DE29814757U1

DE29814757U1 - Schaltungsanordnung zur Speisung eines Verbrauchers

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Publication number: DE29814757U1
Application number: DE29814757U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2008-08-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist allgemein bekannt. Das Filter dient dabei zur Verminderung der Auswirkung der auf der Fernleitung auftretenden Störspannungen auf die Verbraucherspannung.

Bei diesen Störspannungen ist nach den einschlägigen Normen mit Transienten bis zu lOOOV bei einem Quellwiderstand von 2&OHgr; und Welligkeiten bis zu 15% der Nennspannung zu rechnen. Diese Störspannungen können im Eingangskreis des Verbrauchers, der beispielsweise ein Schaltnetzteil oder ein Rechner sein kann, hohe Ströme erzeugen. Die Bauelemente in diesem Eingangskreis werden dadurch überbelastet und können zerstört werden. Diese Transienten können auch nachgeschaltete, empfindliche Geräte, die mit analogen oder digitalen Schaltkreisen ausgestattet sind, beeinflussen. Diese Überlastungen und Störbeeinflussungen können durch das genannte Filter bis zu einem gewissen Grad vermieden werden. Die Drossel verhindert dabei das Auftreten von größeren Störströmen.

Bei Spannungssprüngen auf der Filtereingangsseite und Lastsprüngen auf der Filterausgangsseite neigt dieses Filter jedoch zu einem unerwünschten Über- oder Unterschwingen, so daß beispielsweise das als Verbraucher betriebene Schaltnetzteil' unter extremen Betriebsbedingungen abschaltet, und zwar dann, wenn vom Filter eine Unterschwingung erzeugt wird. Diese Unterschwingung kann zwar durch einen zusätzlichen Speicherkondensator am Filter auf einen zulässigen Spannungswert begrenzt werden, wenn die Unterschwingung nur sehr kurzzeitig auftritt. Bei einer langandauernden Unterschwingung oder Eingangsspannungsausfällen am Filter reicht dieser Zusatzkondensator aber nicht aus.

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Durch die EP-Al-O 401 448 ist eine Konstantspeisung mit einem Netztransformator bekannt, dem ein Einweg- oder BrUkkengleichrichter und ein Integrator (Kondensator) folgen. Der positive Ausgang des Brückengleichrichters ist mit dem negativen Eingang eines Differenzspannungsreglers verbunden. Der positive Ausgang des Reglers ist direkt an den Verbraucher angeschlossen. Der negative Ausgang des Brückengleichrichters ist an Masse gelegt. Die Differenzspannung ist von einer Gegenkopplungsschleife abhängig, die stromaufwärts und stromabwärts auftretende Änderungen kompensiert, so daß nur Restwellen übrigbleiben. Diese Differenzspannung wird durch eine unabhängige, hochleistungsfähige Schaltspannungsquelle gewonnen und speist eine Zusatzleistung ein, die zur Transformatorausgangsleistung hinzugefügt wird.

Ferner ist durch die DE-C3-23 06 818 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer einstellbaren geregelten Gleichspannung bekannt. Diese Schaltungsanordnung verwendet einen integrierten Spannungsregler, der eingangsseitig mit einem Pol einer ungeregelten Gleichspannungsquelle, ausgangsseitig mit einem Verbraucher verbunden ist und durch einen dem Verbraucher parallelliegenden Spannungsteiler gesteuert wird. Auf der Eingangsseite des Spannungsreglers ist eine zweite Gleichspannungsquelle vorgesehen, die über eine Diode mit dem Spannungsreglerausgang verbunden ist. Diese zweite Gleichspannungsquelle ist mit der ersten Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die es gestattet, auch eine längerdauernde, am Filter auftretende Unterschwingung so zu kompensieren, daß ·die Verbraucherspannung im wesentlichen konstant bleibt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein Teil der zusätzlich vom Schaltregler eingespeisten Energie in der Drossel und der Induktivität der Fernleitung gespeichert wird und daß dieser Energieteil nach Abschalten des Schaltreglers an den Verbraucher nachgeliefert wird. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung eignet sich auch zur Überbrückung von kurzzeitigen Spannungsausfällen der Gleichspannungsquelle, die den Verbraucher über die Fernleitung speist. Gegenüber einer Schaltungsanordnung, die mit einer parallel zur Gleichspannungsquelle schaltbaren Zusatzgleichspannungsquelle arbeiten würde, wird eine wesentlich geringere Welligkeit des Eingangsstroms erzielt.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Zusatzgleichspannungsquelle als Wandler ausgebildet. Dadurch kann eine galvanische Entkopplung der Gleichspannungsquelle und der Zusatzgleichspannungsquelle erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Wandler ein mit hoher Frequenz arbeitender Wechselrichter, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung einem Speicherkondensator zugeführt wird, der als Ausgang der Zusatzgleichspannungsquelle dient. Dadurch läßt sich der Bauteileaufwand für die Zusatzgleichspannungsquelle besonders gering halten.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Speisung eines Verbrauchers und

Fig. 2 zwei Schaubilder, von denen das erste den Strom durch den Schaltregler abhängig von der Zeit und das zweite den Strom durch die Drossel abhängig von der Zeit darstellt.

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In Fig. 1 wird ein Verbraucher V von einer Gleichstromquelle Gl über eine Fernleitung F gespeist, die eine nennenswerte Eigeninduktivität L hat. Die Fernleitung F kann Störspannungen ausgesetzt sein, die der Speisegleichspannung der Gleichstromquelle Gl überlagert werden. Die Speisegleichspannung tritt am Ort des Verbrauchers V an Eingangsanschlüssen El, E2 auf, während der Verbraucher an Ausgangsanschlüssen Al, A2 angeschlossen ist. Zwischen dem Anschlüssen El, Al liegt eine Reihenschaltung einer Drossel Dr und einer für den Speisegleichstrom in Durchlaßrichtung gepolte Diode D. Parallel zum Verbraucher V ist ein Speicherkondensator Cl geschaltet. Die Anschlüsse E2, A2 sind miteinander verbunden. Die Drossel Dr und der Speicherkondensator Cl bilden ein Filter, das die auf der Leitung F auftretende Störspannung weitgehend abschwächt.

Parallel zur Diode D ist über einen Schaltregler S, der hier durch einen Schaltkontakt symbolisiert ist, eine Zusatzgleichspannungsquelle G2 einschaltbar. Der Schaltregler wird in an sich bekannter Weise, wie hier jedoch nicht dargestellt ist, von der Verbraucherspannung an den Ausgangsanschlüssen Al, A2 so gesteuert, daß die Verbraucherspannung beim Auftreten von Unterschwingungen an der Drossel Dr im wesentlichen konstant bleibt. Der dargestellte Schaltkontakt selbst kann beispielsweise durch einen Feldeffekttransistor verkörpert sein.

Die Zusatzgleichstromquelle G2 ist vorzugsweise ein an sich bekannter Wandler oder Wechselrichter, der mit hoher Schaltfrequenz arbeitet, nur leistungsarm zu sein braucht und zwischen seinen Ausgangsklemmen einen Speicherkondensator C2 aufweist. Ein solcher Wechselrichter kann mit sehr kleinen Bauteilen und kostenarm aufgebaut werden. Er liefert vorzugsweise eine im Vergleich zur Spannung der Gleichstromquelle Gl

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sehr hohe Gleichspannung, so daß die durch ihn bereitgestellte Energie hoch ist. Diese Energie ergibt sich zu:

E = Vi C₂

Diese Energie steht auch für kurzzeitige Spannungsausfälle der Gleichstromquelle Gl zur Verfügung. Ein Teil der Energie wird in der Drossel Dr und der Leitungsinduktivität L gespeichert. Dieser Energieteil steht zur Überbrückung von Spannungsausfällen nach der Entladung des Kondensators C2 zur Verfügung. Durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird eine außerordentlich geringe Welligkeit des Eingangsstroms erzielt.

In Fig. 2 ist im oberen Schaubild der Strom I₅ durch den Schalter S abhängig von der Zeit t gezeigt, während im unteren Schaubild der Strom I_dc durch die Drossel Dr abhängig von der Zeit t dargestellt ist. Wenn der Schaltkontakt S zur Zeit t₂ geschlossen wird und über ihn der Strom I_s fließt (erster Impuls), wird die Diode D gesperrt, und es fließt ein ansteigender Drosselstrom I_dr bis zum Wiederöffnen des Schaltkontakts S. Während der Lücke zwischen zwei Schließstellungen des Schaltkontakts S liefert die Drossel Dr (und die Induktivität L) einen erhöhten, abfallenden Strom I_dc, der über die dann wieder durchgeschaltete Diode D fließt. Bei der zweiten Schließstellung (zweiter Impuls) des Schaltkontakts S beginnt der Strom I_dr wieder zu steigen usw., bis zur Zeit t₃ der Nennstrom durch die Drossel Dr wieder erreicht ist.

Im Zeitabschnitt ti bis t₂ arbeitet die Schaltungsanordnung im Normalbetrieb und die Drossel Dr und der Kondensator Cl als Filter. Im Zeitabschnitt t₂ bis t₃ wird jeweils während der steigenden Flanken des Stroms I_dr Energie aus dem Kondensator C2 und jeweils während der fallenden Flanken dieses

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Stroms aus der Drossel Dr und der Induktivität L geliefert (Schaltreglerprinzip). Die Bauteile Dr, D und Cl werden somit doppelt verwendet, und zwar als Filterbauteile und als Schaltreglerbauteile (wenn Energie vom Kondensator C2 zugeführt wird).

Claims

A 132 De - 7 - Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines elektrischen Verbrauchers aus einer mit diesem über eine Fernleitung verbundenen Gleichstromquelle, wobei zwischen Fernleitung und Verbraucher ein Filter in Forin einer in Reihe mit dem Verbraucher geschalteten Drossel und eines dem Verbraucher parallelgeschalteten Kondensators angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß fernleitungsseitig vor dem Verbindungspunkt der Drossel (Dr) mit dem Kondensator (Cl) eine für den Speisegleichstrom durchlässig gepolte Diode (D) mit der Drossel (Dr) in Reihe geschaltet ist und daß parallel zur Diode (D) eine Zusatzgleichstromquelle (G2) mittels eines Schaltreglers (S) einschaltbar ist, der durch die Verbraucherspannung gesteu-

.. ert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzgleichspannungsquelle (G2) als Wandler ausgebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (G2) ein mit hoher Frequenz arbeitender Wechselrichter ist, dessen gleichgerichtete Ausgarigsspannung einem Speicherkondensator (C2) zugeführt wird, der als Ausgang der Zusatzgleichspannungsquelle (G2) dient.