, daß insgesamt ein sehr großer Regelbereich erreicht wird. Auf diese Weise läßt sich unter Verwendung einfacher Schaltregler ein kostengünstiges Ultraweitspannungsnetzteil realisieren.

Die Aktivierung des jeweils geeigneten Schaltreglers erfolgt bei der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Logikkreises, der die vorhandene Eingangsspannung auswertet. Der Logikkreis ist dabei stets mit der eingangsseitigen, z. T. hohen Eingangsspannung verbunden. Ausgangsseitig genügt es jedoch, wenn der Logikkreis ein Aktivierungssignal im Niederspannungsbereich erzeugt, mit dem der geeignete Schaltregler ausgewählt wird. Daher kann durch die Kombination des genannten Logikkreises mit einer Mehrzahl von auswählbaren Schaltreglern eine Umschaltung im Leistungskreis, d. h. eine Umschaltung der anliegenden Eingangsspannung, vermieden werden. Damit kann das erfindungsgemäße Schaltgerät ohne hochspannungsgeeignete Relais realisiert werden.

Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.

Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Schaltgerät den Vorteil, daß ein Kurzschluß- und Übertemperaturschutz bereits durch die entsprechenden Funktionen in den integrierten Schaltreglern realisiert ist. Es entfällt somit die Notwendigkeit, entsprechende Schutzmaßnahmen diskret und gesondert zur eigentlichen Netzteilfunktion zu realisieren. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Schaltzeiten des bzw. der verwendeten Schaltregler durch die Umschaltlogik nicht beeinflußt werden. Bei dem bisher verfolgten Ansatz, bei dem in Abhängigkeit von der Eingangsspannung verschiedene Primärwicklungen mit nur einem Schaltregler kombiniert wurden, kommen durch Induktivitäten und Kapazitäten des Umschalters Signallaufzeiten und Verzerrungen im Leistungskreis hinzu. Dies verschlechtert den Wirkungsgrad der Schaltung und die Einsatzmöglichkeit bei hoher Schaltreglerfrequenz.

Ein weiterer Vorteil gegenüber den bisher bekannten Netzteilen ist schließlich, daß sich das erfindungsgemäße Netzteil selbständig an die vorhandenen Eingangsspannungen anpaßt. Eine manuelle Umschaltung, wie bisher, ist nicht mehr erforderlich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung schaltet der Logikkreis in Abhängigkeit von der Eingangsspannung jeweils nur einen Schaltregler ein.

In dieser Ausgestaltung der Erfindung sind der oder die nicht benötigten Schaltregler nicht nur deaktiviert, sondern vollständig abgeschaltet. Die nicht benötigten Schaltregler verbrauchen daher keine Energie und produzieren keine Wärme. Das erfindungsgemäße Schaltgerät arbeitet daher effizienter und mit einem besseren Wirkungsgrad.

In einer weiteren Ausgestaltung ist jeder Schaltregler ein integrierter Schaltkreis mit zumindest einem Eingang für eine (schaltkreis-)eigene Spannungsversorgung und der Logikkreis erzeugt für jeden Schaltregler ein Aktivierungssignal, das mit dem genannten Eingang verbunden ist.

Schaltregler in Form von integrierten Schaltkreisen sind an sich hinreichend bekannt. Die integrierten Schaltkreise besitzen jeweils zumindest einen Eingang für die interne Spannungsversorgung der integrierten Bauelemente. Üblicherweise wird dieser Eingang mit V_cc bezeichnet. In der hier bevorzugten Ausgestaltung wird dieser Eingang dazu verwendet, um die alternativ zueinander verwendeten Schaltregler ein- bzw. auszuschalten. Dabei erzeugt der Logikkreis für jeden Schaltregler ein eigenes Aktivierungssignal, das die Betriebsspannung des Schaltreglers liefert. Die Maßnahme läßt sich technisch sehr einfach und für eine Vielzahl verschiedener Schaltregler-ICs realisieren, da jedes Schaltregler-IC zumindest einen solchen Eingang aufweist. Zudem werden die nicht benötigten Schaltregler in dieser Ausgestaltung ausgeschaltet, was zu den bereits oben genannten Vorteilen führt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen die genannten Schaltregler an der Primärseite des Übertragers.

Derartige Netzteile werden in der Fachsprache als primärgetaktete Netzteile bezeichnet. Sie ermöglichen die Verwendung kleinerer Übertrager und besitzen einen höheren Wirkungsgrad.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Übertrager zumindest eine erste und eine zweite Primärwicklung auf, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende besitzen, wobei die ersten Enden der Primärwicklungen mit dem Eingang verbunden sind und wobei die zweiten Enden der Primärwicklungen jeweils mit einem der Schaltregler verbunden sind.

In dieser Ausgestaltung sind die verwendeten Schaltregler mit zueinander alternativen Primärwicklungen kombiniert. Hierdurch können die Regelbereiche der verwendeten Schaltregler individueller und damit besser auf die jeweils möglichen Eingangsspannungen abgestimmt werden. Die Abstimmung der Schaltregler ist hier aufgrund der getrennten Primärwicklungen unabhängig voneinander möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Primärwicklungen auf einem gemeinsamen Übertragerkern angeordnet.

Durch diese Maßnahme wird der für den Übertrager benötigte Bauraum reduziert, was die Realisierung besonders kleiner Schaltnetzteile ermöglicht. Außerdem wird hierdurch eine gleichmäßige Kopplung der Primärwicklungen mit der Sekundärseite erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltung besitzen die genannten Primärwicklungen unterschiedliche Windungszahlen.

Diese Maßnahme ermöglicht eine optimale Anpassung der Schaltregler an die verschiedenen Eingangsspannungen. Sehr hohe Eingangsspannungen werden hierbei mit einem anderen Übersetzungsverhältnis auf die Sekundärseite transformiert als niedrige Eingangsspannungen. Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse können sowohl für den Bereich großer Eingangsspannungen als auch für den Bereich kleiner Eingangsspannungen typgleiche und kostengünstige Schaltregler-ICs verwendet werden. Des weiteren ist es möglich, die Schaltregler-ICs in ihren jeweils optimalen Arbeitsbereichen zu betreiben, was sowohl die Ausfallsicherheit als auch den Wirkungsgrad verbessert.

In einer weiteren Ausgestaltung steuern die Schaltregler den Übertrager als Sperrwandler an.

Das Sperrwandlerprinzip ist für Schaltnetzteile an sich hinreichend bekannt. Alternativ lassen sich Schaltnetzteile beispielsweise auch als Durchflußwandler realisieren. Das Sperrwandlerprinzip besitzt jedoch gerade im Hinblick auf die Sicherheitstechnik den Vorteil, daß die am Ausgang erzeugte Betriebsspannung Null wird, wenn auf der Primärseite eine Störung oder ein Funktionsfehler auftritt. Dabei sind die auf der Sekundärseite angeschlossenen Geräte galvanisch von der Fehlerstelle getrennt. Das Netzteil geht somit bei einem Fehler auf der Hochspannungsseite automatisch in einen sicheren Zustand.

In einer weiteren Ausgestaltung aktiviert der Logikkreis die Schaltregler jeweils in Abhängigkeit von der Höhe der Eingangsspannung.

Diese Ausgestaltung ist ein bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung, da sich Eingangsspannungen in industriellen Produktionsumgebungen vor allem hinsichtlich der Höhe (Amplitude) voneinander unterscheiden.

In einer weiteren Ausgestaltung sind am Eingang Mittel angeordnet, die aus einer eingangsseitigen Netzspannung eine pulsierende Eingangsspannung erzeugen und die pulsierende Eingangsspannung ist dem Übertrager zugeführt.

Bei gattungsgemäßen Netzteilen wird die eingangsseitige Netzspannung üblicherweise mit einem Gleichrichter und einem Eingangskondensator zu einer nicht-pulsierenden Gleichspannung umgeformt, bei der eine technisch bedingte, verbleibende Brummspannung (Wechselanteil) möglichst niedrig gehalten wird. Hierfür ist ein relativ großer und teurer Eingangskondensator erforderlich. Dieser kann in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entfallen, was Bauraum und Kosten einspart. Außerdem verkürzt sich die Reaktionszeit des Netzteils, wenn die eingangsseitige Netzspannung auf Null absinkt.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Struktur eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils und
Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Schaltnetzteil 10 besitzt einen Übertrager 12, der hier zwei Primärwicklungen 14, 16 sowie eine weitere Wicklung 18 und eine Sekundärwicklung 20 aufweist. Die Wicklungen 14, 16, 18und 20 sind auf einem gemeinsamen Übertragerkern 22 angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Netzteile beschränkt. Insbesondere kann der Übertrager 12 auch mehr oder weniger Primärwicklungen besitzen.
Die Primärwicklungen 14 und 16 besitzen jeweils ein erstes Ende 24, 26 sowie ein zweites Ende 28, 30. Die ersten Enden 24, 26 sind miteinander verbunden. Der gemeinsame Knotenpunkt ist mit dem Pluspol eines Eingangs 32 verbunden, der den Eingang des Schaltnetzteils 10 bildet. In einer bevorzugten Realisierung sind am Eingang 32 ein Gleichrichter und eine Filterstufe vorgesehen, die von gattungsgemäßen Schaltnetzteilen an sich bekannt sind und aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht näher dargestellt sind. Der Gleichrichter erzeugt aus einer eingangsseitig anliegenden Netzspannung eine pulsierende Gleichspannung. Die Filterstufe dient zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen (EMV-Schutz).
Die zweiten Enden 28, 30 der Primärwicklungen 14, 16 sind getrennt jeweils einem Schaltregler 34, 36 zugeführt. Die Kombinationen aus Primärwicklung 14 bzw. 16 und Schaltregler 34 bzw. 36 liegen damit parallel in bezug auf den Eingang 32.
Als Schaltregler werden bei dem hier dargestellten und derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel integrierte Schaltregler der Typen TDA 16831 und TDA 16833 der Firma Infineon Technologies AG, Deutschland verwendet. Die beiden genannten Typen sind hinsichtlich ihrer Funktion gleich, der TDA 16833 ist jedoch durch den kleineren MOSFET-Kanalwiderstand für eine höhere Leistung ausgelegt. Es ist auch möglich, den TDA 16833 anstelle des TDA 16831 mehrfach zu verwenden.
Mit der Bezugsziffer 38 ist ein Logikkreis bezeichnet, dessen Aufbau nachfolgend anhand Fig. 2 ausführlich beschrieben wird. Der Logikkreis 38 liegt ebenfalls parallel zum Eingang 32 des Schaltnetzteils 10. An seinem Ausgang erzeugt er zwei Aktivierungssignale 40, 42, von denen jeweils eines den Schaltreglern 34, 36 zugeführt ist. Über die Aktivierungssignale 40, 42 schaltet der Logikkreis 38 jeweils einen der Schaltregler 34, 36 ein, und zwar in Abhängigkeit von der Höhe der am Eingang 32 anliegenden Eingangsspannung U_E.
An der Sekundärwicklung 20 sind in an sich bekannter Weise seriell eine Diode 44 und parallel ein Kondensator 46 angeordnet. Der Kondensator 46 wird über den Übertrager 12 und die Diode 44 nach dem Sperrwandlerprinzip aufgeladen. Der Kondensator 46 liegt parallel zu einem Ausgang 48, der den Ausgang des Netzteils 10 bildet. Am Kondensator 46 liegt damit die Ausgangsspannung U_A des Netzteils 10 an. Diese Ausgangsspannung U_A steht als Betriebsspannung für nachfolgende Geräte zur Verfügung.
Mit der Bezugsziffer 50 ist ein Optokoppler bezeichnet, der ein die Ausgangsspannung U_A repräsentierendes Rückkoppelsignal an jeden der beiden Schaltregler 34, 36 führt. Wie in dem detaillierten Schaltbild in Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Rückkoppelsignal des Optokopplers 50 auf die sogenannten Fly-Back- Eingänge der Schaltregler 34, 36 geführt.
Die Wicklung 18 des Übertragers 12 ist an einem Ende mit Masse verbunden. Das andere Ende ist dem Logikkreis 38 zugeführt. Der Logikkreis 38 erzeugt aus dem über die Wicklung 18 erhaltenen Signal in nachfolgend genauer erläuterter Weise die Betriebsspannung und damit die Aktivierungssignale 40, 42 für die beiden Schaltregler 34, 36.
Nachfolgend wird anhand Fig. 2 der detaillierte Aufbau und die Funktionsweise des Logikkreises 38 beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei dieselben Elemente wie in Fig. 1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jedoch nicht sämtliche Elemente der in Fig. 2 dargestellten Schaltung bezeichnet.
Der Logikkreis 38 beinhaltet zwei Operationsverstärker 52, 54, die jeweils als Komparator verwendet werden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 52 ist mit dem Minus-Eingang des Operationsverstärkers 54 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 54 ist mit dem Betriebsspannungseingang V_cc des Schaltreglers 34 verbunden. Parallel dazu ist ein Kondensator 56 angeordnet, dessen Gegenpol mit Masse verbunden ist. Der Schaltregler 34 erhält damit seine Betriebsspannung über den Operationsverstärker 54, wobei der Kondensator 56 zur Stabilisierung dient. In gleicher Weise ist der Ausgang des Operationsverstärkers 52 ferner mit dem Betriebsspannungseingang V_cc des Schaltreglers 36 verbunden. Auch hierbei dient ein Kondensator 58 zur Stabilisierung. Über die Operationsverstärker 52, 54 kann die Betriebsspannung der Schaltregler 34, 36 ein- bzw. ausgeschaltet werden, was in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Aktivierungssignal für die Schaltregler 34, 36 dient.
Die Plus-Eingänge der beiden Operationsverstärker 52, 54 sind jeweils mit einem Spannungsteiler verbunden, der von zwei Widerständen 60, 62 gebildet wird. Der Spannungsteiler mit den Widerständen 60, 62 liegt parallel zu einem Kondensator 64, der über die Wicklung 18 des Übertragers 12 aufgeladen wird. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 52 ist mit einem weiteren Spannungsteiler verbunden, der von zwei Widerständen 66, 68 gebildet wird. An diesem Spannungsteiler liegt die volle Eingangsspannung U_E an, aus der das Netzteil 10 die gewünschte Ausgangsspannung U_A erzeugen soll. Weitere Kondensatoren 70 und 72, die parallel zur Eingangsspannung U_E bzw. parallel zum Widerstand 68 angeordnet sind, dienen ebenfalls zur Stabilisierung.
Eine Besonderheit des hier gezeigten Schaltnetzteils 10 ist, daß der Kondensator 70 "unterdimensioniert" ist bzw. in anderen Ausführungsbeispielen sogar ganz entfallen kann. Infolge dessen ist die am Spannungsteiler 66, 68 anliegende Eingangsspannung U_E eine pulsierende Gleichspannung und nicht, wie üblich, eine weitgehend geglättete Gleichspannung. Der Kondensator 70 ist dadurch erheblich kleiner und billiger als bei üblichen Netzteilen. Durch die in Fig. 2 gezeigte Ansteuerung der beiden Schaltregler 34, 36 ist deren Funktion jedoch auch bei einer Halbwellenspannung gegeben. Der Übertrager 12 ist bevorzugt so dimensioniert, daß er aufgrund seiner Speicherfähigkeit trotz der "Lücken" in der Eingangsspannung U_E die benötigte Leistung auf die Sekundärseite überträgt. Damit bleiben selbst Netzunterbrechungen von 10 ms ohne wesentliche Auswirkung.
Liegt eine große Eingangsspannung U_E am Eingang 32 des Netzteils 10, erzeugt der Spannungsteiler 66, 68 ein großes Signal am Minus-Eingang des Operationsverstärkers 52. Dieses übersteigt das über die Wicklung 18 und den Spannungsteiler mit den Widerständen 60, 62 an den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegende Signal. Infolgedessen erzeugt der Operationsverstärker 52 an seinem Ausgang ein Signal mit einem Low- Pegel. Dieses Signal ist als Eingangsspannung für den Schaltregler 36 nicht ausreichend, so daß der Schaltregler 36 ausgeschaltet ist.
Des weiteren übersteigt das am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 54 anliegende Signal des Spannungsteilers 60, 62 das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 52. Der Operationsverstärker 54 erzeugt daher an seinem Ausgang ein Signal mit einem High-Pegel, das als Eingangsspannung für den Schaltregler 34 ausreichend ist. Der Schaltregler 34 wird hierdurch eingeschaltet. Bei einer hohen Eingangsspannung U_E am Eingang 32 des Schaltnetzteils 10 erfolgt die Regelung der Ausgangsspannung U_A somit über den Schaltregler 34 und die Primärwicklung 14. Der Schaltregler 34 steuert den Stromfluß durch die Primärwicklung 14 in an sich bekannter Weise nach dem Sperrwandlerprinzip.
Ist die Eingangsspannung U_E am Eingang 32 des Netzteils 10 demgegenüber gering, liegt am Minus-Eingang des Operationsverstärkers 52 nur ein kleines Signal an. Das über die Wicklung 18 und den Spannungsteiler 60, 62 zurückgekoppelte Vergleichssignal am Plus-Eingang ist in diesem Fall größer, und der Operationsverstärker 52 erzeugt an seinem Ausgang ein Signal mit einem High- Pegel. Hierdurch wird der Schaltregler 36 eingeschaltet. Da das Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 52 zudem das Vergleichssignal am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 54 übersteigt, erzeugt dieser an seinem Ausgang ein Signal mit einem Low-Pegel. Der Schaltregler 34 wird hierdurch ausgeschaltet. Bei einer niedrigen Eingangsspannung am Eingang 32 des Netzteils 10 regelt daher der Schaltregler 36 den Stromfluß durch die Primärwicklung 16 und damit die Höhe der Ausgangsspannung U_A.
Wie man aus der vorangehenden Beschreibung erkennt, wechselt das Schaltnetzteil 10 in Abhängigkeit von der Höhe der am Eingang 32 anliegenden Eingangsspannung automatisch vom Schaltregler 34 zum Schaltregler 36 und umgekehrt. Ein "echter" Schaltvorgang im Leistungskreis, d. h. ein Umschalten der am Eingang 32 anliegenden Eingangsspannung U_E findet dabei jedoch nicht statt. In Abhängigkeit von der Höhe der am Eingang 32 anliegenden Eingangsspannung U_E wird lediglich der geeignete Schaltregler 34, 36 aktiviert. Die dazu benötigten Ausgangssignale der Operationsverstärker 52, 54 liegen im Bereich bei etwa 0 Volt bzw. etwa 12 Volt, d. h. im Niederspannungsbereich.

Claims

1. Schaltnetzteil, insbesondere zur Spannungsversorgung von Sicherheitsschaltvorrichtungen, mit einem Eingang (32) zum Aufnehmen einer Eingangsspannung (U_E) und mit einem Ausgang (48), an dem eine Ausgangspannung (U_A) abgreifbar ist, ferner mit einem Übertrager (12), an dessen Primärseite der Eingang (32) und an dessen Sekundärseite der Ausgang (48) liegt, und mit einem ersten Schaltregler (34), mit dem ein Stromfluß durch den Übertrager (12) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweiter Schaltregler (36) vorhanden ist, mit dem der Stromfluß durch den Übertrager (12) regelbar ist, und daß ferner ein Logikkreis (38) vorhanden ist, der in Abhängigkeit von der Eingangsspannung (U_E) jeweils einen der Schaltregler (34, 36) automatisch aktiviert.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikkreis (38) in Abhängigkeit von der Eingangsspannung (U_E) jeweils nur einen Schaltregler (34, 36) einschaltet.

3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltregler (34, 36) ein integrierter Schaltkreis mit zumindest einem Eingang (V_cc) für eine interne Spannungsversorgung ist und daß der Logikkreis (38) für jeden Schaltregler (34, 36) ein Aktivierungssignal (40, 42) erzeugt, das mit dem genannten Eingang (Vcc) verbunden ist.

4. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Schaltregler (34, 36) an der Primärseite des Übertragers (12) liegen.

5. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (12) zumindest eine erste (14) und eine zweite (16) Primärwicklung aufweist, die jeweils ein erstes (24, 26) und ein zweites (28, 30) Ende besitzen, wobei die ersten Enden (24, 26) der Primärwicklungen (14, 16) mit dem Eingang (32) verbunden sind und wobei die zweiten Enden (28, 30) der Primärwicklungen (14, 16) jeweils mit einem der Schaltregler (34, 36) verbunden sind.

6. Schaltnetzteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen (14, 16) auf einem gemeinsamen Übertragerkern (22) angeordnet sind.

7. Schaltnetzteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Primärwicklungen (14, 16) unterschiedliche Windungszahlen besitzen.

8. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltregler (34, 36) den Übertrager (12) als Sperrwandler ansteuern.

9. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikkreis (38) die Schaltregler (34, 36) jeweils in Abhängigkeit von der Höhe der Eingangsspannung (U_E) aktiviert.

10. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang (32) Mittel (70) angeordnet sind, die aus einer eingangsseitigen Netzspannung eine pulsierende Eingangsspannung (U_E) erzeugen und daß die pulsierende Eingangsspannung (U_E) dem Übertrager (12) zugeführt ist.

11. Sicherheitsschaltvorrichtung mit einem Schaltnetzteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.