DE3300669C2 - Transformerless power supply circuit - Google Patents

Transformerless power supply circuit

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Abstract

Die Stromversorgungsschaltung besteht aus einem Impedanzglied (4), einem ersten Gleichrichter (3), einem ersten Glättungskondensator (5), einem Zerhacker (7), einem Piezokoppler (13), einem zweiten Gleichrichter (16), einem zweiten Glättungskondensator (17) und einem Spannungsstabilisator (18, 19). Die an Eingangsklemmen (1, 2) angelegte Netzspannung wird geteilt, gleichgerichtet und geglättet, sodann in eine Wechselspannung umgeformt, mittels des Piezokopplers (13) galvanisch trennend übertragen und schließlich wieder gleichgerichtet, geglättet und stabilisiert.The power supply circuit consists of an impedance element (4), a first rectifier (3), a first smoothing capacitor (5), a chopper (7), a piezo coupler (13), a second rectifier (16), a second smoothing capacitor (17) and a voltage stabilizer (18, 19). The mains voltage applied to input terminals (1, 2) is divided, rectified and smoothed, then converted into an alternating voltage, transmitted in an electrically isolating manner by means of the piezo coupler (13) and finally rectified, smoothed and stabilized again.

Description

33 OO33 OO

tet wie folgt:tet as follows:

Die an die Eingangsklemmen 1, 2 angelegte Netzwechselspannung wird durch einen Spannungsteiler, der aus dem !mpedanzglied 4 und der an den Gleichrichter 3 angeschlossenen Last besteht, auf einen niedrigen Wert geteilt, gleichgerichtet und geglättet Die so entstehende Gleichspannung wird durch den Zerhacker 7 in eine rechteckförmige Pulsspannung mit einem Impuls^Pausen-Verhältnis von etwa 1 :1 umgeformt wobei die Zerhacker-Frequenz wenigstens annähernd gleich groß ist wie die Resonanzfrequenz des Piezokopplers 13 und in der Größenordnung von 90 kHz liegt Der Piezokoppler 13 überträgt diese Wechselspannung unter galvanischer Trennung annähernd im Verhältnis 1:1. Anschließend wird die Wechselspannung wieder gleichgerichtet geglättet und stabilisiert An den Ausgangsklemmen 20,21 steht eine Gleichspannung von z. B. 5, 10 oder 15 Volt zur Speisung von Kleinverbrauchern, vorzugsweise von statischen Elektrizitätszählern und statischen Tarifgeräten, zur Verfugung. Die Kopplung Ober den Piezokoppler 13 ist lose, d. h. bei Leerlauf und bei Kurzschluß an seinem Ausgang 14,15 ist an seinem Eingang 11,12 das gleiche Ersatzschaltbild gültig. Der Eingangsstrom der Stromversorgungsschaltung ist daher von der an diese angeschlossenen Last unabhängig.The AC mains voltage applied to input terminals 1, 2 is generated by a voltage divider, which is made up of the impedance element 4 and which is sent to the rectifier 3 connected load exists, divided to a low value, rectified and smoothed The resulting DC voltage is converted by the chopper 7 into a square-wave pulse voltage with a pulse ^ pause ratio deformed by about 1: 1 with the chopper frequency being at least approximately the same like the resonance frequency of the piezocoupler 13 and is of the order of 90 kHz. The piezocoupler 13 transmits this alternating voltage with galvanic isolation in an approximately 1: 1 ratio. Afterward the AC voltage is rectified, smoothed and stabilized at the output terminals 20, 21 is a DC voltage of z. B. 5, 10 or 15 volts to power small consumers, preferably from static electricity meters and static tariff devices, are available. The coupling via the piezo coupler 13 is loose, i.e. H. when idling and when there is a short circuit at its output 14,15, this is at its input 11,12 same equivalent circuit diagram applies. The input current to the power supply circuit is therefore different from that to it connected load independently.

Zur Erhöhung der verfügbaren Ausgangsleistung kann zwischen dem Zerhacker 7 und dem Gleichrichter 16 ein weiterer Piezokoppler angeordnet werden. Gemäß der F i g. 2 wird ein solcher zusätzlicher Piezokoppler 13' vorteilhaft im Gegentaktbetrieb angesteuert. Dabei sind die Eingangselektroden 11 und 11Γ der Pkzokoppler 13 und 13' mit dem Ausgangsancschluß 9 des Zerhackers 7 verbunden. Die Eingangselektrode 12 des Piezokopplers 13 ist an den Anschluß 10 (Bezugspotential) und die Eingangselektrode 12' des Piezokopplers 13' an den Anschluß 8 (positives Potential) geschaltet. Die Ausgangselektroden 14 und 14' sowie 15 und 15' sind jeweils miteinander und mit einem Anschluß des Gleichrichters 36 verbunden. Die Gegeiiitaktansteuerung ergibt einen besseren Übertragungswirkungsgrad als die Parallelschaltung zweier Piezokoppler.To increase the available output power, between the chopper 7 and the rectifier 16 another piezo coupler can be arranged. According to FIG. 2 becomes such an additional piezo coupler 13 'advantageously driven in push-pull operation. The input electrodes 11 and 11Γ are the Pkzo couplers 13 and 13 'are connected to the output terminal 9 of the chopper 7. The input electrode 12 of the Piezo coupler 13 is connected to terminal 10 (reference potential) and the input electrode 12 'of the piezo coupler 13 'connected to terminal 8 (positive potential). The output electrodes 14 and 14 'as well as 15 and 15' are each connected to one another and to one terminal of the rectifier 36. The counter-clock control results in a better transmission efficiency than the parallel connection of two piezocouplers.

Um eine Spannungsuntersetzung zu erzielen, können die Eingangselektrodenpaare 11,12 und 111', 12' der beiden Piezokoppler 13, 13' in Reihe und die Ausgangselektrodenpaare 14, 15 und 14', 15' parallel geschaltet werden.In order to achieve a voltage reduction, the input electrode pairs 11, 12 and 111 ', 12' of the two Piezo coupler 13, 13 'in series and the output electrode pairs 14, 15 and 14', 15 'connected in parallel will.

Zum gleichen Zweck kann ein einziger, gemäß der F i g. 3 modifizierter Piezokoppler 28 verwendet werden, der mehrere Eingangselektrodenpaare 29, 30 bzw. 31,32 bzw. 33,34 und ein einziges Ausgangselektrodenpaar 35, 36 aufweist. Dabei sind die Eingangselektrodenpaare elektrisch in Reihe geschaltet, d. h'. die erste obere Elektrode 29 ist mit dem Ausgangsanschluß 9 des Zerhackers 7, die erste untere Elektrode 30 mit der zweiten oberen Elektrode 31, die zweite untere Elektrode 32 mit der dritten oberen Elektrode 33 und die dritte untere Elektrode 34 mit dem Anschluß 10 des Zerhakkers 7 verbunden.For the same purpose, a single, according to FIG. 3 modified piezo coupler 28 can be used, which has a plurality of input electrode pairs 29, 30 or 31, 32 or 33, 34 and a single output electrode pair 35, 36. The input electrode pairs are electrically connected in series, i. H'. the first upper electrode 29 is connected to the output terminal 9 of the chopper 7, the first lower electrode 30 is connected to the second upper electrode 31, the second lower electrode 32 is connected to the third upper electrode 33 and the third lower electrode 34 is connected to the terminal 10 of the chopper 7 tied together.

Bei Verwendung zweier Piezokoppler 13,13', die eingangsseitig in Reihe oder parallel geschaltet sind, ist es auch möglich, gemäß der F i g. 4 ihre Ausgangse'ektrodenpaare 14,15 und 14', 15' in Reihe mit den Eingangsklemmen des Gleichrichters 16 zu verbinden, so daß sich die Ausgangsspannungen der beiden Piezokoppler 13, 13' addieren. Dabei können zwei in Reihe geschaltete Glättungskondensatoren 37, 38 an die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 16 angeschlossen und der VerbindunesDunkt der beiden Glättungskondensatoren 37, 38 mit dem Verbindungspunkt der beiden Ausgangselektroden 14, 14' der Piezokoppler 13, 13' sowie mit dem Bezugspotential der Stromversorgungsschaltung verbunden werden. Ober dem Glättungskondensator 37 kann daan eine gegenüber dem Rezugspotential positive und über dem Glättungskondensator 38 eine negative Speisespannung abgegriffen werden.When using two piezo couplers 13, 13 ', the input side are connected in series or in parallel, it is also possible, according to FIG. 4 their pairs of output electrodes 14,15 and 14 ', 15' to be connected in series with the input terminals of the rectifier 16, so that add the output voltages of the two piezo couplers 13, 13 '. Two can be connected in series Smoothing capacitors 37, 38 are connected to the output terminals of the rectifier 16 and the connection point of the two smoothing capacitors 37, 38 with the connection point of the two output electrodes 14, 14 'of the piezo coupler 13, 13' and with the reference potential of the power supply circuit get connected. Above the smoothing capacitor 37, a positive potential can be applied to the reference potential and a negative supply voltage can be tapped across the smoothing capacitor 38.

Die beschriebene Stromversorgungsschaltung benötigt keinen Transformator, ist einfach und erfordert infolge der sehr geringen Bauhöhe des Piezokopplers und der geringen Anzahl elektrischer und elekronischer Bauteile wenig Raum.The power supply circuit described does not require a transformer, is simple and consequently requires the very low overall height of the piezo coupler and the small number of electrical and electronic components Components little space.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

33 OO 669 1 2 transformatorlose Stromversorgungsschaltungen mit Patentansprüche: als Kondensatoren ausgebildeten Blindwiderständen auszurüsten.33 OO 669 1 2 transformerless power supply circuits with patent claims: to equip reactive resistors designed as capacitors. 1. Transformatorlose Stromversorgungsschaltung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die einmit galvanischer Trennung für die Gleichstromspei- 5 gangt genannte transformatorlose Stromversorgungssung von Kleinverbrauchern, insbesondere von sta- schaltung dahingehend zu verbessern, daß sie sich bei tischen Elektrizitätszählern und statischen Tarifge- unmittelbarem Netzanschluß auch bei hoher Ausgangsräten, unter Verwendung eines Piezokopplers mit leistung durch einen hohen Übertragungswirkungsgrad mindestens zwei Eingangsklemmen für den An- auszeichnet1. Transformerless power supply circuit The invention is based on the object that one with galvanic isolation for the direct current feeder called transformerless power supply of small consumers, in particular of circuitry, to the effect that they are at table electricity meters and static tariff direct grid connection even with high output rates, Using a piezo coupler with high performance due to a high transmission efficiency at least two input terminals for the marking Schluß an eine einphasige oder mehrphasige Netz- io Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeich-Conclusion to a single-phase or multi-phase network io The invention is characterized in claim 1 spannung, einer Anregungsschaltung, die über einen net und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungenvoltage, an excitation circuit that has a net and in subclaims are further developments ersten Gleichrichter und ein erstes Glättungsglied derselben beanspruchtfirst rectifier and a first smoothing element claimed the same an die Eingangsklemmen angeschlossen ist und zur Anhand der Zeichnung werden nachfolgend Ausfüh-is connected to the input terminals and with the help of the drawing, the following Anregung des Piezokopplers dient, der eingangssei- rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert DabeiExcitation of the piezocoupler is used, which is explained in more detail in the introductory examples of the invention tig mit einem Ausgangsanschluß und einem E-zugs- 15 zeigttig with an output connection and an E-Zugs- 15 shows anschluß der Anregungsschaltung und ausgangssei- F i g. 1 ein Schaltbild einer Stromversorgungsschal-connection of the excitation circuit and output side- F i g. 1 is a circuit diagram of a power supply circuit tig über einen zweiten Gleichrichter und ein zweites tung,tig via a second rectifier and a second device, Gläitungsglied mit Ausgangsklemmen der Strom- F i g. 2 eine Variante derselben,Smoothing element with output terminals of the current F i g. 2 a variant of the same, Versorgungsschaltung verbunden ist, dadurch F i g. 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung einesSupply circuit is connected, thereby F i g. 3 shows a perspective basic illustration of a gekennzeichnet, daß der erste Gleichrichter 20 Zündkopplers mit mehreren Eingangselektrodenpaarencharacterized in that the first rectifier 20 ignition coupler with several pairs of input electrodes (3) eingangsseitig in Reihe mit einem Impedanzglied und(3) on the input side in series with an impedance element and (4) an die Eingangsklemmen (1; 2) angeschlossen ist F i g. 4 eine weitere Variante.(4) is connected to the input terminals (1; 2) F i g. 4 another variant. und daß ein weiterer Piezokoppler (13; 28) zum Ge- In der F i g. 1 bedeuten 1,2 Eingangsklemmen für denand that a further piezocoupler (13; 28) for the purpose of FIG. 1 means 1.2 input terminals for the gentaktbetrieb mit dem ersten Piezokoppler (13) unmittelbaren Anschluß der Stromversorgungsschal-push-pull operation with the first piezo coupler (13) direct connection of the power supply eingangsseitig mit einem Eingangsanschluß (8) und 25 tung an eine Netzspannung. Ein Gleichrichter 3 ist ein-on the input side with an input connection (8) and 25 device to a mains voltage. A rectifier 3 is a dem Ausgangsanschluß (9) der als Zerhacker (7) aus- gangsseitig in Reihe mit einem Impedanzgüed 4 an diethe output connection (9) which acts as a chopper (7) on the output side in series with an impedance value 4 to the gebildeten Anregungsschaltung und ausgangsseitig Eingangsklemmen 1, 2 und ausgangsseitig an einenformed excitation circuit and on the output side input terminals 1, 2 and on the output side to one mit dem zweiten Gleichrichter (16) verbunden ist. Glättungskondensator 5 angeschlossen. Im dargestell-is connected to the second rectifier (16). Smoothing capacitor 5 connected. In the illustrated 2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, ten Beispiel dient als Impedanzglied 4 ein Kondensator dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzglied (4) 30 und als Gleichrichter 3 ein Brückengleichrichter. Die ein Kondensator ist und daß das zweite Glättungs- Schaltung ist so bemessen, daß der größte Teil der Netzglied (17) mit einem Spannungsstabilisator (18, 19) spannung über dem Impedanzglied 4 abfällt und am verbunden ist. Glättungskondensator 5 eine Gleichspannng in der2. Power supply circuit according to claim 1, th example serves as an impedance element 4, a capacitor characterized in that the impedance element (4) 30 and, as rectifier 3, a bridge rectifier. the is a capacitor and that the second smoothing circuit is sized so that most of the network element (17) with a voltage stabilizer (18, 19) voltage drops across the impedance element 4 and on connected is. Smoothing capacitor 5 a DC voltage in the 3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 Größenordnung von 20 V entsteht Anstelle der einpha- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokopp- 35 sigen Einspeisung und Gleichrichtung ist auch eine dreiler (28) mindestens zwei in Reihe geschaltete Ein- phasige Ausbildung des Eingangskreises ohne weiteres gangselektrodenpaare (29, 30 bzw. 31, 32 bzw. 33, möglich. Parallel zum Glättungskondensator 5 liegt eine 34) aufweisen. Zenerdiode 6, die normalerweise stromlos ist und nur3. Power supply circuit according to claim 1 order of magnitude of 20 V arises instead of the single phase or 2, characterized in that the piezocouple feed and rectification is also a three-part (28) at least two series-connected single-phase design of the input circuit without any problems Pairs of output electrodes (29, 30 or 31, 32 or 33, possible. Parallel to the smoothing capacitor 5 is a 34). Zener diode 6, which is normally de-energized and only 4. Stromversorgungsschaltung nach einem der bei einer Überspannung an den Eingangsklemmen 1, 2 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 40 oder beim Ausfall eines Bauteils der Schaltungsanordnet, daß die beiden Piezokoppler (13; 13'; 28) aus- nung die Spannung über dem Glätiungskondensator 5 gangsseitig in Reihe geschaltet sind. begrenzt.4. Power supply circuit according to one of the in the event of an overvoltage at the input terminals 1, 2 preceding claims, characterized marked 40 or in the event of failure of a component of the circuit arrangement, that the two piezocouplers (13; 13 '; 28) cut out the voltage across the smoothing capacitor 5 are connected in series on the output side. limited. 5. Stromversorgungsschaltung nach einem der Parallel zum Glättungskondensator 5 liegt ferner der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingang eines Zerhackers 7, der einen Eingangsanbeiden Piezokoppler (13; 13'; 28) ausgangsseitig par- 45 Schluß 8, einen Ausgangsanschluß 9 und einen dem Einallel geschaltet sind. gang und dem Ausgang gemeinsamen Anschluß 10 aufweist Der Ausgang des Zerhackers 7 ist an die beiden5. Power supply circuit after one of the parallel to the smoothing capacitor 5 is also the Claims 1 to 3, characterized in that the input of a chopper 7, the one input at both Piezo coupler (13; 13 '; 28) on the output side in parallel to 45, an output terminal 9 and one parallel to the one are switched. The output of the chopper 7 is connected to the two Eingangselektroden 11,12 eines Piezokopplers 13 angeschlossen. Die beiden Ausgangselektroden 14, 15 des 50 Piezokopplers 13 sind über einen Gleichrichter 16, vor-Input electrodes 11, 12 of a piezo coupler 13 are connected. The two output electrodes 14, 15 of the 50 piezo coupler 13 are connected via a rectifier 16, Die Erfindung bezieht sich auf eine transformatorlose zugsweise einen Brückengleichrichter, auf einen Glät-Stromversorgungsschaltung mit galvanischer Trennung tungskondensator 17 geschaltet. Ein Spannungsstabilifür die Gleichstromspeisung von Kleinverbrauchern ge- sator, der im dargestellten Beispiel aus einem niederohmäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genann- migen Widerstand 18 und einer mit diesem in Reihe ten Gattung. 55 geschalteten Zenerdiode 19 besteht, ist eingangsseitigThe invention relates to a transformerless bridge rectifier, preferably a bridge rectifier, to a Glät power supply circuit with galvanic isolation processing capacitor 17 switched. A tension stabilizer for the direct current supply of small consumers generator, which in the example shown consists of a low impedance the resistor 18 mentioned in the preamble of claim 1 and one in series with it th genus. 55 connected Zener diode 19 is on the input side Es ist bereits eine solche Stromversorgungsschaltung mit den beiden Anschlüssen des Glättungskondensators ohne Transformatoren bekannt (DE-OS 31 23 104), bei 17 und ausgangsseitig mit Ausgangsklemmen 20,21 der der zum An- und Abschalten von Lasten eine Relais- Stromversorgungsschaltung verbunden,
anordung verwendet wird. Dabei ist auch eine piezo- Der Zerhacker 7 besteht im dargestellten Beispiel ausThere is already such a power supply circuit with the two connections of the smoothing capacitor without transformers known (DE-OS 31 23 104), connected at 17 and on the output side with output terminals 20,21 of the relay power supply circuit for switching loads on and off,
arrangement is used. The chopper 7 consists of in the example shown elektrisch isolierte Stromversorgungsschaltung be- 60 einem integrierten Schaltkreis 22 mit zwei Invertern 23, kannt, bei der ein Oszillator als frequenzbestimmendes 24, aus zwei Widerständen 25,26 und einem Kondensa-Element einen Piezokoppler anregt. Sofern der Piezo- tor 27. Der Schaltkreis 22 ist von der über dem Glätkoppler mehrere Ausgangselektroden aufweist, dienen tungskondensator 5 abfallenden Gleichspannung gediese als Steuerelektroden für Thyristoren. Ferner ist es speist. Die Inverter 23, 24 sind unter Ausnutzung der bekannt (Elektronik 1982, S. 85—90), Triacs mittels Pie- 65 Eingangsimpedanz des Piezokopplers 13 rückgekopzokopplern zu zünden, d. h. diese potentialfrei anzusteu- pelt. Die Zerhacker-Frequenz stellt sich selbsttätig auf ern. die Resonanzfrequenz des Piezokopplers 13 ein.electrically isolated power supply circuit being 60 an integrated circuit 22 with two inverters 23, Known, in which an oscillator as frequency-determining 24, from two resistors 25,26 and a condensate element excites a piezo coupler. Provided that the piezo gate 27. The circuit 22 is from the one above the smooth coupler has a plurality of output electrodes, the processing capacitor 5 is used for falling DC voltage as control electrodes for thyristors. It is also fed. The inverters 23, 24 are taking advantage of the known (Electronics 1982, pp. 85-90), triacs by means of the piezocouplers 65 input impedance of the piezocoupler 13 feedback to ignite, d. H. to connect this potential-free. The chopper frequency sets itself up automatically Ren. the resonance frequency of the piezo coupler 13 a. Schließlich ist es auch bekannt (DE-OS 29 49 347), Die beschriebene Stromversorgungsschaltung arbei-Finally, it is also known (DE-OS 29 49 347), the power supply circuit described work
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