DE19508885C2 - Vorrichtung zur Spitzenspannungsgenerierung in Transformator-Schaltungen, vorzugsweise Transformator-Netzteilen - Google Patents

Vorrichtung zur Spitzenspannungsgenerierung in Transformator-Schaltungen, vorzugsweise Transformator-Netzteilen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spitzenspannungsgenerierung in Transformator-Schaltungen, vorzugsweise Transformator-Netzteilen.
Bei Netztransformatoren mit kleiner Leistung ist es oft problematisch, aufgrund des hohen Innenwiderstandes des Transformators und des geringen Wirkungsgrades viel Leistung für einen Verbraucher zu entnehmen. Diese Situation wird im allgemeinen noch dadurch verschärft, daß im von der Gleichrichterbrücke abgehenden Spannungszweig der Versorgungsspannung ein Längs- oder Linearregler benötigt wird, über dem ein Teil der erzeugten Spannung abfällt. Bei der üblichen Anordnung der Gleichrichterbrücke und des Ladekondensators zwischen den beiden Spannungszweigen für die Versorgung des Verbrauchers wird dem Transformator immer in der zeit­ lichen Nähe der Spannungsspitze Strom entnommen, was wegen des Innen­ widerstandes des Transformators zu einem nicht unerheblichen Spannungs­ einbruch führt.
Bei der Versorgung von Relais als Verbraucher bietet sich in aller Regel, die Möglichkeit, die Relais mit einer relativ niedrigeren Haltespannung erheblich unterhalb der Leerlaufspannung U0 des Transformators zu betreiben, sofern die Relais erst einmal mit ihrer minimalen Anzugsspannung, die höher als die Haltespannung liegt, erregt worden sind und sich anschließend der Haltestrom einstellt.
Durch die VALVO-Firmenschrift, Technische Informationen für die Industrie, TI 144, 1970, "Baureihe 61, Bausteine für die Leistungselektronik, S. 1, 2 ist eine gattungsgemäße Schaltung mit einem Transformator bekannt geworden, in dessen Sekundärwicklung eine Gleichrichterbrücke mit zwei abgehenden Spannungszweigen und zur Versorgung eines Verbrauchers ein Lade­ kondensator liegt (Bild 1.2). Die beiden Gleichspannungsklemmen der Brücke sind direkt mit einem Ladekondensator verbunden. Zwischen Klemmen 16-5 wird eine nichtstabilisierte und parallel dazu an Klemmen 7-5 eine stabilisierte Spannung der Hälfte der nichtstabilisierten Spannung zur Verfügung gestellt, wobei die Stabilisierung der niedrigeren Spannung mit einem Längsregler erfolgt. Der Nachteil dieser Schaltung liegt in den hohen Leistungsverlusten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die einen kleinen Transformator aufweisen und mit der aus einer möglichst niedrigen Transformator-Sekundärspannung eine möglichst hohe Anzugspannung neben einer zweiten geringeren Spannung bei geringer Verlustleistung erzeugt werden soll.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß mittels derselben zwei unter­ schiedliche Versorgungsspannungen aus dem Transformator zur Verfügung gestellt werden, wobei die eine Versorgungsspannung praktisch gleich der Leerlaufspannung (U0) des Transformators ist. Diese Spannung dient beispiels­ weise dazu, für eine Last, beispielsweise ein Relais, kurzzeitig eine hohe Anzugspannung zur Verfügung zu stellen, wobei diese Spannung nach dem Anziehen des Relais abgeschaltet wird und nunmehr das Relais seine Halte­ spannung über den Spannungszweig mit der tieferen, mittleren Spannung bezieht. Die beiden Spannungszweige werden somit zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. zu unterschiedlichen Phasenwinkeln mit Energie versorgt, wobei vorauszusetzen ist, daß die höhere Spannung, die Anzugspannung, nicht zur Aufrechterhaltung einer Dauerlast dient.
Ein signifikantes Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Fehlen des Ladekondensators hinter der Diodenbrücke, so daß an dieser Stelle nur nach oben geklappte Halbwellen des Transformators vorhanden sind, die auf den Längs- oder Linearregler gegeben werden. Der nachgeschaltete Linearregler lädt einen nachgeschalteten Kondensator aus diesen Halbwellen auf, verhält sich aber für die Spannungsspitzen hochohmig. Dadurch erzeugt der Transformator während der Spannungsspitzen fast seine Leerlaufspannung. Diese relativ hohe Spannung wird über eine Diode auf den zusätzlichen Spannungszweig und in einen Ladekondensator gespeist, so daß die Spannung des Ladekondensators kurzzeitig als erhöhte Anzugspannung für einen Verbraucher, vorzugsweise ein Relais, zur Verfügung steht.
Innerhalb des die mittlere Spannung führenden Spannungszweiges kann anstelle des Längs- oder Linearreglers ein Schalter angeordnet sein, der jeweils für die Dauer der Spannungsspitzen des Transformators geöffnet wird und den Spannungszweig unterbricht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit der Verwendung eines kleinen Transformators und in den geringeren Leistungsverlusten, weil immer nur einer der Schalter der parallelen Spannungszweige zum Anschal­ ten an den Verbraucher bzw. jeweils nur eine der darin angeordneten Dioden eine Verlustleistung produziert.
Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Transformator, Gleichrichterbrücke, Ladekondensator und Längsregler zur Versorgung eines Verbrauchers
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der der Längsregler durch einen Schalter ersetzt ist und
Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung mit einer alternativen Anknüpfung des Spannungszweiges mit der höchsten Versorgungs- bzw. Anzugsspannung für einen Verbraucher.
In den Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern gekenn­ zeichnet.
Gemäß der Fig. 1 besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Transformator 1, dessen Sekundärwicklung in bekannter Weise an eine Brückenschaltung 2 mit vier Dioden gelegt ist, wobei von der Gleichrichter­ brücke 2 zur Spannungsversorgung eines Verbrauchers 7 zwei Spannungs­ zweige 3, 4 abgehen. Auch eine Mittelpunkts-Brückenschaltung ist möglich. Der eine Spannungszweig 3 führt gegenüber dem anderen Spannungszweig 4 die Versorgungsspannung 9 Volt, beispielsweise gegenüber 0 Volt auf dem Spannungszweig 4. Innerhalb des Spannungszweiges 3 ist ein Längs- oder Linearregler 6 angeordnet. Dem Linearregler 6 nachgeschaltet ist zwischen den Spannungszweigen 3 und 4 ein Kondensator 8 angeordnet, der durch die vom Regler 6 gelieferte Spannung auf die Regelspannung aufgeladen wird. Über einen Schalter 11 mit Schaltkontakt 13 kann diese Spannung des Längs- oder Linearreglers 6, vorzugsweise des weiteren über eine Diode 19, auf einen Verbraucher 7 gelegt werden. Diese Spannung ist natürlich um die Verluste innerhalb des Spannungszweiges 3 vermindert, und stellt beispielsweise eine Haltespannung für ein Relais als Verbraucher dar.
Im Spannungszweig 3 befindet sich nach der Gleichrichterbrücke 2 eine Verzweigung 9, die über eine Diode 10 geführt ist. Zwischen dieser Verzweigung 9 nach der Diode 10 und der Verzweigung 4 ist ein Lade­ kondensator 5 angeordnet, der somit durch die durch die Gleichrichterbrücke 2 zur Verfügung gestellten nach oben geklappten Halbwellen auf den Spitzenwert derselben aufgeladen wird, der praktisch der Leerlaufspannung Û0 des Transformators 1 entspricht. Die Verzweigung 9 ist parallel der Verzweigung 3 geführt, wobei die erhöhte Spannung als Anzugspannung über einen Schalt­ kontakt 12 des Schalters 11 in der Verzweigung 9 und über eine Diode 18 während des Augenblicks des Anzugs des Verbrauchers 7 auf diesen gelegt ist; zu diesem Zeitpunkt ist der Schaltkontakt 13 des Schalters 11 im Span­ nungszweig 3 geöffnet.
Sobald der Verbraucher 7 mittels der hohen Anzugspannung auf der Ver­ zweigung 9 über den Schalter 12 angezogen hat, wird der Schaltkontakt 12 des Schalters 11 geöffnet und der Schaltkontakt 13 des Schalters 11 geschlossen, so daß nunmehr der Verbraucher 7 mit der geringeren Spannung, 9 V, aus dem Längs- oder Linearregler 6 und dem Kondensator 8 versorgt wird. Der Linearregler 6 lädt den Kondensator 8 aus den Halbwellen der Brücken­ schaltung 2 auf, verhält sich aber gegenüber den Spannungsspitzen der Halbwellen hochohmig. Dadurch kann der Transformator während der Span­ nungsspitzen praktisch seine Leerlaufspannung zur Verfügung stellen. Diese relativ hohe Spannung, die höher ist als die Spannung nach dem Längsregler 6, wird über die Diode 10 in dem Ladekondensator 5 gespeichert und steht somit kurzzeitig als Anzugsspannung für den Verbraucher 7 zur Verfügung.
Die abwechselnde Schließung der Schaltkontakte 12, 13 des Schalters 11 kann vorzugsweise mittels einer Zeitmultiplexschaltung erfolgen und/oder kann vorzugsweise spannungsabhängig gesteuert werden. Der Schalter 11 umfaßt zwei Schaltkontakte 12, 13, von denen der eine in der Verzweigung 9 mit der höchsten Spannung, < 12 V, und der andere im Spannungszweig 3 mit der geringeren, mittleren Spannung, 9 V, angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, in der der Längs­ regler durch einen Schalter 14 ersetzt ist, der für die Dauer der Spannungs­ spitzen aus der Gleichrichterbrücke 2 geöffnet wird, wodurch noch drastischer in der Wirkung die Leerlaufspannung Û0 des Transformators 1 entsteht. Dazu wird über eine Leitung 15 die Spannung nach dem Schalter 14 und dem Kon­ densator 8 abgegriffen und auf eine getastete Regelschaltung 16 gegeben, deren Ausgang 17 auf den Schalter 14 gelegt ist. Aufgrund dieser getasteten Regelung wird der Schalter 14 immer für die Spannungsspitzen der Halbwellen auf­ gerissen.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit Transformator 1 und Brückenschaltung 2 in einer Prinzipschal­ tung, wobei hier ein Spannungszweig 20 zur Erzeugung der erhöhten Ver­ sorgungs- bzw. Anzugspannung des Verbrauchers 7 an dem Brückenpunkt angreift, auf den das eine Ende der Sekundärwicklung des Transformators 1 gelegt ist. Innerhalb des Spannungszweiges 20 ist wiederum eine Diode 22 angeordnet. Vom anderen Verzweigungspunkt der Brückenschaltung 2, an den das andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators 1 angeschlossen ist, geht eine Leitung 21 ab und ist über eine Diode 23 geführt, deren Ausgang mittels einer Leitung 25 auf den Spannungszweig 20 nach der Diode 22 gelegt ist. Der Ladekondensator 24 ist hier zwischen dem Spannungszweig 4 und der Leitung 25 bzw. dem oberen Spannungszweig 20 nach der Diode 22 angeordnet, so daß der Ladekondensator 24 auf die vollen Spannungsspitzen quasi der Leerlaufspannung Û0 des Transformators 1 aufgeladen werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt insbesondere den weiteren Vorteil, daß eine geringere Leistungsabgabe der gesamten Schaltung erfolgt, weil ja während der Haltephasen des Relais 7 bzw. des Verbrauchers 7 derselbe mit einer geringeren Spannung betrieben werden kann, so daß die maximale Umgebungstemperatur einer derartigen Vorrichtung gegenüber bekannten Schaltungen des Standes der Technik verringert ist.
Liste der Bezugszeichen
1
Transformator
2
Gleichrichterbrücke
3
,
4
Spannungszweige
5
Ladekondensator
6
Längs- oder Linearregler
7
Verbraucher
8
Kondensator
9
Verzweigung
10
Diode
11
Schalter
12
,
13
Schaltkontakte
14
Schalter
15
Leitung
16
Regelschaltung
17
Ausgang der Regelschaltung
18
,
19
Dioden
20
Spannungszweig
21
Leitung
22
,
23
Dioden
24
Ladekondensator
25
Leitung

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Spitzenspannungsgenerierung in Transformator-Schal­ tungen, vorzugsweise Transformator-Netzteilen, bestehend aus einem Trans­ formator (1), in dessen Sekundärwicklung eine Gleichrichterbrücke (2) mit zwei abgehenden Spannungszweigen (3, 4) und ein Ladekondensator (5) zur Versorgung eines Verbrauchers (7) liegt, wobei innerhalb des die erhöhte Spannung führenden Spannungszweiges (3) ohne vorgeschaltetem Lade­ kondensator ein Längs- oder Linearregler (6) angeordnet ist, der sich für die Spannungsspitzen des Transformators (1) hochohmig verhält, und zusätzlich zu den beiden Spannungszweigen (3, 4) (9 V; 0 V) nach der Gleichrichterbrücke (2) am Spannungszweig (3) mit der höheren Spannung über eine Diode (10) ein zusätzlicher Spannungszweig (9) angeordnet ist, zwischen dem und dem Spannungszweig (4) mit der tiefsten Spannung (0 V) der Ladekondensator (5) gelegt ist, so daß auf diesem Spannungszweig (9) eine Spannung erzeugt wird, die praktisch dem Spitzenwert der Leerlaufspannung (U0) des Transformators (1) entspricht und höher ist als die Spannung (9 V) auf dem anderen Spannungszweig (3), und beide eine erhöhte Spannung (9 V; < 12 V) führenden Spannungszweige (3, 9) parallel geführt sind, in denen jeweils ein Schalter (11, 12, 13) angeordnet ist, die den Verbraucher (7) zu unterschiedlichen Zeiten an jeweils einen der beiden Spannungszweige (3, 9) legen zur Versorgung des Verbrauchers (7) mit unterschiedlichen Spannungen (9 V; < 12 V), wobei die höhere der beiden Spannungen am Spannungszweig (9) nicht zur Aufrechterhaltung einer Dauerlast dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Längs- oder Linearreglers (6) ein Schalter (14) angeordnet ist, der jeweils für die Dauer der Spannungsspitzen des Transformators (1) geöffnet wird und den Spannungszweig (3) unterbricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leerlaufspannung (U0) des Transformators (1) führende Spannungszweig (20) über eine Diode (22) auf den Kreuzungspunkt der Brückenschaltung (2) gelegt ist, auf den der eine Pol der Sekundärwicklung des Transformators (1) gelegt ist, vom anderen Kreuzungspunkt der Brücken­ schaltung (2), auf den der andere Pol der Sekundärwicklung des Trans­ formators (1) gelegt ist, eine Leitung (21) abgeht, die über eine Diode (23) an den die Leerlaufspannung (U0) des Transformators (1) führenden Spannungszweig (20) gelegt ist und der Ladekondensator (24) zwischen dem Spannungszweig (4) mit der tiefsten Spannung (0 V) und dem Spannungszweig (20) mit der Leerlaufspannung (U0) des Transformators (1) gelegt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11, 12, 13) spannungsgesteuert ist.
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