DE19702655A1 - Gleichrichtereinrichtung eines Netzteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichrichtereinrichtung eines Netzteils mit einem passiven Oberschwingungsfilter, der ein EMV-Filter vorausgeht und ein Gleichspannungswandler mit einem Schalter folgt, die eine Gleichrichterschaltung mit einer Diodenbrücke sowie dazu parallelen Kondensatoren, ein Oberschwingungsfilter mit drei Dioden und ein zusätz­ liches Element umfaßt, bei der jeweils zwei Anschlüsse zu der Diodenbrücke hin- und von der Diodenbrücke wegführen, zwischen den beiden wegführenden Anschlüssen parallel zueinander ein Dioden-Kondensator-Zweig und ein Kondensator-Dioden-Zweig vorgesehen sind und die beiden Zweige mittig über eine Dioden-Verbindung verbunden sind, und bei der die drei Dioden in Serie zueinander angeordnet sowie die des Oberschwingungsfilters sind und die beiden Kondensatoren jeweils einerseits an einem der wegführenden An­ schlüsse liegen und die der Gleichrichterschaltung sind, wobei über den beiden Kondensa­ toren eine Kondensatoren-Summenspannung liegt.

Das Netzteil dient dazu, die Wechselspannung eines Versorgungsnetzes in eine Gleich­ spannung umzuwandeln. Der EMV-Filter wird mit seinem Eingang an die Wechsel­ spannung gelegt und die gewünschte Gleichspannung, die z. B. zur Stromversorgung von Entladungslampen dient, steht am Ausgang des Gleichspannungswandlers mit Schalter zur Verfügung. Der Schalter des Gleichspannungswandlers dient dazu, den Strom im Ein­ gangskreis des Gleichspannungswandlers zu zerhacken. Am Ausgang der Gleichrichter­ einrichtung treten auf eine Spannung, die wellig ist, und ein Strom, der mehr oder weniger rechteckförmig ist.

Bei einer bekannten (APPLICATION NOTES AN-995 der Firma International Rectifier) Gleichrichtereinrichtung der eingangs genannten Art ist das zusätzliche Element ein Ohm­ scher Widerstand, der in der Dioden-Verbindung in Serie mit dieser Diode angeordnet ist.

Bei dieser Gleichrichterschaltung ist die Kondensatoren-Summenspannung kleiner als die Spannung über der Diodenbrücke. Es wird der Ladestrom der Kondensatoren durch den Widerstand in der Diodenverbindung begrenzt und der Stromflußwinkel verbessert. Der Widerstand verursacht Verluste, so daß dieses Netzteil auf Einsatzfälle geringer Leistung be­ schränkt ist. Vorteilhafterweise liegen bei der Gleichrichterschaltung der eingangs genann­ ten Art die beiden Kondensatoren zum Laden in Reihe und zum Entladen parallel, was eine weitere Verbesserung des Stromflußwinkels bedeutet. Der Widerstand hat auch eine Rück­ wirkung auf die Arbeitsweise der Gleichrichterschaltung.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gleichrichtereinrichtung der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, bei der der verlustbringende Widerstand als zusätzliches Element weggelassen ist und Ladeströme in die Kondensatoren dennoch begrenzt sind. Die erfin­ dungsgemäße Gleichrichtereinrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Element eine Drossel ist und diese in einem der Anschlüsse der Dioden­ brücke vor den beiden Zweigen angeordnet ist sowie dem Schalter des Gleichspannungs­ wandlers derart zugeordnet ist, daß die Kondensatoren-Summenspannung größer ist als der Betrag der vor der Drossel liegenden Spannung.

Bei der erfindungsgemäßen Gleichrichtereinrichtung sind Verluste durch einen zusätz­ lichen Widerstand vermieden und ist die Dioden-Verbindung frei von einem zusätzlichen Element, so daß das Netzteil mit dieser Gleichrichtereinrichtung auch für Einsatzfälle höherer Leistung geeignet ist. Da die Kondensatoren-Summenspannung größer als der Betrag der vor der Drossel liegenden Spannung ist, sind Ladeströme in die Kondensatoren reduziert und wird der Stromflußwinkel verbessert. Die Drossel hat den an sich bekannten Hochsetzer-Effekt und begrenzt den Ladestrom der Kondensatoren. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Gleichrichtereinrichtung sind erreicht bei relativ geringem Aufwand der Gleichrichtereinrichtung selbst und ohne Vergrößerung des Aufwands für den EMV-Fil­ ter, und zwar insbesondere dann, wenn es um höhere Leistung geht. Die Spule in dem einen Anschluß der Diodenbrücke bringt die Vorteile mit sich, daß die Form des durch das Netzteil dem Versorgungsnetz entzogenen Stroms verbessert bzw. weniger verzerrt ist, d. h. der Sinusform besser angepaßt ist. Für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Gleich­ richtereinrichtung ist die Mitwirkung des Schalters des Gleichspannungswandlers wesent­ lich, wobei diesem Schalter eine zusätzliche Funktion zugeordnet ist.

Der EMV-Filter ist ein Filter, der der elektromagnetischen Verträglichkeit des Netzteils für das Versorgungsnetz dient und aus Spulen und Kondensatoren zusammengesetzt ist. Der Schalter des Gleichspannungswandlers ist gesteuert und zwar vom Ausgang des Gleich­ spannungswandlers her. Die Gleichrichtereinrichtung weist an ihrem Ausgang eine wellige Gleichspannung und einen mehr oder weniger gut rechteckförmigen Strom auf. Im Rah­ men der Erfindung ist es möglich, in zwei Anschlüssen der Diodenbrücke je eine Drossel vorzusehen; in der Regel wird aber in nur einem Anschluß eine einzige Drossel vorgesehen sein. Die höheren Leistungen, für die das Netzteil mit der erfindungsgemäßen Gleich­ richtereinrichtung geeignet ist, sind z. B. 700 W oder auch 1 kW. Der EMV-Filter ist z. B. integriertes Bestandteil des Netzteils oder zunächst vom Rest des Netzteils gesondert, um zum Einsatz mit dem Rest des Netzteils zusammenmontiert zu werden.

Die Drossel sitzt z. B. in einem der wegführenden Anschlüsse der Diodenbrücke. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es jedoch, wenn der die Drossel aufnehmende Anschluß ein zuführender Anschluß ist. Bei dieser Anordnung kann man die Drossel vereinfacht stillegen, um das Netzteil mit einem Spannungsverdoppler zu versehen. Die vor der Drossel liegende Spannung ist, wenn die Drossel vor der Diodenbrücke liegt, eine Wechselspannung, und, wenn die Drossel nach der Diodenbrücke liegt, eine pulsierende Gleichspannung.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn nach den beiden Zweigen und parallel zu diesen ein zusätzlicher Kondensator vorgesehen ist derart, daß die Wechsel­ strombelastung der Drossel verringert ist. Dieser Kondensator verringert die Rückwirkung des Netzteils auf das Versorgungsnetz und auch den erforderlichen Aufwand für den EMV-Fil­ ter. Damit unterstützt er die erwünschte Wirkung der Drossel auf den EMV-Filter, so daß man die Drossel selbst kleiner, weniger aufwendig dimensionieren kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat jeder der Haupt-Kondensatoren der Gleichrichterein­ richtung eine Kapazität von 1000 µF und der zusätzliche Kondensator eine Kapazität von 0,5 µF, wobei die Drossel eine Induktivität von 250 µH aufweist.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Drossel einen massiven legierten Kern aufweist. Derartige Drosseln sparen Bauvolumen im Netzteil.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zeigt

Fig. 1 eine Gleichrichtereinrichtung eines Netzteils und

Fig. 2 Spannungs- und Stromverläufe an verschiedenen Stellen der Gleichrichtereinrich­ tung gemäß Fig. 1.

Gemäß der Zeichnung ist ein Netzteil, das der Stromversorgung einer nicht gezeigten Ent­ ladungslampe dient, an ein zwei Leitungen umfassendes Versorgungsnetz 1 einer Wechsel­ spannung von 230 V angeschlossen. Anschließend an das Versorgungsnetz 1 weist das Netz­ teil einen EMV-Filter 2 auf, an den sich eine Gleichrichtereinrichtung 3 anschließt, an die sich ein Gleichspannungswandler 4 anschließt, der einen Ausgang 5 aufweist, an dem die gewünschte Nutz-Gleichspannung zur Verfügung steht. Der EMV-Filter 2 weist zwei zu­ einander parallele Kondensatoren 6, 7 auf, deren beiden Pole über je eine Spule 8, 9 mit­ einander verbunden sind, wobei die beiden Spulen 8, 9 mit einem gemeinsamen Kern ver­ sehen sind. Der Gleichspannungswandler 4 weist am Ausgang der Gleichrichtereinrichtung 3 in Serie eine Diode 10 und einen gesteuerten Schalter 11 auf. Parallel zur Diode 10 liegt, angeschlossen über eine Spule 12 ein Kondensator 13, der den Ausgang 5 des Netzteils bildet. Der Schalter 11 wird vom Ausgang 5 her über eine Baueinheit 14 gesteuert.

Die Gleichrichtereinrichtung 3 weist an ihrem Eingang eine Diodenbrücke 15 aus vier Dioden auf, die mit zwei zuführenden Anschlüssen 16 und zwei wegführenden An­ schlüssen 17 versehen ist. In dem einen zuführenden Anschluß 16 ist eine mit einem Kern versehene Drossel 18 angeordnet, die von dem EMV-Filter 2 gesondert und der Dioden­ brücke 15 nahe ist. Parallel zu der Diodenbrücke 15, zwischen den beiden wegführenden Anschlüssen 17 liegt zunächst ein Dioden-Kondensator-Zweig 19 mit einem Kondensator 24, dann ein Kondensator-Dioden-Zweig 20 mit einem Kondensator 25 und dann ein zusätzlicher Kondensator 21, der einen Ausgang 22 der Gleichrichtereinrichtung 3 bildet. Die beiden Zweige 19, 20 gehen mittig über eine Dioden-Verbindung 23 ineinander über. Die Nutz-Gleichspannung am Ausgang 5 ist stets kleiner als die Spannung über einem der beiden Kondensatoren 24 und 25 und liegt bei der Dimensionierung der vorliegenden Ausführungsform bei maximal 150 V.

Gemäß Fig. 2 liegt am Eingang der Gleichrichtereinrichtung 3 vor der Drossel 18 eine Wechselspannung gemäß einer Kurve 26. Der Betrag der vor der Drossel 18 liegenden Spannung ist durch eine gestrichelte Kurve 27 angegeben. Der Schalter 11 wird mit einer hochfrequenten Schaltfrequenz von z. B. 40 kHz betätigt, die durch eine Kurve 28 angedeu­ tet ist. Der Schalter 11 ändert sich "rechteckförmig" zwischen dem Zustand "offen" und dem Zustand "geschlossen". Wenn der Schalter 11 offen ist, d. h. sperrt, dann fließt Strom über die beiden dann in Reihe liegenden Kondensatoren der beiden Zweige 20, 19 sowie die Diode der Verbindung 23 und lädt die Kondensatoren auf. Wenn der Schalter 11 geschlos­ sen ist, d. h. durchläßt, dann fließt Strom über den Schalter 11, die Spule 12 und den Kon­ densator 13 des Gleichspannungswandlers 4, wodurch sich die Kondensatoren der beiden Zweige 19, 20 etwas entladen. Es fließt in der Drossel 18 ein Strom gemäß einer Kurve 29, wobei der Strom einen überlagernden hochfrequenten Anteil aufweist. Eine Kurve 30 gibt die Summe der Spannungen über den beiden Kondensatoren 24 und 25 wieder.

Claims (4)

1. Gleichrichtereinrichtung eines Netzteils mit einem passiven Oberschwingungsfilter, der ein EMV-Filter vorausgeht und ein Gleichspannungswandler mit einem Schalter folgt,
die eine Gleichrichterschaltung mit einer Diodenbrücke sowie dazu parallelen Kon­ densatoren, ein Oberschwingungsfilter mit drei Dioden und ein zusätzliches Element umfaßt,
bei der jeweils zwei Anschlüsse zu der Diodenbrücke hin- und von der Diodenbrücke wegführen, zwischen den beiden wegführenden Anschlüssen parallel zueinander ein Dioden-Kondensator-Zweig und ein Kondensator-Dioden-Zweig vorgesehen sind und die beiden Zweige mittig über eine Dioden-Verbindung verbunden sind, und
bei der die drei Dioden in Serie zueinander angeordnet sowie die des Oberschwin­ gungsfilters sind und die beiden Kondensatoren jeweils einerseits an einem der wegfüh­ renden Anschlüsse liegen und die der Gleichrichterschaltung sind,
wobei über den beiden Kondensatoren eine Kondensatoren-Summenspannung liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß das zusätzliche Element eine Drossel (18) ist und diese in einem der Anschlüsse (16, 17) der Diodenbrücke (15) vor den beiden Zweigen (19, 20) angeordnet ist sowie dem Schalter (11) des Gleichspannungswandlers (4) derart zugeordnet ist, daß die Kondensatoren(24, 25)-Summenspannung größer ist als der Betrag der vor der Drossel (18) liegenden Spannung.

2. Gleichrichtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Dros­ sel (18) aufnehmende Anschluß ein zuführender Anschluß (16) ist.

3. Gleichrichtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach den beiden Zweigen (19, 20) und parallel zu diesen ein zusätzlicher Kondensator (21) vorgesehen ist derart, daß die Wechselstrombelastung der Drossel (18) verringert ist.

4. Gleichrichtereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (18) einen massiven legierten Kern aufweist.