DE4405370A1

DE4405370A1 - Netzversorgung für einfache Elektroniken - wie Haushaltskleingeräte

Info

Publication number: DE4405370A1
Application number: DE19944405370
Authority: DE
Inventors: Helmut Prager
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-19
Filing date: 1994-02-19
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2014-02-20
Also published as: DE4405370C2

Description

Aufgabe dieser Erfindung war es, eine Gleichstromversorgung kleiner preiswerter Verbraucher, wie Elektroniken für den Alltagsgebrauch zu schaffen, die Ströme von einigen Zehn mA liefert, andererseits durch geringe Herstellkosten gekennzeichnet ist.

Stand des Vorbekannten

In der folgenden Beschreibung ist der Aufbau einer solchen Anordnung mit Netzteil gemäß Abb. 1 eingeteilt:

- Netzvorimpedanz und Gleichrichtung,
- Glättung,
- Funktionsteil.

Bekannte Anordnungen von Gleichrichtung und Netzimpedanz sind:

1. Das Ohm′sche Netzteil (siehe Abb. 2) verfügt über den Vorteil der geringsten Herstellkosten und guter Zuverlässigkeit, jedoch ist es aus thermischen Gründen in kleinen Hausgeräten nur zur Erzeugung von wenigen mA Ausgangsströmen geeignet, da die hohe Differenz zwischen Netzspannung und Niederspannung in Form von Verlustwärme abgeführt werden muß. Für die beim Ohm′schen Netzteil wenig verbreitete Zweiweggleichrichtung gilt das Gleiche.
2. Die kapazitive Einwegversorgung (siehe Abb. 3) ist mit praktikablen Werten von Netzkonden satoren zur Erzeugung von Strömen bis ca. 25 mA geeignet. Da hier die eine Halbwelle des Netzkondensatorstromes nicht genutzt werden kann, wird sie vorwiegend eingesetzt, wenn der feste Netzbezug der Verbraucher benötigt wird (z. B. bei der elektronischen Zündung von Triacs). Meist ist der Einsatz eines zumindest nach der Kategorie X2 geprüften teueren Kondensators aus sicherheitstechnischen Gründen erforderlich.
3. Die kapazitive Zweiweggleichrichtung (siehe Abb. 4) liefert etwa bis zu 50 mA, da hier beide Netzhalbwellen ausgenutzt werden, verfügt aber über den gleichen Kostennachteil, und benötigt mehr Bauteile.

Gemeinsam ist diesen Lösungen die nachteilige Eigenschaft, daß aus der hohen Netzspannung über entsprechende Impedanzen eine geringe Versorgungsspannung von wenigen Volt (z. B. für LED, integrierte Schaltkreise) gewonnen wird. Es werden daher zum Teil aufwendige Ansteuerschaltungen in Kauf genommen, um Verbraucher (z. B. LED, Relais) in Reihe zu schalten, um so den Strom mehrfach auszunutzen, also den Stromverbrauch zu senken.

Alternativen

4. Ein solcher Nachteil wird bei Einsatz eines Netztransformators vermieden, der aber hier aus Kosten- und Volumengründen nicht in Frage kommt.
5. Auch vermieden wird dieser Nachteil durch ein Schaltnetzteil, wie z. B. aus Akkurasierern bekannt, bei dem aber eine Reihe von Nachteilen vorhanden sind:
- - es sind Vorkehrungen für das Anlauf- und Kurzschlußverhalten zu treffen,
- - es werden teuere Halbleiterschalter und Speicherkondensatoren benötigt, die neben der Netzspannungsfestigkeit Reserven für Netzstörspitzen benötigen,
- 2- es werden Störungen erzeugt, die unter Bauteileeinsatz auf ein zulässiges Maß reduziert werden müssen,
- - es wird ein im Regelfall kundenspezifischer relativ teuerer Übertrager mit mindestens zwei Wicklungen benötigt.

Beschreibung der eigenen Lösung

Eine wesentlich bessere Ausnutzung der der hohen Primärspannung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mit Hilfe der Netzteilschaltungen Abb. 2-4 eine Zwischenspannung erzeugt wird, die wesentlich höher ist als die übliche Versorgungsspannung des Funktionsteils und diese mit Hilfe eines einfachen Drosselwandlers in die niedrigere Versorgungsspannung der Verbraucher gewandelt wird und so den zur Verfügung stehenden Versorgungsstrom vervielfachen kann. (siehe Abb. 5)
Gegenüber Schaltnetzteilen entfallen dann:
teuere Hochspannungstransistoren und Speicherkondensatoren,
Netzstörspitzen werden über die hohen Netzvorimpedanzen eliminiert,
die Ansteuerung der Schaltelemente des Wandlers ist sehr viel unkritischer und flexibler, sowie der geschaltete Pegel niedriger, so daß keine unzulässigen Störungen erzeugt werden,
als Wandler genügt eine preiswerte Standarddrossel, wie sie z. B. auch als "UKW-Entstördrossel" angeboten wird.

Der Drosselwandler unterstützt bei der bevorzugten Anordnung lediglich die Versorgung der Funktionseinheit und seiner eigenen Steuerung, wodurch auch Anlaufprobleme vermieden werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 6.

Die Betriebsspannungen des Drosselwandlers (U3) und des Funktionsteiles (U2) sind in Reihe geschaltet, der Drosselwandler (4, 5, 6) wird aus dem Funktionsteil über einen Transistor zur Pegelwandlung in Basisschaltung (10) angesteuert. Über diesen bzw. die Widerstände (9) und (11) kann auch vorteilhaft die Flankensteilheit eingestellt werden. Es kann ein beliebig aufgebauter Oszillator (7) eingesetzt werden, der über ein geeignetes Tastverhältnis verfügt. Dieser kann z. B. aus im elektronischen Funktionsteil vorhandenen, aber nicht benötigten Gattern oder einen Operationsverstärker aufgebaut werden, oder aber aus einem Mikrocontroller oder kundenspezifischen IC (ASIC) - die in dieser Art von Schaltungen häufig eingesetzt werden - kostenneutral erzeugt werden.

Aus einer ohm′schen Vorimpedanz mit 1,5 Watt Verlustleistung lassen sich bei einer Betriebsspannung des Funktionsteils von 5 V und einer Wandlerspannung von 60 V beispielsweise ein Ausgangsstrom von 60 mA erzeugen, beim üblichen Ohm′schen Netzteil sind es bei gleicher Verlustleistung 6 mA.

Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 7.

Hier wird der Schalttransistor des Wandlers nicht aus dem Funktionsteil angesteuert, sondern ist Bestandteil eines selbstschwingenden Oszillators nach dem Sperrschwingerprinzip.

Claims

1. Netzteilschaltung zur Gleichspannungsversorgung von elektrischen Verbrauchern in netzgebundenen Anwendungen ohne Potentialtrennung, wie elektrische Haushaltsgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Netzspannung - nach einer ohm′schen oder kapazitiven Netzimpedanz und einer Gleichrichtung (1) - eine erste Versorgungsspannung erzeugt wird, die höher als die zur Versorgung der Verbraucher benötigte Spannung ist, die mit einen Drosselwandler (4, 5, 6) in eine niedrigere, von den Verbrauchern benötigte Versorgungsspannung gewandelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Versorgungsspannung (U3) und die Verbraucherversorgungsspannung (U2) in Reihe geschaltet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerfrequenz des Wandlers aus einer Elektronik erzeugt, und dem Wandler über eine Anordnung zur Pegelwandlung zugeführt wird, die von der Versorgungsspannung der Verbraucher erzeugt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerfrequenz des Wandlers mittels eines Oszillators erzeugt wird, dessen aktiver Bestandteil der Schalttransistor (5) ist.