DE202011106228U1 - Isolierendes Minimalnetzteil - Google Patents

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Abstract

Isolierendes Minimalnetzteil nach beigefügtem Schaltungsdiagramm, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulstransformator die durch einen Hochvolt-Eingangskondensator am Stromnetz nahezu verlustfrei begrenzten Entladungsimpulse eines Hochvolt-Speicherkondensators im Hochlauf der Netzhalbphase über eine DIAC-Vierschichtdiode induktiv auf den Sekundärkreis mit Gleichrichter und Pufferkondensator zur Glättung der Ausgangsspannung überträgt

Description

  • Stand der Technik:
  • Es gibt inzwischen Schaltnetzteile die im 100-mW-Bereich noch über 50% Effizienz bieten im Unterschied zu linearen Netzteilen, die bereits mehr als 400 mW Transformatorverluste aufweisen. Unterhalb dieser Last aber nimmt auch bei den besten Schaltnetzteilen die Effizienz rapide ab und im Leerlauf ist eine Leistunsaufnahme von 30mal kaum zu unterbieten. Kondensatorbasierte Schaltnetzteile kommen bestenfalls auf 20 mW Leerlauf-Leistungsaufnahme. Internationale Eneriesparnormen streben einen Leerlaufverbrauch unter 10mal an, der mit herkömmlichen Schaltunskonzepten nicht oder nur durch einen Schlafmodus realisiert werden kann, aus dem sie aber nur durch ein externes Wecksignal wieder herausgeholt werden können, das seinerseits eine separate Versorgung benötigt.
  • Es besteht allerdings durchaus eine Bedarfslücke an Netzteilen bzw. auch netzgespeisten Hilfsspannungsquellen im Bereich unterhalb von 10 mW, etwa für die Bereitschaftsmodi von Netz- und Ladeteilen, für die Versorgung von dezentral verteilten stationären Sensornetzwerken bei Alarmanlage, in der Gebäudeautomation, der Medizin- und Industrie-Elektronik sowie für den Standby von Geräten der Unterhaltungs- und Koummikationselektronik usw.
  • Diesem Bedarf an netzisolierten, effizienzoptimierten Minimalstromversorgungen kommt die hier angemeldete Erfindung entgegen. Auf der Basis von hochisolierenden Impulsübertragern, wie sie für die Isolation von Kommunikationsnetzwerken angeboten werden und von DIAC-Vierschicht-Dioden, wie sie in Phasen-Anschnitt-Dimmern auf TRIAC-Basis üblich sind, können praktisch verlustlos durch Hochvolt-Kondensatoren begrenzte Burstimpulse aus der Netzwechselspannung in Wechselwirkung mit der Induktivität des Impulstrafos und einem Hochvolt-Speicherkondensator generiert werden, die im Sekundärkreis des Impulstrafos über eine Diodenbrücke gleichgerichtet und von einem Pufferkondensator geglättet werden. Je nach Lastanforderung am Ausgang kann dessen Spannung und Leistungsabgabe variieren oder durch einen nachgeschalteten Linear-Spannungsregler stabilisiert werden.
  • 1 zeigt das Schema einer solchen Schaltung:
    Darin ist AC die Netzspannungsquelle und C1 der begrenzende Eingangskondensator. Während die Spannung an C2 steigt, kommt es bei ca. 32 Volt zum Durchbruch des DIACs D, was zu einem Entladungsimpuls über die Primärwicklung des Impulstrafos TR führt. Ein weiterer Anstieg der Kondensatorspannung durch die weiter anschwellende Netzhalbphase führt zu weiteren Entladungsimpulsen, bis die Scheitelspannung der Netzhalbphase (bzw. deren ersten Ableitung) erreicht wird, und die Impulssalve versiegt. Die Diodenbrücke BR führt die gleichgerichteten Impulse dem Pufferkondensator C3 zu, der die Ausgangsspannung über dem Lastwiderstand RL glättet. Bei veränderlicher Ausgangslast kann bedarfsweise ein Linear-Spannungsregler dem Pufferkondensator in hinlänglich bekannter Weise nachgeschaltet werden. Derartige Regler werden mit minimalen Regelungsverusten als integrierte Schaltkreise angeboten z. B. ein MCP1702 für verschiedene feste Ausgangsspannungen mit einem Regelungsverlust von 0,4 μW.
  • Experimentell wurde in einem Schaltungsaufbau bei Lastwiderständen zwischen 4,7 kOhm und 47 kOhm eine Ausgangspannung zwischen 2 V und 4 V erzeugt mit einer maximalen Ausgangsleistung von knapp 0,8 mW. Eine Leistungsaufnahme aus der Netzspannung konnte wegen Unterschreitung der Messauflösung von 1 mW nicht gemessen werden.

Claims (2)

  1. Isolierendes Minimalnetzteil nach beigefügtem Schaltungsdiagramm, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulstransformator die durch einen Hochvolt-Eingangskondensator am Stromnetz nahezu verlustfrei begrenzten Entladungsimpulse eines Hochvolt-Speicherkondensators im Hochlauf der Netzhalbphase über eine DIAC-Vierschichtdiode induktiv auf den Sekundärkreis mit Gleichrichter und Pufferkondensator zur Glättung der Ausgangsspannung überträgt
  2. Isolierendes Minimalnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei veränderlicher Ausgangslast ein Linear-Spannregler nachgeschaltet wird.
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