DE3533319A1 - Uebertragerloses, getaktetes netzgeraet zur erzeugung einer geregelten gleichspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangsfilter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter und einer Ausgangsspannungsregelein­ richtung.

Bisher bekannte Netzgeräte zur Erzeugung einer oder mehrerer Gleichspannungen weisen jeweils einen induktiv arbeitenden Unter- oder Übersetzungsübertrager auf, der im Hinblick auf eine gewünschte Miniaturisierung be­ stimmter elektrischer Einrichtungen oder Geräte wegen seines Raumbedarfs nachteilig ist. Außerdem kann das mehr oder weniger starke magnetische Streufeld eines solchen Übertragers nachteilig für die Funktion hoch­ empfindlicher elektronischer Schaltungsanordnungen sein.

Wegen ihren günstigen Eigenschaften (guter Wirkungsfak­ tor, also wenig Verlustleistung, geringes Gewicht, klei­ neren Abmessungen, kleineren Kosten usw.) werden heutzu­ tage vorwiegend getaktete Netzteile eingesetzt, wenn Stromversorgungen größerer Leistungen benötigt werden. In diesen wird die Leistungsübertragung vom Primär- zum Sekundär-, also vom Netzspannungs- zum beispielsweise Niederspannungsteil mit Übertragern (bei ca. 20 kHz bis 200 kHz) realisiert. Vorteilhaft bei diesen ist, daß die Übertragung sowohl erdfrei als auch dynamisch nahezu spannungskopplungsfrei stattfindet. Nachteilig sind auch bei solchen Übertragern das zwar heute kleinere, aber doch nicht zu vernachlässigende Gewicht, die Baugröße und die Herstellungskosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein getaktetes Netzgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise eine praktisch erdent­ koppelte Übertragung elektrischer Leistung von dem Ein­ gang des Netzgerätes zu dessen Gleichspannungsausgang ohne Verwendung eines induktiv arbeitenden Übertragers gestattet, wobei die genannten Nachteile beim Stand der Technik vermieden werden sollen.

Zur Lösung der Aufgabe soll der derzeit erreichte bzw. in realistischer Abschätzung zu erwartende technologische Fortschritt in der Leistungselektronik auf den Gebieten der Halbleiterschaltelemente und der impulsbelastbaren Kondensatoren genutzt werden, um bekannte Lösungen ge­ takteter Netzgeräte mit induktiver Leistungsübertragung durch Netzgeräte mit kapazitiver Leistungsübertragung zu ersetzen. Sie sollen leichter, einfacher fertigbar und kostengünstiger als bisher bekannte Netzgeräte sein.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein Netzgerät der eingangs genannten Art und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, das durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekenn­ zeichnet.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Er­ findung betreffenden Figur im einzelnen beschrieben.

Gemäß der Figur ist an die Ausgangsklemmen eines einem an ein Wechselstromnetz (Ph, N) angeschlossenen Ein­ gangsfilter 1 und einer Entstörungsdrossel 2 nachgeord­ neten Gleichrichters 3 ein schaltbarer Hochfrequenz- Wechselrichter 4 angeschlossen, der fallweise über einen Regeleingang Rge ein- oder auszuschalten ist. Dem Hochfrequenz-Wechselrichter 4 ist eine Entkopplungsstufe 5 nachgeordnet, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangsklemmen des Hochfrequenz-Wechsel­ richters 4 angeschlossen ist und hochfrequenten Strom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem Hochfrequenz-Gleichrichter 6 zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe 5 und die betref­ fende der Eingangsklemmen des Hochfrequenz-Gleichrich­ ters 6 ein Störspannungsunterdrückungsglied 8 mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schutzleiter E des Wechselstromnetzes Ph, N, gelegt ist. An die Ausgangs­ klemmen des Hochfrequenzgleichrichters 6 ist eine Über­ wachungs- und Regelstufe 7 angeschlossen, die an Ausgangs­ klemmen +, - die geregelte Gleichspannung Ua legt und einen entsprechenden Gleichstrom Ia ausgibt sowie einen Regelausgang Rga aufweist, der über eine Regelleitung Rgl mit dem Regeleingang Rge des Hochfrequenz-Wechsel­ richters 4 verbunden ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfin­ dung sieht vor, daß der Regelausgang Rga der Überwa­ chungs- und Regelstufe 7 von dem Regeleingang Rge des Hochfrequenz-Wechselrichters 4 mittels eines Optokopplers elektrisch entkoppelt ist.

Die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters 4 und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe 5 beträgt vorteilhafterweise 50 MHz. Gemäß einer vorteil­ haften Ausbildungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters 4 und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungs­ stufe 5 1 GHz beträgt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß der Hochfrequenz-Wechselrichter 4 mittels eines Multivibrators über ein UND-Gatter getak­ tet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung Rgl beeinflußbar ist.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Netzgerätes ist wie folgt:

Zunächst wird die Netzspannung im Eingangsfilter 1 von Netzstöranteilen befreit. Geräteintern erzeugte hochfre­ quente Einspeisungen in das Netz werden ebenfalls durch das Eingangsfilter 1 und die Entstörungsdrossel 2 ver­ hindert. Die Netzspannung wird mittels des Gleichrich­ ters 3 in eine Gleichspannung überführt. Diese wird durch den Hochfrequenz-Wechselrichter 4 in hochfrequente Impulse umgesetzt. Diese Impulse werden mittels dar Ent­ kopplungsstufe 5 durch Verwendung der darin enthaltenen Kondensatoren "quasi-erdfrei" gekoppelt an den Hochfre­ quenz-Gleichrichter 6 übergeben und durch diesen in die geforderte Ausgangsgleichspannung umgesetzt. In der Überwachungs- und Regelstufe 7 wird die Ausgangsspannung überwacht und durch Rückkopplung zu dem Hochfrequenz­ wechselrichter 4 nahezu verlustfrei ausgeregelt. Mit dem Störspannungsunterdürckungsglied 8 werden Netzbrumman­ teile im Sekundäranteil unterdrückt. Hierzu werden die Eingangs- und Ausgangsgruppen mit Hilfe der Entstörungs­ drossel 2 "weich" gekoppelt. Diese Funktion der Entstö­ rungsdrossel 2 kann zweckmäßigerweise auch in dem Eingangsfilter 1 enthalten sein.

Claims (5)

1. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangs­ filter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter und einer Ausgangsspannungsregeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an die Ausgangsklemmen des dem an ein Wechsel­ stromnetz (Ph, N) angeschlossenen Eingangsfilter (1) und der Entstörungsdrossel (2) nachgeordneten Gleichrichters (3) ein schaltbarer Hochfrequenz- Wechselrichter (4) angeschlossen ist, der fallweise über einen Regeleingang (Rge) ein- oder auszuschal­ ten ist,
• - daß dem Hochfrequenz-Wechselrichter (4) eine Ent­ kopplungsstufe (5) nachgeordnet ist, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangs­ klemmen des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) ange­ schlossen ist und hochfrequenten Strom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem Hoch­ frequenz-Gleichrichter (6) über Eingangsklemmen des letzteren zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe (5) und die betreffende der Eingangsklemmen des Hochfrequenz-Gleichrichters (6) ein Störspannungsunterdrückungsglied (8) mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schutzlei­ ter (E) des Wechselstromnetzes (Ph, N), gelegt ist, und
• - daß an die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgleich­ richters (6) eine Überwachungs- und Regelstufe (7) angeschlossen ist, die an Ausgangsklemmen (+, -) die geregelte Gleichspannung (Ua) legt und einen entsprechenden Gleichstrom (Ia) ausgibt sowie einen Regelausgang (Rga) aufweist, der über eine Regellei­ tung (Rgl) mit dem Regeleingang (Rge) des Hochfre­ quenz-Wechselrichters (4) verbunden ist.

2. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelausgang (Rga) der Überwachungs- und Regelstufe (7) von dem Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wech­ selrichters (4) mittels eines Optokopplers elektrisch entkoppelt ist.

3. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrich­ ters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Ent­ kopplungsstufe (5) 50 MHz beträgt.

4. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopp­ lungsstufe (5) 1 Ghz beträgt.

5. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hochfrequenz-Wechselrich­ ter (4) mittels eines Multivibrators über ein UND-Gat­ ter getaktet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung (Rgl) beeinflußbar ist.