DE10217481A1 - Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils und Schaltnetzteil - Google Patents

Abstract

Bei bekannten Schaltnetzteilen mit integriertem Preconditioner stimmen die Regelkurven in weitem Bereich überein, weichen jedoch im Schwachlastbetrieb voneinander ab, wodurch die ungeregelte Zwischenkreisspannung ansteigt. Um den Wirkungsgrad im Schwachlastbetrieb zu verbessern, erfolgt die Regelung des Burst-Zyklus auf der Primärseite des Spannungwandlers. Die Zwischenkreisspannung wird dabei auf einen zulässigen Grenzwert begrenzt. Die Regelungsvorrichtung in der Schaltstufe greift die Zwischenkreisspannung an einem Spannungsteiler ab, der zwischen der Preconditioner-Funktionseinheit und der Schaltstufe angeordnet ist. Eine Baugruppe überwacht außerdem die Ausgangsspannung, beispielsweise mittels eines Optokopplers. Der Burst-Modus besteht aus einem oder mehreren Burst-Zyklen. Dabei wird ein Burst-Zyklus gestartet, wenn die Zwischenkreisspannung ihren Grenzwert erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Spannungswandler ausgeschaltet. Ein Burst-Zyklus endet, wenn die Ausgangsspannung einen Minimalwert erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird spätestens der Spannungswandler wieder eingeschaltet. Der Burst-Modus wird wieder beendet, wenn entweder das Schaltnetzteil wieder mit Normallast betrieben wird oder wenn eine maximale Zeit, vom Beginn des Burst-Modus angemessen, abgelaufen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils, das einen Gleichrichter und einen Spannungswandler mit Primär- und Sekundärseite aufweist. Als Gleichrichter kann beispielsweise ein separater oder ein integrierter Preconditioner verwendet werden; insbesondere können aktive AC/DC-Wandler als Preconditioner verwendet werden. Aufgrund von Regulierungen im Bereich der Netzrückwirkungen von elektronischen Geräten werden immer häufiger aktive AC/DC-Wandler eingesetzt. In derzeitigen Schaltnetzteilen mit "MAINS HARMONIC REDUCTION" werden separate Preconditioner verwendet, die in einer vollständig getrennten Stufe im Netzteil realisiert sind. Die Normen werden dabei zwar erfüllt und häufig auch übertroffen; die Kosten sind jedoch gleichzeitig unverhältnismäßig groß. Bei anderen bekannten Schaltnetzteilen wird anstelle aktiver AC/DC-Wandler eine passive Lösung, bestehend aus einer Spule mit ausreichend großer Induktivität, verwendet. Diese passive Lösung bringt jedoch die Nachteile von größerem Volumen, erhöhtem Gewicht, mehr Kosten und niedrigerem Wirkungsgrad mit sich.
• Des weiteren sind Schaltnetzteile mit integriertem Preconditioner (AC/DC-Wandler) und Spannungswandler (DC/DC-Wandler) bekannt, die mit mindestens einem Transistor, einer Halbbrücke, bestehend aus 2 Transistoren, oder einer Vollbrücke, bestehend aus 4 Transistoren, und somit auch mit einer Regelung betrieben werden. Durch geschickte Topologie und Schaltungsdimensionierung wird erreicht, dass in einem großen Bereich dieser bekannten Schaltnetzteile mit integriertem Preconditioner die Regelkurven der Preconditioner und des Spannungswandlers übereinstimmen, wobei die Preconditioner die Funktionen "Kontrolle der Eingangsstromform" und "Kontrolle der Zwischenkreisspannung" erfüllen und der Spannungswandler die Funktion "Stabilisierung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms" erfüllt. Der Nachteil ist jedoch, dass im Schwachlastbetrieb, d. h. bei einer Last unterhalb einer (vom Design des Spannungswandlers und eventuell von der Netzspannung abhängigen) bestimmten Leistungsschwelle, dieser Bereich der übereinstimmenden Regelkurven verlassen wird und die ungeregelte Zwischenkreisspannung ansteigt. Dabei werden die maximal zulässigen Grenzen der Bauelemente überschritten und der Spannungswandler zerstört, beziehungsweise es treten höhere Verluste auf.
• Eine bekannte Methode zur Verbesserung des Wirkungsgrades im Schwachlastbetrieb eines Schaltnetzteiles ist der Burst-Modus. Beim Burst-Modus wird das Schaltnetzteil mit einer Frequenz, die fest oder variabel sein kann, ein- und ausgeschaltet. Die Leistung verringert sich dabei im Verhältnis der eingeschalteten Zeit zur Summe der ein- und ausgeschalteten Zeit [ein/(ein + aus)]. Bei den bekannten Schaltnetzteilen wird dieser Burst-Modus von der Sekundärseite aus aktiviert, beispielsweise um den Verbrauch im Stand-by-Betrieb zu reduzieren.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der Zwischenkreisspannung eines Schaltnetzteils mit integriertem Preconditioner anzugeben, die einen Schwachlastbetrieb ermöglicht und zugleich in diesem einen guten Wirkungsgrad erzielt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Schaltnetzteil anzugeben, das im Schwachlastbetrieb einen guten Wirkungsgrad hat.
• Die Aufgabe wird, das Verfahren betreffend, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Zwischenkreisspannung ein Grenzwert festgelegt ist. Bei Erreichen des Grenzwertes erfolgt die Aktivierung eines Burst-Modus. Die Steuerung des Burst-Modus erfolgt auf der Primärseite des Spannungswandlers. Die Zwischenkreisspannung wird dabei auf einen maximal zulässigen Grenzwert begrenzt.
• Die Aufgabe wird, das Schaltnetzteil betreffend, gelöst durch ein Schaltnetzteil, bestehend aus einem Preconditioner und einem Spannungswandler, bei dem eine Zwischenkreisspannung gemessen wird und das Mittel aufweist zum:
  
• - Überwachen der Zwischenkreisspannung;
• - Vergleichen der Zwischenkreisspannung mit einem festgelegten Grenzwert);
• - Aktivieren eines Burst-Zyklus bei Erreichen des Grenzwertes auf der Primärseite des Spannungswandlers.
• Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils haben die Zwischenkreisspannung und die Steuer-/Regelungsvorrichtung der Schaltstufe dasselbe Massepotential.
• Die Steuerung und Regelung des Burst-Modus ist erfindungsgemäß abhängig von der Zwischenkreisspannung. Da die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung und die Zwischenkreisspannung dasselbe Massepotential haben, ist eine einfache Messung z. B. mittels Spannungsteilers möglich. Das Ansteigen dieser Spannung zeigt, dass auf der Sekundärseite wenig Leistung verbraucht wird. Daraufhin wird ein Grenzwert für die Zwischenkreisspannung festgelegt und überwacht. Bei Erreichen dieses Grenzwertes wird auf der Primärseite des Schaltnetzteiles der Burst-Modus aktiviert. Dies bedeutet, dass das Schaltnetzteil ausgeschaltet wird, wobei die Spannung im Zwischenkreis nahezu konstant bleibt, während die Sekundärspannungen, also die Ausgangsspannungen, langsam absinken. Nach einer vorher bestimmten Zeit oder bei Erreichen eines Minimalwertes der Sekundärspannung wird das Netzteil wieder eingeschaltet. Durch die abgesunkene Sekundärspannung ist die Belastung des Zwischenkreises im ersten Moment nach dem Einschalten groß, die Zwischenkreisspannung sinkt dabei ab. Bei weiterhin schwacher Ausgangslast steigt die Zwischenkreisspannung nach kurzer Zeit wieder an, der Burst- Modus wird wieder ausgelöst, sobald die Zwischenkreisspannung den Grenzwert erreicht. Falls die Ausgangslast ansteigt, wird der Grenzwert für die maximale Zwischenkreisspannung nicht erreicht, der Burst-Modus wird automatisch deaktiviert.
• Aktivierung und Deaktivierung des Burst-Modus erfolgt durch eine Steuerungs-/Regelungsvorrichtung, die bevorzugt in einer Schaltstufe angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine einzige Steuerung verwendet, um die Zwischenkreisspannung zu messen und zu überwachen und um den Burst-Modus zu aktivieren und zu deaktivieren. Aktivieren des Burst-Modus bedeutet dabei Ausschalten des Spannungswandlers.
• Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles wird der Spannungswandler wieder eingeschaltet, wenn eine vorher bestimmte Zeit abgelaufen ist, die vom Zeitpunkt des Startes des Burst-Zyklus an gemessen wird. Dies bedeutet, dass der Spannungswandler für eine vorher bestimmte Zeit ausgeschaltet bleibt, bevor er wieder eingeschaltet wird.
• Bei einer anderen Variante wird der Spannungswandler wieder eingeschaltet, wenn eine einstellbare oder adaptive Zeit abgelaufen ist, die ebenfalls vom Zeitpunkt des Startes des Burst-Zyklus an gemessen wird. Nach Ablauf dieser einstellbaren oder adaptiven Zeit wird der Spannungswandler wieder eingeschaltet.
• Bei einer anderen erfindungsgemäßen Variante erfolgt das Einschalten des Spannungswandlers in Abhängigkeit von der Netzeingangsspannung, z. B. im Nulldurchgang. Die Netzeingangsspannung, für die ein Grenzwert besteht, wird dabei von der Regelung überwacht. Bei Erreichen dieses Grenzwertes deaktiviert die Regelung den Burst-Modus und wird somit der Spannungswandler wieder eingeschaltet.
• Bei einer weiteren Variante der Erfindung hängt das Einschalten des Spannungswandlers von einer zusätzlich überwachten Sekundärspannung, also der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils, ab. Bei Erreichen des Minimalwertes der Ausgangsspannung wird der Burst-Modus durch die Steuerungs/Regelung deaktiviert und somit der Spannungswandler wieder eingeschaltet.
• Bevorzugt ist die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung in einer Schaltstufe realisiert, die sowohl die Zwischenkreisspannung, als auch die Ausgangsspannung überwacht, steuert und/oder regelt.
• Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahren sind die Preconditioner-Funktionseinheit und die Schaltstufe integriert.
• Der Spannungswandler kann beispielsweise ein DC/DC-Wandler sein, der zumindest einen Transistor aufweist, welcher zeitweise angesteuert wird.
• Bei einer weiteren Variante der Erfindung wird der Burst-Modus nicht aktiviert, wenn zugleich eine hohe Ausgangslast vorhanden ist. Dies bedeutet, dass bei Überschreiten des Grenzwertes Ugrenz der Zwischenkreisspannung Uzk der Burst-Modus nicht aktiviert wird, wenn gleichzeitig die Ausgangsspannung Ua sich unterhalb der Nennspannung Unorm befindet. Ein solches (kurzfristiges) Überschreiten des Grenzwertes der Zwischenkreisspannung Uzk kann zum Beispiel durch einen Störungspuls im Netz (Surge) ausgelöst werden.
• Bei einer weiteren Variante kann die Last, die ausgangsseitig an das Schaltnetzteil angeschlossen wird, eine Vorrichtung zum direkten oder indirekten Überwachen der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils aufweisen und Lastwechsel in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung oder der Aktivität der Schaltstufe ausführen. Dadurch werden Lastwechsel nur während aktiver Phasen der Schaltstufe ausgeführt. Die Detektion der aktiven Phasen der Schaltstufe kann dabei erfolgen:
  
• - durch Messung und Auswertung der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils;
• - durch Messung und Auswertung einer Spannung auf der Sekundärseite des Spannungswandlers, beispielsweise der Wechselspannung zwischen dem Übertrager und dem Gleichrichter und Filter.
• Durch diese Überwachung wird sichergestellt, dass Lastwechsel nur während der aktiven Phase des Spannungswandlers ausgeführt werden, so dass die Ausgangsspannung nicht unter einen Minimalwert sinkt. Dies könnte sonst passieren, wenn die Ausgangslast zu Beginn des Burst-Zyklus zugeschaltet wird.
• Eine aktive Phase im Burst-Betrieb hohe Ausgangslast liegt beispielsweise vor, wenn das Verhältnis der Änderung der Ausgangsspannung Ua zur Änderung der Zeit t positiv ist, also:
  
  
  
• Ein Beispiel zur direkten Überwachung ist die Messung der Spannung zwischen den Baugruppen Übertrager sowie Gleichrichter und Filter. Wird hier eine Wechselspannung registriert, so ist der Schaltwandler aktiv, und Lasten können zugeschaltet werden.
• In einer weiteren Variante kann die Ausgangslast außerdem eine Vorrichtung zum Übermitteln eines auftretenden Lastwechsels an die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung aufweisen. Somit kann sichergestellt werden, dass ein eventuell aktivierter Burst-Modus vor dem Lastwechsel oder währenddessen deaktiviert wird.
• Andere Kombinationen der genannten Einschaltbedingungen sind ebenfalls möglich.
• Ein Vorteil der Erfindung ist die Kontrolle der Zwischenkreisspannung in integrierten Preconditionern ohne zusätzliche aktive Bauteile.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass bei der beschriebenen Methode ein energiesparender Burst-Modus generiert wird.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Methode ist der selbsttätige Wechsel zwischen den Betriebsmodi Normal-Modus und Burst-Modus, der von der Regelung ausgeführt wird.
• Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Methode sind die größeren Freiheitsgrade dadurch, dass die Regelkurven des Gleichrichters und des Spannungswandlers nur in einem kleineren Bereich übereinstimmen müssen.
• Vorteilhafter Weise erfolgt eine Synchronisation von Lastsprüngen auf der Ausgangsseite des Schaltnetzteils, die mögliche Probleme beim Übergang vom Burst-Modus in den Normal-Modus verhindert. Je nach Schaltungsauslegung kann es anderenfalls vorkommen, dass die Ausgangsspannung unter einen Minimalwert absinkt, wenn die Last am Beginn eines Burst-Zyklus zugeschaltet wird. Dafür ist wahlweise vorgesehen:
  
• a) eine Steuerung der Last, die ein Zuschalten einer relativ großen Belastung nur während der aktiven Phase des Spannungswandlers zulässt oder
• b) eine Steuerung des Spannungswandlers durch eine zusätzliche Steuerleitung, die beim Zuschalten der Last den Burst-Modus beendet.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert, wobei:
• Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles zeigt;
• Fig. 2 eine detaillierte Ausführungsform der Erfindung zeigt und
• Fig. 3 in den Teilfiguren a) bis d) einen beispielhaften Verlauf im Burst-Modus.
• Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils. Das Schaltnetzteil 1 weist zumindest zwei Eingangsanschlüsse 2' und 2" und zumindest zwei Ausgangsanschlüsse 3' und 3" auf. Die Eingangsleitungen werden beispielsweise mit dem Stromnetz 4 verbunden, welches in unterschiedlichen Ländern unterschiedliche Werte hat, jedoch typischerweise zwischen 100 und 240 Volt Wechselspannung liegt. An die Ausgangsleitungen 3' und 3" des Schaltnetzteils 1 wird als Last ein Verbraucher 5 angeschlossen. Die Ausgangsspannung Ua ist bzw. die Ausgangsspannungen Ua(1. . .n) sind den Anwendungen entsprechend dimensioniert.
• Das Schaltnetzteil 1 besteht zunächst aus einem Preconditioner 6, der die eingangsseitige Wechselspannung (AC) gleichrichtet (DC). Der sich anschließende Spannungswandler 7 formt die Gleichspannung (DC) in eine gewünschte Gleichspannung (DC) um. Die Schaltmittel 13 des Spannungswandlers 7 werden zugleich auch für die Funktion des Preconditioners mitverwendet. Als Spannungswandler 7 kann beispielsweise ein DC/DC- Wandler eingesetzt werden, der mittels eines getakteten Schaltmittels 13 die Gleichspannung nur zeitweise durchlässt. Somit ist die Ausgangsspannung Ua des Schaltnetzteiles 1 innerhalb bestimmter Grenzen wählbar. Zwischen dem Preconditioner 6 und dem Spannungswandler 7 wird an einem Spannungsteiler, der beispielsweise aus 2 Widerständen R1, R2 besteht, die Zwischenkreisspannung Uzk abgegriffen und über eine Verbindungsleitung 19 der Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 zugeführt. Die Baugruppe 9 wird unter anderem zum Messen und Überwachen der Ausgangsspannung Ua eingesetzt. Über die Verbindung 10 greift die Baugruppe 9 auf die Sekundärseite des Spannungswandlers 7zu. Die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 hält die von der Baugruppe 9 überwachte Ausgangsspannung Ua und/oder den Ausgangsstrom zumindest innerhalb bestimmter Grenzen konstant, indem sie über die Verbindung 20 die Schaltmittel 13 geeignet ansteuert.
• Die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 kann eine Verbindung 22 mit dem Eingang des Preconditioners 6 haben, zwecks optionaler Eingangsspannungsdetektion. Die Detektion der Eingangsspannung ermöglicht gezieltes Einschalten des Spannungswandlers 7 in Abhängigkeit von der Netzeingangsspannung, beispielsweise im Nulldurchgang.
• Die Fig. 2 ist eine detaillierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In dem Gleichrichter 11 wird zunächst aus dem Netz eine ungeglättete Gleichspannung Ugleich erzeugt. Die integrierte Preconditioner-Funktionseinheit 12 wandelt diese zusammen mit dem Kondensator C1 in eine näherungsweise konstante Zwischenkreisspannung Uzk um, wobei von der Preconditioner-Funktionseinheit 12 zugleich ein den Normen entsprechender Strom Inetz aus den Netz entnommen wird. Aus der Zwischenkreisspannung Uzk erzeugt die Schaltstufe, die aus den Schaltmitteln 13 und der Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 besteht, mittelbar die Ausgangsspannung Ua. Die Baugruppe 9 misst die Ausgangsspannung Ua und überträgt sie zur Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18, die außerdem die Zwischenkreisspannung Uzk misst. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die an den Ausgangsleitungen 3' und 3" anliegende Ausgangsspannung Ua potential getrennt. Die Potentialtrennung erfolgt beispielsweise mit einem Übertrager 14, der die Zwischenkreisspannung Uzk auf die gewünschte Spannung Unorm transformiert. Die Zwischenkreisspannung Uzk wird zum Zwecke der Transformierung von der Schaltstufe in eine Wechselspannung Uwechsel umgesetzt, Gleichrichter und Filter 15 wandelt die Wechselspannung in die gewünschte Gleichspannung. Das gleichgerichtete Ausgangssignal Ua wird beispielsweise mit einem Optokoppler 17 übertragen und von der Baugruppe 9 gemessen und überwacht. Durch die Kopplung 16 zwischen der Preconditioner- Funktionseinheit 12, der Schaltstufe und dem Übertrager 14 wird erreicht, dass im Normalbetrieb bei Regelung der Ausgangsspannung Ua zugleich eine akzeptable Zwischenkreisspannung Uzk und eine der Norm entsprechende Eingangsstromform erreicht wird. Diese in der Figur nur angedeutete Kopplung 16 kann beispielsweise durch Kondensatoren, Induktivitäten und/oder Magnetbauteile erreicht werden. Die Induktivität des Preconditioners 6 kann beispielsweise auf dem Übertrager 14 integriert werden, andere Realisierungen sind ebenfalls möglich. Da bei herkömmlichen Schaltnetzteilen nur die Ausgangsspannung Ua geregelt werden kann, müssen die beiden anderen Bedingungen, nämlich Eingangsstrom I in und Zwischenkreisspannung Uzk betreffend, durch geschickte Schaltungsdimensionierung erreicht werden. Dies führt zu extremen Einschränkungen im Design und erweist sich für den Schwachlastbetrieb als unmöglich. Daher wird erfindungsgemäß die Zwischenkreisspannung Uzk über den Spannungsteiler R1, R2 abgegriffen. Die Ausgangsspannung Ua wird mittels des Widerstandes R3 und des Optokopplers 17 gemessen und an die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung in der Schaltstufe übermittelt. Die als Messvorrichtung dienende Baugruppe 9 ist dafür über die Leitungen 8' und 8" mit der Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 der Schaltstufe verbunden. Solange die Zwischenkreisspannung Uzk unterhalb des Grenzwertes Ugrenz liegt, wird der Spannungswandler 7 von der Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 in der Schaltstufe derart geschaltet, dass die Ausgangsspannung Ua konstant auf ihrem Sollwert Unorm ist. Erst bei Überschreiten des Grenzwertes Ugrenz der Zwischenkreisspannung Uzk wird der Spannungswandler 7 kurzzeitig ausgeschaltet, d. h. ein Burst-Zyklus gestartet. Während dieser Pause dient die Messung der Ausgangsspannung Ua dem Ermitteln des Wiedereinschaltzeitpunktes. Bei Unterschreiten einer minimal tolerierbaren Ausgangsspannung Umin wird der Spannungswandler 7 wieder eingeschaltet. Wenn die Zwischenkreisspannung Uzk den Grenzwert Ugrenz erreicht, wird der nächste Burst-Zyklus ausgelöst.
• Fig. 3 zeigt in den Teilfiguren a), unter welcher Last das Schaltnetzteil 1 betrieben wird, in Teilfigur b) den Zustand ein oder aus des Spannungswandlers 7, in Teilfigur c) den Verlauf der Zwischenkreisspannung Uzk und den eingetragenen Grenzwert Ugrenz und in Teilfigur d) den Verlauf der Ausgangsspannung Ua und den eingetragenen Minimalwert Umin. Für den Bereich t < t1 ist der Betrieb des Schaltnetzteils 1 unter Normallast dargestellt, das bedeutet, der Spannungswandler 7 ist eingeschaltet; die Zwischenkreisspannung Uzk liegt unterhalb des Grenzwertes Ugrenz, und die Ausgangsspannung Ua wird auf ihren Nennwert Unorm geregelt. Zum Zeitpunkt t1 beginnt in dem Beispiel der Schwachlastbetrieb. Zunächst bleibt der Spannungswandler 7 eingeschaltet; die Zwischenkreisspannung Uzk steigt an und erreicht zum Zeitpunkt t2 den Grenzwert Ugrenz. Daraufhin wird der Spannungswandler 7 ausgeschaltet, wodurch der Anstieg der Zwischenkreisspannung Uzk gestoppt wird, und der Wert der Ausgangsspannung Ua sinkt. Zum Zeitpunkt t3 hat die Ausgangsspannung Ua den tolerierbaren Minimalwert Umin erreicht. Damit dieser nicht unterschritten wird, wird der Spannungswandler 7 wieder eingeschaltet. Zum Zeitpunkt t4 hat die Ausgangsspannung Ua einen nahezu konstanten Wert erreicht, wonach jedoch die Zwischenkreisspannung Uzk wieder ansteigt, da weiterhin das Schaltnetzteil 1 im Schwachlastbetrieb läuft. Zum Zeitpunkt t5 hat die Zwischenkreisspannung Uzk wieder ihren Grenzwert Ugrenz erreicht, und der nächste Burst-Zyklus beginnt. Dies wiederholt sich, solange die Zwischenkreisspannung Uzk wieder ihren Grenzwert Ugrenz erreicht, also das Schaltnetzteil 1 im Schwachlastbetrieb läuft. In dem dargestellten Beispiel endet der Schwachlastbetrieb zum Zeitpunkt t6; in der Folge erreicht die Zwischenkreisspannung Uzk ihren Grenzwert Ugrenz nicht mehr; die Ausgangsspannung Ua bleibt oberhalb eines Minimalwertes Umin und der Spannungswandler 7 dementsprechend eingeschaltet. Der Burst-Modus beginnt mit dem ersten Ausschalten des Spannungswandlers 7 und endet, wenn der Spannungswandler 7 eingeschaltet bleibt. Der Burst-Modus besteht aus einem oder mehreren Burst-Zyklen, wobei ein Burst-Zyklus ebenfalls mit dem Ausschalten des Spannungswandlers 7 beginnt, das Erreichen des Grenzwertes Ugrenz der Zwischenkreisspannung Uzk und des Minimalwertes Umin der Ausgangsspannung Ua umfasst, wobei zwischendurch der Spannungswandler 7 wieder eingeschaltet wird. Der Burst-Zyklus endet bzw. der nächste Burst-Zyklus beginnt, wenn der Spannungswandler 7 wieder ausgeschaltet wird. Die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 18 überwacht und ermittelt die Zwischenkreisspannung Uzk und die Ausgangsspannung Ua. In Abhängigkeit von deren Werten wird der Spannungswandler 7 ein- oder ausgeschaltet.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestimmt nicht die Ausgangsspannung den Wiedereinschaltpunkt, sondern t₃ - t₂ ist entweder vorbestimmt, einstellbar von dem Benutzer des Schaltnetzteils oder adaptiv.
• Zusammengefasst wird der Wirkungsgrad des Schaltnetzteils 1 im Schwachlastbetrieb durch die Steuerung/Regelung der Zwischenkreisspannung Uzk verbessert. Die Zwischenkreissapnnung Uzk wird durch die Aktivierung eines Burst-Zyklus aktiviert. Preconditioner 6 und Spannungswandler 7 teilen sich eine Schaltstufe, wodurch Kosten eingespart werden und die Integrierbarkeit erhöht wird.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils, insbesondere ein Schaltnetzteil (1), bestehend aus zumindest einer Preconditioner-Funktionseinheit (12), einer Schaltstufe (13) mit einer Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (18) und einem Spannungsteiler (R1, R2), der zwischen der Preconditioner-Funktionseinheit (12) und der Schaltstufe angeordnet ist, bei dem zwischen der Preconditioner-Funktionseinheit (12) und der Schaltstufe eine Zwischenkreisspannung (Uzk) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zwischenkreisspannung (Uzk) ein Grenzwert (Ugrenz) festgelegt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (18) in der Schaltstufe bei Erreichen des Grenzwert (Ugrenz) für die Zwischenkreisspannung (Uzk) auf der Primärseite des Spannungswandlers (7) einen Burst-Zyklus aktiviert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aktivierung des Burst-Zyklus der Spannungswandler (7) ausgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Burst-Zyklus nach Ablauf einer vorher bestimmten, einstellbaren oder adaptiven, Zeit, die vom Zeitpunkt der Aktivierung des Burst-Modus an gemessen wird, deaktiviert wird und der Spannungswandler (7) wieder eingeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzeingangsspannung überwacht wird und bei Erreichen des Grenzwertes der Netzeingangsspannung die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (18) in der Schaltstufe den Burst-Modus deaktiviert.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Sekundärseite des Spannungswandlers (7) die Ausgangsspannung (Ua) des Schaltnetzteils (1) überwacht wird,
für die Ausgangsspannung (Ua) ein Minimalwert (Umin) festgelegt ist und
der Burst-Zyklus bei Erreichen des Minimalwertes Umin der Ausgangsspannung Ua deaktiviert wird und der Spannungswandler (7) wieder eingeschaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (18) in der Schaltstufe sowohl die Zwischenkreisspannung (Uzk), als auch die Ausgangsspannung (Ua) überwacht, steuert und/oder regelt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Preconditioner-Funktionseinheit (12) und die Schaltstufe integriert sind.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (7) ein DC/DC-Wandler ist, der zumindest einen Transistor aufweist, welcher zeitweise angesteuert wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung den Burst-Modus nicht aktiviert, wenn zugleich eine hohe Ausgangslast vorhanden ist.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangslast (5) angeschlossen ist, die eine Vorrichtung zum direkten oder indirekten Überwachen der Aktivität der Schaltstufe (13) aufweist und Lastwechsel nur während aktiver Phasen ausführt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der aktiven Phasen der Schaltstufe (13) durch Messung und Auswertung der Ausgangsspannung (Ua) des Schaltnetzteils (1) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der aktiven Phasen der Schaltstufe (13) durch Messung und Auswertung einer Spannung auf der Sekundärseite des Spannungswandlers (7) erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangslast (5) angeschlossen ist, die eine Vorrichtung zum Übermitteln eines auftretenden Lastwechsels an die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (18) aufweist.

15. Schaltnetzteil (1) mit einem Preconditioner (6) und einem Spannungswandler (7), bei dem eine Zwischenkreisspannung (Uzk) gemessen wird, insbesondere ein Schaltnetzteil (1), das nach einem in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebenen Verfahren betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind zum
Überwachen der Zwischenkreisspannung (Uzk);
Vergleichen der Zwischenkreisspannung (Uzk) mit einem festgelegten Grenzwert (Ugrenz);
Aktivieren eines Burst-Zyklus bei Erreichen des Grenzwertes (Ugrenz) auf der Primärseite des Spannungswandlers (7).

16. Schaltnetzteil (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung (Uzk) und die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (18) der Schaltstufe dasselbe Massepotential haben.

17. Verwendung eines Schaltnetzteils (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, um im Schwachlastbetrieb des Schaltnetzteils (1) einen verbesserten Wirkungsgrad zu erhalten.