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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung umfassend ein Schaltnetzteil und einen daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher sowie ein Schaltnetzteil, insbesondere für eine solche Anordnung und ein elektrischer Verbraucher, insbesondere für eine solche Anordnung.
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Um den Stromverbrauch elektrischer Verbraucher, wenn diese in einem so genannten Stand-by-Modus geschaltet sind, möglichst gering zu halten, werden Schaltnetzteile als aktiv geregelte Netzteile eingesetzt. Mithilfe der bei diesen Netzteilen enthaltenen Regelschaltung wird dafür gesorgt, dass, abgesehen von Verlusten im Netzteil selbst, nur so viel Energie in das Schaltnetzteil hineinfließt, wie an den Verbraucher weitergegeben wird. Befindet sich ein elektrischer Verbraucher in einem Stand-by-Modus, bedeutet dieses, dass dieser nicht vollständig abgeschaltet ist, sondern dass zumindest eine Steuerlogik mit Energie versorgt werden muss, um beispielsweise einen Schaltvorgang oder einen Steuerbefehl erfassen und verarbeiten zu können, insbesondere um den elektrischen Verbraucher bei Bedarf aus dem Stand-by-Modus wieder in seine Betriebsbereitschaft zu bringen. Dabei ist man bestrebt, den Stromverbrauch im Stand-by-Modus des Verbrauchers möglichst gering zu halten. Zu diesem Zweck wird versucht, die Verluste im Netzteil soweit wie möglich zu reduzieren. Diesen Bemühungen sind jedoch Grenzen gesetzt. Auf der einen Seite soll ein solches Netzteil im Betriebsmodus des Verbrauchers die gewünschte Leistung liefern. Hierzu ist es erforderlich, entsprechend dimensionierte Komponenten zu verbauen, so dass diesen Maßnahmen Grenzen gesetzt sind. Auf der anderen Seite sollen die Verluste im Netzteil selbst gering gehalten werden.
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Es besteht daher der Wunsch, den Energieverbrauch von elektrischen Verbrauchern im Stand-by-Modus vor allem auf kostengünstige Weise weiter zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung umfassend ein Schaltnetzteil und einen daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher gelöst, bei der in einen Ast des Spannungsteilers des Regelkreises des Schaltnetzteils ein schaltbarer Spannungsteiler eingeschaltet ist, durch den die Feedbackspannung beeinflussbar ist, wobei in der einen Schaltstellung des schaltbaren Spannungsteilers das Schaltnetzteil angesteuert ist, damit die nominale Ausgangsspannung bereitgestellt wird, und in dessen anderer Schaltstellung das Schaltnetzteil angesteuert ist, damit eine gegenüber der nominalen Ausgangsspannung des Schaltnetzteils reduzierte Spannung bereitgestellt wird.
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Bei dieser Anordnung wird die Eingangsspannung des elektrischen Verbrauchers während des Stand-by-Modus abgesenkt. Die Absenkung der Eingangsspannung des elektrischen Verbrauchers während des Stand-by-Modus beeinträchtigt, wenn die Spannungsabsenkung nicht zu stark ist, die auch im Stand-by-Modus notwendigerweise aktiven Komponenten für die Zwecke der Überwachung nicht. Bedeutend ist allerdings, dass durch Absenken der Eingangsspannung am elektrischen Verbraucher in oder für den Stand-by-Modus und damit während des Stand-by-Modus der Energieverbrauch signifikant reduziert ist. Energieeinsparungen in der Größenordnung von 30% und mehr sind auf diese Weise möglich. Dies bedeutet, dass ein elektrischer Verbraucher, der im Stand-by-Modus eine Leistungsaufnahme von etwa 1,2 W aufweist, durch die vorbeschriebene Spannungsabsenkung, durch die die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils um etwa 50% reduziert worden ist, nur noch eine Energieaufnahme von weniger als 0,8 W aufweist. Für die Zwecke des Absenkens der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils wird vorzugsweise ein schaltbarer Spannungsteiler eingesetzt, durch den Einfluss auf den Regelkreis des Schaltnetzteils genommen werden kann. Durch die Einflussnahme wird die Feedbackspannung zum Ansteuern des Leistungstransistors bedarfsweise geändert. Für die Zwecke des Energiesparens ist vorgesehen, die Feedbackspannung dergestalt zu ändern, dass am Ausgang des Schaltnetzteils eine gegenüber der nominalen Ausgangsspannung reduzierte Ausgangsspannung anliegt. Ein solcher schaltbarer Spannungsteiler ist schaltbar, und zwar derart, dass durch entsprechende Änderung der Feedbackspannung und damit des Betriebs des Schaltnetzteils in seiner einen Schaltstellung am Ausgang des Spannungsteilers die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils anliegt, die allenfalls um Verluste durch den Schalter des Spannungsteilers reduziert ist. Man wird typischerweise als elektronischen Schalter einen solchen einsetzen, dessen Widerstand vernachlässigbar klein ist, beispielsweise einem MOSFET. In der anderen Schaltstellung liegt am Ausgang des Spannungsteilers die abgesenkte Spannung an.
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Grundsätzlich kann der schaltbare Spannungsteiler dem Schaltnetzteil oder auch dem elektrischen Verbraucher zugeordnet sein. Typischerweise sind das Schaltnetzteil und der elektrische Verbraucher fest miteinander verdrahtet und der schaltbare Spannungsteiler ist an die Spannungsversorgung zwischen dem Schaltnetzteil und dem elektrischen Verbraucher eingeschaltet. Mithin bilden diese drei Elemente typischerweise eine gemeinsame Anordnung aus.
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Als Schalter verfügt der schaltbare Spannungsteiler vorzugsweise über einen elektronischen Schalter, und zwar einen solchen mit einem möglichst geringen Innenwiderstand. Daher ist ein MOSFET als elektronischer Schalter für die Zwecke des Spannungsteilers bevorzugt. Der Steuereingang eines solchen elektronischen Schalters ist von einer dem elektrischen Verbraucher zugeordneten Steuerlogik, typischerweise einem Mikrocontroller ansteuerbar. Über die Steuerlogik wird der elektronische Schalter des schaltbaren Spannungsteilers aus seiner Schaltstellung, in der ausgangsseitig am Spannungsteiler seine nominale Ausgangsspannung anliegt, in seine andere Schaltstellung gebracht, wenn der elektrische Verbraucher in seinen Stand-by-Modus geschaltet oder in diesen Modus heruntergefahren ist.
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Der Aufwand und die Kosten zum Realisieren eines solchen schaltbaren Spannungsteilers sind nur gering und vor allem wesentlich geringer verglichen mit Maßnahmen zur Reduzierung des Stromverbrauchs im Stand-by-Modus an anderer Stelle. Letztendlich werden als Bauteile für die vorbeschriebene Ausgestaltung nur ein MOSFET sowie ein Widerstand benötigt.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem Regelkreis des Schaltnetzteils zwei oder auch mehrere derartige schaltbare Spannungsteiler zugeordnet sind. Diese sind typischerweise in Reihe geschaltet. Die elektronischen Schalter dieser schaltbaren Spannungsteiler sind an die Steuerlogik des elektrischen Verbrauchers angeschlossen. Durch die Steuerlogik des elektrischen Verbrauchers können sodann durch unterschiedliche Beeinflussung der Feedbackspannung des Schaltnetzteils an dem Eingang des Verbrauchers unterschiedliche Spannungen etwa für unterschiedliche Betriebszustände bereitgestellt werden. Hierdurch kann eine Energieverbrauchseinsparung auch für andere Betriebsmodi erfolgen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1: Ein schematisiertes Blockschaltbild einer Anordnung umfassend ein Schaltnetzteil und einen daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher und
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2: ein schematisiertes Blockschaltbild einer Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassend ein Schaltnetzteil und einen daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher.
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Ein primär getaktetes Schaltnetzteil 1 verfügt über die üblichen Komponenten eines solchen Schaltnetzteils in seinem Primärkreis und seinem Sekundärkreis mit einer Regelschaltung 2 (Regelkreis), von der ein Teil in 1 gezeigt ist. Die übrigen Bestandteile des Schaltnetzteils 1 einschließlich Übertrager und Optokoppler sind zusammengefasst in dem Modul 3 enthalten. Das Schaltnetzteil 1 verfügt über einen Eingang 4, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zum Einspeisen von Netzspannung vorgesehen ist. Von der Regelschaltung 2 zum Regeln der Leistung des Schaltnetzteils, welche Regelschaltung 2 auch als Feedback-Schaltung angesprochen werden kann, sind in 1 zwei Widerstände 5, 6 und die an die elektrische Verbindung der beiden Widerstände 5, 6 angeschlossene Leitung 7 für die Referenzspannung, typischerweise 2,5 V, dargestellt. Die Ausgänge des Schaltnetzteils 1 sind in 1 mit den Bezugszeichen 8, 8.1 gekennzeichnet, wobei der Ausgang 8.1 zum Anlegen an Masse GND vorgesehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schaltnetzteil 1 konzipiert, eine nominale Ausgangsspannung von 12 V bereitzustellen. Diese kann an den Ausgängen 8, 8.1 abgegriffen werden. Mithin dienen die Ausgänge 8, 8.1 zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers, um diesen mit der für seinen Betrieb notwendigen elektrischen Energie zu versorgen.
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Die in 1 gezeigte Anordnung umfasst des Weiteren einen elektrischen Verbraucher 9, bei dem es sich letztendlich um jedweden elektrischen Verbraucher handeln kann. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher 9 um ein hintergrundbeleuchtetes Display eines Steuergerätes eines Gebäudeinstallationssystems. Von dem elektrischen Verbraucher 9 sind nur zwei Module dargestellt, und zwar das Display 10 und eine als Mikrocontroller ausgeführte Steuerlogik 11. Elektrisch verbunden sind die Stromversorgungseingänge des Verbrauchers 9 mit den Ausgängen 8, 8.1 des Schaltnetzteils 1.
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Angeschlossen an die Regelschaltung 2 und damit funktional mit diesem zusammenhängend ist an den Spannungsteiler der Regelschaltung 2 ein schaltbarer Spannungsteiler 13 angeschlossen. Dieser umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Widerstand 14 und einen MOSFET 15 als elektronischen Schalter. Der Eingang des schaltbaren Spannungsteilers 13 ist an den Ausgang 8.1 des Schaltnetzteils 1 angeschlossen. Der Ausgang 16 des Spannungsteilers 13 ist auf Masse GND gelegt. Damit ist der Ausgang 8.1 des Schaltnetzteils 1 über den schaltbaren Spannungsteiler 13 auf Masse GND gelegt. In Abhängigkeit von der Schaltstellung des MOSFET 15 fließt ein Strom entweder über den MOSFET 15 oder über den Widerstand 14. Mit dem schaltbaren Spannungsteiler 13 ist die durch die Regelschaltung 2 bereitgestellte Regelspannung (Feedbackspannung), auf deren Grundlage das Schaltnetzteil 1 hinsichtlich seiner Leistung arbeitet, veränderbar. Da der Innenwiderstand des MOSFET 15 gegenüber demjenigen des Widerstandes 14 vernachlässigbar klein ist, wird in der einen Schaltstellung des MOSFET 15, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wenn dieser durchgeschaltet ist, eine Feedbackspannung erzeugt, damit am Ausgang des Schaltnetzteils 1 die nominale Ausgangsspannung (12 V) abgegriffen werden kann. Ist der MOSFET 15 nicht durchgeschaltet, fließt der Strom über den Widerstand 14 mit der Folge, dass das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers der Regelschaltung 2 geändert worden ist und zwar in einer Art und Weise, dass die Leistung des Schaltnetzteils 1 reduziert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass durch den Widerstand 14 die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 1 um etwa 50% abgesenkt wird und sodann an seinem Ausgang 8 etwa 6 V anliegen. Mithin wird durch diese Maßnahme mit einfachsten Mitteln das Schaltnetzteil in einen Betriebszustand mit nicht unerheblich verringerten Energieverlusten gebracht.
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An den Steuereingang 17 des MOSFET 15 ist eine Steuerleitung 18 der Steuerlogik 11 angeschlossen. Über die Steuerleitung 18 kann der MOSFET 15 von der Steuerlogik 11 angesteuert werden. Mit derselben Steuerleitung 18 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Steuerlogik 11 mit dem Display 10 als eigentlichen elektrischen Verbraucher verbunden. Die zwischen der Steuerlogik 11 und dem Display 10 befindliche Steuerleitung 18 dient zum Zwecke des Schaltens der Hintergrundbeleuchtung des Displays 10. Daher kann bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem einzigen Steuerbefehl die Hintergrundbeleuchtung im Display 10 abgeschaltet und der MOSFET 15 und damit der Spannungsteiler 13 geschaltet werden. Wird die Hintergrundbeleuchtung des Display 10 ausgeschaltet, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der MOSFET 15 des Spannungsteilers 13 geschaltet, damit nach dem Schaltvorgang die vorbeschriebene Spannungsabsenkung erfolgt und ausgangsseitig am Schaltnetzteil 1 eine geringere Spannung anliegt, sodass dem elektrischen Verbraucher 9 nur eine entsprechend reduzierte Spannung zur Verfügung steht. Wird die Hintergrundbeleuchtung des Displays 10 abgeschaltet, ist dieses gleichbedeutend damit, dass sich der elektrische Verbraucher 9 in den Stand-by-Modus gebracht ist. Die durch Absenken der Eingangsspannung am elektrischen Verbraucher 9 im Wege der vorstehend beschriebenen Beeinflussung des Betriebs des Schaltnetzteils 1 von etwa 6 V ist ausreichend, um die notwendigen Überwachungsfunktionen, die in 1 nicht näher dargestellt sind, ausführen zu können. Gleichwohl hat sich die Energieaufnahme der dargestellten Anordnung im Stand-by-Modus mit abgesenkter Eingangsspannung am Verbraucher 9 um mehr als 30% verringert. Damit sind die Stand-by-Verluste nicht unerheblich reduziert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel konnte der Energieverbrauch im Stand-by-Modus auf weniger als 0,8 W gesenkt werden, und zwar von ursprünglich von etwa 1,1 bis 1,2 W.
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Aus der vorbeschriebenen Konzeption wird deutlich, dass der Mehraufwand zum Realisieren der vorbeschriebenen Verringerung von Stand-by-Verlusten nicht sonderlich hoch ist und dieses Konzept daher für zahlreiche und unterschiedliche Anwendungen geeignet ist.
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Unter Bezug auf 1 ist die Erfindung im Zusammenhang mit einer Anordnung umfassend ein Schaltnetzteil, einen elektrischen Verbraucher sowie die als schaltbarer Spannungsteiler konzipierten Spannungsabsenkungsmittel beschrieben worden. Die Beschreibung macht jedoch deutlich, dass der schaltbare Spannungsteiler zusammen mit dem Schaltnetzteil alternativ zusammen mit dem Verbraucher eine Einheit bilden kann, an die sodann die jeweils fehlende Einheit (elektrischer Verbraucher bzw. Schaltnetzteil) angeschlossen werden kann.
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2 zeigt in einer Weiterbildung eine Anordnung, die prinzipiell aufgebaut ist wie diejenige der 1. Daher sind in 2 gleiche Komponenten mit denselben Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet. Die Anordnung der 2 unterscheidet sich von derjenigen der 1 darin, dass anstelle eines einzigen schaltbaren Spannungsteilers zwei schaltbare Spannungsteiler 13, 13.1, in Reihe hintereinander geschaltet, der Regelschaltung 2 des Schaltnetzteils 1 zugeordnet sind. Die MOSFETs 15, 15.1 der beiden Spannungsteiler 13, 13.1 sind jeweils über eine eigene Steuerleitung an die Steuerlogik 11 angeschlossen, so dass die Spannungsteiler 13, 13.1 bzw. deren MOSFETs 15, 15.1 unabhängig voneinander geschaltet werden können. Auf diese Weise können die Widerstände 14, 14.1 der beiden Spannungsteiler 13, 13.1 geschaltet werden, so dass auf diese Weise die durch die Regelschaltung 2 bereitgestellte Feedbackspannung drei unterschiedliche Niveaus aufweisen kann. Für die Beeinflussung der Feedbackspannung und somit für die Änderung des Teilungsverhältnisses des Spannungsteilers in der Regelschaltung 2 wird entweder der Widerstand 14 oder der Widerstand 14.1 oder es werden beide Widerstände 14, 14.1 in diesen Ast des Spannungsteilers der Regelschaltung 2 eingeschaltet.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde ein primär getaktetes Schaltnetzteil 1 als Teil der jeweiligen Anordnung genannt. Die Vorteile der Erfindung können jedoch auch mit anderen aktiv regelbaren Netzteilen erzielt werden. Daher ist der im Rahmen dieser Ausführungen und im Rahmen der Ansprüche benutzte Begriff ”Schaltnetzteil” als Synonym für sämtliche aktiv regelbare Netzteile zu verstehen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung verwirklichen zu können, ohne dass dieses im Einzelnen dargelegt werden müsste.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltnetzteil
- 2
- Teil einer Regelschaltung
- 3
- Modul
- 4
- Eingang
- 5
- Widerstand
- 6
- Widerstand
- 7
- Leitung
- 8, 8.1
- Ausgang
- 9
- elektrischer Verbraucher
- 10
- Display
- 11
- Steuerlogik
- 12, 12.1
- Stromversorgungseingang
- 13, 13.1
- Spannungsteiler
- 14, 14.1
- Widerstand
- 15
- MOSFET
- 16
- Ausgang
- 17
- Steuereingang
- 18
- Steuerleitung
- GND
- Masse
