DE112012005986T5

DE112012005986T5 - Wechselstrom/Gleichstrom-Schaltung

Info

Publication number: DE112012005986T5
Application number: DE112012005986.7T
Authority: DE
Inventors: Baojun Wang; Xiangyang Yin
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2015-05-28
Also published as: CN102594175B; WO2013131315A1; JP5810229B2; US9438133B2; JP2015503899A; US20140376290A1; CN102594175A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine AC/DC-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gleichrichterschaltung, eine Spannungserfassungsschaltung, eine Konstantstromquelle und eine Ausgangsschaltung enthält, wobei die Gleichrichterschaltung einen Wechselstrom in einen pulsierenden Gleichstrom gleichrichtet, wobei die Konstantstromquelle einen Strom bereitstellt, der die Summe des Stroms, der zur Spannungserfassungsschaltung fließt, und des Stroms, der zur Ausgangsschaltung fließt, ist, wobei die Spannungserfassungsschaltung eine Spannung gemäß dem Momentanwert der Ausgangspannung der Gleichrichterschaltung hat, wobei, wenn mehr Strom aus der Konstantstromquelle von der Spannungserfassungsschaltung absorbiert wird, weniger Strom zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung fließt, und wobei die Ausgangsschaltung den Strom des Steueranschlusses verstärkt und diesen an die Last der AC/DC-Schaltung ausgibt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine AC/DC-Schaltung, insbesondere AC/DC-Schaltungen, die in Schwachstrom-AC/DC-Stromversorgern verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Es ist üblich, Wechselstrom zu Gleichstrom umzuwandeln, was mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung erreicht werden kann. Im Allgemeinen wird Industrie- und Haushaltsstrom durch Wechselstrom zugeleitet. Für Haushaltsstrom zum Beispiel verwendet China 220 V AC/50 Hz, die amerikanischen Staaten verwenden 120 VA oder 110 V AC, 60 Hz, während das Vereinigte Königreich 240 V AC/50 Hz verwendet. Auch unter anderen Ländern und Regionen können Unterschiede bestehen. Insgesamt ist die Frequenz in zwei Gruppen geteilt: 50 Hz oder 60 Hz mit der Betriebsspannung bei etwa 110 V und 220 V. Wechselstrom ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Richtung und Amplitude der Spannung (oder des Stroms) im Laufe der Zeit periodisch ändern, wie in 1 dargestellt.
Wechselstrom ändert sich im Laufe der Zeit sinusförmig, wie in 1 dargestellt, und wird als sinusförmige Wechselspannung bezeichnet, wobei die Zeit, die zur Wiederholung einer Änderung erforderlich ist, als ein Zyklus einer Wechselspannung bezeichnet wird, dargestellt durch T. Der 220 V Spannungswert, der allgemein nach dem Stand der Technik bekannt ist, bezieht sich auf den effektiven Wert und die Spitzenspannung ist das √ 2 -Fache des effektiven Werts, nämlich: 220 V × √5 = 311,1 V
Die Gleichspannung (oder der Gleichstrom) ändert im Laufe der Zeit die Amplitude und Richtung nicht. Die Spannung (oder der Strom), die die Richtung nicht ändert, aber ein gewisses Maß an Änderungen in Spannung oder Strom im Laufe der Zeit erfährt, wird auch als Gleichspannung bezeichnet.
Für Anwendungen in Industrie und Haushalt besteht ein Bedarf, aus Wechselstrom Gleichstrom zu machen. Der Prozess enthält, dass zuerst der Strom in eine Richtung fließen gelassen wird, was als unidirektionale Leitfähigkeit bezeichnet wird, und dann die Amplitude stabilisiert wird, was als Filtern bezeichnet wird. Der Prozess, den Wechselstrom zu einem unidirektionalen Strom zu machen, wird als Gleichrichten bezeichnet.
In der bestehenden Technik ist die Gleichrichterschaltung im Allgemeinen in Halbwellengleichrichter, Vollwellengleichrichter, Brückengleichrichter und Spannungsverdopplergleichrichterschaltung unterteilt. Sie kann eine Einzelphasen- und Mehrfachphasen-(wie eine Dreiphasen-)Gleichrichterschaltung sein. Im Allgemeinen bezeichnet die Gleichrichterschaltung eine Einzelphasen-Gleichrichterschaltung. Tatsächlich kann die Einzelphasen-Gleichrichterschaltung durch Anwendung einfacher Techniken, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, als Mehrfachphasen-Gleichrichter verwendet werden.
2-1 zeigt eine Halbwellengleichrichterschaltung, falls die Kapazität CL nicht angeschlossen ist, ist die Ausgangswellenform in 2-2 als pulsierender Gleichstrom dargestellt. Wenn die Kapazität CL angeschlossen ist, ist die Ausgangswellenform in Volllinien in 2-3 als ein relativ glatter, pulsierender Gleichstrom dargestellt. Sobald die Schaltung in einen Beharrungszustand getreten ist, leitet eine Gleichrichterdiode D1 in 2-1 nur in der Zeit von t1 bis t2 in 2-3 und lädt den Kondensator CL. Außerhalb dieser Periode entlädt die Kapazität CL zur Last RL. Um eine geglättete Gleichspannung zu erhalten, ist eine größere Kapazität CL notwendig. Die erhöhte Kapazität CL bewirkt jedoch eine kürzere Durchlasszeit, d. h., die Zeit von t1 bis t2. Der Ladestrom ist groß und somit verbraucht die Schaltung in dieser kurzen Zeitperiode eine große Menge an AC-Eingangsstrom, was Gitterspannungswellenformverzerrungen verursacht. Der Verweis auf dieses Prinzip findet sich in dem Buch ”Stable Power Supply”, Ausgabe von 1984, veröffentlicht von People's Post (China), ISBN 15045. 2.4.1 auf Seite 33 des Buchs beschreibt dieses Prinzip ausführlich.
3-1 zeigt eine Vollwellengleichrichterschaltung, die im Allgemeinen nicht direkt im Gleichrichter von Haushaltsgeräten verwendet wird. Sie wird im Allgemeinen nur nach einem Transformator verwendet, um zwei Spannungen desselben Wertes, aber entgegengesetzter Phase (Mittenanzapfung) zu erhalten. Falls die Kapazität CL nicht angeschlossen ist, ist die Ausgangswellenform in 3-2 dargestellt, die ein pulsierender Gleichstrom ist; wenn die Kapazität CL angeschlossen ist, ist die Ausgangswellenform in Volllinien in 3-3 dargestellt, die ein relativ glatter pulsierender Gleichstrom ist. Sobald die Schaltung in einen Beharrungszustand eingetreten ist, leitet die Gleichrichterdiode D1a in 3-1 und lädt den CL-Kondensator nur in der Zeit von t1 bis t2, wie in 3-3 dargestellt, und die Gleichrichterdiode D1b leitet und lädt den Kondensator CL nur in der Zeit von t3 bis t4. Die Diode lädt den Kondensator CL, wenn sie leitet, und zu anderen Zeiten entlädt die Kapazität CL zur Last RL. Um eine geglättete Gleichspannung zu erhalten, ist eine große Kapazität CL notwendig, und die erhöhte Kapazität CL bewirkt, dass eine Durchlasszeit von t1 bis t2 und von t3 bis t4 sehr kurz wird. Der Ladestrom ist groß und die Schaltung verbraucht eine große Menge an AC-Eingangsstrom in dieser kurzen Zeitperiode, wodurch Gitterspannungswellenformverzerrungen über den Transformator verursacht werden. 24.3 auf Seite 35 des Buchs ”Stable Power Supply” beschreibt diese Prinzip. Die verzerrte Wellenform ist nicht mehr länger eine Sinuswelle, sondern höhere Harmonische, die durch eine Fourier-Transformation Grundwellen werden können. Eine höhere harmonische Welle ist eine Störquelle in der Stromversorgung.
4-1, 4-2 und 4-3 zeigen eine Brückengleichrichterschaltung. Die drei Darstellungsmethoden werden allgemein verwendet, die dasselbe Anschlussverhältnis zeigen. 4-2 ist eine einfachere Darstellung. Falls die Kapazität CL nicht angeschlossen ist, ist die Ausgangswellenform dieselbe wie in 3-2 dargestellt, die ein pulsierender Gleichstrom ist; wenn die Kapazität CL angeschlossen ist, ist die Ausgangswellenform in Volllinien in 3-3 dargestellt, die ein relativ glatter pulsierender Gleichstrom ist. Sobald die Schaltung in einen Beharrungszustand eingetreten ist, laden die Gleichrichterdioden Dia und D1c in 4-1 und 4-2 den CL-Kondensator nur in der Zeit von t1 bis t2 (3-3), wenn sie leitend sind. Die Gleichrichterdioden D1b und D1d laden den CL-Kondensator nur in der Zeit von t3 bis t4, wenn sie leitend sind. Die Dioden laden den Kondensator CL nur, wenn sie leiten und zu anderen Zeiten entlädt die Kapazität CL zur Last RL. Um eine geglättete Gleichspannung zu erhalten ist eine große Kapazität CL notwendig. Die große Kapazität CL bewirkt jedoch, dass die Durchlasszeit von t1 bis t2 und von t3 bis t4 sehr kurz wird. Folglich ist der Ladestrom groß und verbraucht eine große Menge des AC-Eingangsstroms in der kurzen Zeitperiode, was Gitterspannungswellenformverzerrungen bewirkt. Der dritte Absatz auf Seite 34 des Buchs ”Stable Power Supply” besagt: ”For the full-wave rectifier capacitor filter case, the reader can analyze it according to 24.3, and this analysis also applies to the bridge rectifier” (”Für den Fall eines Vollwellengleichrichter-Kondensatorfilters kann der Leser eine Analyse gemäß 24.3 vornehmen und diese Analyse gilt auch für den Brückengleichrichter”].
Für den oben beschriebenen Halbwellengleichrichter, Vollwellengleichrichter, Brückengleichrichter muss die Kondensatorspannungsrate größer als das 1,414-fache der Eingangsspannung (d. h., der Spitzenspannung) sein. Für den 220 V AC Eingang, unter Berücksichtigung der Instabilität der Netzspannung, kann die Spannung häufig auf etwa 264 V steigen und die Filterkondensatorspannungsrate muss größer als die Spitzenspannung 373 V sein. Für einen sicheren Spielraum sollte der Kondensator von einer Güte sein, die eine Spannung von 400 V oder 450 V handhaben kann.
Zusammenfassend erfordern die oben beschriebenen Gleichrichterschaltungen nach dem Stand der Technik alle einen großen Filterkondensator, um eine glatte Gleichspannung zu erhalten. Die Schaltung absorbiert elektrischen Strom aus dem Netz nur, wenn nahe der Spitze eine große Anzahl von Gebrauchselektronik, Industriegeräten dies tun, und somit wird das Sinuswellenspannungsgitter drastisch verzerrt. 5-1 zeigt ein Beispiel der Spannungswellenform, die im Guangzhou Huangpu Eastern Zone Industrial Park am 24. Februar 2012 um 8:17 aufgenommen wurde. 5-2 zeigt ein anderes Beispiel für die Spannungswellenform, die an derselben Stelle am 24. Februar 2012 um 8:39 aufgenommen wurde, als in den meisten Fabriken Betrieb herrschte. Zur klaren Darstellung der Wellenform wurde sie mit einer Gleichrichterschaltung ohne Filterkondensator aufgenommen. Wie in 5-2 dargestellt, stieg der Elektrizitätsverbrauch, als die Fabriken in der Früh den Betrieb aufnahmen und die Wellenform verzerrte sich weiter. An der Oberseite von 5-2 wird die Wellenform signifikant flacher, was mit der theoretischen Analyse übereinstimmt.
Derzeit wird die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (bezeichnet als PFC-Schaltung) zur Lösung dieses Problems verwendet. In der Gleichrichterschaltung wird ein kleiner ”Filterkondensator” zum Absorbieren von Störspitzen aus dem Netz verwendet, wie 0,1 uF bis 0,47 uF. Die Wellenform nach der Gleichrichtung stimmt mit 3-2 überein. Dann wird die Spannung durch Verwendung eines BOOST Topologie-Schaltnetzteils auf etwa 400 V DC erhöht, bevor die Energie einem anderen Schaltkreis zugeleitet wird. Dadurch wird ein hoher Leistungsfaktor erreicht und die Gitterspannungswellenformverzerrung vermieden.
6 zeigt ein Verfahren zur Verwendung der SCR-Technologie, um einen hohen Stromverbrauch nahe der Spitze zu vermeiden. Wenn SCR hinter der Gleichrichterschaltung verwendet wird, ist die resultierende Wellenform in 6-1 dargestellt, wobei eine schraffierte Fläche 100 die Ausgangsfläche bezeichnet. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es bei großen kapazitiven Lasten nicht funktioniert und nur am absteigenden Teil der Halbwelle funktionieren kann. Warum es nicht mit großen kapazitiven Lasten funktionieren kann, ist dem Buch ”Stable Power Supply” (zwischen ”3. Inverted L-shaped filter” auf Seite 38 und ”4. π-type filter” auf Seite 40) zu entnehmen.
Wenn SCR zwischen der Thyristor-Gleichrichterschaltung und dem Wechselstrom verwendet wird, ist die resultierende Wellenform in 6-2 dargestellt. Die Stromtriggertechnologie bewirkt jedoch die Triggerpunktasymmetrie zwischen dem positiven Halbzyklus und einem negativen Halbzyklus, wie in 6-2 dargestellt ist, wobei schraffierte Flächen 101 nicht gleich sind. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es mit großen kapazitiven Lasten nicht funktioniert und nur am absteigenden Teil der Halbwelle funktionieren kann.
In Schwachstromanwendungen wird die PFC-Schaltung wegen ihrer hohen Kosten allgemein nicht verwendet. Daher werden in Schwachstromanwendungen allgemein noch AC/DC-Gleichrichterschaltungen verwendet, die große Strommengen vom AC-Netz nahe der Spitze abführt, was zu der Gitterspannungswellenformverzerrung führt.
Kurzdarstellung der Erfindungen
Daher ist das technische Problem, das von der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, eine Bereitstellung einer AC/DC-Wandlerschaltung, die Strom nicht nahe der Spitze der Sinuswelle des Wechselstroms abführt, sondern in den Flächen unter der Spitze, d. h., in der ansteigenden Phase vor der Spitze bzw. absteigenden Phase nach der Spitze, und die mit einer kapazitiven Last funktionieren kann.
Zur Lösung der obengenannten Probleme stellt die vorliegende Erfindung eine DC/AC-Schaltung bereit, die eine Gleichrichterschaltung, eine Spannungserfassungsschaltung, eine Konstantstromquelle und eine Ausgangsschaltung aufweist.
Die Konstantstromquelle stellt der Spannungserfassungsschaltung und den Steueranschluss der Ausgangsschaltung einen Strom (Zulauf oder Ablauf) bereit. Die Strommenge aus der Konstantstromquelle ist die Summe des Stroms zur Spannungserfassungsschaltung und des Stroms zur Ausgangsschaltung.
Die Spannung der Spannungserfassungsschaltung steigt mit dem Momentanwert der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung. Je mehr Strom die Spannungserfassungsschaltung aus der Konstantstromquelle absorbiert, umso weniger Strom fließt zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung.
Die Ausgangsschaltung verstärkt zunächst den Strom aus der Konstantstromquelle zum Steueranschluss vor der Ausgabe des Stroms.
Bevorzugter ist die Ausgangsanschlussklemme der Ausgangsschaltung auch mit einer Spannungserfassungsschaltung ausgestattet, um eine präzisere regulierte Ausgangsspannung zu erhalten.
The Erfindung betrifft auch die Verwendung der obengenannten AC/DC-Schaltung in Schwachstrom-AC/DC-Stromversorgern.
Das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung ist wie folgt beschrieben: die Gleichrichterschaltung ändert den Haushaltswechselstrom in einen pulsierenden Gleichstrom, dessen Wellenform wie in 2-2 und 3-2 dargestellt ist. Die Spannung der Spannungserfassungsschaltung steigt mit dem Momentanwert der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung. Wenn mehr von dem Strom, der durch die Konstantstromquelle bereitgestellt wird, von der Spannungserfassungsschaltung absorbiert wird, fließt weniger Strom zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung. Der Ausgangsstrom der Ausgangsschaltung ist ein verstärkter Strom aus ihrem Steueranschluss. Dies bewirkt folgendes:
Wenn der Momentanwert der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung kleiner als die voreingestellte Spannung ist, ist der Strom, der von der Spannungserfassungsschaltung absorbiert wird, geringer als der Strom, der von der Konstantstromquelle bereitgestellt wird. Somit fließt etwas von dem Konstantstrom zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung, der zum Ausgangsstrom wird (bei derselben Spannung wie der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung).
Wenn die momentane Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung gleich dem voreingestellten Wert ist, wird sämtlicher Strom, der von der Konstantstromquelle bereitgestellt wird, von der Spannungserfassungsschaltung absorbiert und somit fließt kein Strom zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung und folglich gibt es keinen Ausgang aus der Ausgangsschaltung. Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung größer als der voreingestellte Wert ist, ist das Ergebnis dasselbe, d. h., es gibt keinen Ausgang aus der Ausgangsschaltung.
Wenn daher der voreingestellte Wert unter der Wechselspannungsspitze eingestellt ist, erreicht die vorliegende Erfindung das beabsichtigte Ergebnis: die Schaltung absorbiert keinen Strom nahe der Spitze der Sinuswelle, während sie an den tieferen Teilen der Sinuswelle arbeitet, d. h., dem anfänglichen Teil der ansteigenden Phase bzw. dem abschließenden Teil der absteigenden Phase. Bei Betrieb als ansteigende Phase, steigt die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung von null auf einen voreingestellten Wert und der Strom zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung erfährt eine Änderung von einem größeren Wert zu einem kleineren Wert. Der Strom am Steueranschluss wird, nachdem er verstärkt wurde, zum Ausgangsstrom der Ausgangsschaltung und erfährt ebenso eine Änderung von einem größeren Wert zu einem kleineren Wert. Auf diese Weise gibt es keine plötzliche Änderung im Stromsignal, wodurch eine Störung beim Stadtnetz vermieden wird.
Bei Betrieb an der absteigenden Phase ist die Situation dieselbe mit der Ausnahme, dass der Strom am Steueranschluss und der Ausgangsstrom der Ausgangsschaltung eine Änderung von null auf einen kleinen Wert erfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Änderungen im Laufe der Zeit der sinusförmigen Wechselstromwellenform;
2-1 ist eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung;
2-2 ist eine Wellenformdarstellung der Ausgangsspannung einer Halbwellengleichrichterschaltung, wenn der Filterkondensator nicht angeschlossen ist;
2-3 ist eine Wellenformdarstellung der Ausgangsspannung einer Halbwellen-Gleichrichterschaltung mit angeschlossener Filterkapazität;
3-1 ist ein Schaltbild einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung;
3-2 ist eine Ausgangsspannungswellenform einer Vollwellen-(oder Brücken-)Gleichrichterschaltung, wenn der Filterkondensator nicht angeschlossen ist;
3-3 ist eine Ausgangsspannungswellenform einer Vollwellen-(oder Brücken-)Gleichrichterschaltung, wenn der Filterkondensator angeschlossen ist;
4-1 ist ein Schaltbild einer Brückengleichrichterschaltung;
4-2 ist eine Brückengleichrichterschaltung in einer einfachen Zeichnungsform;
4-3 ist eine Brückengleichrichterschaltung in einer anderen Zeichnungsform;
5-1 ist eine Gitterspannungswellenform in einer Industriezone vor den Arbeitszeiten;
5-2 ist eine Gitterspannungswellenform in der Industriezone während der Arbeitszeiten;
6-1 ist eine Wellenformdarstellung, wenn eine SCR-Technologie nach dem Gleichrichten angewendet wird;
6-2 ist eine Wellenformdarstellung wenn eine SCR-Technologie vor dem Gleichrichten angewendet wird;
7-1 ist ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7-2 ist ein spezielles Schaltbild der ersten Ausführungsform in 7-1;
7-3 ist eine Wellenformdarstellung der ersten Ausführungsform, gemessen bei einer Eingangsspannung von 110 V/50 HZ;
7-4 ist eine Wellenformdarstellung der ersten Ausführungsform, gemessen bei einer Eingangsspannung von 71 V/50 HZ;
7-5 ist eine Wellenformdarstellung der ersten Ausführungsform, gemessen bei einer Eingangsspannung von 110 V/50 HZ, in der ein Filterkondensator angeschlossen ist;
8 ist eine Spannungserfassungsschaltung;
9 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Konstantstromquelle;
11 ist ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine alternative Ausgangsschaltung;
13 ist ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14-1 ist das Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14-2 ist das spezielle Schaltbild der fünften Ausführungsform in 14-2;
14-3 ist eine Wellenformdarstellung der fünften Ausführungsform, gemessen bei einer Eingangsspannung von 110 V/50 HZ;
14-4 ist eine Wellenformdarstellung der fünften Ausführungsform, gemessen bei einer Eingangsspannung von 110 V/50 HZ, in der ein Filterkondensator angeschlossen ist;
15 ist ein Schaltbild einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist ein Schaltbild einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 ist ein Schaltbild einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine Topologie einer nicht isolierten, isolierten Schwachstrom-AC/DC-Stromschaltung.
Ausführliche Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung
Beispiel I:
7-1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform und 7-2 deren entsprechendes schematisches Schaltbild. 7-1 zeigt das Anschlussverhältnis unter den Komponenten ausführlicher, die eine Gleichrichterschaltung 102, eine Spannungserfassungsschaltung 103, eine Konstantstromquelle 104, eine Ausgangsschaltung 105 enthalten. Eine Wechselstromquelle ist an die Wechselstrom-Eingangsanschlussklemme 106 der Gleichrichterschaltung angeschlossen, die zwei Anschlussklemmen hat (d. h., zwei 106, die theoretisch voneinander nicht zu unterscheiden sind). Die Ausgangsenden 107 und 108 der Gleichrichterschaltung sind parallel zur Spannungserfassungsschaltung 103 angeschlossen. Die Spannungserfassungsschaltung hat wenigstens drei Anschlüsse, einen positiven Eingangsanschluss 109, einen negativen Eingangsanschluss 110 und einen Ausgangsanschluss 111. Die Konstantstromquelle 104 hat wenigstens zwei Anschlüsse, ein Zulaufende 112 und ein Ablaufende 113. Die Ausgangsschaltung 105 hat wenigstens drei Anschlüsse, einen Eingangsanschluss 114, einen Ausgangsanschluss 115 und einen Steueranschluss 116. Die Anschlüsse 109 und 110 der Spannungserfassungsschaltung sind an die Ausgangsenden 107 bzw. 108 der Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen. Der Ausgangsanschluss 111 der Spannungserfassungsschaltung ist an den Steueranschluss 116 der Ausgangsschaltung 105 wie auch das Ablaufende 113 der Konstantstromquelle 104 angeschlossen. Das Zulaufende 112 ist an das positive Ausgangsende 107 der Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen. Das negative Ausgangsende 108 der Gleichrichterschaltung 102 ist an den Eingangsanschluss 114 der Ausgangsschaltung 105 angeschlossen. Der Ausgangsanschluss 115 der Ausgangsschaltung 105 stellt die negative Ausgangsanschlussklemme der AC/DC-Schaltung der vorliegenden Erfindung dar, während das positive Ausgangsende 107 der Gleichrichterschaltung die positive Ausgangsanschlussklemme der AC/DC-Schaltung der vorliegenden Erfindung darstellt.
Das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung ist: die Gleichrichterschaltung 102 richtet den Wechselstrom zu einem pulsierender Gleichstrom gleich, mit der in 2-2 oder 3-2 dargestellten Wellenform. Die Spannung der Spannungserfassungsschaltung 103 steigt mit dem momentanen Spannungswert am Ausgangsende der Gleichrichterschaltung 102. Wenn die Spannungserfassungsschaltung 103 an ihrer Ausgangsanschlussklemme 111 mehr Strom aus der Konstantstromquelle 104 absorbiert, fließt weniger Strom zum Steueranschluss 116 der Ausgangsschaltung 105. Der Strom, der zum Steueranschluss 116 fließt, wird, nachdem er verstärkt wurde, zum Ausgangsstrom der Ausgangsschaltung 105. Wenn daher der momentane Ausgangsspannungswert der Gleichrichterschaltung 102 kleiner als der voreingestellte Spannungswert ist, ist der Strom, der zum Anschluss 111 fließt, kleiner als Strom II (der Strom, der von der Konstantstromquelle 104 bereitgestellt wird) und etwas Strom fließt zum Steueranschluss 116, der dann als der Ausgangsstrom der Ausgangsschaltung 105 verstärkt wird.
Wenn die momentane Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 102 gleich dem voreingestellten Spannungswert ist, hat der Strom, der durch den Anschluss 111 geht, dieselbe Menge wie der Strom II, der von 104 bereitgestellt wird, und es fließt kein Strom durch den Steueranschluss 116. Somit gibt es keinen Ausgangsstrom aus 105.
Wenn die momentane Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 102 den voreingestellten Spannungswert übersteigt, hat der Strom, der zum Anschluss 111 fließt, auch dieselbe Menge wie der Strom II und es fließt kein Strom durch den Steueranschluss 116. Daher gibt es keinen Ausgangsstrom aus 105.
Die Kapazität CL und der Lastwiderstand RL sind den Zeichnungen hinzugefügt, um eine vollständige tatsächliche Implementierung zu zeigen.
7-2 ist ein Schaltbild der ersten Ausführungsform. Die technischen Wirkungen, die durch diese Ausführungsform erreicht werden, werden nun mit den tatsächlichen Testdaten in Verbindung mit einer Besprechung der Funktionsprinzipien gezeigt. Die Schaltungsparameter sind wie folgt:
Die Gleichrichterschaltung 102 besteht aus einer Diode D20 (1N4007), die eine Halbwellengleichrichterschaltung ist. Die Spannungserfassungsschaltung 103 besteht aus einem Widerstand R21, einem Widerstand R22, einem Widerstand R23, einem NPN-Typ Transistor TR21 und einem NPN-Typ Transistor TR22, wobei R21 und R23 an einem Ende angeschlossen sind, das das negative Eingangsende 110 bildet, während das andere Ende von R21 an den Emitter von TR21 angeschlossen ist; die Basis und der Kollektor von TR21 sind aneinander angeschlossen und ferner an die Basis von TR22 wie auch an ein Ende von R22 angeschlossen; das andere Ende von R22 wird das positive Eingangsende 109; das andere Ende von R23 und der Emitter von TR22 sind aneinander angeschlossen; und der Kollektor von TR22 wird das Ausgangsende 111.
Der Widerstand R21 ist 51 KΩ, der Widerstand R22 ist 10 MΩ, der Widerstand R23 ist 1 KΩ und die Transistoren TR21 und TR22 sind NPN-Transistoren (Modell Nr. 2N5551).
Die Konstantstromquelle 104 besteht aus einem Widerstand R24, einem Widerstand R25, einem PNP-Transistor TR23 und einem PNP-Transistor TR24. Diese Schaltung ist nach dem Stand der Technik bekannt und in dem Buch mit dem Titel ”Analog Electronic Technology”, zweite Auflage, ISBN Nummer 7-04-000868-8/TN.53 (siehe Figur P3-21 auf Seite 266, P3-32 auf Seite 270) beschrieben. Daher wird hier nicht näher darauf eingegangen. Der Konstantstrom entspricht annähernd Formel (I):
wobei Io der Konstantstrom am Kollektor des Transistors TR24 in 7-2 oder I1 in 7-1 ist, U_BE der Spannungsabfall zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors TR23 ist, der im Allgemeinen 0,6 V oder der tatsächliche Messwert ist und R25 ist der Widerstandswert des Widerstands R25 ist.
Wenn aus einem gewissen Grund der Kollektorstrom des Transistors TR24 größer wird, nimmt der Emitterstrom des Transistors TR24 synchron zu, wodurch der Spannungsabfall über den Widerstand R25 erhöht wird, so dass der Basisstrom des Transistors TR23 zunimmt, der Transistor TR23 den Basisstrom verstärkt und sein Kollektorstrom größer wird. Dies erhöht wiederum die Basisspannung des Transistors TR24, so dass der Kollektorstrom des Transistors TR24 wieder auf den Wert gemäß Formel (1) zurückkehrt.
Wenn aus einem bestimmten Grund der Kollektorstrom des Transistors TR24 kleiner wird, nimmt der Emitterstrom des Transistors TR24 synchron ab, wodurch der Spannungsabfall über den Widerstand R25 gesenkt wird, so dass der Basisstrom des Transistors TR23 kleiner wird, der Transistor TR23 den Basisstrom verringert und sein Kollektorstrom kleiner wird. Dies senkt wiederum die Basisspannung des Transistors TR24, so dass der Kollektorstrom des Transistors TR24 auch zu dem Wert gemäß Formel (1) zurückkehren würde.

Der Widerstand R24 ist 3,3 MΩ, der Widerstand R25 ist 5,1 KΩ, der Transistor TR23 ist 2N5401 und der Transistor TR24 ist ein PNP-Transistor (Modell Nr. A92), der durch die folgenden Messdaten in Tabelle 1 gekennzeichnet ist:

Nummer	Vin Betriebsspannung (V)	Kollektor des Transistors T24 Ausgangsstrom (μA)
1	5	88,3
2	10	85,3
3	20	89,7
4	30	92,1
5	40	93,4
6	50	94,8
7	60	95,9
8	100	96,3
9	200	97,8
10	300	98,1

In Tabelle 1 bezieht sich die Betriebsspannung auf die Spannung zwischen Enden 108 und 112 in 7-2. Die Messdaten zeigen, dass im Allgemeinen ein Konstantstrom vom TR24 erreicht wird.
Die Ausgangsschaltung 105 besteht aus einer Spannungsreglerdiode D21 und einem NPN-Typ Transistor TR25. Die negative Anschlussklemme von D21 wird zum Steueranschluss 116 der Ausgangsschaltung, während die positive Anschlussklemme D21 an die Basis des Transistors TR25 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors TR25 wird zum Eingangsanschluss 114 der Ausgangsschaltung und der Kollektor des Transistors TR25 wird zum Ausgangsanschluss 115 der Ausgangsschaltung. D21 ist ein 3,3 V Regler. TR25 ist ein NPN-Transistor Modell Nr. A42 in zweifacher Ausführung.
Das Funktionsprinzip der Schaltung ist dasselbe wie oben in der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben und wird hier nicht wiederholt. Zur leichteren Messung ist die verwendete Kapazität CL ein 47 uF/100 V elektrolytischer Kondensator und der verwendete Lastwiderstand RL ist ein einstellbarer Widerstand mit einem Widerstandsbereich zwischen 1–10 KΩ.
Sobald die Schaltungsanordnung fertig ist, werden, vor dem Anschluss des Kondensators CL, wie in 7-2 dargestellt, die Wellenformen zwischen 108 und 107 über einen Kanal 2 des Oszilloskops beobachtet und aufgezeichnet und dann wird die Gleichstromausgangswellenform zwischen 115 und 107 über den Kanal 1 beobachtet und aufgezeichnet (das Oszilloskop wird von Tektronix hergestellt, Modell Nr. TDS3012C). Zwei Kanäle können gleichzeitig überwacht werden, indem eine zusätzliche Isolierungssonde verwendet wird. Die Kanalreferenzzahlen sind in den Zeichnungen an der linken Seite angegeben, Kanal 1 mit ”1” im kleinen weißen Kasten und Kanal 2 mit ”2” im kleinen schwarzen Kasten.
7-3 ist die (mit der zusätzlichen Isolierungssonde) gemessene Wellenform beim Eingangswechselstrom von 110 V/50 Hz (es scheint, dass die Wechselstromhalbwellenverzerrung offensichtlich ist, aber wir fanden keine perfektere Sinuswelle für die Messung). Wie aus der Wellenform von Kanal 1 hervorgeht, leitet die Schaltung der vorliegenden Erfindung pro Halbwelle zweimal, mit einem Eingangsspitzenwert von 152 V, während die Ausgangsspitzenspannung 37,2 V ist.
Wenn der Eingangswechselstrom auf etwa 71 V/50 Hz verringert wird, ist die gemessene Wellenform in 7-4 dargestellt. Die Eingangsspitzenspannung wird entsprechend auf 100 V gesenkt, aber die Ausgangsspannungsspitze ist noch 37,2 V. Dies bedeutet, dass die Ausgangsspannung der Schaltung der vorliegenden Erfindung von der Eingangsspannung nicht beeinflusst wird, sondern vollständig durch die eigenen Parameter der Schaltung bestimmt wird, wodurch ein konstanter Spannungsausgang erreicht wird, wenn die Last dieselbe bleibt.
Sobald die Kapazität CL angeschlossen ist (d. h., Hinzufügen des Filterkondensators), während der Lastwiderstand RL auf 1 KΩ eingestellt ist, ist die gemessene Ausgangswellenform in 7-5 dargestellt. Die obere Kurve in 7-5 ist die Wellenform über den Lastwiderstand, der ein glatterer Gleichstrom ist. Wie erkennbar ist, lädt er pro Halbwelle zweimal. Zum Vergleich lädt er in der bestehenden Technologie nur einmal.
Tatsächlich kann der Anwender mit durchschnittlichen Fachkenntnissen leicht einen gleichgerichteten Strom unterschiedlicher Spannungen und maximaler Ströme durch Ändern der Parameter der Komponenten der Schaltung der vorliegenden Erfindung erhalten. Somit hat die vorliegende Erfindung ihre Aufgaben sowohl auf einem theoretischen Niveau wie auch praktischen Niveau gelöst.
Ausführungsform II
Die zweite Ausführungsform wird erhalten, indem die Spannungserfassungsschaltung 103 von 7-2 durch die in 8 dargestellte Schaltung ersetzt wird, während das Anschlussverhältnis exakt dasselbe bleibt wie in der ersten Ausführungsform.
8 ist eine Spannungserfassungsschaltung, die aus einem Widerstand R201, einem Widerstand R202, einem Widerstand R203 und einem Transistor TR20 besteht. Das positive Eingangsende 109 ist ein Ende des Widerstands R202, das andere Ende von R202 ist an R201 angeschlossen und ferner an die Basis von TR201 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstands R201 ist an ein Ende des Widerstands R203 angeschlossen, wobei der Anschlusspunkt das negative Eingangsende 110 bildet. Das andere Ende des Widerstands R203 ist an den Emitter des Transistors TR201 angeschlossen, dessen Kollektor die Ausgangsanschlussklemme 111 bildet. Tatsächlich ist dies eine Standardverstärkungsschaltung, die nach dem Stand der Technik bekannt ist. Die Spannung zwischen 109 und 110 ist die Eingangsspannung, als Vin bezeichnet, und der Strom, der vom Ausgangsanschluss 111 absorbiert wird, kann nach Formel (2) berechnet werden:
wobei T_be, im Allgemeinen zwischen 0,5 V und 0,8 V, der Spannungsabfall zwischen der Basis und dem Emitter von TR201 ist (der im Allgemeinen einen Wert zwischen 0,6 V und 0,7 V in der Berechnung annimmt). Wie durch Formel (2) gezeigt, ist der Kollektorstrom von TR201 zur Eingangsspannung Vin proportional, das heißt, der von der Spannungserfassungsschaltung absorbierte Strom nimmt mit dem Anstieg der Arbeitsspannung bis zum Maximalwert zu, der durch die Konstantstromquelle 104 (in 7-1 dargestellt) begrenzt ist. Wenn der gesamte Strom aus 104 vom Ausgangsanschluss 111 verbraucht ist, bleibt der Ausgangsschaltung 105 nichts zum Ausgeben. Aufgrund dieses Prinzips kann der Gleichrichtungspunkt mit einem geeigneten Wert in der Schaltung der vorliegenden Erfindung voreingestellt werden.
Das Funktionsprinzip der zweiten Ausführungsform ist in 9 dargestellt, die dieselbe wie die erste Ausführungsform ist, mit Ausnahme der Spannungserfassungsschaltung 103. Für die Erfassungsschaltung 103 in 9: der Widerstand R201 ist 270 KΩ, der Widerstand R202 ist 9,1 MΩ, der Widerstand R203 ist 5,1 KΩ, der Transistor TR201 ist Modell Nr. S9014.
Gemessen mit einem 110 V/50 HZ Wechselstromeingang oder weniger kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfüllt werden, wobei die Ausgangkennwerte annähernd mit 7-3, 7-4, und 7-5 identisch sind, die Messwerte bei 37,9 V, 37,9 V bzw. 26,5 V haben.
Das Funktionsprinzip der Schaltung ist dasselbe wie oben in der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben und wird daher hier nicht wiederholt.
Tatsächlich kann der Anwender mit durchschnittlichen Fachkenntnissen leicht gleichgerichtete Ausgänge mit unterschiedlichen Spannungen und maximalen Strömen durch Modifizierungen der Schaltung erreichen.
Ausführungsform III
Diese wird durch Ersetzen der Konstantstromquelle 104 in 7-2 durch die in 10 dargestellte erreicht, während das Anschlussverhältnis mit der ersten Ausführungsform identisch bleibt. 11 zeigt eine schematische Darstellung dieser Ausführungsform. 10 ist eine Konstantstromquelle 104, die einen Widerstand R204, einen Widerstand R205, eine Diode D201, eine Diode D202 und einen Transistor TR204 enthält. Die Anode von D201 ist an R205 angeschlossen, wobei der Anschlusspunkt der Zulaufanschluss 112 der Konstantstromquelle 104 wird, die Kathode von D201 an die Anode von D202 angeschlossen ist, die Kathode von D201 an den Widerstand R204 angeschlossen ist, der ferner an die Basis von TR204 angeschlossen ist, dessen Emitter an das andere Ende von R205 angeschlossen ist und dessen Kollektor der Ablaufanschluss 113 der Konstantstromquelle wird. Das andere Ende von R204 ist an den negativen Ausgangsanschluss 108 der Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen. Tatsächlich ist diese Schaltung eine bekannte Konstantstromquellenschaltung und der Konstantstrom II, der durch die Schaltung bereitgestellt ist, entspricht Formel (3):
Ausführungsform IV
Für diese Ausführungsform hat die Ausgangsschaltung 105 wenigstens drei Anschlüsse, einen Eingangsanschluss 114 und einen Ausgangsanschluss 115 und einen Steueranschluss 116. Diese Ausführungsform kann durch Ersetzen der Ausgangsschaltung 105 in 7-2 durch jene, die in 12 dargestellt ist, erhalten werden, während alle Anschlussverhältnisse exakt so wie in Ausführungsform I bleiben. Das Funktionsprinzip dieser Ausführungsform ist in 13 dargestellt. Wie in 12 dargestellt, besteht die Ausgangsschaltung 105 aus einer Diode D21, einem NPN-Typ Transistor TR25, PNP-Typ Transistor TR26. Das negative Ende von D21 wird zum Steueranschluss 116 der Ausgangsschaltung und das positive Ende von D21 ist an die Basis des Transistors TR25 angeschlossen. Der Emitter von TR25 wird zum Eingangsende 114 der Ausgangsschaltung. Der Kollektor von TR25 ist an die Basis des Transistors TR26 angeschlossen, dessen Emitter zum Eingangsanschluss 117 der Ausgangsschaltung wird. Wie oben erwähnt, hat die Ausgangsschaltung wenigstens drei Anschlüsse und dieser Eingangsanschluss 117 ist als ihr vierter Anschluss neu hinzugefügt. Der Kollektor von TR26 wird zur Ausgangsanschlussklemme 115 der Ausgangsschaltung.
Wenn der Kollektor von TR25 Strom hat, fließt der Strom zur Basis von TR26 und wird von TR26 verstärkt und ausgegeben. Der Unterschied ist, dass der Anschluss 115 in dieser Ausführungsform die positive Anschlussklemme des letztendlichen Ausgangs wird und das negative Ausgangsende 108 der Gleichrichterschaltung die negative Anschlussklemme des letztendlichen Ausgangs wird.
Das Prinzip der vierten Ausführungsform ist in 13 dargestellt und mit Ausnahme der Ausgangsschaltung 105 ist sie dieselbe wie die beschriebene Ausführungsform I und wird hier nicht wiederholt.
Ebenso können Durchschnittsfachleute die Parameter der Komponenten der Schaltungen einstellen, um einen gleichgerichteten Gleichstrom unterschiedlicher Spannungen und maximaler Ströme zu erhalten.
Für Ausführungsformen I–IV kann die Gleichrichterschaltung durch einen Schaltbrückengleichrichter ersetzt werden und würde noch immer dieselbe Aufgabe der Erfindung lösen.
Ausführungsform V
14-1 und 14-2 zeigen das Schaltbild der fünften Ausführungsform. 14-1 zeigt ein Blockdiagramm der Anschlussverhältnisse der Komponenten, die eine Gleichrichterschaltung 102, eine Spannungserfassungsschaltung 103, eine Konstantstromquelle 104, eine Ausgangschaltung 105 enthalten. Die Eingangsanschlussklemme 106 der Gleichrichterschaltung ist an den Wechselstrom angeschlossen. Die zwei Eingangsanschlussklemmen 106 sind voneinander nicht zu unterscheiden und müssen nicht getrennt angesprochen werden. Die Ausgangsanschlussklemmen 107 und 108 von 102 sind parallel zur Spannungserfassungsschaltung angeschlossen, die wenigstens drei Anschlüsse hat: ein positives Eingangsende 109, ein negatives Eingangsende 110 und einen Ausgangsanschluss 111. Die Konstantstromquelle 104 hat wenigstens zwei Anschlüsse, ein Zulaufende 112 und ein Ablaufende 113. Die Ausgangsschaltung 105 hat wenigstens drei Anschlüsse, einen Eingangsanschluss 114, einen Ausgangsanschluss 115 und einen Steueranschluss 116. 109 und 110 der Spannungserfassungsschaltung sind an 107 bzw. 108 der Gleichrichterschaltung angeschlossen. Das Ausgangsende 111 der Spannungserfassungsschaltung ist an den Steueranschluss 116 der Ausgangsschaltung 105 und gleichzeitig an das Zulaufende 112 der Konstantstromquelle angeschlossen. Das Ablaufende 113 der Konstantstromquelle ist an das negative Ausgangsende 108 der Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen, deren positives Ausgangsende 107 an den Eingangsanschluss 114 der Ausgangsschaltung 105 angeschlossen ist. Der Ausgangsanschluss 115 wird zur positiven Anschlussklemme des letztendlichen Ausgangs der AC/DC-Schaltung der vorliegenden Erfindung, während ihre negative Anschlussklemme die 108 der Gleichrichterschaltung 102 ist.
Die Kapazität CL und der Lastwiderstand RL sind hinzugefügt, um die Wirkung einer tatsächlichen Anwendung zu veranschaulichen.
14-2 ist ein spezielles Schaltbild der fünften Ausführungsform. In der Folge sind die technischen Wirkungen dieser Ausführungsform in 14-1 mit den tatsächlichen Testdaten gemeinsam mit einer Beschreibung des Funktionsprinzips dargestellt. Die Parameter der Schaltung sind wie folgt: die Gleichrichterbrücken-Gleichrichterschaltung 102 besteht aus vier Dioden, D22, D23, D24 und D25. Die negativen Anschlussklemmen von D22 und D23 sind zur Bildung des positiven Ausgangsanschlusses 107 des Gleichrichters 102 angeschlossen. Die positiven Anschlussklemmen von D24 und D25 sind zur Bildung des negativen Ausgangsanschlusses 108 von Gleichrichter 102 angeschlossen. Die positive Anschlussklemme von D22 und die negative Anschlussklemme von D25 sind zur Bildung des AC-Eingangsendes 106 angeschlossen und die positive Anschlussklemme von D23 und die negative Anschlussklemme von D24 sind zur Bildung des anderen AC-Eingangsendes 106 angeschlossen.
Die Spannungserfassungsschaltung 103 besteht aus einem Widerstand R21, einem Widerstand R22, einem Widerstand R23 und einem PNP-Typ Transistor TR21 und einem PNP-Typ Transistor TR22. Die Widerstände R21 und R21 sind an ein Ende zur Bildung des positiven Eingangsanschlusses 109 der Spannungserfassungsschaltung angeschlossen. Das andere Ende des R21 ist an den Emitter von TR21 angeschlossen, dessen Basis und Kollektor an einem Punkt aneinander angeschlossen sind, der ferner an die Basis von TR22 wie auch ein Ende des R22 angeschlossen ist. Das andere Ende von R22 ist der negative Eingangsanschluss 110 der Spannungserfassungsschaltung. Das andere Ende von R23 ist an den Emitter von TR22 angeschlossen, dessen Kollektor zum Ausgangsanschluss 111 wird.
Die Konstantstromquelle 104 besteht aus einem Widerstand R24, einem Widerstand R25, einem NPN-Typ Transistor TR23 und einem NPN-Typ Transistor TR24. Dies ist eine in der Technik bekannte Schaltung. R24 ist an einem Ende an die Basis von TR24 angeschlossen und an ihrem anderen Ende an das positive Ausgangsende 107 von Gleichrichter 102 angeschlossen. Der Kollektor von TR24 ist das Zulaufende 112 der Konstantstromquelle 104. Der Emitter von TR23 ist an R25 angeschlossen und bildet das Ablaufende 113 von 104. Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie in Ausführungsform I mit Ausnahme der verschiedenen Polaritäten der Transistoren und wird somit hier nicht wiederholt.
Die Ausgangsschaltung 105 besteht aus einer Diode D21, einem PNP-Typ Transistor TR25a und einem PNP-Typ Transistor TR25b. Die Anode von D21 wird zum Ausgangsanschluss 116 der Ausgangsschaltung und ihre Kathode ist an die Basis von TR25a angeschlossen, deren Emitter an die Basis von TR25b angeschlossen ist. Der Emitter von TR25b wird zum Eingangsanschluss 114 der Ausgangsschaltung. Die Kollektoren des TR25a und TR25b sind zur Bildung des Ausgangsanschlusses 115 der Ausgangsschaltung aneinander angeschlossen.
Funktionsprinzip: die Gleichrichterschaltung 102 ändert Haushaltswechselstrom zu pulsierendem Gleichstrom, dessen Wellenform wie in 2-2 oder 3-2 dargestellt ist. Die Spannung der Spannungserfassungsschaltung 103 steigt mit der momentanen Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 102. Je mehr Strom durch den Ausgangsanschluss 111 der Spannungserfassungsschaltung absorbiert wird, umso weniger Strom fließt zum Ausgangsanschluss 116 der Steuerschaltung 105. Der Strom, der zum Anschluss 116 fließt, wird, nach einer Verstärkung, zum letztendlichen Ausgangsstrom der Ausgangsschaltung 105. Dadurch wird die folgende Wirkung erhalten:
Wenn die momentane Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 102 kleiner ist als der voreingestellte Wert, absorbiert der Anschluss 111 weniger Strom als von der Konstantstromquelle 104 bereitgestellt wird, d. h., I2 < I1, und es fließt Strom durch den Steueranschluss 116, der als gleichgerichteter Strom bei derselben momentanen Spannung wie der von 102 ausgegebene ausgegeben wird.
Wenn die momentane Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 102 dem voreingestellten Wert gleich ist, absorbiert der Anschluss 111 dieselbe Strommenge, wie von der Konstantstromquelle 104 bereitgestellt wird, d. h., I2 = I1, und es fließt kein Strom durch den Steueranschluss 116. Folglich gibt es keinen letztendlichen Ausgangsstrom.
Wenn die momentane Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 102 größer als der voreingestellte Wert ist, würde der Anschluss 111 mehr Strom absorbieren als von der Konstantstromquelle 104 bereitgestellt wird, aber anhand der Tatsache, dass I1 konstant bleibt, kann I2 nur gleich I1 sein. Das Ergebnis ist dasselbe wie oben: es fließt kein Strom durch den Steueranschluss 116 und es gibt keinen letztendlichen Ausgangsstrom.
Als solches wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst. In der Folge wird die technische Wirkung mit einem Satz tatsächlicher Testdaten gezeigt. Für eine leichtere Messung wurden 47 uF/100 V elektrolytische Kondensatoren als Kapazität CL verwendet und ein einstellbarer Widerstand 1–10 KΩ wurde als Lastwiderstand RL verwendet. In 14-2 sind D22, D23, D24 und D25 alle 1N4007; D21 ist ein 5,1 V Regler; R21 ist 51 KΩ, R22 ist 20 MΩ, R23 ist 1 KΩ, R24 ist 3,3 MΩ, R25 ist 5,6 KΩ, TR21 und TR22 sind 2N5401 PNP-Typ Transistoren; TR23 und TR24 sind 2N5551 NPN-Typ Transistoren; und TR25a und TR25b sind Modell Nr. A92.
Sobald die Schaltungsanordnung fertig ist, aber ohne Anschluss des Kondensators CL, wie in 14-2 dargestellt, wird die Wellenform über 108–107 im Kanal 2 des Oszilloskops (Tektronix TDS3012C) überwacht, während gleichzeitig die Wellenform des Ausgangs der AC/DC-Schaltung der vorliegenden Erfindung (d. h., über 115 und 108) im Kanal 1 des Oszilloskops überwacht wird (ihr geerdetes Ende ist an 108 angeschlossen). Verweise zu den Kanalnummern sind links in der Figur bereitgestellt: der Kanal 1 als ”1” im kleinen weißen Kasten und Kanal 2 als ”2” im kleinen schwarzen Kasten.
14-3 ist die tatsächlich gemessene Wellenform. Der AC Eingang ist 110 V/50 Hz. Aus der in Kanal 2 dargestellten Wellenform ist erkennbar, dass die Wechselstromhalbwelle eine offensichtliche Verzerrung aufweist, aber es konnte keine bessere Sinuswelle für die Messung erhalten werden. Wie aus der Wellenform in Kanal 1 erkennbar ist, leitet die Schaltung der Erfindung jede Halbwelle zweimal. Während die Eingangshalbwellenspitze 157 V ist, ist die Spitze des Ausgangs aus der Schaltung 83,0 V.
Wenn der Eingangswechselstrom auf etwa 71 V/50 Hz verringert wird, und die Eingangshalbwellenspitze entsprechend auf 100 V verringert wird, aber die Ausgangsspannungsspitze der Schaltung noch 83,0 V ist, was mit dem Funktionsprinzip übereinstimmt, das heißt, die Ausgangsspannung der AC/DC-Schaltung ist nicht durch die Eingangsspannung beeinflusst, sondern wird vielmehr durch den Parameter der Schaltung selbst bestimmt. Dies bewirkt die technische Wirkung: Wenn die Last unverändert bleibt, bleibt die Ausgangsspannung stabil.
Wenn die Kapazität CL (der Filterkondensator) der Schaltung hinzugefügt wird und der Last Widerstand RL auf 1 KΩ gestellt wird, ist die gemessene Ausgangswellenform in 14-4 dargestellt. Die obere Kurve ist die Wellenform über den Lastwiderstand, die einen glatten DC mit einer Spannung von etwa 66,2 V zeigt Sie lädt pro Halbwelle zweimal im Vergleich zum Stand der Technik, wo sie nur einmal lädt.
Die Ausgabe der vorliegenden Erfindung wird eindeutig sowohl auf theoretischem Niveau wie auch praktischem Niveau gelöst.
Tatsächlich können Durchschnittsfachleute einfach die Parameter der Schaltungskomponenten einstellen, um einen gleichgerichteten Wechselstrom mit unterschiedlichen Spannungen und maximalen Strömen zu erhalten. Zum Beispiel kann unter den Ausführungsformen II–IV die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gleichermaßen erreicht werden, falls die Gleichrichterschaltung 102, die Spannungserfassungsschaltung 103, die Konstantstromquelle 104, die Ausgangsschaltung 105 oder jede Kombination davon aus einer Ausführungsform als Ersatz für ihr Gegenstück in einer anderen Ausführungsform genommen wird.
Ausführungsform VI
Die Änderung, die in 15 (gegenüber 14-2) vorgenommen wird, ist der Austausch der Spannungserfassungsschaltung 103. Die Spannungserfassungsschaltung 103 besteht nun aus einem Widerstand R21, einem Widerstand R22, einem Widerstand R23, einer Diode D26 und einem PNP-Transistor TR22. R21 und R23 sind an ein Ende angeschlossen, das das positive Eingangsende 109 bildet. Das andere Ende von R21 ist an die positive Anschlussklemme von D26 angeschlossen, deren negative Anschlussklemme an die Basis von TR22 und ein Ende von R22 angeschlossen ist. Das andere Ende von R22 wird das negative Eingangsende 110. Das andere Ende von R23 ist an den Emitter von TR22 angeschlossen, dessen Kollektor zum Ausgangsanschluss 111 der Spannungserfassungsschaltung wird.
Das Funktionsprinzip der sechsten Ausführungsform ist dasselbe wie in der fünften Ausführungsform und kann dieselbe Aufgabe der vorliegenden Erfindung lösen.
Ausführungsform VII
Die in 16 (gegenüber 14-2) vorgenommene Änderung ist der Austausch der Konstantstromquelle 104. 104 besteht nun aus einem Widerstand R24, einem Widerstand R25, einem NPN-Transistor TR24 und einer Zenerdiode D27. Dies ist eine nach dem Stand der Technik bekannte Schaltung. Die positive Anschlussklemme von D27 ist an R24 und die Basis von TR24 angeschlossen. Das andere Ende von R24 ist an das positive Ausgangsende 107 der Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen. Der Kollektor von TR24 wird das Zulaufende 112 von 104. Die negative Anschlussklemme von D27 ist an R25 angeschlossen und bildet das Ablaufende 113 von 104. Diese Schaltung stellt auch einen Konstantstrom bereit.
Das Funktionsprinzip von Ausführungsform VII ist dasselbe wie in Ausführungsform V und kann dieselbe Aufgabe der vorliegenden Erfindung lösen.
Ausführungsform VIII
Wie in 17 dargestellt, beruht diese Ausführungsform auf Ausführungsform VII mit einer hinzugefügten Spannungserfassungsschaltung 118. Diese Spannungserfassungsschaltung hat wenigstens drei Anschlüsse, einen positiven Eingangsanschluss 119, einen negativen Eingangsanschluss 120 und einen Ausgangsanschluss 121. Tatsächlich hat die Spannungserfassungsschaltung 118 dieselbe Funktion wie die Spannungserfassungsschaltung 103. Die Anschlüsse 119, 120, 121 von Schaltung 118 entsprechen den Anschlüssen 109, 110 bzw. 111 der Schaltung 103.
Die Spannungserfassungsschaltung 118 besteht aus einem Widerstand R26, einem Widerstand R27, einer Zenerdiode D28 und einem NPN-Transistor TR27. Die Kathode von D28 wird das positive Eingangsende 119 der Schaltung und ihre Anode ist an ein Ende von R26 angeschlossen, dessen anderes Ende an ein Ende von R27 und auch an die Basis von TR27 angeschlossen ist. Das andere Ende von R27 ist an den Emitter von TR27 angeschlossen und bildet den negativen Eingangsanschluss 120. Der Kollektor von TR27 wird zum Ausgangsanschluss 121.
Der positive Eingangsanschluss 119 von 118 ist an das Ausgangsende 115 der Ausgangsschaltung 105 angeschlossen und der negative Eingangsanschluss 120 von 118 ist an die negative Ausgangsanschlussklemme 108 der AC/DC-Schaltung der vorliegenden Erfindung angeschlossen. Der Ausgangsanschluss 121 von 228 ist an die Konstantstromquelle angeschlossen um sicherzustellen, dass TR27 leitend ist und die Konstantstromquelle ausgeschaltet ist, wenn die Ausgangsspannung bei 115 zu hoch ist. Auf diese Weise, da kein Strom durch den Steueranschluss 116 geht, hört dieser auf zu arbeiten und schaltet den Schaltungsausgang aus. In einer solchen Situation wird die Ausgangsspannung bei einem Pegel gemäß Formel (4) gehalten:
Die Spannung über R27 ist durch den Leitungsspannungsabfall von TR27 begrenzt und dann, wenn dieser genutzt wird, kann die Ausgangsspannung gemäß Formel (4) aufrechterhalten werden, wobei U_D28 die Spannungsregulierungsrate von D28 ist.
Daher kann Ausführungsform VIII nicht nur die Aufgabe der Erfindung lösen, sondern kann auch eine präziser regulierte Ausgangsspannung erreichen. Als weitere Verbesserung gegenüber Ausführungsform VIII kann der Anschluss 119 an die Ausgangsanschlussklemme eines Filternetzes angeschlossen werden, wodurch ein Ausgang mit geringeren Brummspannungen erreicht werden kann.
Die Spannungserfassungsschaltung 118 kann somit den anderen oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden (wobei nur auf die Polaritäten von Dioden und Transistoren zu achten ist), um denselben technischen Zweck der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Falls in den oben beschriebenen Ausführungsformen der ”Lastwiderstand RL” durch eine isolierende oder nicht isolierende DC/DC Schaltung, wie einen selbsterregten Gegentakt-(Push-Pull)Wandler, RCC (Ringing Choke Converter), Sperrwandler ersetzt wird, kann ein isolierter Schwachstrom-AC/DC-Stromversorger erhalten werden, der regulierte und nicht regulierte Spannungsausgänge enthält. 18 zeigt die Schaltungstopologie einer solchen Anwendung, wobei 122 der DC/DC-Wandler (ein Schaltstromversorger) ist. Da auch keine Hochspannungs-Nicht-Polaritäts-Kondensatoren oder elektrolytische Hochspannungskondensatoren verwendet werden, kann der isolierte Schwachstrom-, AC/DC-Stromversorger der vorliegenden Erfindung ebenso miniaturisiert werden und es tritt beim Hochfahren kein anfänglicher Einschaltstrom auf.
Falls 122 aus 18 durch eine PFC-Schaltung ersetzt wird, können auch zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden.
Die zuvor dargestellten sind nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und es sollte klar sein, dass die oben stehenden bevorzugten Ausführungsformen nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind und der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt werden sollte. Durchschnittsfachleute können weitere Verbesserungen und Modifizierungen vornehmen, ohne vom Wesen und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel einen Austausch des Transistors durch einen bekannten Verbundtransistor, einen Austausch der PNP-Transistoren durch NPN-Typ Transistoren und ein Wechsel der Eingangs spannungspolaritäten der Stromversorgung oder ein Austausch des piezoelektrischen, keramischen, isolierten DC/DC-Wandlers durch einen FET-Transistor. Diese Verbesserungen und Modifizierungen sollten als im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.

Claims

AC/DC-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gleichrichterschaltung, eine Spannungserfassungsschaltung, eine Konstantstromquelle und eine Ausgangsschaltung enthält, wobei die Gleichrichterschaltung einen Wechselstrom in einen pulsierenden Gleichstrom gleichrichtet, wobei die Konstantstromquelle einen Strom bereitstellt, der die Summe des Stroms, der zur Spannungserfassungsschaltung fließt, und des Stroms, der zur Ausgangsschaltung fließt, ist, wobei die Spannungserfassungsschaltung eine Spannung gemäß dem Momentanwert der Ausgangspannung der Gleichrichterschaltung hat, wobei, wenn mehr Strom aus der Konstantstromquelle von der Spannungserfassungsschaltung absorbiert wird, weniger Strom zum Steueranschluss der Ausgangsschaltung fließt, und wobei die Ausgangsschaltung den Strom des Steueranschlusses verstärkt und diesen an die Last der AC/DC-Schaltung ausgibt.
AC/DC-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsstrom der Konstantstromquelle zur Spannungserfassungsschaltung und Ausgangsschaltung fließt.
AC/DC-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe des Stroms, der von der Konstantstromquelle gemäß der Spannungserfassungsschaltung bereitgestellt wird, und des Stroms, der der Ausgangsschaltung von der Konstantstromquellenschaltung zugeleitet wird, durch die Konstantstromquelle fließt.
AC/DC-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungserfassungsschaltung an die Ausgangsklemme der Ausgangsschaltung angeschlossen ist.
AC/DC-Schaltung nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die AC/DC-Schaltung in Schwachstrom-AC/DC-Stromversorgern verwendet wird.