DE3734786A1

DE3734786A1 - Netzteil, welches von einem netzwechselstrom gespeist wird und eine geregelte gleichspannung liefert

Info

Publication number: DE3734786A1
Application number: DE19873734786
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl Ing Helfer; Arnulf Ing Grad Thoma
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1989-05-03
Also published as: GB8822644D0; GB2211035A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Netzteil, welches von einem Netzwechsel strom gespeist wird und eine geregelte Gleichspannung liefert, wo bei die Primärstromaufnahme sinusförmig ist, enthaltend

a) eine Gleichrichterbrücke und
b) der Gleichrichterbrücke nachgeschaltete getaktete Regelmittel mit einem Transistor, einer Diode und einem über die Diode aufladbaren Kondensator, wobei der Transistor von einem aus einer Ausgangsgleichspannung abgeleiteten Regelsignal gesteu ert ist.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Üblicherweise enthalten die Netzteile zur Erzeugung einer Gleich spannung eine Gleichrichterbrücke, welche einen Glättungskondensa tor auflädt. Dabei treten Ladestromspitzen im Bereich der Spannungs maxima und -minima der Netzwechselspannung auf. Diese Ladestrom spitzen entstehen dann, wenn die momentane Netzspannung über die Spannung ansteigt, auf welche der Glättungskondensator aufgeladen ist (Siemens Components 24 (1986), 9). Diese übliche Art der Gleich richtung bringt eine Reihe von Nachteilen: Die vom Netz geliefer te Scheinleistung liegt über der tatsächlichen Wirkleistung. Die auftretenden Ladestromspitzen führen zu Verzerrungen der Netz spannung. Es ist zwar bekannt, diese Stromspitzen durch Verwendung einer Ladedrossel zu vermindern. Da diese Ladedrossel jedoch bei Netzfrequenz wirksam sein muß, hat die Ladedrossel eine erhebliche Baugröße und entsprechendes Gewicht. Außerdem wird die Spannung am Glättungskondensator stark lastabhängig. Das gilt insbesondere bei Verwendung einer Ladedrossel. Außerdem wird der Glättungskon densator durch die Ladestromspitzen stark beansprucht.

Es ist daher ein Netzteil mit einer aktiven Oberwellenfilterung bekannt (Siemens Components 24 (1986), 9-13 und 30; Siemens Components 24 (1986), 103-107). Bei dieser bekannten Anordnung liegt die Netzwechselspannung über eine Drossel an einer Gleich richterbrücke. Die Drossel bildet die Primärwicklung eines Trans formators, dessen Sekundärwicklung eine Spannung liefert, welche den Istwert der Primärstromaufnahme repräsentiert. Der Ausgang der Gleichrichterbrücke liegt an einem Hochsetzsteller. Der Hoch setzsteller enthält eine Drossel und eine Diode, über welche ein Kondensator aufladbar ist. Parallel zu Diode und Kondensator liegt ein Schalttransistor, über welchen die an der Diode anliegende Spannung kurzgeschlossen wird, wenn der Schalttransistor leitend ist. Der Hochsetzteller liefert eine Ausgangsspannung.

Bei der bekannten Schaltung liegt nun die die Primärstromaufnah me repräsentierende Spannung an einer Strom-Istwertmeßeinrich tung mit Gleichricher und Verstärker. Die Ausgangsspannung wird in einer Spannung-Istwertmeßeinrichtung mit einer Referenzspan nung verglichen. Die Differenz wird verstärkt. Nach Subtraktion eines Welligkeitskorrektursignals von der Strom-Istwertmeßeinrich tung wird die so erhaltene Spannung-Regelabweichungen, eine Gleichspannung, durch einen Multiplizierer mit einer von der Netz spannung abgeleiteten Sinusreferenz multipliziert. Das so erhaltene Sinussignal liegt an einem Zweipunktregler mit Hysterese, der den Schalttransistor des Hochsetztellers taktet. Auf diese Weise wird über den Zweipunktregler einmal eine sinusförmige Primärstromauf nahme erzwungen und zum anderen über die Amplitude dieser Primär stromaufnahme die Ausgangsspannung auf eine durch die Referenz spannung bestimmten Sollwert geregelt.

Diese bekannte Anordnung ist sehr kompliziert und aufwendig. Es ist in der gleichen Literaturstelle "Siemens Components 24" (1986), 104 (Bild 1) auch ein Sperrwandler beschrieben. Der Sperrwandler enthält einen Transformator, an dessen Sekundär wicklung eine Diode und ein Kondensator liegt. Der Strom durch die Primärwicklung des Transformators wird durch einen Schalt transistor getaktet. Die Literaturstelle erwähnt den Sperrwand ler als Alternative zu einer Hochsetzstelle, bei welcher aller dings ein Schalttransistor mit höherer Sperrspannung erforderlich wäre. Auch mit einem Sperrwandler ist die bekannte Anordnung nicht weniger kompliziert.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzteil der eingangs definierten Art zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) die Regelmittel einen Sperrwandler enthalten und
(b) der Transistor von einem Pulsbreitenmodulator getaktet ist, dessen Frequenz groß gegen die Nachfrequenz und dessen Puls breite über Rückführmittel von der Ausgangsgleichspannung ge steuert ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich ein Sperr wandler eingangsseitig verhält wie ein ohmscher Widerstand. Eine sinusförmige Eingangsspannung erzeugt daher eine sinusförmige Primärstromaufnahme, ohne daß es einer besonderen Regelung be darf, durch welche eine solche sinusförmige Primärstromaufnahme erzwungen würde. Es genügt für die Regelung der Ausgangsspannung, diesen Sperrwandler mittels seines Pulsbreitenmodulators zu takten. Es ergibt sich dabei eine sehr einfache Schaltung.

Augestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Be zugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Zeichnung ist ein schematisches Blockschaltbild eines Netz teils, welches von einem Netzwechselstrom gespeist wird und eine geregelte Gleichspannung liefert.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Netzwechselspannung liegt über ein Eingangsfilter 10 an einer Gleichrichterbrücke 12. Der Ausgang der Gleichrichterbrücke 12 liegt an einem Sperrwandler 14. Der Sperrwandler 14 enthält einen Transformator 16 mit einer Primärwicklung 18 und einer Sekundär wicklung 20. In Reihe zu der Primärwicklung 18 ist ein Schalttran sistor 22 angeordnet. An der Primärwicklung 18 und dem Schalttran sistor 22 liegt die Ausgangsspannung der Gleichrichterbrücke. An der Sekundärwicklung 20 des Transformators 16 liegen in Reihe eine Diode 24 und ein Kondensator 26. An dem Kondensator 26 wird eine Ausgangsspannung des Sperrwandlers 14 abgegriffen. Diese Ausgangs spannung liegt über ein Ausgangsfilter 28 an einem Ausgang 30. An dem Ausgang 30 wird die Ausgangsspannung des Netzteils abge griffen.

Der Schalttransistor 22 wird von einem Pulsbreitenmodulator 32 mit hoher Frequenz, die groß ist gegen die Netzfrequenz, getaktet. Die Pulsbreite des Pulsbreitenmodulators 32 wird vor der Aus gangsspannung am Ausgang 30 über Rückführmittel 34 so gesteuert, daß die Ausgangsspannung einen vorgegebenen Wert annimmt. Im Rückführkreis vom Ausgang 30 zum Pulsbreitenmodulator 32 sind Mittel 36 zur Unterdrückung oder Kompensation der Restwelligkeit von der doppelten Netzfrequenz angeordnet.

Weiterhin ist der Pulsbreitenmodulator 32 zusätzlich von einem Strombegrenzer 38 beaufschlagt. Der Strombegrenzer erhält ein Sig nal von einem Fühler 40 nach Maßgabe des Ausgangsstromes der Gleich richterbrücke 12. Wenn dieser Ausgangsstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird der Pulsbreitenmodulator 32 im Sinne einer Verringerung der Pulsbreite angesteuert.

Das beschriebene Netzteil arbeitet wie folgt:

Bei dem Sperrwandler 14 wird während der Leitphase des Schalt transistors 22 Energie induktiv gespeichert. Diese Energie wird in der Sperrphase vollständig über die Diode 24 an den Kondensator 26 abgegeben. Die Kurvenform des Stromes in der von der Primär wicklung 18 gebildeten Drossel ist dreieckförmig. Der Endwert des Stromes ist hierbei nach dem Induktionsgesetz

Dabei bedeutet:

Δ J der Endwert des Stromes
U die Spannung an der Drossel
L die Induktivität der Drossel
Δ t die Zeit, für welche Spannung an der Drossel anliegt.

Wenn die Einschaltzeit des Schalttransistors 22 konstant bleibt und sich die Induktivität L durch die zunehmende Magnetisierung nicht ändert, ist der Endwert des Stromes proportional der angelegten Spannung.

Wenn die Spannung U einen sinusförmigen Verlauf hat, dann wird der Strom

Wird während einer Halbwelle die Einschaltdauer des Schalters nicht verändert, erhält man

Δ J = K · U sin ω t

mit einer Konstanten K.

Der Wert Δ J ist hierbei der Endwert eines dreieckförmigen Stromes, der in die Drossel eingespeichert wird. Da nur lineare Zusammenhänge bestehen, gilt auch

J = K U sin ω t

Der Sperrwandler 14 verhält sich eingangsseitig wie ein ohmscher Widerstand.

Es ergibt sich also auch hier eine sinusförmige Primärstromaufnah me.

Die Anordnung ist aber wesentlich vereinfacht.

Claims

1. Netzteil, welches von einem Netzwechselstrom gespeist wird und eine geregelte Gleichspannung liefert, wobei die Primär stromaufnahme sinusförmig ist, enthaltend

a) eine Gleichrichterbrücke (12) und
b) der Gleichrichterbrücke (12) nachgeschaltete getaktete Regelmittel mit einem Transistor (29), einer Diode (24) und einem über die Diode (24) aufladbaren Kondensator (26), wobei der Transistor (22) von einem aus einer Aus gangsgleichspannung abgeleiteten Regelsignal gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
c) die Regelmittel einen Sperrwandler (14) enthalten und
d) der Transistor (22) von einem Pulsbreitenmodulator (32) getaktet ist, dessen Frequenz groß gegen die Netzfre quenz und dessen Pulsbreite über Rückführmittel (4) von der Ausgangsgleichspannung gesteuert ist.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sperrwandler (14) ein Ausgangsfilter (28) nachgeschaltet ist.

3. Netzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterbrücke (12) ein Eingangsfilter (10) vorge schaltet ist.

4. Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Pulsbreitenmodulator (32) zusätzlich von einem Strombegrenzer (38) im Sinne einer Verringerung der Pulsbreite bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromes am Ausgang der Gleichrichterbrücke ansteuerbar ist.

5.Netzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß im Rückführkreis Mittel (36) zur Kompensation der Restwelligkeit von der doppelten Netzfrequenz angeordnet sind.