DE19707533A1 - Network supply stage with signal coupling transformer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Netzteil, das mit einem Übertrager zur Einkopplung und/oder Auskopplung von Signalen in das bzw. aus dem mit dem Netzteil ge koppelten Wechselspannungsnetz versehen ist.The invention relates to a power supply unit with a transformer for coupling and / or coupling signals into or out of the ge with the power supply coupled AC network is provided.
Netzteile zur Umwandlung der Netz-Wechselspannung in eine Gleichspannung sind bekannt und werden in breitem Umfang zur Gleichspannungsversorgung von angeschlossenen Gleichspannungsverbrauchern eingesetzt. Bei dem Wech selspannungsnetz kann es sich z. B. um das öffentliche 230 V-Netz oder auch um ein lokales Wechselspannungsversorgungsnetz geeigneter Frequenz und Spannung handeln.Power supply units for converting the mains AC voltage into a DC voltage are known and are widely used for DC voltage supply used by connected DC voltage consumers. When changing voltage network can be z. B. the public 230 V network or a local AC power supply network of suitable frequency and Act tension.
Mit der Erfindung wird ein Netzteil geschaffen, das mit einem Übertrager zur Ein- und/oder Auskopplung von informationshaltigen Signalen in das bzw. aus dem mit dem Netzteil verbundenen Wechselspannungsnetz versehen ist. Der Über trager ermöglicht hierdurch den Austausch von informationshaltigen Signalen mit einem anderen, gleichfalls mit dem Wechselspannungsnetz verbundenen Sender und/oder Empfänger über das Wechselspannungsnetz. Mit dem Übertrager ist eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung verbunden, die die empfangenen, informationshaltigen Signale auswertet bzw. die zu sendenden Signale generiert.With the invention, a power supply unit is created, which with a transformer for input and / or coupling information-containing signals into and out of is connected to the AC power supply network. The About In this way, carrier enables the exchange of information-containing signals another transmitter, also connected to the AC network and / or receiver via the AC voltage network. With the transformer is a receiving and / or transmitting device connected to the received evaluates signals containing information or generates the signals to be sent.
Vorzugsweise ist das Netzteil als Kondensator-Netzteil mit einer Reihenschaltung aus Gleichrichterschaltung und Kondensator ausgebildet. Das Netzteil bildet somit ein Kondensator-Sparnetzteil, so daß dem Netz nur die von den ange schlossenen Gleichstromverbrauchern tatsächlich konsumierte Wirkleistung ent nommen wird. Verglichen beispielsweise mit einem Transformator-Netzteil ergibt sich ein wesentlich besserer Wirkungsgrad, insbesondere bei geringer Lei stungsaufnahme der angeschlossenen Verbraucher. Zudem ist der Raumbedarf gering und der Kostenaufwand niedrig.The power supply is preferably a capacitor power supply with a series connection formed from rectifier circuit and capacitor. The power supply forms thus a capacitor-saving power supply, so that the network only those of the included direct current consumers actually consumed active power is taken. Compared, for example, with a transformer power supply a much better efficiency, especially with low lei power consumption of the connected consumers. In addition, the space requirement low and the costs low.
Bei serieller Kopplung der Primärseite des Übertragers mit der Reihenschaltung aus Kondensator und Gleichrichter ergibt sich nicht nur eine effektive Signalein kopplung/-Auskopplung, sondern auch eine zusätzliche Einsparung auf Grund der Doppelausnutzung der Primärwicklung als Übertrager und Drosselspule. Eine weitere Aufwandsverringerung wird auch durch die Doppelausnutzung des Kon densators der Reihenschaltung sowohl als Netzteil-Kondensator als auch als Si gnalkoppelkondensator erzielt.With serial coupling of the primary side of the transformer with the series connection the capacitor and rectifier not only result in an effective signal coupling / uncoupling, but also an additional saving due to the double use of the primary winding as a transformer and choke coil. A the double use of the Kon capacitors of the series circuit both as a power supply capacitor and as Si gnalkoppelkondensator achieved.
Vorzugsweise ist parallel zu der Gleichrichterschaltung, insbesondere zu deren Wechselspannungs-Eingangseinschlüssen, ein weiterer Kondensator geschaltet. Dieser weitere Kondensator bewirkt im Sendebetrieb, und auch im Empfangsbe trieb, eine Überbrückung der nichtlinearen Gleichrichterschaltung vor allem im Übertragungsband.Is preferably parallel to the rectifier circuit, in particular to the latter AC input inclusions, another capacitor switched. This additional capacitor causes in the transmit mode, and also in the receive area drive, a bridging of the nonlinear rectifier circuit especially in the Transfer belt.
Insbesondere kann die Sekundärwicklung des Übertragers über ein Filter mit ei nem die Signalgenerierung und/oder -auswertung bewirkenden Prozessor, z. B. einem Mikroprozessor oder einer CPU, verbunden sein.In particular, the secondary winding of the transformer via a filter with egg nem the signal generation and / or evaluation effecting processor, z. B. a microprocessor or a CPU.
Weiterhin kann zwischen dem auf niedrigem Potential liegenden Gleichspan nungsausgang der Gleichrichterschaltung und dem Nulleiter-Eingangsanschluß der Gleichrichterschaltung ein Kondensator geschaltet sein, der eine Überbrüc kung der Signalerde des Empfängers/Senders auf den zweiten Netzpol für Empfangs-/Sendevorgänge bewirkt und somit für einen von den Schaltvorgängen in der Gleichrichterschaltung unberührt gleichmäßigen Eingangspegel an dem Empfänger/Sender sorgt. Furthermore, there can be a difference between the DC voltage at low potential voltage output of the rectifier circuit and the neutral input terminal the rectifier circuit, a capacitor can be connected, which has a bridging kung the signal earth of the receiver / transmitter on the second network pole for Receive / transmit operations and thus for one of the switching operations in the rectifier circuit untouched even input level at the Receiver / sender.
Der Übertrager kann vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis ungleich 1, vor zugsweise zwischen 2 bis 10, insbesondere zwischen 5 und 8 aufweisen, wo durch die relativ zum Stromnetz hochohmige Sendeendstufe an die niedrige Netzimpedanz anpaßbar ist.The transmitter can preferably have a gear ratio not equal to 1 preferably have between 2 to 10, in particular between 5 and 8, where due to the high-impedance transmitter output stage relative to the power grid Mains impedance is adjustable.
Um hohe Qualität der Signaleinkopplung oder -auskopplung zu erreichen, sind die Wicklungen vorzugsweise dicht übereinandergewickelt, so daß sie im we sentlichen denselben Raum ausfüllen und daher sehr gut gekoppelt sind.To achieve high quality of signal coupling or decoupling the windings are preferably wound tightly one above the other so that they are fill substantially the same space and are therefore very well coupled.
Vorzugsweise ist zur Glättung und Konstanthaltung der Ausgangsgleichspan nung der Gleichrichterschaltung ein Kondensator zwischen deren Gleichspan nungs-Ausgangsanschlüsse geschaltet.The DC output chip is preferred for smoothing and keeping constant voltage of the rectifier circuit a capacitor between its DC voltage voltage output connections switched.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be zugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.The invention is described below using an exemplary embodiment under Be access to the drawing described in more detail.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Netzteils darge stellt.In Fig. 1, an embodiment of the power supply according to the invention is Darge.
Das Netzteil weist zwei Netzpole 1, 2 für den Anschluß an das Wechselspan nungsnetz auf, das z. B. das öffentliche Spannungsnetz mit 230 V/50 Hz sein kann. Zwischen die Netzpole 1, 2 ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensa tor CNK, einer Primärwicklung 3 eines Übertragers L und der Wechselspannungs seite einer Gleichrichterschaltung G geschaltet. Weiterhin liegt parallel zu den Wechselspannungseingängen der Gleichrichterschaltung G ein Kondensator CS.The power supply has two network poles 1 , 2 for connection to the AC voltage network, the z. B. can be the public voltage network with 230 V / 50 Hz. Between the network poles 1 , 2 , a series circuit comprising a capacitor C NK , a primary winding 3 of a transformer L and the AC side of a rectifier circuit G is connected. Furthermore, a capacitor C S is connected in parallel with the AC voltage inputs of the rectifier circuit G.
An den Gleichspannungs-Ausgangsanschlüssen 5, 6 der Gleichrichterschaltung G wird die Gleichspannung (z. B. 5 bis 50 v) zur Speisung der nachgeschalteten Gleichspannungsverbraucher bereitgestellt, wobei am Ausgang 5 der positive Pegel abgegeben wird, während der Ausgang 6 auf Massepotential gelegt ist. Zwischen den Anschlüssen 5, 6 ist ein Kondensator CL geschaltet, der die Glät tung und Konstanthaltung der Ausgangsgleichspannung der Gleichrichterschal tung G bewirkt.At the DC voltage output connections 5 , 6 of the rectifier circuit G, the DC voltage (for example 5 to 50 V) is provided for supplying the downstream DC voltage consumers, the positive level being output at the output 5 , while the output 6 is connected to ground potential. Between the terminals 5 , 6 , a capacitor C L is connected, the device smoothing and keeping the DC output voltage of the rectifier circuit G causes.
Mit der Sekundärwicklung 4 des Übertragers L ist ein Mikroprozessor 10 unter Zwischenschaltung eines Tiefpaßfilters 9, eines Pufferverstärkers 8 und eines Schalters 7 verbunden. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung 4 ist auf Massepotential gelegt.A microprocessor 10 is connected to the secondary winding 4 of the transformer L with the interposition of a low-pass filter 9 , a buffer amplifier 8 and a switch 7 . The other connection of the secondary winding 4 is connected to ground potential.
Bei dem erfindungsgemäßen Netzteil liegt somit eine Kombination aus Trä gereinkopplung und Kondensator-Netzteil vor. Hierbei bildet der Kondensator CNK zusammen mit der als Brückengleichrichter ausgestalteten Gleichrichterschaltung G und dem als Lade-Elektrolytkondensator ausgelegten Kondensator CL ein Kondensator-Sparnetzteil, das dem Netz nur die Wirkleistung entnimmt, die von den an den Anschlüssen 5, 6 angeschlossenen Gleichstromverbrauchern aufge nommen wird. Dieses Netzteil ist um den hohe Induktivitätswerte besitzenden Übertrager L (mindestens 15 mH auf der Netzseite) sowie den zusätzlichen Kon densator CS ergänzt, so daß sich die nachstehend angegebenen Betriebseigen schaften erzielen lassen.In the power supply according to the invention there is thus a combination of carrier coupling and capacitor power supply. Here, the capacitor C NK forms, together with the rectifier circuit G designed as a bridge rectifier and the capacitor C L designed as a charging electrolytic capacitor, a capacitor-saving power supply unit which takes only the active power from the network which is taken up by the DC consumers connected to the connections 5 , 6 becomes. This power supply is supplemented by the high inductance transformer L (at least 15 mH on the network side) and the additional capacitor C S , so that the following operating characteristics can be achieved.
Wenn die an die Sekundärseite des Übertragers L angeschlossene Sen de/Empfangs-Endstufe (Transceiver) 7 bis 10 empfängt, ist diese Endstufe hochohmig. Die Primärwicklung 3 des Übertragers L wirkt somit als einzelne, un gekoppelte Induktivität und isoliert durch ihren hohen Scheinwiderstand das nie derohmige Kondensatornetzteil vom Netz. Damit bestimmt die Induktivität des Übertragers L den Innenwiderstand im Empfangsbetrieb.If the connected to the secondary side of the transmitter L transmit / receive output stage (transceiver) 7 to 10 , this output stage is high-impedance. The primary winding 3 of the transformer L thus acts as a single, uncoupled inductor and, due to its high impedance, isolates the non-resistive capacitor power supply from the network. The inductance of the transformer L thus determines the internal resistance in receive mode.
Im Sendefall ist die an die Primärwicklung 4 angeschlossene Endstufe niede rohmig (Transceiver sendet), wobei der Übertrager L das Ausgangssignal der Endstufe angepaßt auf die Netzseite transformiert. Das transformierte Signal wird durch die Serienschaltung von CNK und CS auf das Netz gekoppelt. Der Konden sator CS überbrückt dabei die nichtlineare Gleichrichterschaltung G zumindest hinsichtlich des Übertragungsfrequenzbands. In the case of transmission, the output stage connected to the primary winding 4 is low-power (transceiver transmits), the transformer L adapted to transform the output signal of the output stage to the network side. The transformed signal is coupled to the network by the series connection of C NK and C S. The capacitor C S bridges the non-linear rectifier circuit G at least with regard to the transmission frequency band.
Der Übertrager L dient somit sowohl als Übertrager als auch als Drosselspule, während der Kondensator CNK Doppelfunktion als Netzteilkondensator und Si gnalkoppelkondensator besitzt. Es ergibt sich somit eine sehr leistungsfähige Netzeinkopplung/-Auskopplung in Verbindung mit einem aufwandarmen Netzteil.The transformer L thus serves both as a transformer and as a choke coil, while the capacitor C NK has double function as a power supply capacitor and a signal coupling capacitor. This results in a very powerful network coupling / decoupling in connection with a low-cost power supply.
Durch gezielte Leistungssteuerung (Power Management) der an den Gleich spannungsausgang 5, 6 der Gleichrichterschaltung G angeschlossenen Kompo nenten läßt sich eine der Betriebsart angepaßte Leistungsaufnahme erreichen, so daß dem Stromnetz jeweils nur die tatsächlich benötigte Wirkleistung ent nommen wird.Through targeted power control (power management) of the components connected to the DC voltage output 5 , 6 of the rectifier circuit G, a power consumption adapted to the operating mode can be achieved, so that only the actually required active power is removed from the power supply system.
Im folgenden werden nähere Einzelheiten des Ausführungsbeispiels sowie einige Modifikationen erläutert.The following are further details of the embodiment as well as some Modifications explained.
Parallel zum Koppelkondensator CNK kann ein nicht dargestellter Widerstand ge schaltet sein, der nach der Trennung des Netzteils vom Netz für eine sichere Entladung des Kondensators CNK sorgt. Hierdurch wird unerwünschten Entladun gen des Kondensators CNK z. B. bei Berührung der Netzpole oder interner Schal tungspunkte des Netzteils vorgebeugt.In parallel to the coupling capacitor C NK , a resistor, not shown, can be switched, which ensures that the capacitor C NK is safely discharged after the power supply has been disconnected from the network. This will cause undesired discharging of the capacitor C NK z. B. by touching the network poles or internal switching points of the power supply unit is prevented.
Der Kondensator CS gewährleistet einen sicheren Übertragungspfad für die zu sendenden oder zu empfangenden Informationen, die z. B. einem Träger aufmo duliert sein können. Selbst wenn die nicht zu jeder Zeit für das Übertragungs signal niederohmige Gleichrichterschaltung G schwankenden oder zu hohen Wi derstandswert haben sollte, hat dies wegen des Kondensators CS keine negati ven Auswirkungen auf die Sende- oder Empfangsqualität.The capacitor C S ensures a secure transmission path for the information to be sent or received, which, for. B. can be modulated on a carrier. Even if the resistance value of the rectifier circuit G, which is not always low-resistance for the transmission signal, should fluctuate or be too high, this has no negative effects on the transmission or reception quality because of the capacitor C S.
Zum Glätten der beim Laden der Kondensatoren auftretenden Stromspitzen kann in Reihe zwischen die Primärwicklung 3 und den zugehörigen Anschluß der Gleichrichterschaltung G eine weitere, nicht dargestellte Induktivität vorgesehen sein, die vorzugsweise zwischen den Verbindungsknoten zwischen Primärwick lung 3 und Kondensator CS einerseits und den gemäß Fig. 1 oberen Wechsel spannungseingang der Gleichrichterschaltung G andererseits in Reihe geschaltet ist. Diese Induktivität dämpft zudem die andernfalls im Empfangsbetrieb in der Sekundärwicklung 4 des Übertragers L induzierten Spannungsspitzen, die durch die beim Laden der Kondensatoren auftretenden Stromspitzen hervorgerufen werden.To smooth the current peaks occurring when charging the capacitors, a further inductance, not shown, can be provided in series between the primary winding 3 and the associated connection of the rectifier circuit G, which preferably between the connection node between the primary winding 3 and capacitor C S on the one hand and the one shown in FIG . 1 upper change of the rectifier circuit G voltage input on the other hand connected in series is. This inductance also dampens the voltage peaks otherwise induced in the receive mode in the secondary winding 4 of the transformer L, which are caused by the current peaks occurring when the capacitors are charged.
Weiterhin kann zwischen den Anschlüssen der Gleichrichterschaltung G, die mit den Anschlüssen 2 und 6 verbunden sind, ein nicht dargestellter Kondensator vorhanden sein, der die Signalerde des Empfängers/Senders auf den zweiten Netzpol 2 überbrückt und hierdurch für einen von den Schaltvorgängen im Gleichrichter unberührt gleichmäßigen Eingangspegel am Pufferverstärker 8 sorgt.Furthermore, between the connections of the rectifier circuit G, which are connected to the connections 2 and 6 , there can be a capacitor, not shown, which bridges the signal ground of the receiver / transmitter to the second network pole 2 and thereby remains uniform for one of the switching processes in the rectifier Input level at the buffer amplifier 8 ensures.
Der Übertrager L stellt z. B. einen Innenwiderstand (Betrag der Impedanz) für die Netzankopplung von mindestens 4,5 kΩ bei Empfang bereit. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Primärwicklung 3 einen Wert von ungefähr 15 mH, so daß sich ein Scheinwiderstand von ca. 10 kΩ bei einer Frequenz von ca. 100 kHz ergibt.The transformer L represents z. B. an internal resistance (amount of impedance) for the network connection of at least 4.5 kΩ when ready. In the illustrated embodiment, the primary winding 3 has a value of approximately 15 mH, so that there is an impedance of approximately 10 kΩ at a frequency of approximately 100 kHz.
Zur Anpassung der relativ zum Stromnetz hochohmigen Sende-Endstufe an die niedrige Netzimpedanz besitzt der Transformator ein Übersetzungsverhältnis von vorzugsweise mehr als 1, insbesondere 2 bis 10. Beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel beträgt das Übersetzungsverhältnis 7 zu 1.To adapt the high-impedance transmitter output stage to the low line impedance, the transformer has a transformation ratio of preferably more than 1, in particular 2 to 10. In the embodiment shown Example, the gear ratio is 7 to 1.
Damit eine sehr gute Kopplung der Übertragerwicklungen und somit eine hohe Qualität der Signaleinkopplung erzielt wird, sind die Wicklungen 3, 4 des Über tragers L dicht übereinander gewickelt, so daß sie im wesentlichen denselben Raum ausfüllen. Die Wicklungen sind hierbei sehr dünn ausgelegt und weisen niedrigen ohmschen Widerstand auf. Da der Übertrager keine Trennung zu be wirken braucht und auch keinen hohen Spannungen ausgesetzt ist, ist die Isola tionsspannung zwischen den Wicklungen von untergeordneter Bedeutung, so daß eine dünne Isolation gewählt werden kann, was zu möglichst kompakter ge genseitiger Wicklung der Primär- und Sekundärwicklung beiträgt. So that a very good coupling of the transformer windings and thus a high quality of the signal coupling is achieved, the windings 3 , 4 of the transformer L are wound tightly one above the other so that they fill essentially the same space. The windings are very thin and have low ohmic resistance. Since the transformer does not need to be separated and is not exposed to high voltages, the insulation voltage between the windings is of minor importance, so that thin insulation can be selected, which contributes to the most compact possible mutual winding of the primary and secondary windings .
Die Gleichrichterschaltung G ist vorzugsweise als einfacher Brückengleichrichter ausgebildet, der die eingangsseitig anliegende Wechselspannung zur Speisung des nachfolgenden Ladekondensators CL gleichrichtet.The rectifier circuit G is preferably designed as a simple bridge rectifier, which rectifies the AC voltage present on the input side for supplying the subsequent charging capacitor C L.
Die an den Ausgängen 5, 6 abgegebene Gleichspannung wird hierbei auch zur Spannungsversorgung des Pufferverstärkers 8 und der Endstufe 10 (Prozessor) eingesetzt.The DC voltage output at the outputs 5 , 6 is also used for the voltage supply of the buffer amplifier 8 and the output stage 10 (processor).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Owner name: LUXMATE CONTROLS GMBH, DORNBIRN, AT |
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Free format text: WITTMANN, GERHARD, 81247 MUENCHEN, DE |
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