DE2307931A1 - Netztransformatorloses stromversorgungsgeraet - Google Patents

Netztransformatorloses stromversorgungsgeraet

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DE2307931A1
DE2307931A1 DE19732307931 DE2307931A DE2307931A1 DE 2307931 A1 DE2307931 A1 DE 2307931A1 DE 19732307931 DE19732307931 DE 19732307931 DE 2307931 A DE2307931 A DE 2307931A DE 2307931 A1 DE2307931 A1 DE 2307931A1
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DE
Germany
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voltage
power supply
mains
supply device
rectifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19732307931
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Rischmueller
Horst Rohrbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CEAG Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Original Assignee
CEAG Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Netztransformatorloses Stromversorgungsgerät Die Erfindung betrifft ein netztransformatorloses Stromversorgungsgerät mit durch Taktung stabilisierten Ausgangs..
  • spannungen.
  • Stromversorgungsgeräte für Gleichstromverbraucher, die eine galvanische Trennung vom Netz erfordern, sind in verschiedenen Ausführungen üblich. Eine sehr häufig anzutreffende Ausführung enthält einen die galvanische Trennung zwischen Netz und Verbraucher besorgenden Netztransformator mit ggf. mehreren Sekundärwicklungen, Gleichrichter und Regeleinrichtungen zum Konstanthalten der Ausgangsspannungen. Als Stellglied wird bei diesen Regeleinrichtungen ein Transistor benutzt, der als steuerbarer Widerstand arbeitet.
  • Eine andere Ausführung von Stromversorgungsgeräten ist ähnlich aus Transformator, Gleichrichter und Regeleinrichtung aufgebaut; lediglich die Arbeitsweise des als Stellglied benutzten Transistors ist die eines taktenden Schalters.
  • Stromversorgungsgeräte, die ohne einen für die Netzfrequenz bemessenen Transformator arbeiten und die galvanische Trennung mittels eines im Tonfrequenzbereich arbeitenden Übertragers erreichen, sind ebenfalls bekannt. Bei diesen Geräten wird die Netzspannung direkt gleichgerichtet und die daraus resultierende Gleichspannung mittels eines im Tonfrequenzbereich arbeitenden Umrichters auf das gewünschte Gleichspannungsniveau gebracht. Die Ausgangsgleichspannung wird' mittels einer Regeleinrichtung konstant gehalten.
  • Bei diesen Ausführungen gibt es Nachteile der verschiedensten Art. Die mit Netztransformator arbeitenden Geräte haben wegen der im allgemeinen üblichen niedrigen Netzfrequenz ein großes Leistungsgewicht und müssen eine Umschalteinrichtung besitzen, wenn sie an Netzen verschiedener Nennspannung betrieben werden sollen. Außerdem erfordern solche Geräte in leistungsstarker Ausführung bei manchen Anwendungen Schalldämmungsmaßnahmen. Die bekanntgewordenen netztransformatsrlosen Geräte haben diese Nachteile nicht, haben aber andere Nachteile, wie z. B. schlechtes dyamisches Verhalten bei Lastsprüngen und schlechte Ausnutzung von Bauelementen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Nachteile von Stromversorgungsgeräten zu vermeiden und ein Gerät zu entwickeln, das ohne Anwendung eines für Netzfrequenz ausgelegten Transformators stabilisierte Gleichspannungen abgeben kann. Trotzdem soll zwischen den netzseitigen Eingangsklemmen und den Ausgangsklemmen des Gerätes keine galvanische Verbindung bestehen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Netzgleichrichter und zwei getrennt getaktete Teilgeräte kaskadenartig hintereinandergeschaltet sind, daß das erste, einen eigenen Regelkreis besitzende Teilgerät die vom Netzgleichrichter abgegebene Spannung durch Taktung auf eine niedrigere, gegenüber Netzspannungsschwankungen und Lastschwankungen stabilisierte Zwischenspannung herabsetzt, daß diese stabilisierte Zwischenspannung einem oder mehreren Umrichtern des zweiten Teilgerätes als Eingangsspannung zugeführt ist und daß diese Umrichter eigene Regelkreise zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung besitzen.
  • Erfindungsgemäß können dabei der Netzgleichrichter und das erste Teilgerät zu einem geregelten Halbleitergleichrichter zusammengefaßt sein. Die einzelnen Wechselrichter der Umrichter des zweiten Teilgerätes weisen getrennte Transformatoren auf. Erfindungsgemäß können die einzelnen Wechselrichter der Umrichter des zweiten Teilgerätes über durch die Regelabweichung angesteuerte, galvanisch trennende Bauelemente angesteuert werden.
  • Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.
  • Gemäß Figur 1 besteht das erfindungsgemäße Gerät aus zwei kaskadenartig hintereinandergeschalteten Teilgeräten 1 und 2 mit Jeweils eigenen Regelkreisen. An ein Wechselstromnetz, dessen Spannung beIspielsweise 100 ... 250 V betragen kann, ist ein Gleichrichter 3 angeschlossen, der die Wechselspannung in eine grob geglättete Gleichspannung umformt. Diese Gleichspannung wird dem ersten Teilgerät zugeführt, welches einen mit Leistungshalbleitern aufgebauten, durch Taktpulse steuerbaren Schalter 4 enthält. Über den Schalter 4 wird die so erzeugte getaktete Gleichspannung den Schaltelementen 8 und 9 zur Glättung zugeführt. Durch Ansteuerung des taktenden Schalters 4 über eine elektronische Regeleinrichtung 5 wird erreicht, daß die so gewonnene Gleichspannung - im folgenden "Zwischenspannung genannt - konstant gehalten wird.
  • Der Eingang des zweiten leilgerätes 2 wird an diese Zwischenspannung angeschlossen. Dieses zweite Teilgerät 2 besteht aus einem oder mehreren an die Zwischenspannung parallel angeschlossenen Umrichtern 6. Jeder Umrichter 6 besteht aus einem steuerbaren Wechselrichter mit Trennüberträger, Gleichrichter und Glättungseinrichtung. Die Ausgangsspannung jedes Umrichters wird mit Hilfe jeweils eines Regelkreises 7 durch Taktsteuerung der Halbleiterschalter eines jeden Wechselrichters konstant auf ihren Sollwerten gehalten.
  • Anhand der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführung eines netztransformatorlosen Stromversorgungsgerätes näher beschrieben. Das erste Teilgerät 1 des StromveruorgungYU-rätes erzeugt aus der Netzspannung die Zwischengleichspan nung. Über ein Netzfilter 10 und eine Gleichrichterschaltung 3 wird zunächst eine von der Höhe der Netzspannung abhängige, grob geglättete Gleichspannung gewonnen. Aus dieser Gleichspannung wird mittels eines getakteten Schalters 4 und den Glättungsmitteln 8 und 9 die konstante Zwischenspannung erzeugt und gegenüber Netzspannungsschwankungen und Lastschwankungen unabhängig gehalten. Dazu wird im Komparator 12 die Zwischenspannung mit einer Referenzspannung 11 verglichen. Die daraus resultierende Regelabweichung steuert einen Pulslängenmodulator 15 derart, daß die den Schalter 4 taktenden Pulse die Regelabweichung verkleinern bzw. aufheben.
  • Aufgrund dieser Regelung kann das Stromversorgungsgerät in einem weiten Bereich der Eingangsspannung betrieben werden und ohne Umschaltmaßnahmen an Wechselstromnetze mit Nennspannungen von 110 V bis 235 V angeschlossen werden. Selbstverständlich kann es auch für andere Netzspannungen ausgelegt und auch an Gleichspannungsnetze angeschlossen werden.
  • Ferner werden durch diese Regelung Netzspannungsschwankungen von dem zweiten Teilgerät 2ferngehalten, so daß im zweiten Teilgerät im wesentlichen nur die Änderungen der Ausgangsspannungen ausgeregelt zu werden brauchen, die durch die Verbraucher verursacht werden.
  • Die Zwischenspannung wird durch zwei Gesichtspunkte festgelegt: Sie kann höchstens so groß sein, daß auch bei der niedrigsten Netznennspannung und einem dabei möglichen Absinken der Spannung auf den unteren Wert der Toleranzgrenze noch ein kleiner Überschuß für das einwandfreie Arbeiten der Regelung des ersten Teilgerätes vorhanden ist.
  • Sie sollte nicht höher sein, als mit Rücksicht auf die Betriebsspannung der nach Kostenüberlegungen gewählten Siebmittel 8 und 9 hinter dem getakteten Schalter 4 und mit Rücksicht auf die Betriebsspannung der in den Wechselrichtern des zweiten Teilgerätes verwendeten Halbleiterelemente vertretbar ist.
  • Die konstante Zwischenspannung erlaubt es, die Kondensatoren 8 der Siebmittel und die Halbleiter der Wechselrichter 18 hinsichtlich Strom- und Spannunsbeanspruchung optimal auszulasten.
  • An Hilfseinrichtungen sind verschiedene Baugruppen vorhanden. Der Startkreis 16 wird beim Einschalten des Gerätes von der Gleichrichterschaltung 3 gespeist und erzeugt Pulse zum Starten des taktenden Schalters 4. Dadurch wird die Zwischenspannung aufgebaut, wodurch der Hilfsumrichter 17 die zum geregelten Betrieb des Gerätes erforderlichen Hilfsspannungen erzeugen kann und das Gerät in den stationären Betrieb geht.
  • Im Teilgerät 2 sind je nach der Zahl der gewünschten Ausgänge parallel an den Zwischenkreis gleichartige Umrichterbaugruppen, bestehend aus dem steuerbaren Wechselrichter 18. dem Trennübertrager 19 und dem Gleichrichter 20 mit Glättungseinrichtung, angeschlossen. Diese Umrichterballgruppen besorgen die Potentialtrennung zwischen Netz und Verbraucher 26, 27. Für jeden Ausgang ist ein Regelkreis yorhanden, der die Ausgangsspannung unabhängig von der angeschlossenen Belastung konstant hält. Dazu wird die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung 21 mittels eines Komparators 22 verglichen, dessen Ausgangssignal über ein galvanisch trennendes Element 23, z. B. einen Fotokoppler, auf den Pulslängenmodulator 24 des Wechselrichters 18 übertragen wird. Die Regelabweichung steuert den Wechselrichter in dem Sinne, aaß diese Abweichung möglichst klein wird.
  • Aus der Anwendung je eines Umrichters für jeden Ausgang ergibt sich, daß die Ausgangsklemmen keine galvanische Verbindung miteinander haben müssen und eine freie Wahl der Erdungspunkte möglich ist.
  • Um akustische Interferenzen und die damit verbundene Geräuschentwicklung zu vermeiden, werden die taktenden Schalter synchron eingeschaltet, Das synchrone Betätigen der getakteten Schalter in den beiden Teilgeraten 1 und 2 geschieht durch Ansteuerung der Pulslängernnodulatoren 15, 24 usw. durch einen einzigen Taktgenerator 25. Bei einer Ausführung eines Stromversorgungsgerätes wird man z. B.
  • durch den Taktgenerator das gleichzeitige Einschalten aller taktgesteuerten Schalter besorgen, das Ausschalten aber durch dieRegelvorgänge der Spannungsregelkreise.
  • Durch die erfindungsgemäß kaskadenartig hintereinanderge schalteten Teilgeräte mit jeweils eigenen Regelkreisen ergeben sich folgende Vorteile: 1. Aufgrund der kaskadenartig hintereinandergeschalteten Regelkreise des ersten Teilgerätes und des zweiten Teilgerätes ergeben sich kleine Regeischleifen und damit ein gutes, dynamisches Verhalten der Ausgangsspannungen.
  • 2. Da jeder Umrichter seinen eigenen Regelkreis besitzt, können sich die Ausgangsspannungen gegenseitig nicht beeinflussen.
  • 3. Alle Bauelemente, die an der konstanten Zwischenspannung betrieben werden, können unabhängig von der Höhe der Netzspaunung hinsichtlich Strom und Spannung voll ausgenutzt werden.
  • 4. Für mehrere Ausgänge können gleichartige Baugruppen im zweiten Teilgerät benutzt werden.
  • - Patentansprüche -

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Netztransformatorloses Stromversorgungsgerät mit durch Taktung stabilisierten Ausgangsspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Netzgieichrichter (3) und zwei getrennt getaktete Teilgeräte (1, 2) kaskadenartig hintereinandergeschaltet sind, daß das erste, einen eigenen Regelkreis besitzende Teilgerät (1) die vom lfetzgleichrichter (3) abgegebene Spannung durch Taktung auf eine niedrigere, gegenüber Netzspannungsschwankungen und Lastschwankungen stabilisSrte Zwischenspannung herabsetzt, daß diese stabilisierte Zwischenspannung einem oder mehreren Trichtern (6) des zweiten Teilgerätes (2) als Eingangsspannung zugeführt ist und daß diese Umrichter (6) eigene Regelkreise zur Konstanthaltung der Ausgangsspannungen besitzen.
  2. 2. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzgleichrichter (3) und das erste Teilgerät (1) zu einem geregelten Halbleitergleichrichter zusammengefaßt sind.
  3. 3. Stromversorgungsgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der taktende Schalter (4) des ersten Teilgerätes (1) und die taktenden Schalter (18) in den Umrichtern (6) des zweiten Teilgerätes (2) miteinander synchronisiert sind.
  4. 4. Stromversorgungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wechselrichter (18) über durch die Regelabweichung angesteuerte, galvanisch trennende Bauelemente (23) ansteuerbar sind.
    Leerseite
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2571561A1 (fr) * 1984-10-05 1986-04-11 Schrack Elektronik Ag Convertisseur courant alternatif-courant continu

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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