DE2949347A1

DE2949347A1 - Transformatorloses netzteil

Info

Publication number: DE2949347A1
Application number: DE19792949347
Authority: DE
Inventors: Felix 7808 Waldkirch Schörlin
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1979-12-07
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1981-06-11
Also published as: EP0030266A3; DE2949347C2; EP0030266B1; EP0030266A2

Description

Erwin Sick GmbH
Optik-Elektronik
Sebastian-Kneipp-Str.1
7808 Waldkirch

Transformatorloses Netzteil

Die Erfindung betrifft ein transformatorloses Netzteil für mit einer herabgesetzten Gleichspannung arbeitende elektronische Geräte geringer Stromaufnahme.

Es sind bereits transformatorlose Netzteile bekannt (DE-OS 24 50 648, US-PS 37 23 737), welche mit selbstschwingenden Kippschaltungen arbeiten, die über eine gleichgerichtete Spannung gespeist werden.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein transformatorloses Netzteil zu schaffen, welches sich durch geringen Aufwand und Platzbedarf auszeichnet, eine vernachlässigbare Verlustleistung (Wärme) aufweist, einen großen Betriebsspannungs- und Laststrombereich besitzt und eine geregelte Ausgangsspannung abgibt. Eine Stabilisierung mittels Zener-Dioden scheidet hierbei wegen der hohen Verlustleistung im Vorwiderstand sowie in der Zener-Diode selbst bei höheren Spannungen aus. Eine Längsregelung kommt wegen der hohen Spannungen und Verlustleistungen sowie wegen des hohen Schaltungsaufwandes nicht in Frage.

Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung vor, daß die Wechselnetzspannung über einen Blindwiderstand, einen Zweiweggleichrichter und eine den gleichgerichteten Strom durchlassende Diode an einen Speicher angeschlossen ist, an dem das Gerät anliegt, und daß an den Ausgang des Zweiweggleichrichters ein gesteuerter Schalter

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angelegt ist, welcher jeweils bei überschreiten einer vorbestimmten Spannung am Speicher schließt und im wesentlichen beim Nulldurchgang des Eingangsstromes wieder öffnet.

Das Wesentliche an dem erfindungsgemäßen Netzteil besteht in dem vorzugsweise als Kondensator ausgebildeten Blindwiderstand in Verbindung mit dem vorzugsweise als Thyristor ausgebildeten gesteuerten Schalter, welcher als Parallel- und Zweipunktregler arbeitet. Aufgrund dieser Anordnung weist das Netzteil selbst kaum eine Verlustleistung auf. Es liegt ein großer Betriebsspannungs- und Laststrombereich vor ebenso wie eine geregelte Ausgangsspannung. Der Aufwand für die Herstellung und für die Unterbringung ist sehr gering. Der den Blindwiderstand bildende Kondensator kann hierbei als verlustfrei angesehen werden.

Vor den Blindwiderstand und den Zweiweggleichrichter sind vorzugsweise ohmsche Widerstände eingeschaltet.

Die Steuerelektrode des vorzugsweise als Schalter verwendeten Thyristors ist vorteilhafterweise über eine ebenso wie die erste Diode gepolte zweite Diode an den Verbindungspunkt zwischen erster Diode und Speicher angeschlossen. Der Speicher ist zweckmäßig ebenfalls als Kondensator ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen transformatorlosen Netzteils,

Fig. 2 ein ins einzelne gehendes Schaltbild des erfindungsgemäßen Netzteils,

Fig. 3 Spannungs- bzw. Strom-Zeitdiagramme der einzelnen Schaltstufen in den Schaltbildern, nach den Fig. 1 und 2

bei irgendeiner Netzspannung im Inneren des von dem erfindungsgemäßen Netzteil in eine konstante Gleichspannung umzuformenden Netzspannungsbereiches und

Fig. 4 entsprechende Diagramme wie Fig. 3 bei einer Netzspannung an der unteren Grenze des zu verarbeitenden Spannungsbereiches.

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Nach Fig. 1 ist die in Fig. 3a wiedergegebene Sinusnetzspannung Ue über einen Blindwiderstand 11 an den Eingang eines Zweiweggleichrichters angelegt. Die am Gleichrichter 12 anliegende Eingangsspannung U1 ist in Fig. 3b wiedergegeben, wobei der Blindwiderstand gemäß Fig. 2 als Kondensator 11 angenommen wurde.

Der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung U2 des Zweiweggleichrichters 12 ist in dem Diagramm gemäß Fig. 3c gezeigt.

Der Ausgang des Zweiweggleichrichters 12 ist über eine den Ausgangsstrom des Gleichrichters 12 durchlassende Diode 13 an einen Speicher 14 angelegt. An den Speicher ist das den Verbraucher darstellende elektronische Gerät geringer Stromaufnahme angeschlossen.

Parallel zum Ausgang des Zweiweggleichrichters 12 ist außerdem ein gesteuerter Schalter 15 geschaltet, welcher bei Überschreitung einer vorbestimmten Spannung am Speicher geschlossen wird und beim Nulldurchgang des Eingangs-bzw. Ausgangsstromes des Zweiweggleichrichters 12 wieder öffnet. Die Steuerschaltung ist als Zener-Diode 19 angedeutet, welche von der Spannung des Speichers 14 beaufschlagt wird.

Nach Fig. 2 ist vor den erfindungsgemäßen Kondensator 11 bzw. den Zweiweggleichrichter 12 noch jeweils ein Widerstand 16, 17 eingeschaltet.

Der gesteuerte Schalter ist hier durch einen Thyristor 15 gebildet, dem ein ohmscher Widerstand 18 vorgeschaltet ist. Die Steuerelektrode des Thyristors 15 ist über die Zener-Diode 19 an den einen Pol und über einen ohmschen Widerstand 22 an den anderen Pol des Speicherkondensators 14 angeschlossen.

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Der zeitliche Verlauf der"Spannung U3 am Verbrauchergerät ist am Diagramm der Fig. 3d wiedergegeben.

Die Diagramme der Fig. 3e, f, g, h zeigen den erfindungswesentlichen zeitlichen Verlauf der Ströme 11, 12, 13 bzw. im Thyristor 15.

Der schraffierte Bereich der Stromkurve in Fig. 3f entspricht dem Strom durch die Diode 13.

Fig. 4 zeigt entsprechende Diagramme wie Fig. 3 für die minimale, von dem Netzteil gerade noch zu verarbeitende Netzspannung. Dieser Minimalwert reicht gerade aus, den Strombedarf des Verbrauchers bei der Sollspannung zu decken. Der Thyristor 15 zündet bei dieser Minimalspannung gerade noch nicht. Entlang der Strecke A- B im Diagramm C ist U3 gleich U2. U2 stellt den Absolutwert von U1 dar.

Die Auslegung des Kondensators 11 erfolgt erfindungsgemäß nun so, daß bei der minimal zu verarbeitenden Netzspannung die in Fig. 4 gezeigten Diagramme erhalten werden. Fig. 4 und die den Fall einer mittleren Netzspannung darstellende Fig. 3 geben die erfindungswesentlichen Anhaltspunkte für die Auslegung der einzelnen Schaltungselemente. Für die Erfindung ist es also wichtig, die Schaltungselemente so zu dimensionieren und auszubilden, daß für mittlere Netzspannungen die Diagramme der Fig. 3 und für die minimale Netzspannung die Diagramme der Fig. 4 vorliegen. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Netzteils ist für irgendeine Netzspannung im Inneren des zu verarbeitenden Bereiches wie folgt:

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Nimmt man an, daß beim·Anlegen der Netzspannung U der Speicherkondensator 14 entladen sei, so wird beim Anschluß der Netzspannung über 16, 11, 12, 13, 14, 12 und 17 der Kondensator 14 aufgeladen. Sobald die Spannung am Kondensator 14 die Z-Spannung an der Diode 19 zuzüglich der Spannung Ug am Thyristor 15 erreicht hat, zündet der Thyristor 15 und sperrt den weiteren Stromfluß vom Netz zum Speicherkondensator 14. Der Speicherkondensator entlädt sich über das Verbrauchergerät 20. Ein Rückstrom über den Thyristor 15 wird durch die Diode 13 verhindert. Wird der Haltestrom des Thyristors unterschritten, so löscht dieser wieder. Ein Stromfluß im Speicher 14 kommt erst wieder zustande, wenn die Eingangsspannung einen Hub von U, ausgeführt hat, weil der Ausgang des Gleichrichters auf 0 V geklammert wurde. Der Kondensator 14 wird daher nachgeladen, bis erneut U₃ die Spannung an der Diode 19 und dem Thyristor 15 erreicht hat.

Die Ein- und Ausschaltschwellen sind den Spannungs- bzw. Stromdiagrammen der Fig. 3 zu entnehmen. Am Verbrauchergerät 20 entsteht so eine Gleichspannung, die eine vom Verbraucherstrom abhängige Welligkeit aufweist.

Der Kondensator 14 wird je nach der gewünschten Welligkeit der Gleichspannung U, bemessen. Die Zener-Diode 19 bestimmt die Höhe der Ausgangsspannung. Der Widerstand 22 ist für den Haltestrom des Thyristors verantwortlich. Der Parallelkondensator 21 ist je nach der gewünschten HF-Dämpfung auszulegen. Die Widerstände 16, 17 und 18 begrenzen den Strom beim Schalten des Thyristors. Der erfindungsgemäß wesentliche Kondensator 11 wird so ausgelegt, daß der Strombedarf der an den Speicherkondensator 14 angeschlossenen Schaltung bei Ue .

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gerade gedeckt wird.

Die Berechnung des Kondensators 11 erfolgt unter der Voraussetzung, daß der Speicherdondensator 14 sehr viel größer als der Kondensator 11 ist und die Summe der Widerstandswerte der Widerstände 16, 17 sehr viel kleiner ist als

1 .
CJC 11

Beispielsweise werden im folgenden einige bevorzugte Werte für die einzelnen Schaltelemente angegeben:

Widerstand 16: 68 Ohm Widerstand 17: 68 Ohm Widerstand 18: 68 Ohm Widerstand 22:4 70 Ohm Kapazität des Kondensators 14: 47 MF ( 63 V)

Für einen maximalen Strom von 10 mA, eine Wechselspannung Ue von 90 V_ef£, eine Netzfrequenz von 50 Hz und eine Ausgangsspannung (Uo) von 48 V ergibt sich ein minimaler Wert für den erfindungsgemäßen Kondensator 11 von 0,63 XtF·

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1.J Transformatorloses Netzteil für mit einer herabgesetzten ^ Gleichspannung arbeitende elektronische Geräte geringer Stromaufnähme, dadurch gekennzeichnet , daß die Wechselnetzspannung über einen Blindwiderstand (11), einen Zweiweggleichrichter (12) und eine den gleichgerichteten Strom durchlassende Diode (13) an einen Speicher (14) angeschlossen ist, an dem das Gerät (20) anliegt, und daß an den Ausgang des Zweiweggleichrichters (12) ein gesteuerter Schalter (15) angelegt ist, welcher jeweils bei Überschreiten einer vorbestimmten Spannung am Speicher schließt und im wesentlichen beim Nulldurchgang des Eingangsstromes wieder öffnet.

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MANlTZ FINSTERWALD HEYN MORGAN 8900 MÜNCHEN 22 HOBERT-KOCH STRASSE 1 TEL (089) 22 4211 TELEX05 29672 PATMF

ORIGINAL INSPECTED

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand (11) ein Kondensator (11) ist.

3. Netzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß vor den Blindwiderstand (11) und den Zweiweggleichrichter (12) ohmsche Widerstände (16, 17) und gegebenenfalls ein Dämpfungskondensator (21) eingeschaltet sind.

4. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der gesteuerte Schalter ein über einen Widerstand (18) an den Ausgang des Zweiweggleichrichters (12) angelegter Thyristor (15) ist.

5. Netzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Thyristors (15) über eine ebenso wie die erste Diode (13) gepolte zweite Diode (19) an den Verbindungspunkt zwischen erster:Diode (13) und Speicher (14) angeschlossen ist.

6. Netzteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher (14) ein Kondensator ist.

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