DE19710161C2 - Schaltung zur stufenlosen direkten oder indirekten Variation des durch einen von einer Netz-Gleich- oder Wechselspannung oder einer beliebigen Kombination derselben betriebenen Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms - Google Patents
Schaltung zur stufenlosen direkten oder indirekten Variation des durch einen von einer Netz-Gleich- oder Wechselspannung oder einer beliebigen Kombination derselben betriebenen Verbraucher fließenden Gleich- und/oder WechselstromsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur stufenlosen direkten oder indirekten
Variation des durch einen von einer Netz-Gleich- oder -Wechselspannung oder einer beliebi
gen Kombination derselben betriebenen Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechsel
stroms.
Zur Regulierung der Energieabgabe von netzbetriebenen Geräten (Verbraucher oder Last ge
nannt), wie z. B. Heizungen, die aus Widerständen mit Ohmscher Charakteristik bestehen
und einen mehr oder weniger linearen Verlauf der Temperatur-Widerstandskennlinie aufwei
sen, werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Ein derartiges Verfahren stellt die Phasenan
schnittsteuerung dar, bei der beide Netzspannungs-halbwellen teilweise ausgeblendet und
damit die an dem Verbraucher effektiv anliegende Spannung reduziert wird. Die an den Ver
braucher abgegebene Leistung kann mittels der Phasenanschnittsteuerung durch Verändern
des Phasenwinkels zwischen 0 bis 100% variiert werden.
Ein weiteres derartiges Verfahren stellt die Voll- oder Halbwellenpaketsteuerung dar, bei der
mehrere Spannungsvoll- oder -halbwellen ausgeblendet werden. Die im Mittel an dem Ver
braucher anliegende Spannung wird damit reduziert. Auch mit diesem Verfahren kann die an
einen Verbraucher abgegebene mittlere Leistung zwischen 0 bis 100% variiert werden.
Ab dem 1. Juni 1998 müssen alle neu in Verkehr gebrachten Geräte die Normen zur Begren
zung von Oberschwingungen (EN61000-3-2 und EN61000-3-4; Harmonische der Netzfre
quenz) und zur Begrenzung von Flicker (EN61000-3-3; Netzeinbrüche aufgrund von Bela
stungsänderungen) einhalten. Diese Normen gelten für alle zum Anschluß an das öffentliche
Niederspannungs-Verteilernetz vorgesehenen Geräte mit bis zu 16 A je Phasenleiter
(EN61000-3-2) bzw. mit mehr als 16 A je Phasenleiter (EN61000-3-4). Damit fallen unter
anderem auch Geräte, die ausschließlich für gewerbliche Zwecke bestimmt sind, in diese
Normen. Für Geräte, die vor dem 1. Juni 1998 der EN60 555-2 entsprochen haben, gelten
diese Normen ab dem 1. Januar 2001.
Durch die Phasenanschnittansteuerung bzw. Voll- oder Halbwellenpaketsteuerung weist der
Netzstrom neben der Grundwelle mit der Netzfrequenz fNetz Subharmonische und Ober
schwingungen auf, deren Frequenzen Teiler bzw. Vielfache der Netzfrequenz fNetz sind, so
daß die Möglichkeit der Einhaltung der Normen EN61000-3-2 bzw. EN61000-3-4 grundsätz
lich fraglich ist. Die Normen EN61000-3-2 und EN61000-3-4 legen die Grenzwerte und
Meßverfahren für diese Oberschwingungsanteile fest. Dabei werden die Geräte entsprechend
ihrer Leistung, Funktionalität und Kurvenform des aufgenommenen Netzstroms in verschie
dene Klassen (Klasse A bis D) eingeteilt und damit den gültigen Grenzwerten zugeordnet.
Die Norm EN61000-3-3 definiert Meßverfahren und Grenzwerte für Spannungsänderungen
am öffentlichen Netz (220-250 V/50 Hz), die durch ein Gerät erzeugt werden. Diese Span
nungsänderungen werden durch Änderungen in der Netzbelastung hervorgerufen. Dabei wird
eine definierte Netzimpedanz vorausgesetzt, an der durch die Belastung von Geräten ein
Spannungsabfall auftritt. Die Höhe des dynamischen und statischen Spannungsabfalls und der
Wiederholraten sind die Kriterien für die Prüfung. Die Grenzwerte dieser Norm beruhen
hauptsächlich auf dem subjektiven Empfinden von Flicker im Licht von 230 Volt/60 Watt-
Glühlampen, der durch Schwankungen der Versorgungsspannung hervorgerufen wird. Die
oben beschriebenen Verfahren (Phasenanschnittsteuerung und Voll-Halbwellenpacket
steuerung) bringen auch bezüglich der Einhaltung der in dieser Norm geforderten Grenzwerte
Probleme. Es ist nämlich möglich, daß durch eine Halb- oder Vollwellenpaketsteuerung im
Teillastbereich (an einem Verbraucher anliegende Spannung ULast < Eingangsspannung Uein),
bei dem der Verbraucher am Netz periodisch zu- und abgeschaltet wird, sich aufgrund der
Netzimpedanz eine Netzspannungsschwankung einstellt, die sich z. B. an der Raumbeleuch
tung störend auswirkt (Licht flackert). Wird ein Verbraucher mit stark nichtlinearem Ver
halten (Kaltleiter wie Glühlampen, Heizungen etc.) verwendet, ergibt sich bei jedem neuen
Einschalten eine Stromüberhöhung, wodurch der Effekt noch zusätzlich verstärkt wird.
Aus JP 6-217548 ist bekannt eine Schaltung zur stufenlosen direkten oder indirekten Variati
on des durch einen von einer Netz-, Gleich- oder Wechselspannung oder einer beliebigen
Kombination derselben betriebenen Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms
mit einem Netz, das eine Eingangsspannung mit einer beliebigen Form und Netzfrequenz zur
Verfügung stellt, einem Verbraucher, der über die Schaltung am Netz angeschlossen ist, ei
nem zu dem Verbraucher parallel angeschlossenen ersten Wechselstromschalter, einem
zweiten, mit einer gegenüber der Netzfrequenz höheren Schaltfrequenz ansteuerbaren Wech
selstromschalter, der zu dem Verbraucher in Reihe angeschlossen ist, einer Ansteuer- und
Synchronisiereinrichtung zur Ansteuerung und Synchronisierung der in dem ersten Wechsel
stromschalter enthaltenen Leistungsschalter, wobei die Steuersignale für die Leistungsschalter
aus Hilfswicklungen eines Netztransformators gewonnen werden, einem Tiefpaßfilter, der zur
Erzielung eines kontinuierlich fließenden Eingangsstroms dient, einer Spule, die in Reihe zu
dem Verbraucher angeschlossen ist, wobei der erste Wechselstromschalter zu dem Verbrau
cher und der Spule parallel angeschlossen ist, und einer Stromregelung, die bei bekannter Last
die direkte Regelung der Ausgangsspannung ersetzt. Die bekannte Schaltung weist jedoch
Nachteile auf. Zum einen ist für den ersten Wechselstromschalter eine große Anzahl von
Halbleitern notwendig. Es sind nämlich jeweils vier Halbleiter im aktiven Schaltzyklus (posi
tive Netzhalbwelle/negative Netzhalbwelle) und zwei in der Freilaufphase stromführend. Dies
führt insbesondere durch die erforderlichen Gleichrichtdioden für die Netzspannung und Thy
ristoren zu hohen Durchlaßverlusten. Zum anderen werden die Steuersignale aufgrund der
Übersetzung eines Netztransformators mit großer Verzögerung nach dem Netzspannungsnull
durchgang gültig. Aufgrund der großen Verzögerung kann die Spule (Speicherdrossel) in die
ser Zeit nicht abmagnetisieren, wodurch eine überhöhte Spannung an der Spule resultiert, die
die Transistoren gefährden kann.
Aus JP 9-34564 (Prioritätsschrift zu US-5,635,826) ist ein Wechselspannungsumformer bekannt, bei dem zur Ansteuerung
von Leistungsschaltern Optokoppler eingesetzt werden. Die damit erreichbaren Totzeiten
zwischen zwei Steuersignalen für die Leistungsschalter sind für gewisse Anwendungen im
mer noch zu groß.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltung bereitzu
stellen, durch die Oberschwingungen und Flicker im Netz mit geringem Bauteileaufwand
effektiv vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltung zur stufenlosen direkten
oder indirekten Variation des durch einen von einer Netz-Gleich- oder -Wechselspannung
oder einer beliebigen Kombination derselben betriebenen Verbraucher fließenden Gleich-
und/oder Wechselstroms, mit
- - dem Netz, das eine Eingangsspannung Uein mit einer beliebigen Form und Frequenz fNetz zur Verfügung stellt,
- - dem Verbraucher, der über die Schaltung am Netz angeschlossen ist,
- - einem zu dem Verbraucher parallel angeschlossenen ersten Wechselstromschalter in Form von zwei ansteuerbaren Gleichstromschaltern in Kombination mit jeweils einer in Reihe angeschlossenen Diode, wobei die Gleichstromschalter-Diode-Kombinationen zueinander antiparallel angeschlossen sind,
- - einem zweiten, mit einer gegenüber der Netzfrequenz fNetz höheren Schaltfrequenz ansteu erbaren Wechselstromschalter. der zu dem Verbraucher in Reihe angeschlossen ist,
- - einem Tiefpaßfilter, der zur Erzielung eines kontinuierlich fließenden Eingangsstroms Iein dient und eine Kombination von mindestens einer Induktivität und einer Kapazität umfaßt,
- - einer Spule, die in Reihe zu dem Verbraucher angeschlossen ist, wobei der erste Wechsel stromschalter zu dem Verbraucher und der Spule parallel angeschlossen ist,
- - einer Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung zur Ansteuerung und zur zu der Polarität der Eingangsspannung Uein synchronen Umschaltung der in zueinander entgegengesetzten Schaltzuständen befindlichen Gleichstromschalter (18, 20), die zur Erfassung der Polarität der Eingangsspannung netzseitig parallel zur Eingangsspannung Uein angeschlossen ist,
- - zwei zu der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung gehörigen Ansteuerleitungen, die jeweils mit einem der Gleichstromschalter zur Ansteuerung desselben verbunden sind, sowie einem zu der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung gehörigen Ansteuer- Optokoppler für jeden Gleichstromschalter, der von einer jeweiligen Stromquelle netzsynchron angesteuert wird, wobei jede Stromquelle-Optokoppler-Kombination am Netz ange schlossen ist, zur Ansteuerung desselben umfaßt, und
- - einer Regeleinrichtung zur direkten oder indirekten Regelung des durch den Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast, die einen Erfassungsteil zur direkten oder indirekten Erfassung des durch den Verbraucher fließenden Ist-Gleich- und/oder - Wechsel-stroms ILast,ist, einen Sollwerteingabeteil zur direkten oder indirekten Eingabe des Sollwerts des durch den Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast,soll und einen Ansteuerteil umfaßt, der den zweiten Wechselstromschalter mit einer zur Erzeugung des Soll-Gleich- und/oder -Wechselstroms ILast,soll geeigneten Schaltfrequenz und einem geeigneten Tastverhältnis τ ein- und ausschaltet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Erfassungsteil ei
nen Stromwandler zur direkten Erfassung des durch den Verbraucher fließenden Ist-Gleich-
und/oder -Wechselstroms ILast,ist und der Eingabeteil eine Einrichtung zur direkten Eingabe
des Sollwerts des durch den Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast,soll
umfaßt.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß der Erfassungsteil eine Einrichtung zur Erfassung
der an dem Verbraucher anliegenden Ist-Gleich- und/oder -Wechselspannung ULast,ist, die
über zwei Leitungen parallel zu dem Verbraucher angeschlossen ist, und der Eingabeteil eine
Einrichtung zur Eingabe des Sollwerts der an dem Verbraucher anliegenden Gleich- und/oder
Wechselspannung ULast,soll umfaßt. Eine derartige Schaltung umfaßt somit eine Spannungsre
gelung anstelle einer Stromregelung und ist bei linearen Verbrauchern genauso geeignet, die
obengenannten Normen zu erfüllen.
Vorzugsweise gilt für die Frequenz der Netzspannung fNetz ≧ 0 Hz.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Frequenz fNetz der Netzspannung 50-60 Hz beträgt.
Andererseits kann die Frequenz fNetz der Netzspannung 16,67 Hz betragen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß mindestens ein Kondensator ein X- oder Y-
Kondensator ist.
Vorteilhafterweise ist die Kombination mehrstufig. Die Art der Kombination hängt von der
Leistung, der Schaltfrequenz und dem geforderten Entstörgrad ab.
Günstigerweise ist parallel zu der Spule eine zur Spannungsbegrenzung geeignete Beschal
tung angeschlossen. Dies kann z. B. bei einer Netzunterbrechung im Spannungsmaximum sehr
wichtig sein, um die Schaltung nicht zu gefährden. Insbesondere kann ein Varistor oder ein
Kondensator oder eine RCD-Beschaltung parallel zu der Spule angeschlossen sein. Der Vari
stor kann bei Bedarf die in der Spule gespeicherte Energie aufnehmen.
Ferner kann vorgesehen sein, daß mindestens einer der Gleichstromschalter mindestens einen
MOSFET-Transistor oder mindestens mindestens einen Bipolartransistor oder mindestens
mindestens einen IGBT oder mindestens einen GTO (Gate Turn Off) umfaßt.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Stromquellen jeweils einen Depletion MOSFET-
Transistor oder jeweils eine Bipolartransistor umfassen. Derartige Stromquellen führen bereits
bei extrem niedriger Netzspannung, d. h. nur kurz nach dem Spannungsnulldurchgang den für
die Ansteuer-Optokoppler notwendigen Strom und ermöglichen somit eine minimale Totzeit
zwischen den Ansteuersignalen für die beiden Gleichstromschalter.
Günstigerweise steuern die Ansteuer-Optokoppler ausgangsseitig das Gate des jeweiligen
MOSFET-Transistors an. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Ansteuer-
Optokoppler das Gate über eine Treiberstufe des jeweiligen MOSFET-Transistors ansteuern.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ansteuer- und Syn
chronisiereinrichtung für jeden Gleichstromschalter einen Transformator oder einen inte
grierten Treiberbaustein zur Ansteuerung desselben.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß der zweite Wechselstromschalter mindestens einen
MOSFET-Transistor oder mindestens einen Bipolartransistor oder mindestens einen IGBT
umfaßt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der
zweite Wechselstromschalter zwei gegensinnig in Reihe geschaltete MOSFET-Transistoren
umfaßt.
Dabei kann vorgesehen sein, daß der zweite Wechelstromschalter weitere zu den MOSFET-
Transistoren parallel geschaltete Transistoren umfaßt. Damit werden höhere Leistungen er
reicht.
Ferner kann dabei vorgesehen sein, daß die Transistoren an dem Gate über Vorwiderstände
direkt parallel geschaltet sind und über eine gemeinsame Ansteuerleitung von dem Ansteuer
teil mit dem gleichen Ansteuersignal angesteuert werden.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die Regeleinrichtung über eine Leitung an einen Shunt angeschlossen ist, der zwischen den
beiden MOSFET-Transistoren in Reihe angeschlossen ist. Damit wird eine Stromüberwa
chung geschaffen, die bei Bedarf in die Regelung der an dem Verbraucher anliegenden
Gleich- und/oder Wechselspannung ULast eingreift.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Regeleinrichtung über eine Leitung an einen
Stromwandler angeschlossen ist. Ein Stromwandler weist vor allem bei höheren Leistungen
durch geringere Verluste einen Vorteil gegenüber einem Shunt auf.
Vorzugsweise liegt der Bezugspunkt (Ground) für die Stromerfassung und -regelung an der
Source des zweiten Wechselstromschalters. Dies ermöglicht eine einfachere Ansteuerung.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Schaltfrequenz des zweiten Wechselstromschalters im
Bereich von einigen 100 Hz bis mehreren 100 kHz liegt. Von der Schaltfrequenz des zweiten
Wechselstromschalters ist nur die Spule direkt abhängig. Bei zu niedriger Schaltfrequenz wird
die Spule mechanisch sehr groß. Bei zu hoher Frequenz (kleine Spule) entstehen große
Schaltverluste im zweiten Wechselstromschalter.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Schaltfrequenz des zweiten Wechselstrom
schalters im Bereich von 1 kHz bis 500 kHz liegt.
Vorzugsweise beträgt die Schaltfrequenz des zweiten Wechselstromschalters 50 kHz.
Schließlich kann vorgesehen sein, daß der Sollwerteingabeteil eine frei definierbare Schnitt
stelle zur Programmierung des durch den Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechsel
stroms ILast bzw. der an dem Verbraucher anliegenden Gleich- oder Wechselspannung ULast
im Bereich von 0 bis 100% des Eingangsstroms bzw. der Eingangsspannung Uein und indi
rekten Beeinflussung des Eingangsstroms Iein umfaßt.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die Verwendung von
zwei Wechselstromschaltern und einer geeigneten Ansteuerung derselben der von einem in
bestimmten Grenzen linearen Verbraucher von einem sinusförmigen Netz aufgenommene
Strom einen sinusförmigen Verlauf aufweist, d. h. im Netz keine Oberschwingungen des Netz
stroms vorhanden sind, und der Strom in jedem Arbeitspunkt einen kontinuierlichen Verlauf
aufweist, wodurch Schaltvorgänge vermieden werden, die zu Flicker führen könnten.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die an den Verbraucher zur Verfügung ge
stellte Spannung bzw. der durch den Verbraucher fließende Strom über eine frei definierbare
Schnittstelle (z. B. digital parallel, digital seriell, PWM, analog etc.) im Bereich zwischen 0%
und 100% der Eingangsspannung bzw. des Eingangsstroms programmiert werden. Dabei er
reicht z. B. eine 1,2 kW-Schaltung einen Wirkungsgrad zwischen 85% (kleiner Verbraucher
mit ungefähr 100 W) und 98% (größter Verbraucher mit ungefähr 1200 W). Es ist auch ein
Betrieb des Verbrauchers mit einer Gleichspannungsversorgung oder mit einer kombinierten
Gleich- und Wechselspannungsversorgung möglich, während auf der Netzseite die obenge
nannten Normen eingehalten werden. Ein Wechselspannungsbetrieb des Verbrauchers ist bei
bestimmten Verbrauchertypen (z. B. Infrarot-Heizröhren) notwendig, da sich ein Gleichspan
nungsbetrieb (z. B. durch eine Materialdrift von einer Elektrode zur anderen) in Form einer
deutlichen Verkürzung der Lebensdauer des Verbrauchertyps negativ auswirken kann. Die
Schaltung verhält sich vereinfacht dargestellt wie ein verlustloser, programmierbarer Wech
selstromwiderstand.
Die Schaltung kann für alle netzbetriebenen Verbraucher eingesetzt werden, deren aufge
nommene Leistung in beliebigen Schritten zwischen 0 bis 100% variiert werden soll. Die
Schaltung eignet sich dabei besonders für alle Arten von Heizungen mit Ohmscher, teilweise
nichtlinearer Charakteristik, wie z. B. Heizlampen und -widerstände für industrielle und son
stige Zwecke, allgemeine Heizöfen, Heizplatten, Dimmer, Wechselstromsteller, Vorschaltge
räte und ähnliches. Die Vorteile zeigen sich besonders dann, wenn diese Verbraucher bisher
in einer Art von 2-Punkt-Regelung (Phasenanschnittsteuerung, Halb- oder Vollwellenpaket
steuerung, oder ähnliches) betrieben worden sind, um einen Teillastbetrieb zu erzeugen, und
die Verbraucher nun an die neuen Normen angepaßt werden müssen. Die Schaltung ermög
licht den Übergang von einem bisher geschalteten 2-Punkt-Betrieb in einen modernen Perma
nent-Betrieb mit extrem hohen Wirkungsgrad in jedem Arbeitspunkt. Dabei werden die An
forderungen der Normen EN61000-3-2, EN61000-3-3 und EN61000-3-4 in idealer Weise
erfüllt, weil in jedem beliebigen Arbeitspunkt ein kontinuierlicher sinusförmiger Stromfluß
gewährleistet wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der
nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen
Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, die eine Span
nungsregeleinrichtung und einen ersten Wechselstromschalter in Form von zwei antiparalle
len Gleichstromschaltern umfaßt,
Fig. 2 Ansteuersignale und Spannungsverläufe beim Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Schal
tung,
Fig. 3 den Schaltplan eines Teils einer konkreten Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten
Schaltung,
Fig. 4 Ansteuersignale zur Netzsynchronisierung von zwei antiparallelen Gleichstromschal
tern in Abhängigkeit von der Netzspannung, und
Fig. 5 schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, die eine
Stromregeleinrichtung und einen ersten Wechselstromschalter in Form von zwei anti
parallelen Gleichstromschaltern umfaßt.
Fig. 1 zeigt einen von einem Netz mit einer Eingangswechselspannung Uein mit einer Netzfre
quenz fNetz (50 Hz) betriebenen Verbraucher 10. Weiterhin ist ein Tiefpaßfilter 12 in Form
eines Kondensators zu dem Netz parallel und eine Spule 14 zu dem Verbraucher 10 in Reihe
angeschlossen. Die an dem Verbraucher 10 anliegende Spannung ULast läßt sich durch die
erfindungsgemäße Schaltung stufenlos im Bereich von 0 bis 100% der Eingangswechselspan
nung Uein variieren. Die Schaltung umfaßt einen ersten Wechselstromschalter 16, einen zwei
ten, mit einer gegenüber der Netzfrequenz fNetz höheren Schaltfrequenz ansteuerbaren Wechselstromschalter
32, eine Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung 26 und eine Regeleinrich
tung 34 zur Regelung der an dem Verbraucher 10 anliegenden Wechselspannung ULast.
Der erste Wechselstromschalter 16 umfaßt zwei ansteuerbare, jeweils zu dem Verbraucher 10
und der Spule 14 parallel angeschlossene Gleichstromschalter 18 und 20, die als Schutz ge
genüber Umkehrspannungen jeweils durch eine in Reihe angeschlossene Diode 22 bzw. 24
ergänzt sind, wobei die Gleichstromschalter-Diode-Kombinationen 18 und 22 bzw. 20 und 24
zueinander antiparallel angeordnet sind. Über den zweiten Wechselstromschalter 32 wird die
Schaltung in beiden Stromrichtungen an der Wechselspannung des Netzes betrieben. Die An
steuer- und Synchronisiereinrichtung 26 dient zur Ansteuerung und zur zu der Polarität der
Eingangsspannung Uein synchronen Umschaltung der in zueinander entgegengesetzten Schalt
zuständen befindlichen Gleichstromschalter 18 und 20, ist zur Erfassung der Polarität der
Eingangsspannungs Uein netzseitig parallel zur Eingangsspannung Uein angeschlossen und
weist zwei Ansteuerleitungen 28, 30 auf, die jeweils mit einem der Gleichstromschalter 18
und 20 zur Ansteuerung derselben verbunden sind.
Der zweite Wechselstromschalter 32 ist zu dem Verbraucher 10 in Reihe angeschlossen. Über
den zweiten Wechselstromschalter 32 wird die Spule 14 in beiden Stromrichtungen aufma
gnetisiert. Je nach Polarität der Eingangswechselspannung Uein wird der entsprechende
Gleichstromschalter 18 bzw. 20 aktiviert, damit die Spule 14 bei ausgeschaltetem zweiten
Wechselstromschalter 32 über den Verbraucher 10 abmagnetisieren kann. Der Gleichstrom
schalter 18 wird während der negativen Netzhalbwelle eingeschaltet (siehe auch Fig. 2), der
Gleichstromschalter 20 während der positiven Netzhalbwelle (siehe auch Fig. 2). Das bedeu
tet, daß die Gleichstromschalter 18 und 20 exakt synchron zur Polarität der Eingangswech
selspannung Uein umgeschaltet werden.
Die Regeleinrichtung 34 umfaßt einen Spannungserfassungsteil zur Erfassung der an dem
Verbraucher 10 anliegenden Ist-Wechselspannung ULast,ist der über zwei Leitungen 36, 38
parallel zu dem Verbraucher 10 angeschlossen ist, einen Spannungssollwerteingabeteil zur
Eingabe des Sollwerts der an den Verbraucher 10 anliegenden Wechselspannung ULast,soll und
einen Ansteuerteil, der den zweiten Wechselstromschalter 32 mit einem zur Erzeugung der
Soll-Wechselspannung ULast,soll geeigneten Schaltfrequenz und einem geeigneten Tastverhält
nis t (Einschaltdauer/Periodendauer) ein- und ausschaltet. Dazu wird das Tastverhältnis t bei
konstanter Schaltfrequenz variiert.
Mittels eines Shunt 40 oder eines geeigneten Stromwandlers wird der Strom durch den zwei
ten Wechselstromschalter 32 erfaßt und proportional der Regeleinrichtung 34 über die Lei
tung 39 zugeführt.
In einem stationären Arbeitspunkt, bei dem die Wechselspannung an dem Verbraucher 0 <
ULast < Uein beträgt, wird der zweite Wechselstromschalter 32 mit einer festen Schaltfrequenz
an- und ausgeschaltet. Für einen Anstieg der Spannung ULast wird das Tastverhältnis t (Ein
schaltdauer/Periodendauer) vergrößert, bis bei einer maximalen Spannung von ULast = Uein der
zweite Wechselstromschalter 32 permanent eingeschaltet bleibt. Um die Spannung ULast abzu
senken, wird das Tastverhältnis t bis zu dem Wert 0 verkleinert, bei dem die Spannung ULast =
0 ist (zweiter Wechselstromschalter 32 ausgeschaltet). Die Schaltfrequenz für den zweiten
Wechelstromschalter 32 braucht nicht an die Netzfrequenz fNetz gekoppelt zu werden und liegt
im vorliegenden Beispiel im Bereich zwischen 50-100 kHz. Der parallel geschaltete Kon
densator 12 dient dazu, trotz der Abtastung des Netzstromes mit der Schaltfrequenz des zwei
ten Wechselstromschalters 32 einen kontinuierlich fließenden Eingangsstrom zu erreichen.
Die Synchronisierung der Ansteuersignale für die Gleichstromschalter 18 und 20 zur Netzfre
quenz fNetz ist von entscheidender Bedeutung. Bei Überlappung der Ansteuersignale oder ei
ner Phasenverschiebung zur Netzfrequenz fNetz entstehen Kurzschlußpfade. Bei verzögerter
Aktivierung der Freilaufpfade oder Netzausfällen (worst case im Spannungsmaximum) kann
die Spule 14 nicht kontrolliert abmagnetisieren und würden undefinierte Spannungsspitzen
entstehen, die jedoch von einem zu der Spule 14 parallelen Varistor 15 begrenzt werden.
Die Regeleinrichtung 34 erfaßt die Spannung ULast an dem Verbraucher, vergleicht den Wert
mit dem Sollwert ULast,soll und stellt entsprechend der Differenz ein entsprechendes Tast
verhältnis t für den zweiten Wechselstromschalter 32 ein. Um eine Stromüberwachung herzu
stellen, die bei Bedarf in die Regelung eingreift, wird die stromproportionale Spannung am
Shunt 40 erfaßt und der Regelung zugeführt. Der Bezugspunkt (Ground) des Stromerfas
sungsteils liegt an der Source 42 des zweiten Wechselstromschalters 32.
Als Gleich- und Wechselstromschalter 18, 20, 32 dienen MOSFET-Transistoren. Es kann
jedoch auch jede andere Art von Transistoren, wie z. B. Bipolartransistoren oder IGBT, etc.
verwendet werden.
In Fig. 2 sind die Ansteuersignale für die Gleichstromschalter 18, 20 und den zweiten Wech
selstromschalter 32 sowie die zugehörigen Ströme in Abhängigkeit von der Zeit t dem zeitli
chen Verlauf der Eingangsspannung Uein gegenübergestellt. Die Schaltfrequenz für den zwei
ten Wechselstromschalter 32 ist bewußt sehr klein gewählt, um die Signalverläufe besser dar
stellen zu können. Die Ansteuersignale zeigen einen stationären Arbeitspunkt, bei dem 0 <
ULast < Uein beträgt. Der zweite Wechselstromschalter 32 wird mit einer festen Schaltfrequenz
(Schaltzustände EIN, AUS) angesteuert. über den zweiten Wechselstromschalter 32 fließt
entsprechend der Eingangswechselspannung Uein und der Schaltfrequenz ein pulsförmiger
Strom ISchalter32, der der Sinusform der Eingangswechselspannung Uein folgt. Der Strom ISpule
in der Spule 14 verläuft dagegen bedingt durch die Auf- und Abmagnetisierung, unterlagert
von der Sinuskurve der Eingangswechselspannung Uein, dreieckförmig. Der Strom durch die
Spule 14 bildet sich an dem Verbraucher mit Ohmscher Charakteristik ohne weitere Ver
formung als Spannung ULast ab. Das bedeutet, daß auch dem Verbraucher 10 eine sinusförmi
ge Spannung zur Verfügung steht. Mit zunehmender Schaltfrequenz des zweiten Wechsel
stromschalters 32 wird die Restwelligkeit in dem Spulenstrom ISpule, die der Sinuskurve über
lagert ist, kleiner und die Sinusform wird sehr gut erreicht. Durch zusätzliche Befilterung von
Ein- und Ausgangsstrom erreichen beide Ströme und damit auch die Spannungen einen sinus
förmigen Verlauf.
Die an dem Verbraucher 10 anliegende Wechselspannung ULast kann über das Tastverhältnis t
des zweiten Wechselstromschalters 32 direkt proportional eingestellt werden. Dabei fließt
kontinuierlich Strom. Bei einem Verbraucher mit Ohmscher Charakteristik bildet sich die
sinusförmige Eingangswechselspannung Uein ohne Phasenverschiebung oder zusätzliche
nichtlineare Verzerrungen mit gleicher Frequenz wieder sinusförmig an dem Verbraucher ab
(Power-Factor = 1; cosϕ = 1). Das bedeutet, daß die Forderung nach einem kontinuierlichen,
sinusförmigen Strom ohne Phasenverschiebung und Verzerrungen von der erfindungsgemä
ßen Schaltung erfüllt wird. Die erfindungsgemäße Schaltung enthält nur sehr wenige Bauteile
im Pfad, der den Verbraucherstrom führt (Spule 14 und zweiter Wechselstromschalter 32,
bzw. abwechselnd Diode 22, Gleichstromschalter 18 und Diode 24, Gleichstromschalter 20).
Mit dieser Schaltung wird deshalb auch ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht (bis zu 98%).
Die an den Verbraucher 10 abgegebene Energie läßt sich nahezu verlustlos zwischen 0 bis
100% extern variieren.
Fig. 3 zeigt ein weiter konkretisiertes Beispiel für die in Fig. 1 gezeigte Schaltung. Die Kon
kretisierung bezieht sich im wesentlichen auf die Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung
(Netzsynchronisierung). Der in Fig. 3 gezeigte zweite Wechselstromschalter 32 umfaßt zwei
gegensinnig in Reihe geschaltete MOSFET-Transistoren (T1, T2). Um höhere Leistungen zu
erreichen, können optional weitere Transistoren parallel geschaltet werden. Diese Tran
sistoren sind am Gate über Vorwiderstände direkt parallel geschaltet und werden alle mit dem
gleichen Ansteuersignal betrieben.
Für jede Netzhalbwelle steht ein Freilaufpfad zur Verfügung, der netzsynchron aktiviert oder
deaktiviert wird. Der Freilaufpfad für die positive Netzhalbwelle besteht aus einem Gleich
stromschalter 20 in Form eines MOSFET-Schalters und einer Diode 24. Als Treiberstufe für
den Gleichstromschalter 20 sind die Transistoren T10 und T11 vorhanden. Das Ansteuersi
gnal der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung wird über einen Optokoppler 46 angekop
pelt. Die notwendige Ansteuerspannung für die Treiberstufe wird direkt aus der Netzspannung
über eine Stromquelle T7, R11 erzeugt. Eine Z-Diode ZD2 und ein Kondensator C3 die
nen der Begrenzung und Speicherung der Ansteuerenergie.
Der Freilaufpfad für die negative Netzhalbwelle besteht aus einem Gleichstromschalter 18 in
Form eines MOSFET-Schalters und einer Diode 22. Als Treiberstufe für den Gleichstrom
schalter 18 sind die Transistoren T8 und T9 vorhanden. Das Ansteuersignal von der Ansteuer-
und Synchronisiereinrichtung wird über einen Optokoppler 44 angekoppelt. Die notwendige
Ansteuerspannung für die Treiberstufe wird von einer Gleichrichterbrücke D21-D24 über eine
Stromquelle T14, R10 erzeugt. Das Potential dieser Hilfsspannung bezüglich der Netzein
gangsspannung ändert sich sprungförmig mit jedem Schaltvorgang der Wechselstrom
schaltstufe. Mit den Kondensatoren C 1 und C2 erfolgt eine Gleichspannungsabkopplung. Ei
ne Z-Diode ZD1 und ein Kondensator C4 dienen der Begrenzung und Speicherung der An
steuerenergie.
Es steht somit für jede Netzhalbwelle eine Stromquelle 48,50 zur Verfügung, die den jeweili
gen Ansteuer-Optokoppler 44,46 des entsprechenden Freilaufpfads ansteuert. Diese Strom
quellen-Optokoppler-Kombinationen sind direkt an der Netzspannung angeordnet. Um den
Nulldurchgang der Netzspannung möglichst genau als Umschaltpunkt für die Freilaufpfade zu
finden und nur eine minimale Totzeit zwischen beiden Steuersignalen für die Gleichstrom
schalter 18, 20 zu erreichen, werden Stromquellen 48,50 eingesetzt, die bereits bei extrem
geringer Netzspannung, d. h. nur kurz nach dem Spannungsnulldurchgang, den für die Ansteu
er-Optokoppler 44,46 notwendigen Strom führen. Mit den Stromquellen 48 (negative Netz
halbwelle) und 50 (positive Netzhalbwelle), die jeweils einen Depletion MOSFET-Transistor
umfassen, können hervorragende Werte erreicht werden. Da der Depletion Transistor einen
passiv leitenden Kanal besitzt, genügt die Schwellspannung der Ansteuer-Optokopplerdiode
und der Schutzdiode D3 bzw. D4, um die Steuerung zu aktivieren. Die Totzeit im Span
nungsnulldurchgang beträgt mit dieser Anordnung bei einem 230 Volt rms/50 Hz-Netz nur
ca. ±20 µs (siehe Fig. 4). Das bedeutet, daß bei einer Momentanspannung von nur 2 Volt die
beiden Freilaufpfade umgeschaltet werden. Mit derart kleinen Spannungswerten bleibt die
Energie in der Spule 14 so gering, daß für die Schaltung keine Gefahr besteht. Mit dieser
Konfiguration der Ansteueranordnung wird die Schlüsselfunktion der Schaltung ideal gelöst.
Zur Regelung der an dem Verbraucher anliegenden Spannung ULast wird mit einem Diffe
renzverstärker die Ist-Spannung ULast,ist an dem Verbraucher proportional erfaßt und geeignet
aufbereitet. Ein nachfolgender Regler vergleicht den Ist-Spannungswert ULast,ist mit einem
geforderten Sollwert ULast,soll und gibt die Abweichung an einen Schaltregler weiter. Zur
Strombegrenzung wird die Spannung am Shunt-Widerstand 40 erfaßt, aufbereitet und pro
portional an den Schaltregler weitergegeben. Bei Überschreiten eines bestimmten Schwell
werts bricht der Schaltregler den momentanen Schaltimpuls ab und startet danach entspre
chend der Schaltfrequenz des zweiten Wechselstromschalters den nächsten Schaltimpuls (Puls
by Puls Limitation).
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, die
eine Stromregeleinrichtung 34 und einen ersten Wechselstromschalter 16 in Form von zwei
antiparallelen Gleichstromschaltern 18 und 20 umfaßt. Eine Stromregelung kann insbesondere
bei stark nichtlinearen Verbrauchertypen gegenüber einer Spannungsregelung deutliche Vor
teile bieten, da für die Einhaltung der Normen EN61000-3-2, EN61000-3-3 und EN61000-3-4
die Ströme von entscheidender Bedeutung sind. Im folgenden soll im wesentlichen nur auf die
Unterschiede zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eingegangen werden. Bei dieser
Ausführungsform wird nicht der Sollwert der an einem Verbraucher 10 anliegenden Span
nung ULast,soll sondern der Sollwert für den durch den Verbraucher 10 fließenden Strom ILast,
soll, über einen Eingabeteil der Regeleinrichtung 34 vorgegeben. Der Ist-Gleich- und/oder -
Wechselstromwert des durch den Verbraucher 10 fließenden Stroms ILast,ist wird über die
Leitung 36 und einen geeigneten Stromwandler 52 erfaßt. Ein Ansteuerteil der Regeleinrich
tung 34 steuert dann den zweiten Wechselstromschalter 32 mit einem zur Erzeugung des Soll
stroms geeigneten Tastverhältnis t bei einer konstanten Schaltfrequenz an. Die Stromer
fassung mit dem Shunt 40 kann weiterhin als Spitzenstrombegrenzung verwendet werden.
Die Ansteuerung des ersten Wechselstromschalters 16 kann dabei wie folgt aussehen: Das
Ansteuersignal und die Ansteuerenergie können über einen Transformator zu dem ersten
Wechselstromschalter 16 übertragen werden. Dabei kann durchaus auch die Möglichkeit ge
nutzt werden, das eigentliche Steuersignal (vgl. Fig. 7) zur Übertragung auf einen hochfre
quenten Träger aufzumodulieren. Eine Alternative besteht im Einsatz von integrierten Trei
berbausteinen, die eine entsprechende Potentialdifferenz zwischen Steuer- und Treiberkreis
zulassen.
Die erfindungsgemäße Schaltung erfüllt die Anforderungen der oben erläuterten Normen
EN61000-3-2, EN61000-3-3 und EN61000-3-4 und weist minimale Verluste, einen maxima
len Wirkungsgrad, keinen Blindstrom, keine Phasendrift, keine Nichtlinearität, kontinuierli
chen Stromfluß ohne periodische oder aperiodische Unterbrechungen in allen Lastpunkten
und einen Regelbereich von 0 bis 100% der Eingangsspannung Uein auf. Wird zwischen zwei
Arbeitspunkten, z. B. durch eine Sprungfunktion, gewechselt, so ist eine Anpassung der Span
nungssollwertvorgabe an den verwendeten Verbrauchertyp (z. B. trapezförmige Sollwertvor
gabe) sinnvoll. Bei einer digitalen Sollwertvorgabe durch einen Mikroprozessor können der
artige verbrauchertypische Daten einmal ermittelt und je nach Konfiguration der Endanwen
dung z. B. in ROM-Speichern abgelegt werden. Es gilt also herauszufinden, mit welcher ma
ximalen Schaltdynamik (Änderungsgeschwindigkeit von Sollwerten) der Verbraucher be
trieben werden kann, damit die Konformität zur Norm EN61000-3-3 nicht verletzt wird. Die
Einschränkung zur Einhaltung dieser Norm wird nicht mehr von der Schaltung (vorgeschal
teter Wandler) bestimmt, sondern liegt nun einzig und allein beim eingesetzten Verbraucher
typ, den es zu charakterisieren gilt. Liegen diese Daten fest, die die theoretisch maximale
Sollwertdynamik beschreiben, kann der Verbraucher auch tatsächlich mit dieser Grenzdyna
mik ideal betrieben werden.
Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offen
barten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen
für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich
sein.
Claims (26)
1. Schaltung zur stufenlosen direkten oder indirekten Variation des durch einen von ei
ner Netz-Gleich- oder -Wechselspannung oder einer beliebigen Kombination dersel
ben betriebenen Verbraucher fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms, mit
dem Netz, das eine Eingangsspannung Uein mit einer beliebigen Form und Frequenz fNetz zur Verfügung stellt,
dem Verbraucher (10), der über die Schaltung am Netz angeschlossen ist,
einem zu dem Verbraucher (10) parallel angeschlossenen ersten Wechselstromschalter (16) in Form von zwei ansteuerbaren Gleichstromschaltern (18, 20) in Kombination mit jeweils einer in Reihe angeschlossenen Diode (22 bzw. 24), wobei die Gleich stromschalter-Diode-Kombinationen (18 und 22 bzw. 20 und 24) zueinander anti parallel angeschlossen sind,
einem zweiten, mit einer gegenüber der Netzfrequenz fNetz höheren Schaltfrequenz an steuerbaren Wechselstromschalter (32), der zu dem Verbraucher (10) in Reihe ange schlossen ist,
einem Tiefpaßfilter (12), der zur Erzielung eines kontinuierlich fließenden Eingangs stroms Iein dient und eine Kombination von mindestens einer Induktivität und einer Kapazität umfaßt,
einer Spule (14), die in Reihe zu dem Verbraucher (10) angeschlossen ist, wobei der erste Wechselstromschalter (16) zu dem Verbraucher (10) und der Spule (14) parallel angeschlossen ist,
einer Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) zur Ansteuerung und zur zu der Polarität der Eingangsspannung Uein synchronen Umschaltung der in zueinander ent gegengesetzten Schaltzuständen befindlichen Gleichstromschalter (18, 20), die zur Er fassung der Polarität der Eingangsspannung netzseitig parallel zur Eingangsspannung Uein angeschlossen ist,
zwei zu der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) gehörigen Ansteuerleitungen (28, 30), die jeweils mit einem der Gleichstromschalter (18, 20) zur Ansteuerung des selben verbunden sind, sowie einem zu der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) gehörigen Ansteuer-Optokoppler (44, 46) für jeden Gleichstromschalter (18, 20), der von einer jeweiligen Konstantstromquelle (48, 50) netzsynchron angesteuert wird, wobei jede Konstantstromquelle-Optokoppler-Kombination am Netz angeschlossen ist, zur Ansteue rung desselben umfaßt, und
einer Regeleinrichtung (34) zur direkten oder indirekten Regelung des durch den Ver braucher (10) fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast, die einen Erfassungs teil zur direkten oder indirekten Erfassung des durch den Verbraucher (10) fließenden Ist-Gleich- und/oder -Wechsel-stroms ILast,ist einen Sollwerteingabeteil zur direkten oder indirekten Eingabe des Sollwerts des durch den Verbraucher (10) fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast,soll und einen Ansteuerteil umfaßt, der den zwei ten Wechselstromschalter (32) mit einer zur Erzeugung des Soll-Gleich- und/oder - Wechselstroms ILast,soll geeigneten Schaltfrequenz und einem geeigneten Tastverhältnis τ ein- und ausschaltet.
dem Netz, das eine Eingangsspannung Uein mit einer beliebigen Form und Frequenz fNetz zur Verfügung stellt,
dem Verbraucher (10), der über die Schaltung am Netz angeschlossen ist,
einem zu dem Verbraucher (10) parallel angeschlossenen ersten Wechselstromschalter (16) in Form von zwei ansteuerbaren Gleichstromschaltern (18, 20) in Kombination mit jeweils einer in Reihe angeschlossenen Diode (22 bzw. 24), wobei die Gleich stromschalter-Diode-Kombinationen (18 und 22 bzw. 20 und 24) zueinander anti parallel angeschlossen sind,
einem zweiten, mit einer gegenüber der Netzfrequenz fNetz höheren Schaltfrequenz an steuerbaren Wechselstromschalter (32), der zu dem Verbraucher (10) in Reihe ange schlossen ist,
einem Tiefpaßfilter (12), der zur Erzielung eines kontinuierlich fließenden Eingangs stroms Iein dient und eine Kombination von mindestens einer Induktivität und einer Kapazität umfaßt,
einer Spule (14), die in Reihe zu dem Verbraucher (10) angeschlossen ist, wobei der erste Wechselstromschalter (16) zu dem Verbraucher (10) und der Spule (14) parallel angeschlossen ist,
einer Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) zur Ansteuerung und zur zu der Polarität der Eingangsspannung Uein synchronen Umschaltung der in zueinander ent gegengesetzten Schaltzuständen befindlichen Gleichstromschalter (18, 20), die zur Er fassung der Polarität der Eingangsspannung netzseitig parallel zur Eingangsspannung Uein angeschlossen ist,
zwei zu der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) gehörigen Ansteuerleitungen (28, 30), die jeweils mit einem der Gleichstromschalter (18, 20) zur Ansteuerung des selben verbunden sind, sowie einem zu der Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) gehörigen Ansteuer-Optokoppler (44, 46) für jeden Gleichstromschalter (18, 20), der von einer jeweiligen Konstantstromquelle (48, 50) netzsynchron angesteuert wird, wobei jede Konstantstromquelle-Optokoppler-Kombination am Netz angeschlossen ist, zur Ansteue rung desselben umfaßt, und
einer Regeleinrichtung (34) zur direkten oder indirekten Regelung des durch den Ver braucher (10) fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast, die einen Erfassungs teil zur direkten oder indirekten Erfassung des durch den Verbraucher (10) fließenden Ist-Gleich- und/oder -Wechsel-stroms ILast,ist einen Sollwerteingabeteil zur direkten oder indirekten Eingabe des Sollwerts des durch den Verbraucher (10) fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast,soll und einen Ansteuerteil umfaßt, der den zwei ten Wechselstromschalter (32) mit einer zur Erzeugung des Soll-Gleich- und/oder - Wechselstroms ILast,soll geeigneten Schaltfrequenz und einem geeigneten Tastverhältnis τ ein- und ausschaltet.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungsteil ei
nen Stromwandler (52) zur direkten Erfassung des durch den Verbraucher (10)
fließenden Ist-Gleich- und/oder -Wechselstroms ILast,ist und der Eingabeteil eine
Einrichtung zur direkten Eingabe des Sollwerts des durch den Verbraucher (10)
fließenden Gleich- und/oder Wechselstroms ILast,soll umfaßt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungsteil ei
ne Einrichtung zur Erfassung der an dem Verbraucher (10) anliegenden Ist-
Gleich- und/oder -Wechselspannung ULast,ist, die über zwei Leitungen (36, 38)
parallel zu dem Verbraucher (10) angeschlossen ist, und der Eingabeteil eine Ein
richtung zur Eingabe des Sollwerts der an dem Verbraucher (10) anliegenden
Gleich- und/oder Wechselspannung ULast,soll umfaßt.
4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Frequenz der Netzspannung fNetz ≧ 0 Hz gilt.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz fNetz der
Netzspannung 50-60 Hz beträgt.
6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz fNetz der
Netzspannung 16,67 Hz beträgt.
7. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Kondensator ein X- oder Y-Kondensator ist.
8. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kombination mehrstufig ist.
9. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu der Spule (14) eine zur Spannungsbegrenzung geeignete Beschal
tung angeschlossen ist.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Varistor (15)
oder ein Kondensator oder eine RCD-Beschaltung parallel zu der Spule (14) ange
schlossen ist.
11. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß mindestens einer der Gleichstromschalter (18, 20) mindestens einen
MOSFET-Transistor oder mindestens einen Bipolartransistor oder mindestens ei
nen IGBT oder mindestens einen GTO umfaßt.
12. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Stromquellen (48, 50) jeweils einen Depletion MOSFET-Transistor
oder jeweils einen Enhancement MOSFET-Transistor oder jeweils einen Bipolar
transistor umfassen.
13. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Ansteuer-Optokoppler (44, 46) ausgangsseitig das Gate des jeweiligen
MOSFET-Transistors ansteuern.
14. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Ansteuer-Optokoppler (44, 46) das Gate über eine Treiberstufe des
jeweiligen MOSFET-Transistors ansteuern.
15. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ansteuer- und Synchronisiereinrichtung (26) für jeden Gleichstromschalter
(18, 20) einen Transformator oder einen integrierten Treiberbaustein zur Ansteue
rung desselben umfaßt.
16. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der zweite Wechselstromschalter (32) mindestens einen MOSFET-
Transistor oder mindestens einen Bipolartransistor oder mindestens einen IGBT
umfaßt.
17. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Wechselstromschalter (32) zwei gegensinnig in Reihe geschaltete
MOSFET-Transistoren umfaßt.
18. Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wech
selstromschalter (32) weitere zu den MOSFET-Transistoren parallel geschaltete
Transistoren umfaßt.
19. Schaltung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Transi
storen an dem Gate über Vorwiderstände direkt parallel geschaltet sind und über
eine gemeinsame Ansteuerleitung von dem Ansteuerteil mit dem gleichen Ansteu
ersignal angesteuert werden.
20. Schaltung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeleinrichtung (34) über eine Leitung (39) an einen Shunt (40) angeschlos
sen ist, der zwischen den beiden MOSFET-Transistoren in Reihe angeschlossen
ist.
21. Schaltung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeleinrichtung (34) über eine Leitung (39) an einen Stromwandler ange
schlossen ist.
22. Schaltung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Be
zugspunkt (Ground) für die Stromerfassung und -regelung an der Source (42) des
zweiten Wechselstromschalters (32) liegt.
23. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Schaltfrequenz des zweiten Wechselstromschalters (32) im Bereich
von einigen 100 Hz bis mehreren 100 kHz liegt.
24. Schaltung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz
des zweiten Wechselstromschalters (32) im Bereich von 1 kHz bis 500 kHz liegt.
25. Schaltung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz
des zweiten Wechselstromschalters (32) 50 kHz beträgt.
26. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Sollwerteingabeteil eine frei definierbare Schnittstelle zur Programmierung
des durch den Verbraucher (10) fließenden Gleich- und/oder Wechsel
stroms ILast bzw. der an dem Verbraucher (10) anliegenden Gleich- und/oder
Wechselspannung ULast im Bereich von 0% bis 100% des Eingangsstroms Iein
bzw. der Eingangsspannung Uein und indirekten Beeinflussung des Eingangs
stroms Iein umfaßt.
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