DE2063314A1

DE2063314A1 - Wechselstromnetzteil zur Gleichstrom Versorgung eines Verbrauchers

Info

Publication number: DE2063314A1
Application number: DE19702063314
Authority: DE
Inventors: Jack Alvin Raleigh N.C; Ottaway Gerald Howard Pleasant Valey N.Y.;(V St.A.). P Dickerson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-08-12
Also published as: GB1315020A; FR2071965B1; FR2071965A1; DE2063314B2; NL7018545A; JPS4949461B1; CH519821A; SE366177B; FR207196A; BE757746A; ES385999A1; US3596369A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 17. Dezember 1970 ar-hn

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket RA 9-69-015

Wechselstromnetzteil zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers

Diese Erfindung betrifft ein Wechselstromnetzteil, dessen Eingang vom Ausgang isoliert ist zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers.

Derartige Netzteile wandeln eine aus dem allgemeinen Versorgungsnetzwerk bzw. aus sonstigen Stromquellen als Speisespannung zur Verfügung stehende Wechselspannung, die vorzugsweise ein- oder mehrphasig ist, die aber auch eine pulsierende bzw. wellenförmige Spannung sein kann, in eine für den mit Gleichstrom zu speisenden Verbraucher in eine geeignete Gleichspannung um,

Netzteile, deren Eingangs Seite galvanisch von der Aus gangs seite getrennt sind, werden vorzugsweise in Datenverarbeitungsanlagen, elektronischen Bürogeräten, oder auch in Steuerungsschaltungen, meistens in Verbindung mit

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Filtern verwendet, wo möglichst verhindert werden soll, daß die im Speisenetz vorhandenen Störspannungen, die sehr hohe Spannungswerte aufweisen können, gar nicht oder doch stark gedämpft über das Stromversorgungsgerät in die empfindlichen Schaltungskreise gelangen, wo sie schädliche Fehlfunktionen auslösen oder die Beschädigung hervorrufen könnten.

Die Versorgung von Gleichstromverbrauchern aus dem Wechselstromnetz ist in der Technik an sich nicht neu. In den bekannten Stromversorgungsgeräten liefert in der Regel ein Spar- oder ein Trenntransformator die gewünschte Spannung, welche anschließend durch geeignete Gleichrichter in Gleichstrom gewandelt wird. Nach der Glättung des meistens einen starken 100 Hz Brumm aufweis enden Stromes in aufw endigen Filtern kann dieser dem Verbraucher zugeführt werden. Obwohl bei den Netzteilen, in denen Trenn- oder Isoliertransformatoren verwendet werden, keine galvanische Verbindung zwischen den Eingängen und den Ausgängen besteht, werden die hochfrequenten Störsignale infolge kapazitiver und/oder induktiver Kopplung übertragen.

Wenn die Verbraucher insbesondere große Gleichströme bei geringer Spannungshöhe benötigen, wie dies bei den elektronischen Schaltkreisen, die Transistoren enthalten der Fall ist, dann weist ein solches Stromversorgungsgerät wesentliche Nachteile auf. Darunter fällt vor allem, daß der Transformator relativ teuer ist, daß er schwer ist und daß er außerdem viel Platz beansprucht.

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Allstrom-Netzgeräte, die keine Transformatoren enthalten, sind aus der Radioempfängertechnik bereits bekannt; diese weisen aber eine ungenügende Isolation zwischen dem Versorgungsnetz und dem Verbraucher auf. Auch die Filterung des durch Gleichrichtung entstandenen welligen Gleichstromes in bekannten Stromversorgungsgeräten verlangt verhältnismäßig teure, schwere und platzraubende Drosselspulen und Siebkondensatoren.

Eine andere Methode zur Wandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung durch einen rotierenden Gleichrichter wurde durch die amerikanische Patentschrift 1 829 897 bekannt. Durch den rotierenden Gleichrichter werden gleichzeitig mehrere zugeordnete Kondensatoren auf den Scheitelspannungswert der primären Speise-Wechselspannung aufgeladen, die dann nacheinander über die Verbraucher entladen werden. In einer Veröffentlichung mit dem Titel "Regenerative Regulator Switches with Economy Transistor" in den "Electronic Data News", Ausgabe Mai 1968, wurde eine Schaltungsanordnung für einen Regelkreis bekannt, durch den ein Ausgangs-Kondensator von einer ungeregelten Spannungsquelle aufgeladen wird. Dieser Kondensator wird in Abhängigkeit von den untersten und höchsten Regelpunkten über bestimmte Zeiten von einem Schmitt-Trigger an die Spannungsquelle zu und abgeschaltet. Da die vorstehend als bekannt erwähnten Netzteile, Wandler und Versorgungsschaltungen in den eingangs aufgeführten Anwendungsfällen hinsichtlich der technischen Forderungen und der wirtschaftlichen Belange nicht vollständig befriedigend sind, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Netzgerät bzw. einen Wechselspannungs/Gleichspannungswandler zu schaffen, insbeson-

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dere zur Hochstromversorgung von Verbrauchern bei einer niedrigen Gleichspannung. Bezüglich des neu zu schaffenden Netzteiles bestehen die Forderungen, daß er im Vergleich zu den bekannten Stromversorgungsgeräten kleinere Bauabmessungen und .ein geringeres Gewicht aufweist durch Ersatz der bisher üblichen schweren Transformatoren und durch eine Verminderung der Siebdrosseln durch andere Bauelemente bzw. Schaltungskreise. Eine wesentliche Forderung ist, daß eine sehr gute Isolation und Trennung der Lastkreise der Verbraucher von dein primären Speisekreis gegeben ist, der meistens das allgemeine Versorgungsnetz ist, so daß mit Sicherheit eine Potentialverschleppung oder eine Stör signalübertragung in beiden Richtungen verhindert . wird. Das transformatorlose Netzteil soll so ausgelegt sein, daß die Ausgangs-Gleichspannung nur eine geringe Restwelligkeit hoher Frequenz aufweist, die im Bedarfsfall leicht durch kleinere Filter zu beseitigen ist. Weitere Forderungen sind, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, um die Gleichspannung konstant zu halten, unabhängig von Schwankungen der Verbraucherlast und/oder Schwankungen der Eingangs spannung. Außerdem soll der Wirkungsgrad des neuen Netzteiles bzw. Wandlers gegenüber den bekannten Ausführungen günstiger sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Netzteil zur Aufladung eines Ladekondensators während eines Teils einer Halbwelle der Eingangsspannung ein phasengesteuerter Vorregler vorgesehen ist, daß mehrere Pufferkondensatoren mit jeweils zugeordneten, durch wenigstens einen Folgesignalgeber gesteuerten Ladeschaltern und Entlade schaltern vorgesehen sind,

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daß die Pufferkondensatoren durch die Ladeschalter mit dem Ladekondensator und mit einer konstanten Verzögerung durch die Entladeschalter mit dem Verbraucher verbindbar sind, so daß sich keine galvanische Verbindung zwischen Ladekondensator und Verbraucher ergibt, und daß die Schaltfolge der Lade- und Eniladeschalter so_gewählt""ist, daß die Pufferkondensatoren nacheinander geladen und so entladen werden, daß wenigstens am Ende einer Entladung eines Pufferkondensators die Entladung eines anderen Pufferkondensators folgt.

Die vorliegende Erfindung weist einen Weg zur Versorgung von Verbrauchern mit niedrig gespanntem Gleichstrom aus dem Wechselstromnetz ohne daß im Netzteil Transformatoren und große Siebdrosseln benötigt werden. Auch die Isolation des Verbrauchers vom Wechselstromnetz ist gewährleistet. Außerdem können beim neuen Netzteil die Dimensionen um 60-70%, das Gewicht um 10-20% vermindert werden. Dies hat zur Folge, daß sich auch die Herstellungskosten verringern, insbesondere durch die Verwendung der in Pestkörpertechnik ausgeführten Schalter- und Regelkreise.

Bei dem erfindungsgemäßen Netzteil wird die Spannungswandlung von einer relativ hohen Netzspannung in eine niedrige Gleichspannung dadurch erreicht, daß bei einer als Speisespannung dienenden Wechselspannung jeweils in dem Teil einer Spannungshalbwelle die Aufladung des Ladekondensators beginnt, in der sich die Spannung vermindert, oder in anderen Worten erläutert, indem die Halbwelle eine negative Flanke aufweist, und zwar bei einem Spannungspegel, der etwas über der Nennspannung der Ausgangs-Gleichspannung liegt. Der

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Beginn der Aufladung und die Aufladung des Ladekondensators werden von einem Torschalter und einer zugeordneten Steuerschaltung im Yorregler ge- ' steuert. Je nach der gewünschten Spannungshöhe der Ausgangs-Gleichspannung beginnt die Aufladung früher oder später. Die Spannungswandlumg ist somit vom Phasenwinkel der Speisespannung abhängig steuerbar.

An den Ladekondensator werden nacheinander eine Anzahl kleinerer Pufferkondensatoren angeschaltet, die sich dabei aufladen. Anschließend werden sie wieder vom Ladekondensator getrennt und nacheinander zur Entladung an den Verbraucherkreis geschaltet und zwar so schnell aufeinanderfolgend, daß sich ein Gleichstrom ergibt, der nur eine geringe Welligkeit hoher Frequenz aufweist, die durch relativ kleine Filter zu beseitigen ist. Schwankongen der Netz-Speise spannung oder der Verbraucherlast können durch verschiedenartige Regelungen, die entweder die Länge der Ladeimpulse für den Ladekondensator ändern, oder die auf den Ladezustand der Pufferkondensatoren einwirken, ausgeglichen werden.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Netzteiles wird im folgenden anhand von Zeichnungen (Fig. 1 bis 7) ausführlicher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1: ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromver s or gung s-

gerätes,

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Fig. 2: eine Schaltungsanordnung des Vorreglers im Stromversorgungsgerät nach Fig. 1,

Fig. 3: ein Schaltbild einer weiterentwickelten Ausführung eines Vor-

reglers nach Fig. 2 mit einer Rückkopplungs-Regelung der Ladeimpulse des Ladekondensators,

Fig. 4: ein Impulsdiagramm der taktabhängigen Signale eines Folgesignalgebers zur Steuerung der Lade- und Entladeschalter für die Pufferkondensatoren,

Fig. 5: einen Aus gangs spannungs regler, in welchem die Ladung eines

jeden Pufferkondensators unabhängig überwacht wird,

Fig. 6: einen anderen Ausgangs spannungs regler, in welchem durch die

Überwachung der Aus gangs spannung die Verbindung der Puffer kondensatoren zur Quelle gesteuert wird .und

Fig. 7: ein Beispiel für einen Schalter, der in dem Versorgungsteil

benutzt werden kann.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält einen Vorregler 10, der die übliche Netzspannung von 110 V Wechselstrom durch Gleichrichtung in eine niedrigere pulsierende

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Gleichspanriung wandelt. Der Vor regler 10, der später genauer beschrieber), wird, dient zur Wahl des Punktes auf "dem;abfallenden

Teil der Netzspannung, an welchem die Leitung zur Aufladung mit dem Ladekondensator 11 verbunden wird,. Die Hochstspamiung, auf welche der Kondensator 11 bei jedem Zyklus der Netzfrequenz geladen wird, wird dadurch gesteuert, dass der Vorrcgler 10 den Zeitpunkt und die Dauer der Verbindung des Kondensators 11 mit dem Stromnetz bestimmt. Mehrere Pufferkondensatoren 13A, 13B, . , . ,von denen 4 in Fig. 1 angedeutet sind, können an. den Ladekondensator 11 durch zweipolige Schaller 14A, 14B ... angeschlossen werden, Die Kondensatoren 13 können aussex'dem durch zweipolige Sci^IteivASA-r—lS-B,,-^, ajo_eineii. stromkreis 16 angeschlossen werden, um Strom an einen Verbraucher 17 zu liefern. Die Schalter 14 und 15 werden durch den Folgeschalter 20 gesteuert, der einen Pufferkondensator 13 "mit dem Ladekondensator 11 zur Aufladung und einen anderen Kondensator, mit der Verbraucherleiiung 16 zur .Entladung über den Verbraucher 17 verbindet. Die Schalter 14 werden ausserdem durch einen Spannungsregler 21 gesteuert,- der die Spannung begrenzt, auf welche die Kondensatoren 13 vom Ladekondensator 1] aufgeladen werden.

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Ein Ausführungsbeispiel des Vorreglcrs 10 ist in Fig. 2 genauer gezeigt. Mit den Anschlüssen 25 ist eine Wechselstromquelle oder vorzugsweise eine Zweiweggleichrichter-Stromquelle verbunden. Ein Kondensator 26 über den Anschlüssen und eine kleine Induktivität 27 in Reihe mit dein oberen Anschluss bilden ein Leitungsfilter, um die Uebertragung von Schaltvorgängen im Vorregler auf die Speiseleitung so klein wie möglich zu halten.

Das andere Ende der Induktivität 27 ist mit der Anode eines

der als Torschalter 28 dient, gesteuerten Silizium-Gleichrichters (SCR) verbunden, dessen Kathode an eine Seite des Ladekondensators 11 angeschlossen ist. An dun unteren Anschluss 25 ist die andere Leitung des Kondensators H dircivt^jag^ischlossen. pieJS^uerspaiinung des Gleichrichters 28 v/ird so eingestellt, dass der Zündpunkt des Gleichrichters in Bezug atif den Wechsels-lrom-Phasenwinkel festgelegt und dadurch die Ilöchstspannung bestimmt wird, auf welche der Kondensator 11 geJaden v/ird. Die Steuerung des Gleichrichters 28 erfolgt über einen anderen Gleichrichter 30, dessen Anode mit dem rechten Ende der Induktivität 27 und dessen Kathode über einen Widerstand 31 mit der Kathode einer Zenerdiode 32 verbunden ist, deren Anode wiederum mit dorn unteren Anschluss 25 in Verbindung steht. Die

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Kathodenspannung der Zenerdiode 32 folgt somit der Eingangs- spannung bis zum Durchbruch der Zenerdiotlc, bleibt dann im wesentlichen konstant bis zum Abfall der Eingangsspanrumg auf den Nennwert der Zenerdiode und folgt dann, wieder <äcx Eiugangsspannung. Eine Diode 33, ein Widerstand 34 und ein Kondensator -35-in Reihe über der Zenerdiode 32 liefern eiaie zyklisch verzögerte Spannung am Verbindungspunkfc von'-Widexs'tand 34 und Kondensator 35. Diese verzögerte Spannung wird auf die Anode eines einstellbaren Unipolai-transistors 36 mit einem sieuemden PN-Uebergang gegeben, dessen.Steuerelektrode mit der Kathode 'der Zenerdiode 32 verbunden ist. Der TrausiEtor 36 ist einem gesteuerten Silizium-Gleichrichter ähnlich. Auf Grund seiner Kennlinie wird jedoch der Beginn des StromULusses solange verhindert, bis die Anodenspamiung ungefähr 1/2 V höher ist als die Steuerspaiinung. Ein derartiger Transistor wird, von der General Electric Company unter der Typenbezeiclincng D131"i vertrieben.

Aus der dargestellten Schaltung geht hervor, dass mit steigender Eingangs spannung die Anodcnspannung des Transistors 36 hinter der Spannung der Steuerelektrode herläuft mud diese Beziehung

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wird aufrechterhalten, bis etwa am Ende des SpannungsZyklus an den Anschlüssen 25 die Eingangs spannung unter die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 32 absinkt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Spannung an der Kathode der Zenerdiode und an der Steuerelektrode des Transistors 36 abzufallen und wird kurz unter die Anoden spannung sinken, die durch den Kondensator 35 gehalten wird. Wenn diei'Spannurig^zwiseites-HSteuerelcktrode und Anode das Zündpotential erreicht, beginnt der Transistor 36 zu leiten und entlädt den Kondensator 35 über den Widerstand 37, der an seine Kathode angeschlossen ist. Diese !Entladung erzcu«t einen scharfen Impuls im Kaihodenkreis und dieser Impuls wird über einen Kondensator 38 an die Steuerelektrode des Gleichrichters 28 geleitet, so dass dieser zündet und den Kondensator 11 neu lädt. Diese Operations folge läuft in jedem Zyklus der Eingangs spannung ab und dient dazu, die Ladung des Kondensators Il auf einer Spannung zu halten, die durch die Betriebsdaten der Zenerdiode 32 festgelegt ist.

Da die kleiii^ste Spannung, bis zu welcher der Ladekondensator zwischen den Lade-Zyklen entladen wird, von der bezogenen

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Verbraucherleistung abhängt,, kann zur Verbesserung der Vorregelung eine andere Schaltung vorgesehen werden, die in Fig. 3 gezeigt ist. Dieser Vorregler hält die Spannung annähernd konstant, aui welche der Ladekondensator JI unter/ allen Belastungsbedingungen geladen ist und verbessert ' wesentlich den Wirkungsgrad der gesamten Schaltung» Die in Fig, 3 gezeigte Schaltung von den Eingangsanschlüssen. 25 bis zur Zenerdiode 32 und die Steuer schaltung fü± den Gleichrichter 28-mit der Diode 33 gleichen der in Fig, 2 gezeigten Schaltung, jedoch v/erden über die Zenerdiode 32 zwei Widerstände 41 und , 42 in Reihe gelegt, wobei die Anode der Diode 33 an deren Vorbindungspunkt geschlossen ist. Der niedrigere Widerstand 42 ist durch einen photoernpfindlichen Widerstand 43 überbrückt» Eine Licht emittierende Diode 44 ist an den Ladekondensator Il gelegt und optisch mit dem Photowiderstand 43 gekoppelt. Diese optisch gekoppelie Photowiderstandsanordnuiig kanu im Handel von der Monsanto Company unter der Bezeichnung MCRl bezogen werden.

Im Betrieb wirken die Widerstände 41, 42 und 43 als Spannungsteiler und geben einen Teil der Zenerdiodenspannung an die

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Triggerschaltung des Gleichrichters 28. Der Teil der eingelegten Spannung hängt vom Widerstandswert des Widerstandes 42 ab und dieser wird wiederum durch die Spannung am Ladekondensator 11 bestimmt. Das wirkt sich so aus, dass beim Ansteigen der · Spannung am Kondensator 11 die Diode 44 mehr Licht abgibt, den Widerstandswert des Widerstandes 42 senkt und dadurch die an die T rigger schaltung des Gleichrichters 28 geleitete Spannung reduziert. Diese Spannungsreduktion in der Triggcrschaltung verzögert den Zündzeitpunkt des Gleichrichters 28 und reduziert dadurch die an den Kondensator 11 gelegte Spannung. Wenn die Ausgangsspannung absinkt, dann wird die ungekehrte Aktion eingeleitet. Diese Art der Rückkopplung kann so eingestellt werden, dass die Durchschniltsspanming des Kondensators 11 im wesentlichen von dem vom Verbraucher bezogenen Strom unabhängig ist.

Die Schalter 14" und 15 in Fig. 1 können herkömmliehe Strom-' schalter sein, wie z.B. ein Loistungslransistor, dessen Basis entsprechend der Schaltfuuktion gesteuert wird. Im allgemeinen erfüllen diese Schalttransistoren jedoch nicht die handelsüblichen Anforderungen bezüglich Isolaiion, Unter bestimmton i'ehler-

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bedingungen können nämlich Vc rs or gungs leitung und Verbraucherkreis miteinander in Vex-bindung gelangen. Daher wird vorzugsweise ein isolierter Schalter verwendet, in. welchem der Stcucrkreis vom geschalteten Stromkreis getrennt ist. Schalter, die durch emittiertes Licht gesteuert werden, sind zwar* bekannt, jedoch nicht hinreichend entwickelt* um Ströme der Grosse und bei einer Spannung zu schalten, wie sie in handelsüblichen Anlagen benötigt werden.

Der in Fig, 7 gezeigte Schalter hat sich für die vorliegende Stromversorgung als geeignet erwiesen. Dieser Schalter verfügt über einen Leistungstransistor 50 und eine Diode 49 als Hauptschalter im geschalteten Stromkreis und eine Zenerdiode 51, die über den Transistor 50 gelegt ist, um schädliche Spannungsspitzen abzuleiten, sowie über eine Schaltung zur Steuerung des StrorniLusscs über die Basiselektrode. Die liasisstesuerscisaltung um fa.ö st die Sekundär spule 52 eines kleinen Transformators in Reihe mit einer Diode 53 und einem. Kondensator 54« Die Basis des Transistors 50 ist mit dein Verbindungspunkt zwischen Diode 53 und Kondensators 54 verbunden und über einen "Widerstand 55

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■als Kondcnsator-Eiitladekreis an den eigenen Emitter gelegt. Dor Emitter des Transistors 50 ist ausscrdcm noch mit der anderen Leitung des Kondensators 54 verbunden. Durch diese Schaltung wird eine Wechselspannung in der Sekundärspule 52 gleichgerichtet und die resultierende Gleichspannung an die Basis des Transistors 50 gegeben, um den Stromfluss durch diesen Transistor 50 freizugeben. Wenn die Wechselspannung weggenommen wird, entlädt sich der Kondensator 54 über den Widerstand 55.und der Stromfluss endet. Die Wechselspannung in der Sekundärspule 52 wird von einem intermittierenden, durch die Primärwicklung 57 des Transformators Jliessenden Strom erzeugt. Dieser intermittierende Strom seinerseits ist über eine übliche Schaltung, die einen Unipolartransistor mit steuerndem PN-Uebergang umfasst, von einem den Schalter auslösenden Potential abgeleitet. Diese Schaltung umfasst einen Widerstand 58 von einem Anschluss positiver Spannung zur Anode des Transistors 59, wobei dessen Kathode über die Primärwicklung 57 mit einem negativen Spannungspol verbunden ist. Ein Widerstand 60 und ein Kondensator 61 sind in Reihe zwischen die Anschlüsse für positive und negative Spannung gelegt und ihr Verbindungspunkt

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ist an die Steuerelektrode des Transistors 59 angeschlossen. In dieser Schaltung beginnt der Strom durch den Transistor 59 ' zu fliessen, wenn die Steüerspannung auf einen gegebeiien Punkt ansteigt, fliesst weiter, während die Steuerspaianung aufgriind der Entladung des Kondensators 61 abfällt und hört auf, wenn die Steuer spannung einen niedrigeren Grenzwert erreicht. Der Kondensator 61 beginnt sich dann wieder aufzuladen, bis seine Spannung hoch genug ist, um die Wiederholung des oben beschriebenen Zyklus einzuleiten.

Die Schalter 1-1 und 15 werden so gesteuert, dass sie der Reihe nach abwechselnd die Pufferkondensatoren 13 mit dem Ladekondensator 11 und mit dem Verbraucherkreis 16 verbinden, so dass immer ein Pufi'erkondeiisator 13 mit dem Verbraucher verbunden ist.· Die SchaUfolge wird durch den Folgeschalter 20 in Fig. 1 gesteuert, der in regelmässigem Zyklus während eines ersten Zeitraumes einen Schalter 14 zum AufJaden eines Kondensators 13 aus dem Ladekondensator 11 schliesst, den Schalter 14 während eines zweiten Zeitraumes öffnet, den zu dem aufgeladenen Kondensator 13 gehörigen Schalter 15 schliesst, um den Kondensator

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über den Verbraucher 17 während eine« dritten Zeitraumes zu entladen,-und schliesslich während eines vierten. Zeitraumes den Schalter 15 wieder öffnet. Die Zyklen für die Pufferkondensatoren 13A, 13B, 13C . . . sind so abgestuft, dass jeweils nur ein Kondensator zu einem'gegebenen Zeitpunkt mit dem Verbraucher verbunden ist.

Es wurde festgestellt, dass man die beste Glättung und leichteste Filterung der Ausgangsspannung mit den höchsten Schaltfrequenzen erhält. Bei hohen Frequenzen schalten jedoch die grösseren, zum Führen der grossen Ströme erforderlichen Bauteile nicht sauber und es muss bezüglich der Frequenz ein Kompromiss geschlossen werden. Eine zufriedenstellende Ausgangsleistung ergibt sich bei einer Schaltirequenz von 1000 - 5000 Hertz. Fig. 4 zeigt die Aucgangssignale des Schalters 2Ö und-.daraus ist zu ersehen, dass der Zyklus in acht Teile (die doppelte Anzahl der Pufferkondensatoron) unterteilt ist. Der Schalter 15 eines jeden Kondensators ist während zweier Zeilräume geschlossen, die Schalter 14 und 15 desselben Kondensators¹ während eines dritten Zeitraumes geöffnet, der

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Schaller 14 dann während 4 Zeiträumen geschlossen und dann sind wieder beide Schalter währenddes letzten Zeilrauines geöffnet. Bei einer Zyklus Versetzung um zwei Zeiträume für die Pufferkondensatoren 13A, 13B ... entlädt sich imiJier ein Kondensator in den Verbraucherkreis 16. Der 4. Zeitraum für das Schliessen des Schalters 14 braucht nicht immer erforderlich zu sein, wurde jedoch in. einigen Ausführungsbeispielen eingeschlossen, um die passende Aufladung eines Pufferkondensators 13 sicherzustellen. Der Folgeschalter kann aus einer konventionellen oszillatorgestcuertcn Ringschaltung bestehen, wie sie. als Taktgeber in Datenverarbeitungsmaschinen verwendet werden,

■ Zur Regulierung der Aus gang s spannung für den Verbrauche rl; reis 16 stehen verschiedene Einrichtungen zur Verfügung und die bewährtesten regeln die auf den Kondensatoren 13 geladene Spannung. In Fig. 5 ist gezeigt, wie die Spannung an einem Kondensator 13 individuell gesteuert wird. Darstellungsgcmäss wird der Schalter 15A direkt, durch das Ausgangssigual T5 vom Folge schalter 20, Schalter 14A jedoch durch, ein Signal aus einem

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UND-Glied 67A sowohl vom Aus gangs signal Tl des Schalters 20 als auch von einem Aus gangs signal 65 einer Vergleicherschaltung 6 6A gesteuert. Letztere dürfte getrennte Ein- und Ausgänge haben und symelrische Oszillatoren verwenden, die du *ch die "Verbraucherspannung bzw. eine Bezugs spannung betrieben werden. Die Spannung am Kondensator 13 wird laufend mit einer Bezugsspannung-auf einer Leitung 68 verglichen. Wenn die Kondensator spannung unter dieser Bezugs spannung liegt, was voraussichtlich nach der Entladung über den Verbraucher zutrifft, dann liegt der Pegel des Ausgangssignals des Vergleichers 66Λ auf der Leitung 65 hoch. Wenn, in der Reihenfolge dann das Signal Tl erscheint, gibt das UND-Glied 67 ein Aus gangs signal ab, welches den Schalter 14 zwecks Aufladung des Kondensators 13 schHessi. Die Spannung am Kondensator 13 wird dauernd weiter überwacht und, wenn sie die Bezugs spannung erreicht, lässt der Vergleichen 66A den Pegel seines AusgangssignaJes auf der Leitung 65 fallen. Nun öffnet der Schalter 14 und beendet dadurch die Aufladung des Kondensators 13. Zur Steuerung der Ladespannung ist eine ähnliche Vorrichtung für jeden Pufferkondensator 13 vorgesehen.

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Diese Regelschaltung kann dadurch weniger Kompliziert gestaltet werden, dass man einen einzigen Vergleicher 66 zur Steuerung aller Schalter 14 benutzt. Bei dieser Schaltungsart wird das Ausgangssignal des einen Vergleichers 66 an alle UND-Glieder 67 geleitet und seine Eingänge werden, von Taktsignalen für die Schalter 14 gesteuert, jeweils an die zugehörigen. Kondensatoren 13 gelegt. Bei dieser Regelsehaltung sollten sich die Aufladungsperioden nicht überlappen und eine Vierteitung der Periode reicht aus.

Ein Spannungsregler der in Fig. 6 gezeigten Art kann verwendet werden, wenn die Pufferkondensatoren 13 so gross sind, dass während eines Zeitzyklus deren Spannung sich nur wenig ändert, und wenn ihre Aufladungsrate so eingeschränkt werden kann, dass in jedem Zyklus nur wenig mehr Ladung zu Heiern ist als die Höchstladting, die von einem Kondensator 13 an den Verbraucherkreis 16 geliefert wird. Iu dieser Schaltung ist der Eingang des separaten Vergleichers 66 mit dem Verbraucherkreis 16 verbunden und sein Ausgangssignal 65 steuert alle UND-Glieder 67. Mit diesem Regler werden die Pufferkondensatoren 13 nur nachgeladen,

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j: a α-6'.j-ni ^ri -20 ..

wenn deren Au sgangsspannung unter der Bezugs spanming liegt. Da hier eine Verzögerung von mindestens einem Teil eines Schalteyklus zwischen Abfühlen einer Veränderuiig der Ausgangs-

spannung und Korrektur dieser \^re ränderung liegt, ist oei dieser Art der EIN-AUS-Regulierung zwangsläufig eine Welligkeit gegeben, deren Frequenz von der Ansprechzeit der Vergleichers abhängt. Wo eine derartige Welligkeit in der Stromversorgung zulässig ist, ist diese Schaltung vcrhältnismässig billig und sie , arbeitet zufriedenstellend.

Diese Art der KIN-AUS-Spaniiungsregelung hat den weiteren Vorteil, dass sie bei in einer nennenswerten Entfernung liegendem Verbraucher 17 den Spannungsabfall in den Stromversorgungs-Jeilungeii 16 kompensieren kann. Der Vergleiche.!· 66 verbraucht nur wenig Strom, und wenn seine Eingangsleitungen für die zu regulierende Spannung mit den Leitungen 16 am Verbraucheende verbunden sind, wir ti die Verbraucherspannung mit der Bezugsspanmuig verglichen und die AuHgangsspannung an den Schaltern ändert »ich mit dein Verbraucherstrorn,

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. j Wechselstromnetzteil, dessen Eingang vom Ausgang isoliert ist zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers, dadurch gekeimzeichnet, daß zur Aufladung eines Ladekondensators (II) während eines Teiles einer Halbwelle der Eingangs spannung ein phasengesteuerter Vorregler (10) vorgesehen ist, daß mehrere Pufferkondensatorem (13A .... D) mit jeweils zugeordneten, durch wenigstens einen Folgesignalgeber (20) gesteuerten Ladeschaltern (14A ... D) und Endlades ehalte rn (15A ... D) vorgesehen sind, daß die Pufferkondensatoren durch die Ladeschalter mit dem Ladekondensator und mit einer konstanten Verzögerung durch die Entladeschalter mit dem Verbraucher (17) verbindbar sind, so daß sich keine galvanische Verbindung zwischen Ladekondensator und Verbraucher ergibt, und daß die Schaltfolge der Lade- und Entladeschalter so gewählt ist, daß die Pafferkondensatoren nacheinander geladen und so entladen werden, daß B am Ende einer Entladung eines Pufferkondensators die Entladung eines anderen Pufferkondensators folgt (Fig. 1).

2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Ladekondensators (11) während des spannungsabnekimienden Teiles der Spannungshalbwelle ab einem vorgegebenen Spannungswefrt der Vorspannungsregler (10) wenigstens einen zwischen den Metzklemmen (25) und dem Entladekondensator liegenden von einer Steuerschaltang be-

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tätigten .Torschalter (28) aufweist.

3. Netzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung für den Torschalter (28) eine erste an der Eingangs spannung liegende Reihenschaltung einer Diode (30), eines Widerstandes (31) und einer Zenerdiode (36) aufweist, daß parallel zur Zenerdiode eine zweite Reihenschaltung liegt, die aus einer. Zenerdiode (33), einem Widerstand (34) und einem Kondensator (35),der über einen Steuerschalter (36) mit einem Entladewiderstand (37) verbunden ist, besteht, daß über einen Kondensator (38) eine Verbindung vom Entladewiderstand zur Steuerelektrode des Torschalters besteht, daß die Kathode der Zenerdiode mit der Steuerelektrode des Steuerschalters und dessen Anode mit dem Kondensator (35) verbunden ist, daß der Steuerschalter leitet, wenn dessen Anodenspannung größer als die Steuerspannung ist und daß die dann am Entladewiderstand liegende Spannung zur Öffnung des Torschalters dient.

4. Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorregler (10) zur Regelung der Spannung des Ladekondensators in seiner Steuerschaltung mit einer photo elektrischen Rückkopplungsschaltung versehen ist.

5. Netzgerät nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeich-

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net, daß parallel zur Zenerdiode (32) zwei serial miteinander verbundene Widerstände (41, 42) liegen, daß an deren Verbindungspunkt die zweite Reihenschaltung (33, 34, 35) angeschlossen ist, daß parallel zum Widerstand (42) ein Photowiderstand (43) geschaltet ist, der lichtmäßig mit einer an der Spannung des Ladekondensators (11) liegenden Leuchtdiode (44) gekoppelt ist (Fig. 3).

6. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Pufferk kondensator (13A ... D) zur allpoligen An- oder Abschaltung jeweils

zwei Ladeschalter (14A ... D) und zwei Entladeschalter (15A ... D) zugeordnet sind.

7. Netzteil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entlade-Schalter (14, 15) aus einem Schaltteil und einem Steuerungsteil bestehen, daß das Schaltteil wenigstens einen in der Übertragungsleitung liegenden Leistungstransistor (50) und eine serial damit Verbundene Diode (46) enthält, daß der Steuerungsteil eingangsseitig eine primäre bekannte Schaltungsanordnung enthält, die die angelegten Gleichspannungs signale in eine Wechselspannung wandelt, und daß diese Wechselspannung in einem mit der Basis und dem Emitter des Leistungstransistors verbundenen Schaltungskreis gleichgerichtet wird (Fig. 7).

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8. Netzteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Regler (21 bzw. 66) zur Steuerung der Aus gangs spannung, deren Ausgänge über gesteuerte Torschaltungen (67A, 67V, etc.) mit den Steuereingängen der Ladeschalter (14A, 14B etc.) verbunden sind (Fig. 1 bzw. 5).

9. Netzteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler zur Steuerung der Aus gangs spannung eine Vergleichers chaltung (66) enthalden, daß diese mit je zwei Eingängen für eine Referenzspannung und für die mit dieser zu vergleichenden Aus gangs spannung ausgestattet ist und daß eine Aus gangs leitung (65) der Vergleicherschaltung mit den Steuereingängen aller Ladeschalter (14A ... D) verbunden ist, daß diese geöffnet bleiben solange die Referenzspannung kleiner ist als die Aus gangs Spannung (Fig. 6).

10. Netzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, die den Eingang der Aus gangs spannung an der Vergleicherschaltung abwechselnd und im Takt mit der Betätigung eines Ladeschalters (14) an den zugehörigen Pufferkondensator (13) legen.

11. Netzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichereingang für die Aus gangs spannung mit dem Verbraucherkreis (16) verbunden ist (Fig. 6).

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12. Netzteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Aus gangs Spannung für jeden Pufferkondensator (13A) eine separate Vergleicherschaltung (66A) vorgesehen ist, deren Eingänge mit einer Referenzspannung (68) einerseits und den Anschlüssen des zugehörigen Pufferkondensators (13A) fest verbunden sind (Fig. 5).

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