EP1652301A1 - Schaltung zum gewinnen potentialgetrennter synchronisierimpulse aus einem wechselspannungsnetz - Google Patents
Schaltung zum gewinnen potentialgetrennter synchronisierimpulse aus einem wechselspannungsnetzInfo
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- EP1652301A1 EP1652301A1 EP04737370A EP04737370A EP1652301A1 EP 1652301 A1 EP1652301 A1 EP 1652301A1 EP 04737370 A EP04737370 A EP 04737370A EP 04737370 A EP04737370 A EP 04737370A EP 1652301 A1 EP1652301 A1 EP 1652301A1
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- H03K5/1536—Zero-crossing detectors
Definitions
- the invention relates to a circuit for extracting potential-separated synchronization pulses from an AC voltage network.
- the synchronization signal is obtained on the secondary side of switching power supplies from a derivation of the mains voltage via ohmic resistors and when separated from the mains voltage by suitable protective impedances.
- an earth conductor must be connected to which the secondary ground is to be connected and the neutral conductor of the network must be rigidly earthed.
- An object of the invention is to obtain electrically isolated synchronization pulses with simple means and with a clean galvanic isolation.
- This object is achieved according to the invention with a circuit for obtaining potential-separated synchronization pulses from an AC voltage network, in which according to the invention the mains voltage rectified by means of a one-way rectifier is connected to a voltage divider of a semiconductor switch, the transmitter diode of an optocoupler is connected to the working circuit of the switch, the working circuit being connected in series has a series resistor with the transmitter diode, via which a storage capacitor can be periodically charged and discharged via the transmitter diode, and at least one transistor is connected downstream of the receiving element of the optocoupler, which transistor is fed by a voltage source that is electrically isolated from the network and in whose working group the essentially rectangular ones Synchronization pulses are available.
- the semiconductor switch is advantageously a transistor.
- a voltage-limiting Zener diode is connected in parallel with the storage capacitor.
- Another expedient variant is characterized in that the series circuit of the series resistor, the transmitting diode and a current limiting resistor is located in the working circuit of the switch, the storage capacitor being parallel to the series circuit of the transmitting diode current limiting resistor switching path of the input transistor. Furthermore, a resistor for defining the potential can be parallel to the transmitter diode.
- a filter capacitor is located parallel to a resistance of the input voltage divider.
- the transistor connected downstream of the receiving element is a Darlington transistor.
- the transistor which is connected downstream of the receiving element of the optocoupler, to be followed by a further transistor for phase reversal, the synchronization pulses being available at the load resistor of this transistor.
- an input mains voltage UN for example 230V, 50 Hz
- a base voltage divider R1 / R2 of an npn transistor Tl via a rectifier diode Dl, which represents a one-way rectifier.
- This series circuit lies between the collector terminal of the transistor T1 and the rectified, ie half-wave, input AC voltage.
- the transmit diode DO of the optocoupler OKO is bridged by a resistor R5, which is useful for defining the potential.
- the receiving element EO of the optocoupler OKO is connected to a secondary operating voltage U B via a load resistor R6, which operating voltage can be, for example, the regulated output voltage of a switching power supply.
- the receiving element EO is followed by a transistor T2, which is advantageously designed as a Darlington transistor with a load resistor R7.
- a capacitor C3 can be located between the base-emitter path of transistor T3 or another suitable location.
- the input AC voltage UN is switched from the base-emitter path of the input transistor Tl with a relatively sharp switching threshold, as a result of which the transmission diode DO is activated in the collector circuit of the transistor Tl.
- the optocoupler is thus actively operated during the positive network half-waves and a synchronization signal is transmitted in an electrically safe manner.
- the storage capacitor C2 with its discharge resistor R4 is dimensioned such that a sufficiently large current is available for the operation of the optocoupler during the entire half-wave of the mains voltage, and thus also when the voltage passes through zero, and the signals are de facto rectangular on the secondary side. While the resistor R4 discharges the capacitor C2, the capacitor is charged via the resistor R3. With an appropriate choice of the time constant, a largely symmetrical output signal can also be obtained on the secondary side, i.e. on the collector of transistor T2 or on the collector of transistor T3.
- a semiconductor switch can be used in general, which is as close as possible to the zero crossing.
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Abstract
Schaltung zum Gewinnen potentialgetrennter Synchronisierimpulse (sync) aus einem Wechselspannungsnetz, bei welchem an einem Spannungsteiler (R1, R2) für den Schalteingang eines Halbleiterschalters (T1) die mittels eines Einweggleichrichters (D1) gleichgerichtete Netzspannung liegt, in den Arbeitskreis des Schalters (T1) die Sendediode (D0) eines Optokopplers (OKO) geschaltet ist, wobei der Arbeitskreis in Serie mit der Sendediode (D0) einen Vorwiderstand (R3) aufweist, über den ein Speicherkondensator (C2) periodisch aufladbar und über die Sendediode (D0) entladbar ist, und dem Empfangselement (E0) des Optokopplers (OKO) zumindest ein Transistor (T2, T3) nachgeschaltet ist, der von einer von dem Netz galvanisch getrennten Spannungsquelle (Ub) gespeist ist und in dessen Arbeitskreis die im wesentlichen rechteckförmigen Synchronisierimpulse (sync) zur Verfügung stehen.
Description
SCHALTUNG ZUM GEWINNEN POTENTIALGETRENNTER SYNCHRONISIERIMPULSE AUS EINEM WECHSELSPANNUNGSNETZ
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Gewinnen potentialgetrertnter Synchro- nisierimpulse aus einem Wechselspannungsnetz.
Insbesondere bei elektrischen Energieversorgungen, wie bei Schaltnetzteilen niedriger Leistung zur Versorgung von Haushaltsgeräten, ist es oft erforderlich, zusätzlich zu einer Ausgangsspannung, z.B. 9,6Volt, an der Sekundärsaite eines Schaltnetzteiles ein potentialgetrenntes, netzsynchrones Ausgangssignal zur Synchronisierung von Phasenanschnittsteuerungen und/ oder Uhren zur Verfügung zu haben. Das Synchronsignal als Schutzkleinspannung bedarf einer sicheren elektrischen Trennung, und die Funktion soll auch ohne Erdlei- teranschluss gewährleistet sein.
Nach dem Stand der Technik wird an der Sekundärseite von Schaltnetzteilen aus einer Ableitung der Netzspannung über ohmsche Widerstände und bei Trennung von der Netzspannung durch dafür geeignete Schutzimpedanzen, das Synchronisierungssignal gewonnen. Dabei uss allerdings ein Erdleiter angeschlossen sein, mit dem die sekundäre Masse zu verbinden ist und der Nullleiter des Netzes muss starr geerdet sein.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, potentialgetrennte Synchronisierimpulse mit einfachen Mitteln und bei sauberer galvanischer Trennung zu gewinnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schaltimg zum Gewinnen potential getrennter Synchronisierimpulse aus einem Wechselspannungsnetz gelöst, bei welcher erfindungsgemäß an einem Spannungsteiler eines Halbleiterschalters die mittels eines Einweggleichrichters gleichgerichtete Netzspannung liegt, in den Arbeitskreis des Schalters die Sendediode eines Optokopplers geschaltet ist, wobei der Arbeitskreis in Serie mit der Sendediode einen Vorwiderstand aufweist, über den ein Speicherkondensator periodisch aufladbar und über die Sendediode entladbar ist, und dem Empfangselement des Optokopplers zumindest ein Transistor nachgeschaltet ist, der von einer von dem Netz galvanisch getrennten Spannungsquelle gespeist ist und in dessen Arbeitskreis die im wesentlichen rechteckformigen Synchronisierimpulse zur Verfügung stehen.
Dank der Erfindung erhält man auf einfache Weise ein weitgehend rechteckf örmiges Synchronisiersignal, mit welchen unterschiedliche Aufgaben, insbesondere an der Sekundärseite von Schaltnetzteilen, gelöst werden können.
Der Halbleiterschalter ist mit Vorteil ein Transistor.
Bei einer Variante ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass parallel zu dem Speicherkondensator eine spannungsbegrenzende Zenerdiode liegt.
Ein weitere zweckmäßige Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitskreis des Schalters die Serienschaltung des Vorwiderstandes, der Sendediode und eines Strombegrenzungswiderstandes liegt, wobei der Speicherkondensator parallel zu der Serienschaltung Sendediode-Strombegrenzungswiderstand-Schaltstrecke des Eingangstransistors liegt. Weiters kann dabei parallel zu der Sendediode ein Widerstand zur Potentialdefinierung liegen.
Um das Eindringen von hochfrequenten Störungen und eine Verfälschung des Synchroni- siersignals zu vermeiden, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass parallel zu eine Widerstand des Eingangsspannungsteilers ein Filterkondensator liegt.
Weiters ist es vorteilhaft, wenn der dem Empfangselement nachgeschaltete Transistor ein Darlingtontransistor ist.
In vielen Fällen ist es empfehlenswert, wenn dem Transistor, welcher dem Empfangselement des Optokopplers nachgeschaltet ist, ein weiterer Transistor zur Phasenumkehr nachgeschaltet ist, wobei an dem Arbeitswiderstand dieses Transistors die Synchronisierimpulse zur Verfügung stehen.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigt die einzige Figur eine Ausführungsmöglichkeit einer Schaltung nach der Erfindung.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liegt eine Eingangsnetzspannung UN, Z.B. 230V, 50 Hz, über eine Gleichrichterdiode Dl welche einen Einweggleichrichter darstellt, an einem Basisspannungsteiler R1/R2 eines npn-Transistors Tl. Im Kollektorkreis des Transistors Tl liegt die Serienschaltung eines Vorwiderstandes R3, der Sendediode DO eines Optokoppler OKO und eines Strombegre -zungswiderstandes R4. Diese Serienschaltung liegt zwischen dem Kollektoranschluss des Transistors Tl und der gleichgerichteten, d.h. halbwelligen Eingangswechselspannung. Die Sendediode DO des Optokopplers OKO ist von einem Widerstand R5 überbrückt, welcher zur Definierung des Potentials zweckmäßig ist. Parallel zu dem Widerstand R2 des Spannungsteilers R1/R2 liegt ein Filterkondensator Cl, welcher hochfrequente Störungen von der Basis des Transistors Tl fern hält. Der Verbindungspunkt
des Vorwiderstandes R3 mit der Sendediode DO ist über einen Speicherkondensator C2 gegen Masse geführt, wobei parallel zu dem Speicherkondensator C2 eine Zenerdiode D2 liegt, welche die Spannung an dem Kondensator auf einen bestimmten Wert, z.B. 10 V, begrenzt. Das Empfangselement EO des Optokopplers OKO, im Allgemeinen, wie hier gezeigt, ein Fototransistor, liegt über einen Arbeitswiderstand R6 an einer sekundären Betriebsspannung ÜB, wobei diese Betriebsspannung beispielsweise die geregelte Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils sein kann. Dem Empfangselement EO ist im vorliegenden Fall ein Transistor T2 nachgeschaltet, der vorteilhafterweise als Darlingtontransistor mit einem Arbeitswiderstand R7 ausgebildet ist. In manchen Fällen ist es noch zweckmäßig, zur Phasenumkehr einen weiteren Transistor T3 mit einem Arbeitswiderstand R8 folgen zu lassen, wobei hier an dem Kollektor dieses Transistors T3 die Synchronisierimpulse sync zur Verfügung stehen. Zur Bedämpfung allfälliger Schaltspitzen oder hochfrequenter Störungen kann zwischen der Basis-Emitterstrecke des Transistors T3 oder einer anderen geeigneten Stelle ein Kondensator C3 liegen.
Im Betrieb wird die Eingangswechselspannung UN aus der Basis-Emitterstrecke des Eingangstransistors Tl mit relativ scharfer Schaltschwelle geschaltet, wodurch die Sendediode DO im Kollektorkreis des Transistors Tl aktiviert wird. Der Optokoppler wird somit während der positiven Netzhalbwellen aktiv betrieben und ein Synchronisiersignal wird elektrisch sicher getrennt übertragen. Der Speicherkondensator C2 mit seinem Entladewiderstand R4 ist so bemessen, dass während der gesamten Halbwelle der Netzspannung, somit auch beim Spannungsnulldurchgang, ein ausreichend großer Strom zum Betrieb des Optokopplers zur Verfügung steht und die Signale sekundärseitig de facto rechteckförmig sind. Während der Widerstand R4 den Kondensator C2 entlädt, wird der Kondensator über den Widerstand R3 au geladen. Bei entsprechender Wahl der Zeitkonstanten lässt sich auch ein weitgehend symmetrisches Ausgangssignal an der Sekundärseite, d.h. an dem Kollektor des Transistors T2 oder an dem Kollektor des Transistors T3, erhalten.
An Stelle des Eingangstransistors Tl lässt sich ganz allgemein ein Halbleiterschalter verwenden, der möglichst exakt am Nulldurchgang liegt.
Claims
1. Schaltung zum Gewinnen potentialgetrennter Synchronisierimpulse (sync) aus einem . Wechselspannungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Spannungsteiler (Rl, R2) für den. Schalteingang eines Halbleiterschalters (Tl) die mittels eines Einweggleichrichters (Dl) gleichgerichtete Netzspannung liegt, in den Arbeitskreis des Schalters (Tl) die Sendediode (DO) eines Optokopplers (OKO) geschaltet ist, wobei der Arbeitskreis in Serie mit der Sendediode (DO) einen Vorwiderstand (R3) aufweist, über den ein Speicherkondensator (C2) periodisch aufladbar und über die Sendediode (DO) entladbar ist, und dem Empfangselement (EO) des Optokopplers (OKO) zumindest ein Transistor (T2, T3) nachgeschaltet ist, der von einer von dem Netz galvanisch getrennten Spannungsquelle (ÜB) gespeist ist und in dessen Arbeitskreis die im wesentlichen rechteckformigen Synchronisierimpulse (sync) zur Verfügung stehen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter ein Transistor (Tl) ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Speicherkondensator (C2) eine spannungsbegre zende Zenerdiode (D2) liegt.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitskreis des Schalters (Tl) die Serienschaltung des Vorwiderstandes (R3), der Sendediode (DO) und eines Strombegrenzungswiderstandes (R4) liegt, wobei der. Speicherkondensator (C2) parallel zu der Serienschaltung Sendediode-Strombegrenzungswiderstand-Schaltstrecke des Schalters liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Sendediode (DO) eine Widerstand (R5) zur Potentialdefinierung liegt.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Widerstand (R2) des Eingangsspannungsteilers, der parallel zur Basisemitterstrecke des Eingangstransistors (Tl) liegt, ein Filterkondensator (Cl) liegt.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Empfangselement (EO) nachgeschaltete Transistor (T2) ein Darlingtontransistor ist. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Transistor (T2), welcher dem Empfangselement (EO) des Optokopplers (OKO) nachgeschaltet ist, ein weiterer Transistor (T3) zur Phasenumkehr nachgeschaltet ist, wobei an dem -Arbeitswiderstand (R8) dieses Transistors die Synchronisierimpulse zur Verfügung stehen.
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