DE4316830A1 - Netzteil für ein induktives Heizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Netzteil für ein induktives Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einem derartigen Netzgerät können beim Abschalten des Konverters, auf­ grund von Induktanzstrecken des Versorgungsnetzes und durch Abschaltung von angeschlossenen Motoren sowie durch sonstige Einflüsse Überspannungen auftreten. Es sind daher zusätzliche Schaltungsmittel erforderlich, die die an dem Ladekondensator des Netzteils erzeugte und dem Konverter zugeführte Spannung begrenzen.

Es ist dabei bekannt, parallel zu dem Ladekondensator ein Netzwerk aus der Reihenschaltung einer Diode und der Parall­ schaltung eines Kondensators und eines Widerstandes vorzusehen. Dieses Netzwerk benötigt einen relativ großen Kondensator von etwa 50 µF, während an dem Widerstand nennenswerte Verluste auf­ treten. Bei burstartigen Fehlern vom Netz aus mehreren kurz auf­ einanderfolgenden Impulsen bewirkt dieses Netzwerk keine einwandfreie Unterdrückung der Überspannungen. Der erste Impuls eines derartigen Burst lädt den genannten Kondensator auf, der sich daraufhin bis zum nächsten Impuls nicht mehr schnell genug entladen kann. Dem läßt sich dadurch begegnen, daß der Wider­ stand entsprechend klein bemessen wird. Dann nimmt aber die Verlustleistung an dem Netzwerk zu. Es ist auch bekannt, parallel zu dem Ladekondensator eine sogenannte Transil- Schaltung mit einer Leistung-Zenerdiode vorzusehen. Diese Schaltung hat aber ein ungünstiges dynamisches Verhalten und ar­ beitet ebenfalls bei burstartigen Störimpulsen nicht optimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzteil der beschriebenen Art so auszubilden, daß mit geringem Schaltungs­ aufwand die Unterdrückung von Überspannungen, insbesondere vom burstartigen Spannungsspitzen verbessert und die Verlustleistung an dem Netzwerk verringert wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf folgenden Überlegungen und Erkenntnissen. Der Ladekondensator des ersten Gleichrichters ist bei einem derartigen Netzteil relativ klein bemessen, um für den Konverter eine pulsierende Gleichspannung zu erzeugen. Der Ladekondensator des zweiten Gleichrichters für das Schaltnetz­ teil indessen ist wesentlich größer bemessen, weil das Schalt­ netzteil eine geglättete Gleichspannung benötigt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird nun der wesentlich größere Kondensator des zweiten Gleichrichters zusätzlich für die Unterdrückung von Überspannungen an dem Ladekondensator des ersten Gleichrichters ausgenutzt. Durch die bei einer Überspannung leitend gesteuerte Diode zwischen den Ausgängen der beiden Gleichrichter wird bei einer Überspannung selbsttätig der große Ladekondensator des zweiten Gleichrichters dem kleinen Ladekondensator des ersten Gleichrichters parallel geschaltet. Die Gleichrichterschaltung für das Schaltnetzteil, die bislang unabhängig arbeitete von der Gleichrichterschaltung für den Leistungskonverter, wird also in vorteilhafter Weise für die Spannungsbegrenzung am Eingang des Konverters ausgenutzt. Der ohmsche Widerstand parallel zum Ladekondensator der bekannten Schaltung wird dabei durch den Eingangswiderstand des Schaltnetzteiles gebildet. Dadurch kann der bisher verwendete ohmsche Widerstand parallel zum Ladekondensator entfallen, so daß die insgesamt auftretende Verlustleistung beträchtlich verringert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung hat insgesamt alle Vorteile der ein­ gangs beschriebenen beiden bekannten Schaltungen, jedoch nicht deren Nachteile. Der schaltungstechnische Aufwand für die erfindungsgemäße Lösung ist indessen gering und besteht im wesentlichen nur aus der genannten Diode, während der bisher notwendige Widerstand entfällt.

Die Erfindung wir im folgenden anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt die an den Netzklemmen 1 stehende Netzwechsels­ pannung UN, die Entstördrossel L, den Kontakt a und die Erreger­ wicklung A eines Relais, den ersten Gleichrichter D1, den Ladekondensator C1, die eine Transil-Schaltung bildende Zenerdi­ ode D4 und den Konverter 2, der eine Wechselspannung u3 mit einer Frequenz von z. B. 30 kHz für die Heizspule 3 eines induktiven Kochgerätes 4 erzeugt. Der Ladekondensator C1 ist relativ klein bemessen. Er bewirkt im wesentlichen nur eine HF- Siebung der Spannung +U1, damit hochfrequente Komponenten vom Konverter 2 nicht auf das Netz gelangen. Am Punkt P1 steht daher eine pulsierende Gleichspannung +U1.

Weiter ist dargestellt eine zweite Gleichrichterschaltung mit dem Strombegrenzungswiderstand R1, dem zweiten Gleichrichter D2 und dem Ladekondensator C2. C2 ist wesentlich größer als C1. Am Punkt P2 entsteht dadurch eine gesiebte Gleichspannung +U2 für das Schaltnetzteil 5, das zwei Betriebsspannungen von +5 Volt und +12 Volt für im Bereitschaftsbetrieb eingeschaltete Steuer­ schaltungen erzeugt. Durch den Steuerstrom I durch die Relaiswicklung A ist das gesamte Netzteil zwischen Bereit­ schaftsbetrieb bei geöffnetem Kontakt a und Heizbetrieb bei ge­ schlossenem Kontakt a umschaltbar.

Zusätzlich ist jetzt der Punkt P1 über die Diode D3 mit dem Punkt P2 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Diode ist folgende: Bei Bereitschaftsbetrieb ist der Kontakt a geöffnet, am Punkt P1 steht praktisch keine Spannung, am Punkt P2 die Spannung +U2, so daß die Diode D3 gesperrt ist und praktisch keine Wirkung hat. Im Heizbetrieb bei geschlossenem Kontakt a ist die Diode D3 nor­ malerweise ebenfalls gesperrt. Sobald am Punkt P1 vom Netz oder vom Konverter 2 her eine Überspannung auftritt, wird die Diode D3 leitend gesteuert. Dadurch wird der große Kondensator C2 dem relativ kleinen Kondensator C1 parallel geschaltet. Am Punkt P1 ist dann ein großer Kondensator C1+C2 wirksam, so daß die Überspannungsspitze am Punkt P1 in wirksamer Weise unterdrückt wird. Das Verhalten der durch die Diode D4 gebildeten Transil- Schaltung wird dadurch wesentlich verbessert. Die durch die Überspannungsschutzschaltung bewirkte Verlustleistung bleibt in­ dessen gering, weil die Schaltung im wesentlichen nur verlust­ freie Bauteile enthält und ein zusätzlicher ohmscher Widerstand nicht mehr benötigt wird. Die Diode D3 ist vorzugsweise eine Leistungsdiode, da der Strom i3 bei einer Überspannung an P1 kurzzeitig Werte von 20-30 A annehmen kann.

Bei einer praktisch erprobten Schaltung hatten die dargestellten Bauteile folgende Werte:
C1: 5 µF
C2: 50 µF
D3: Leistungsdiode vom Typ 1N4006
D4: Zenerdiode vom Typ 1,5 KE400.

Claims (6)

1. Netzteil für ein induktives Heizgerät mit einem ersten Gleichrichter (D1), der an einem ersten Punkt (P1) eine pul­ sierende Gleichspannung (+U1) zur Speisung eines Konverters (2) für eine induktive Heizspule (3) erzeugt, und mit einem zweiten Gleichrichter (D2), der an einem zweiten Punkt (P2) eine Gleichspannung (+U2) zur Speisung eines Schaltnetzteils (5) für Standby-Betrieb erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Punkt (P1) über eine Diode (D3) mit dem zweiten Punkt (P2) verbunden ist.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem zweiten Gleichrichter (D2) ein Strombegrenzungswiderstand (R1) liegt.

3. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der La­ dekondensator (C1) am Ausgang des ersten Gleichrichters (D1) nur so groß bemessen ist, daß an ihm Störimpulse unterdrückt werden, die pulsierende Gleichspannung (+U1) jedoch nicht nennenswert gesiebt wird.

4. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der La­ dekondensator (C2) am Ausgang des zweiten Gleichrichters (D2) wesentlich größer ist als der Ladekondensator (C1) am Ausgang des ersten Gleichrichters (D1).

5. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des ersten Gleichrichters (D1) eine als Überspan­ nungsschutz dienende Zenerdiode (D4) angeschlossen ist.

6. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Netzklemmen (1) und dem ersten Gleichrichter (D1) der Kontakt (a) eines Relais (A, a) liegt, der bei Standby-Betrieb geöffnet und bei Heizbetrieb geschlossen ist.