EP2467926A2 - Eingangsschaltung für ein elektrisches gerät, verwendung einer eingangsschaltung und elektrisches gerät - Google Patents

Eingangsschaltung für ein elektrisches gerät, verwendung einer eingangsschaltung und elektrisches gerät

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EP2467926A2
EP2467926A2 EP10739353A EP10739353A EP2467926A2 EP 2467926 A2 EP2467926 A2 EP 2467926A2 EP 10739353 A EP10739353 A EP 10739353A EP 10739353 A EP10739353 A EP 10739353A EP 2467926 A2 EP2467926 A2 EP 2467926A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
input circuit
electrical device
switching element
mode
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10739353A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Busch
Robert Ruef
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Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Original Assignee
Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • Input circuit for an electrical device, use of an input circuit and electrical device
  • the present invention relates to an input circuit for an electrical device comprising a line filter, wherein the electrical device can be operated in a first mode with a high power consumption and in a second mode with a reduced power consumption.
  • the invention also relates to the use of such an input circuit in a switched-mode power supply and to an electrical device having such an input circuit. Electrical devices with mains filters as well as different ones
  • a disadvantage of such electrical devices is that they always remove even in the standby mode low power from the power grid.
  • power supplies and their components used to power the electrical equipment typically have a lower efficiency in the standby mode than in the power range dimensioned for normal operation.
  • An example of such a component are line filters and power factor correction circuits, which are used in particular when using high-performance switched-mode power supplies, in order to reduce the voltage and current peaks occurring there.
  • FIG. 2 shows a conventional arrangement of an input circuit 1 with a line filter for an electrical device.
  • the circuit arrangement 1 comprises a mains input 3 in the form of a phase input line and a neutral neutral conductor, which are coupled via a mains input filter to a rectifier circuit in the form of a bridge rectifier BDI.
  • the mains input filter comprises X capacitors CxI and Cx2 arranged between the phase input line and the neutral neutral conductor, and the y-capacitors CyI, Cy2, Cy3 and Cy4 arranged between the phase connection line and neutral neutral and electrical ground, in the line phase line or the neutral neutral line arranged Entstördrosseln Ll or L2 and a connected between the phase line and the Neutral line neutral discharge resistor Rx.
  • the bridge rectifier BDI comprises four diodes, which are arranged in a so-called Graetz bridge and convert an AC voltage at the terminals 4 and 3 into a pulsating DC voltage at the terminals 1 and 2.
  • the actual power supply is not shown in FIG. In the circuit arrangement 1 of Figure 2, it would be connected in parallel to the storage capacitor designated Cb.
  • the NTC resistor limits the charging current of the capacitor Cb when switching on or plugging in the power line.
  • a monostable relay ReI is provided. By applying a voltage of, for example, twelve volts between the control terminals A and B of the relay ReI, the current limiting element Rntc can be bridged.
  • a disadvantage of the circuit arrangement 1 shown in FIG. 2 is that the mains input filter and the storage capacitor Cb are always connected to the power supply network when the switch Sw is closed. Thus, even if a power pack did not pick up charge from the storage capacitor Cb, the power input filter would result in apparent and power dissipation through the circuitry 1.
  • the discharge resistor Rx of the mains input filter also contributes to the power loss of the circuit arrangement 1. For reasons of safety, it is necessary to protect the network-side X-
  • Capacitors CxI and Cx2 of the mains input filter which have, for example, a capacity of more than 100 nF, to discharge controlled in a network separation.
  • X-capacitors of line filters must be discharged within less than a second to less than 37% of the starting value.
  • the total capacitance of all X capacitors must be limited to a maximum value of 100 nF.
  • the object of the present invention is to describe an input circuit for an electrical device, which improves the efficiency of the electrical device in an operating state with a reduced power consumption.
  • the power loss of present in the input circuit electrical network filters or power factor correction circuits should be reduced.
  • an input device for an electrical device having a common electrical path comprising a first line filter, a first electrical path connected in series with the common electrical path, a second line filter, and one with the common electrical path Series connected and connected in parallel to the first electrical path parallel electrical path.
  • a first switching element for opening the first electrical path and a control input for driving the first switching element is provided by a control circuit, wherein the first switching element is closed in a first mode with a high power consumption of the electrical device, so that a filtering of an operating current over the first line filter and the second line filter is effected, and the first switching element is open in a second operating mode with a reduced compared to the first mode power consumption of the electrical device, so that filtering is effected only by the first line filter.
  • the division of a network filter to a first network filter and a second network filter and the arrangement of the second network filter in a first electrical path allows selective connection of the second network filter via the first switching element in a first mode with a high Power consumption and the bypass of the second network filter via a second electrical path in a second mode with a reduced power consumption.
  • differently dimensioned line filters can be selected for different operating modes of the electrical device, wherein the first and second line filters are adapted to the requirements of the first and second operating modes of the electrical device, so that a better efficiency and thus lower power loss of the electrical device is achieved ,
  • the first switching element as a relay, in particular as a monostable relay configured.
  • a relay as a switching element allows the simple and safe separation of the second network filter from the first electrical path of the input circuit and also allows the provision of a switching output, for example, connected to the electrical device peripherals.
  • a current limiting element is arranged in the second electrical path.
  • the arrangement of a current limiting element in the second electrical path prevents inrush current when connecting the input circuit to a power supply network.
  • the current limiting element can be bridged by the first electrical path, so that in the first operating mode no power loss occurs at the current limiting element.
  • the input circuit comprises a second switching element for separating the second electrical path.
  • the control circuit is configured to open both the first and the second switching element in a third operating mode, so that no voltage is provided from a power supply network to the electrical device via the input circuit.
  • the use of a second switching element for opening also the second electrical path makes it possible to completely separate the electrical device from a power supply network, so that no more electrical power is removed from the power grid. In particular, for such devices that do not require a standby mode or have an internal power source for re-electronic starting of the electrical device, so the power consumption of the electrical device can be reduced to zero.
  • Switching element as a semiconductor switching element, in particular as a thyristor configured.
  • the use of a semiconductor switching element allows the simple activation of the input circuit by means of an internal power source of the electrical device for switching the electrical device in the second mode.
  • the first line filter does not have an X capacitor or an X filter.
  • Capacitor with a capacity of not more than 100 nF and the second line filter has an X-capacitor with a capacity of more than 100 nF.
  • the use of a first network filter without an X-capacitor or with a relatively small X-capacitor of, for example, less than 100 nF capacitance makes it possible to dispense with the use of so-called discharge resistors for discharging the X capacitor in the first line filter.
  • the first Line filter are designed such that it causes no power loss even with a continuous connection of the input circuit to the power grid.
  • the input circuit comprises a circuit for power factor correction and the control circuit is adapted to activate the power factor correction circuit in the first mode and to deactivate it in the second mode.
  • the selective activation of a power factor correction circuit allows the use of a simple, efficient power factor correction circuit to power the electrical equipment in the second mode of operation and the use of a high performance circuit with a required power factor correction in the first mode of operation.
  • the input circuit has a first storage capacitor with a first capacitance and a second storage capacitor with a second, smaller than the first capacitor for buffering a supply voltage for the electrical device, wherein the first storage capacitor is arranged in the first electrical path.
  • the use of different storage capacitors for buffering a supply voltage in the first and second operating modes leads to a further improvement in the efficiency of the input circuit in the second operating mode.
  • the input circuits described are particularly suitable for use in a switched-mode power supply, for example for supplying a consumer electronics device or information technology.
  • an electrical device comprises a mains input for connecting the electrical device to a power supply network, an input circuit electrically coupled to the network input having at least one first switching element and at least one switching converter coupled to the input circuit for converting a first supply voltage into one second supply voltage.
  • the electrical device further comprises a control circuit for selectively switching the electrical device in a first operating mode with a high power consumption or a second operating mode with a reduced power consumption compared to the first operating mode, wherein the control circuit is adapted to control the input circuit such that in the first mode, the first switching element is closed and in the second mode, the first switching element is open.
  • control circuit is further configured to switch the electrical device optionally in a third mode in which the input circuit electrically separates the at least one switching converter from the mains input, wherein the electrical device has at least one internal energy source to the is set to supply the control circuit in the third mode at least temporarily with an operating power.
  • the electrical device comprises a main converter and a Hilfswand- ler, being operated in the first mode of the Hauptwandler and in the second mode of the auxiliary converter for generating an operating voltage for the electrical device.
  • the use of different converter circuits for the first and second mode of operation respectively enables optimum adaptation of the respective converters to the operating mode and thus efficient operation of the electronic device in each operating mode.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electrical device with an input circuit according to the invention.
  • Figure 2 shows a conventional input circuit for an electrical device.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of an input circuit according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of an input circuit according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a circuit diagram of an input circuit according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of an input circuit according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a circuit diagram of an input circuit according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a combined state and flow diagram for the changeover between different operating modes of an electrical device.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electrical device 2 comprising an input circuit 1.
  • the electrical device 2 may be, for example, a portable computer with an external switching power supply or a stationary device of the consumer electronics with an internal power supply circuit.
  • the input circuit 1 comprises a power input 3 for connecting the electrical device 2 to a power supply network.
  • a first line filter 4 is arranged in a common electrical path 18, the interference caused by the electrical device 2 from the power supply system or via the power supply network transmitted interference away from the electrical device 2.
  • a first switching element 5 is arranged.
  • the first switching element 5 allows the selection a first electrical path 6 and / or a second electrical path 7 for supplying the electrical device 2.
  • two different electrical paths are available for supplying the electrical device 2 with an operating voltage which depends on a selected operating mode of the electrical Device 2 can be selected to adapt the input circuit 1 to the selected mode.
  • a second line filter 8 and a main converter 9 are arranged in the first electrical path 6. If the first electrical path 6 is connected via the switching element 5 to the mains input 3, the mains voltage provided by the mains input 3 is filtered by the first line filter 4 and the second line filter 8 and provided at a first supply output 10 of the input circuit 1. The supply output 10 is connected to the main converter 9. In this case, the main converter 9 generates a supply voltage for operating the electrical device 2 in a first mode of operation.
  • an auxiliary transducer 11 is arranged in the second electrical path 7, an auxiliary transducer 11 is arranged. If the switching element 5 is controlled such that the first electrical path 6 is disconnected, a current flow takes place via the second electrical path 7 and a second supply output 12 of the input circuit 1 to the auxiliary converter 11. The auxiliary converter 11 generates an auxiliary voltage for operating the electrical Device 2 in a second mode.
  • the supply or auxiliary voltages of the main converter 9 or of the auxiliary converter 11 can correspond to the same or different or different components 13 of the electronic converter. Lektrischen device 2 are supplied. It can also be provided a common converter, which can be operated in operating modes with different power consumption. For example, a switching converter may be provided with optional power factor correction, with the power factor correction being activated in a first operating mode with a power greater than 75 W and deactivated in a second operating mode with a power of less than 75W. Alternatively, it is also possible to connect the paths 6 and 7 behind the second line filter 8 and to connect a main converter 9 and an auxiliary converter 11 parallel to one another to the common supply output 10. In this case, the main converter 9 can be deactivated, for example, by the fact that its power switch is no longer activated in the second operating mode with reduced power consumption.
  • the electrical device 2 furthermore has a control circuit 14.
  • the control circuit 14 is used to control the switching element 5 via a control input 17.
  • the control circuit 14 is alternatively supplied via the auxiliary converter 11 or the main converter 9 with an operating voltage.
  • the input circuit 14 may also perform a control of the main converter 9 and / or the auxiliary converter 11.
  • Figure 3 shows a circuit diagram of a first, relatively simple construction of the invention. It essentially comprises a first passive line filter 4 in the area of the network input 3, a monostable relay ReI acting as a first switching element 5, a second passive line filter 8, a bridge rectifier BDI, an active line filter in the form of a circuit for power factor correction, in the following Parallel to the first switching element 5, the second line filter 8 and the PFC circuit 15, a second electrical path 7 comprising a current limiting element Rntc and two diodes D3 and D4 is connected.
  • the storage capacitor Cb can also be charged via the second electrical path.
  • the voltage at the storage capacitor Cb can be tapped at the supply output 10 of the input circuit 1 for supplying an electrical device 2.
  • both the main converter 9 and the auxiliary converter 11 are connected in parallel at the supply output 10 so that they can be supplied with a primary DC voltage independently of the selected path 6 or 7.
  • this is not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
  • a switching output 20 for an external peripheral device such as a monitor is provided.
  • the relay ReI is closed by providing a supply voltage to a control input 17, so that a current flow from the mains input 3 via the first line filter 4, the relay ReI, the second line filter 8 to the PFC circuit 15th and from there to the storage capacitor Cb takes place.
  • the voltage at the storage capacitor Cb can be tapped at the supply output 10 of the input circuit 1 for supplying an electrical device 2.
  • the supply current flows through the first electrical path 6, because the PFC circuit 15 charges the storage capacitor Cb to a voltage above the mains voltage, so that the diodes D3 and D4 block.
  • the first electrical path 6 has no current limiting element Rntc, so that the current limiting element Rntc also causes no power loss in normal operation.
  • the relay ReI is used in the illustrated embodiment, therefore, not only for the selection of the path 6, but at the same time for bridging the current limiting element Rntc in the normal mode. The use of a further switching element for deactivating the current limiting element Rntc after switching is therefore unnecessary.
  • the power provided by the PFC circuit 15 at the supply output 10 is relatively large in this first mode of operation. For example, a power of 250 watts is provided.
  • the first filter 4, the second line filter 8 and the PFC circuit 15 cooperate in this mode for filtering the interference caused by the electrical device 2, in particular one of the input circuit 1 downstream main converter 9 caused.
  • the second line filter 8 in particular two relatively large-sized X capacitors CxI and Cx2 with a capacity of more than 100 nF.
  • a discharge resistor Rx and an overvoltage resistor VDR are provided which discharge residual charges present in the X capacitors CxI and Cx2 within a predefined period of time or prevent the overvoltages at the X capacitors CxI and Cx2.
  • individual components of the second network filter 8 may also be arranged in front of the first switching element 5.
  • another surge protection component can be provided directly at the power input 3.
  • such components should be used, which do not cause any loss of conduction in the state connected to the power supply network, for example a gas absorber.
  • the relay ReI is opened and a supply current flows from the mains input 3 via the first line filter 4, the current limiting element Rntc and diodes D3 and D4 behind the PFC circuit 15 to the storage capacitor Cb Half-wave of the phase line Line, a current flows through the coil Ll, the current limiting element Rntc, the diode D4 to the storage capacitor Cb and from there back via the left lower diode of the bridge rectifier
  • BDI between the terminals 1 and 3, the coil L2 'and the coil Ll' to neutral Neutral.
  • a supply current flows from the neutral neutral via the inductor Ll ', the inductor L2', the right lower diode of the bridge rectifier BDI between the terminals 3 and 2, the inductor L and the diode D to the storage capacitor Cb and from there back via the diode D3, the current limiting element Rntc and the inductor Ll to the phase input line.
  • the function of an ordinary bridge rectifier is thus produced via the second electrical path 7.
  • the power provided by the input circuit 1 at the supply output 10 is relatively small in this second mode of operation. For example, a power of less than five watts, preferably less than one watt, is provided.
  • MOSFET capacitor Q of the PFC circuit 15 is not triggered via the control terminal 16 for the power factor correction. Filtering takes place solely via the first passive line filter 4, which has neither X capacitors nor a discharge resistor and therefore also causes no or only a negligible power loss.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the input circuit 1.
  • the efficiency of the input circuit 1 according to FIG. 4 has been further increased.
  • the circuit arrangement according to FIG. 4 largely corresponds to the circuit arrangement according to FIG.
  • an auxiliary capacitor Csb dimensioned smaller than the storage capacitor Cb was provided in the region of the supply output 10. In the second standby mode, the auxiliary capacitor Csb is charged via the second electrical path 7 to an operating voltage which can be tapped off at a second supply output 12.
  • the still existing storage capacitor Cb is electrically decoupled in this mode via the additional diodes D5 and D6 of the auxiliary capacitor Cb.
  • the storage capacitor Cb is not charged in the second mode. This eliminates the power loss of the symbolically drawn in Figure 4 resistors Rpfcl and Rpfc2, which are required to provide a feedback signal PFC feedback to the correct operation of the PFC circuit 15.
  • the storage capacitor Cb is charged to an operating voltage via the second line filter and the PFC circuit, which is provided at the first supply output 10.
  • the auxiliary capacitor Csb is also charged with an operating voltage via the diodes D6 and D5, so that a supply voltage for a possibly downstream auxiliary power supply is also provided at the second supply output 12.
  • FIG. 5 shows a further improved input circuit 1 according to a third embodiment of the invention.
  • the input circuit according to FIG. 5 again provides a first line filter 4 in a common electrical path 18 and a second line filter 8 in a first electrical path 6.
  • the first electrical path 6 can be decoupled from the mains input 3 via a relay ReI.
  • the first electrical path 6 is constructed like the first electrical path 6 according to the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • the input circuit 1 has a second electrical path 7, which is arranged parallel to the relay ReI, the second line filter 8 and the PFC circuit 15.
  • the second electrical path 7 has two thyristors SCR1 and SCR2 acting as the second switching element 19.
  • the control inputs of the thyristors SCR1 and SCR2 are driven via two transmitters T1 and T2, respectively.
  • a suitable control pulse can be provided by a control circuit 14 of the electrical device 1 in order to ignite the thyristors SCR1 or SCR2 and thus enable a supply of the electrical device 2 in a second operating mode via the second electrical path 7.
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of an input circuit 1. In contrast to the embodiment shown in FIG. 5, the activation of the second switching element 19 has been further simplified. In this embodiment, only a single thyristor SCR is used as the second switching element 19. To the thyristor SCR both during a positive
  • an electric current flows from the neutral neutral via the inductor Ll ', the Inductor L2 ', the right lower diode of the bridge rectifier BDI between the terminals 3 and 2, the storage coil L and the diode D to the storage capacitor Cb. From there, the current flows back through the diode D3, the thyristor SCR, the diode D2, the current limiting resistor Rntc and the inductor Ll to the phase line.
  • FIG. 7 shows a fifth exemplary embodiment of an input circuit 1 according to the invention.
  • the input circuit largely corresponds to the embodiment shown in FIG.
  • the common electric path 18 and the second electric path 7 are made the same.
  • two parallel-operating PFC circuits 15a and 15b were used instead of the bridge rectifier BDI with a single downstream PFC circuit 15.
  • Each of the PFC circuits 15a and 15b is a boost converter (English: Boost Converter).
  • Boost Converter boost converter
  • other power factor correction converter circuits known in the art may be used.
  • the diode BR1 When the relay Re1 is closed, the diode BR1 conducts during a positive half-wave of the mains voltage and the diode BR2 during a negative half-wave. Thus, during a positive half-cycle, the first PFC circuit 15a and during a negative half cycle, the second PFC circuit 15b active. If the MOSFET Qa or Qb is closed by applying a suitable control signal PFC-CONTROL or PFC-Control2, the storage inductor La of the first PFC circuit 15a or the storage inductor Lb of the second PFC circuit 15b is charged. If the MOSFET Qa or Qb blocks, the first storage inductor La is discharged via the diode Da or the second storage inductor Lb via the diode Db.
  • the circuit according to FIG. 7 with parallel PFC circuits 15a and 15b for operation during a positive or negative half-wave of the supply voltage brings about a reduction in the power loss of the input circuit 1 in the first operating mode.
  • the circuit according to FIG. 7 does not require a bridge rectifier BDI, so that the
  • Figure 8 shows a combined state and flow diagram for the control of the input circuits 1 according to the different embodiments of the invention.
  • the embodiments according to FIGS. 3 and 4 without a second switching element 19 in the second electrical path 8 comprise only the first operating state Z 1 with a normal power consumption of the electrical device 2 and the second operating physician Z 2 with a reduced power consumption of the electrical device 2
  • the embodiments according to Figures 5 to 7 with a second switching element 19 in the second e- lektrischen path 7 additionally comprise a third mode Z3, in which the electrical device 2 is completely separated from the power supply network.
  • the additional operating Art Z3 and the steps 61 and 62 for the transition to the second mode Z2 are therefore shown in dashed lines in Figure 8.
  • the electrical device 2 is in the so-called zero-watt mode Z3. In this state, neither the relay ReI nor the thyristor SCR is supplied with a control voltage, so that the power input 3 is electrically decoupled from the supply output 10. If the electrical device 2 is to be switched on or at least put into a standby mode, a control pulse via the connections SCR-Pulsl and SCR-Puls2 to the transformer T is made available.
  • a fed from a so-called BIOS battery of a computer, discrete control circuit or a battery powered microcontroller with a very low power consumption, a sequence of 20 individual pulses within a period of 40 ms to the transmitter T send, without requiring a mains voltage required is.
  • the transformer T transforms the provided control pulse to the required voltage to ignite the thyristor SCR in step 61. Igniting the thyristor SCR flows as described above with reference to Figure 6, a current in the second electrical path 7 via the current limiting element Rntc for charging the storage capacitor Cb.
  • the current limiting element Rntc thereby limits too rapid increase of the supply voltage and associated interference.
  • step 62 If the capacitor Cb is charged, in step 62, for example, an auxiliary converter 11 connected to the supply output 10 starts.
  • the thyristor SCR can subsequently be connected to a higher pulse sequence. be controlled, whereby a power supply via the auxiliary converter 11 can take place.
  • the electrical device 2 is in the second operating mode Z2 characterized as standby mode with a greatly reduced power consumption.
  • a control voltage of 12 volts generated via an auxiliary converter 11 can be provided to the relay ReI via the control input 17. Then, in step 63, the first switching element 5 is closed.
  • a control signal for driving the MOSFET Q of the PFC circuit 15 is also provided. This is done in step 64.
  • step 65 a likewise connected to the supply output 10 main converter 9 can be started, which takes over the first line filter 4 and the second line filter 8, a higher power from the power supply network.
  • the first line filter 4, the second line filter 8 and the power factor correction circuit 15 ensure that the disturbances caused by the relatively high-power main converter 9 do not affect the power supply network.
  • the electrical device is in the designated as normal operation first mode Zl.
  • a third line filter in the second electrical path 7 is provided. This may be advantageous if the ratio between the first line filter 4 in the common electrical path 18 and the second line filter 8 in the first electrical path 6 is selected so that the dimensioning of the second network filter 8 is sufficient to electromagnetic radiation Disruptions over at the
  • the second network filter 8 may be enlarged and the first network filter 4 reduced in size. If the first line filter 4 then no longer suffices for interference suppression of the electrical device in the second operating mode, a third line filter should be provided in the second electrical path 7, for example a further coil. During operation, the coil in the second electrical path 7 is only flowed through by a comparatively small current, for example 100 mA, and can accordingly have thin coil windings.
  • Switching element 19 a changeover relay can be used.
  • this has the disadvantage that then no complete decoupling of the supply output 10 from the mains input 3 and thus no zero watt mode is possible.
  • the storage capacitor Cb must be large enough to ensure a supply of a connected behind the power supply output 10 auxiliary converter 11 during the switching period of the relay.
  • the positions of the common electrical path 18 and the parallel arranged first and second electrical paths 6 and 7 can be reversed. From the point of view of best possible electromagnetic interference suppression of the electrical device 2, however, it is advantageous to arrange the first line filter 4 as close as possible to the mains input 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung (1) für ein elektrisches Gerät (2) umfassend einen gemeinsamen elektrischen Pfad (18) mit einem ersten Netzfilter (4), einen mit dem gemeinsamen elektrischen Pfad (18) in Serie geschalteten ersten elektrischen Pfad (6) mit einem zweiten Netzfilter (8) und einem mit dem gemeinsamen elektrischen Pfad (18) in Serie geschaltet und zu dem ersten elektrischen Pfad (6) parallel geschalteten zweiten elektrischen Pfad (7). Die Eingangsschaltung weist ein erstes Schaltelement (5) zum Öffnen des ersten elektrischen Pfads (6) auf. In einer ersten Betriebsart (Z1) mit einer hohen Leistungsaufnahme des elektrischen Geräts (1) ist das erste Schaltelement (5) geschlossen, so dass eine Filterung eines Betriebsstroms über das erste Netzfilter (4) und das zweite Netzfilter (8) bewirkt wird, und in einer zweiten Betriebsart (Z2) mit einer reduzierten Leistungsaufnahme des elektrischen Gerätes (2) ist das erste Schaltelement (5) geöffnet, so dass eine Filterung nur durch das erste Netzfilter (4) bewirkt wird. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung einer solchen Eingangsschaltung (1) in einem Schaltnetzteil sowie ein elektrisches Gerät (2) mit einer solchen Eingangsschaltung (1).

Description

Beschreibung
Eingangsschaltung für ein elektrisches Gerät, Verwendung einer Eingangsschaltung und elektrisches Gerät
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für ein elektrisches Gerät aufweisend ein Netzfilter, wobei das elektrische Gerät in einer ersten Betriebsart mit einer hohen Leistungsaufnahme und in einer zweiten Betriebsart mit einer reduzierten Leistungsaufnahme betrieben werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung einer derartigen Eingangsschaltung in einem Schaltnetzteil sowie ein elektrisches Gerät mit einer derartigen Eingangsschaltung. Elektrische Geräte mit Netzfiltern sowie unterschiedlichen
Leistungsaufnahmen sind vielfach bekannt. Insbesondere Geräte der Informationstechnik sowie der Unterhaltungselektronik weisen neben einer normalen, vollständig eingeschalteten Betriebsart oft eine so genannte Bereitschafts- oder Standby- Betriebsart auf, in der nur eine verhältnismäßig geringe Leistung aus einem Energieversorgungsnetz entnommen wird. Solche Bereitschaftsbetriebsarten ermöglichen unter anderem, elektrische Geräte fern- oder zeitgesteuert wieder in einen vollständig eingeschalteten Betriebszustand zu versetzen.
Nachteilig an solchen elektrischen Geräten ist, dass sie auch in der Bereitschaftsbetriebsart stets eine geringe Leistung aus dem Stromversorgungsnetz entnehmen. Darüber hinaus weisen Netzteile und ihre Komponenten, die zur Versorgung des elekt- rischen Gerätes eingesetzt werden, in der Bereitschaftsbetriebsart in der Regel einen niedrigeren Wirkungsgrad auf als in dem für den Normalbetrieb dimensionierten Leistungsbereich. Ein Beispiel für eine solche Komponente sind Netzfilter und Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur, die insbesondere beim Einsatz leistungsstarker Schaltnetzteile Verwendung fin- den, um die dort auftretenden Spannungs- und Stromspitzen zu reduzieren .
Figur 2 zeigt eine konventionelle Anordnung einer Eingangsschaltung 1 mit einem Netzfilter für ein elektrisches Gerät. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Netzeingang 3 in Form eines Phaseneingangs Line und eines Nullleiters Neutral, die über ein Netzeingangsfilter mit einer Gleichrichterschaltung in Form eines Brückengleichrichters BDI gekoppelt sind. Das Netzeingangsfilter umfasst zwischen dem Phaseneingang Line und dem Nulleiter Neutral angeordnete X-Kondensatoren CxI und Cx2, zwischen dem Phasenanschluss Line beziehungsweise dem Nullleiter Neutral und elektrischer Masse angeordnete y- Kondensatoren CyI, Cy2, Cy3 und Cy4, in der Phasenleitung Line beziehungsweise dem Nullleiter Neutral angeordnete Ent- stördrosseln Ll beziehungsweise L2 sowie einen zwischen die Phasenleitung Line und den Nullleiter Neutral geschalteten Entladewiderstand Rx. Der Brückengleichrichter BDI umfasst vier Dioden, die in einer so genannten Graetz-Brücke angeordnet sind und die eine Wechselspannung an den Anschlüssen 4 und 3 in eine pulsierende Gleichspannung an den Anschlüssen 1 und 2 umwandeln. Das eigentliche Netzteil ist in der Figur 2 nicht dargestellt. In der Schaltungsanordnung 1 der Figur 2 würde es parallel zu dem mit Cb bezeichneten Speicherkondensator angeschlossen.
Um einen großen Ladestrom beim Einschalten des Netzteiles durch den Schalter Sw in der Phasenleitung Line zu vermeiden, ist zwischen dem Gleichrichter BDI und den Speicherkondensa- tor Cb ein Strombegrenzungselement in Form eines Heißleiters Rntc geschaltet. Der NTC-Widerstand begrenzt den Ladestrom des Kondensators Cb beim Einschalten oder Einstecken der Netzleitung. Um die parasitäre Last des NTC-Widerstandes Rntc im Betrieb der Schaltungsanordnung 1 zu vermeiden, ist ein monostabiles Relais ReI vorgesehen. Durch Anlegen einer Spannung von beispielsweise zwölf Volt zwischen den Steueranschlüssen A und B des Relais ReI kann das Strombegrenzungselement Rntc überbrückt werden.
Ein Nachteil der in der Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung 1 besteht darin, dass das Netzeingangsfilter und der Speicherkondensator Cb bei geschlossenem Schalter Sw stets mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist. Selbst wenn ein Netzteil somit keine Ladung aus dem Speicherkondensator Cb entnähme, würde das Netzeingangsfilter zu einer Schein- und Verlustleistung durch die Schaltungsanordnung 1 führen. Auch der Entladewiderstand Rx des Netzeingangsfilters trägt zur Verlustleistung der Schaltungsanordnung 1 bei. Er ist aus Si- cherheitsgründen erforderlich, um die netzseitigen X-
Kondensatoren CxI und Cx2 des Netzeingangsfilters, die beispielsweise eine Kapazität von mehr als 100 nF aufweisen, bei einer Netztrennung kontrolliert zu entladen. Gemäß einschlägiger Vorschriften, beispielsweise der VDE-Norm "Einrichtun- gen der Informationstechnik - Sicherheit" DIN EN 60950-1, müssen X-Kondensatoren von Netzfiltern innerhalb einer Zeit von weniger als einer Sekunde auf weniger als 37 % des Startwertes entladen werden. Alternativ muss die Gesamtkapazität aller X-Kondensatoren auf einen Wert von maximal 100 nF be- grenzt werden. Dies führt dazu, dass der Wirkungsgrad eines elektrischen Gerätes insbesondere in einer Betriebsart mit reduzierter Leistungsaufnahme reduziert wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Eingangsschaltung für ein elektrisches Gerät zu beschreiben, die den Wirkungsgrad des elektrischen Gerätes in einem Betriebszustand mit einer reduzierten Leistungsaufnahme verbessert. Insbesondere soll die Verlustleistung von in der Eingangsschaltung vorhandenen elektrischen Netzfiltern oder Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur reduziert werden.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Eingangsschaltung für ein elektrisches Gerät gelöst, das einen gemeinsamen e- lektrischen Pfad umfassend ein erstes Netzfilter, einen mit dem gemeinsamen elektrischen Pfad in Serie geschalteten ersten elektrischen Pfad umfassend ein zweites Netzfilter und einen mit dem gemeinsamen elektrischen Pfad in Serie geschal- teten und zu dem ersten elektrischen Pfad parallel geschalteten zweiten elektrischen Pfad umfasst. Erfindungsgemäß ist ein erstes Schaltelement zum Öffnen des ersten elektrischen Pfads sowie einen Steuereingang zur Ansteuerung des ersten Schaltelementes durch eine Steuerschaltung vorgesehen, wobei das erste Schaltelement in einer ersten Betriebsart mit einer hohen Leistungsaufnahme des elektrischen Geräts geschlossen ist, so dass eine Filterung eines Betriebsstroms über das erste Netzfilter und das zweite Netzfilter bewirkt wird, und das erste Schaltelement in einer zweiten Betriebsart mit ei- ner gegenüber der ersten Betriebsart reduzierten Leistungsaufnahme des elektrischen Geräts geöffnet ist, so dass eine Filterung nur durch das erste Netzfilter bewirkt wird.
Die Aufteilung eines Netzfilters auf ein erstes Netzfilter und ein zweites Netzfilter sowie die Anordnung des zweiten Netzfilters in einem ersten elektrischen Pfad gestattet das selektive Zuschalten des zweiten Netzfilters über das erste Schaltelement in einer ersten Betriebsart mit einer hohen Leistungsaufnahme und die Umgehung des zweiten Netzfilters über einen zweiten elektrischen Pfad in einer zweiten Betriebsart mit einer reduzierten Leistungsaufnahme. Auf diese Weise können unterschiedlich dimensionierte Netzfilter für unterschiedliche Betriebsarten des elektrischen Gerätes gewählt werden, wobei das erste und zweite Netzfilter auf die Anforderungen der ersten und zweiten Betriebsart des elektrischen Gerätes angepasst werden, so dass eine bessere Effizienz und somit niedrigere Verlustleistung des elektrischen Gerätes erreicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Schaltelement als Relais, insbesondere als monostabiles Relais, ausgestaltet. Die Verwendung eines Relais als Schaltelement gestattet die einfache und sichere Trennung des zweiten Netzfilters aus dem ersten elektrischen Pfad der Eingangsschaltung und ermöglicht zugleich die Bereitstellung eines Schaltausganges, beispielsweise für an das elektrische Gerät angeschlossene Peripheriegeräte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem zweiten elektrischen Pfad ein Strombegrenzungselement angeordnet. Die Anordnung eines Strombegrenzungselementes in dem zweiten elektrischen Pfad verhindert einen Einschaltstromstoß beim Anschluss der Eingangsschaltung an ein Stromversorgungsnetz. In der ersten Betriebsart mit der hohen Leistungsaufnahme kann das Strombegrenzungselement durch den ersten e- lektrischen Pfad überbrückt werden, so dass in der ersten Betriebsart keine Verlustleistung an dem Strombegrenzungsele- ment auftritt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Eingangsschaltung ein zweites Schaltelement zum Trennen des zweiten elektrischen Pfades. In dieser Ausgestaltung ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, in einer dritten Betriebsart sowohl das erste als auch das zweite Schaltelement zu öffnen, so dass über die Eingangsschaltung keine Spannung aus einem Stromversorgungsnetz an das elektrische Gerät bereitgestellt wird. Die Verwendung eines zweiten Schaltelementes zum Öffnen auch des zweiten elektrischen Pfades gestattet es, das elektrische Gerät vollständig von einem Stromversorgungsnetz zu trennen, so dass überhaupt keine elektrische Leistung mehr aus dem Energieversorgungsnetz entnommen wird. Insbesondere für solche Geräte, die keinen Standby-Betrieb erfordern oder eine interne Energiequelle zum erneuten elektronischen Starten des elektrischen Gerätes aufweisen, kann so die Energieaufnahme des elektrischen Gerätes auf Null reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite
Schaltelement als Halbleiterschaltelement, insbesondere als Thyristor, ausgestaltet. Die Verwendung eines Halbleiterschaltelementes ermöglicht die einfache Aktivierung der Ein- gangsschaltung mittels einer internen Energiequelle des e- lektrischen Gerätes zum Schalten des elektrischen Gerätes in die zweite Betriebsart.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erste Netzfilter keinen X-Kondensator oder einen X-
Kondensator mit einer Kapazität von nicht mehr als 100 nF auf und das zweite Netzfilter weist einen X-Kondensator mit einer Kapazität von mehr als 100 nF auf. Die Verwendung eines ersten Netzfilters ohne einen X-Kondensator oder mit einem ver- hältnismäßig kleinen X-Kondensator von beispielsweise weniger als 100 nF Kapazität gestattet es, auf die Verwendung von so genannten Entladewiderständen zum Entladen des X-Kondensators in dem ersten Netzfilter zu verzichten. Somit kann das erste Netzfilter derart ausgestaltet werden, dass es auch bei einem fortwährenden Anschluss der Eingangsschaltung an dem Stromversorgungsnetz keine Verlustleistung verursacht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Eingangsschaltung eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur und die Steuerschaltung ist dazu eingerichtet, die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur in der ersten Betriebsart zu aktivieren und in der zweiten Betriebsart zu deaktivieren. Die selektive Aktivierung einer Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur ermöglicht die Verwendung einer einfachen, effizienten Schaltung ohne Leistungsfaktorkorrektur zur Versorgung des elektrischen Gerätes in der zweiten Betriebsart sowie die Verwendung einer besonders leistungsstarken Schaltung mit ei- ner erforderlichen Leistungsfaktorkorrektur in der ersten Betriebsart .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Eingangsschaltung einen ersten Speicherkondensator mit einer ersten Kapazität und einen zweiten Speicherkondensator mit einer zweiten, geringeren als der ersten Kapazität zum Puffern einer Versorgungsspannung für das elektrische Gerät, wobei der erste Speicherkondensator in dem ersten elektrischen Pfad angeordnet ist. Die Verwendung unterschiedlicher Spei- cherkondensatoren zum Puffern einer Versorgungsspannung in der ersten beziehungsweise zweiten Betriebsart führt zu einer weiteren Verbesserung der Effizienz der Eingangsschaltung in der zweiten Betriebsart. Die beschriebenen Eingangsschaltungen eignen sich insbesondere zur Verwendung in einem Schaltnetzteil, beispielsweise zur Versorgung eines Gerätes der Unterhaltungselektronik oder der Informationstechnologie . Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein elektrisches Gerät einen Netzeingang zum Anschluss des elektrischen Geräts an ein Stromversorgungsnetz, eine mit dem Netz- eingang elektrisch gekoppelte Eingangsschaltung mit wenigstens einem ersten Schaltelement und wenigstens einen mit der Eingangsschaltung gekoppelten Schaltwandler zum Umwandeln einer ersten Versorgungsspannung in eine zweite Versorgungsspannung. Das elektrische Gerät umfasst weiter eine Steuer- Schaltung zum wahlweisen Schalten des elektrischen Geräts in eine erste Betriebsart mit einer hohen Leistungsaufnahme oder eine zweite Betriebsart mit einer gegenüber der ersten Betriebsart reduzierten Leistungsaufnahme, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, die Eingangsschaltung derart anzusteuern, dass in der ersten Betriebsart das erste Schaltelement geschlossen ist und in der zweiten Betriebsart das erste Schaltelement geöffnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerschal- tung weiterhin dazu eingerichtet, das elektrische Gerät wahlweise in eine dritte Betriebsart zu schalten, in der die Eingangsschaltung den wenigstens einen Schaltwandler elektrisch von dem Netzeingang trennt, wobei das elektrische Gerät wenigstens eine interne Energiequelle aufweist, die dazu einge- richtet ist, die Steuerschaltung in der dritten Betriebsart zumindest zeitweise mit einer Betriebsenergie zu versorgen. Durch das Vorsehen einer dritten Betriebsart, in der der Schaltwandler des elektrischen Geräts vollständig von dem Stromversorgungsnetz getrennt wird, kann eine Leistungsauf- nähme des Geräts aus einem Stromversorgungsnetz vollständig vermieden werden, wobei die Versorgung der Steuerschaltung durch eine Energiequelle ein elektronischen Wiedereinschalten des elektrischen Geräts ermöglicht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das elektrische Gerät einen Hauptwandler sowie einen Hilfswand- ler, wobei in der ersten Betriebsart der Hauptwandler und in der zweiten Betriebsart der Hilfswandler zur Erzeugung einer Betriebsspannung für das elektrische Gerät betrieben wird. Die Verwendung unterschiedlicher Wandlerschaltungen für die erste beziehungsweise zweite Betriebsart ermöglicht eine optimale Anpassung der jeweiligen Wandler an die Betriebsart und somit einen effizienten Betrieb des elektronischen Geräts in jeder Betriebsart.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie durch die angehängten Patentansprüche offenbart.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand unterschiedlicher Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme von Figuren beschrieben. Dabei werden in den Figuren für Funktionselemente mit glei- eher oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Gerätes mit einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung.
Figur 2 zeigt eine konventionelle Eingangsschaltung für ein elektrisches Gerät.
Figur 3 zeigt einen Schaltplan einer Eingangsschaltung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
Figur 4 zeigt einen Schaltplan einer Eingangsschaltung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Figur 5 zeigt einen Schaltplan einer Eingangsschaltung gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Figur 6 zeigt einen Schaltplan einer Eingangsschaltung gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
Figur 7 zeigt einen Schaltplan einer Eingangsschaltung gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung.
Figur 8 zeigt ein kombiniertes Zustands- und Ablaufdiagramm für den Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsarten eines elektrischen Geräts. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Gerätes 2 umfassend eine Eingangsschaltung 1. Bei dem elektrischen Gerät 2 kann es sich beispielsweise um einen tragbaren Computer mit einem externen Schaltnetzteil oder um ein stationäres Gerät der Unterhaltungselektronik mit einer internen Stromversorgungsschaltung handeln.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Eingangsschaltung 1 einen Netzeingang 3 zum Anschluss des elektrischen Gerätes 2 an ein Stromversorgungsnetz. In Energiefluss- richtung hinter dem Netzeingang 3 ist in einem gemeinsamen elektrischen Pfad 18 ein erstes Netzfilter 4 angeordnet, das von dem elektrischen Gerät 2 verursachte Störungen von dem Stromversorgungsnetz beziehungsweise über das Stromversorgungsnetz übertragene Störungen von dem elektrischen Gerät 2 fernhält.
Hinter dem ersten Netzfilter 1 ist ein erstes Schaltelement 5 angeordnet. Das erste Schaltelement 5 gestattet die Auswahl eines ersten elektrischen Pfads 6 und/oder eines zweiten e- lektrischen Pfads 7 zur Versorgung des elektrischen Gerätes 2. Somit stehen zwei unterschiedliche elektrische Pfade zur Versorgung des elektrischen Geräts 2 mit einer Betriebsspan- nung zur Verfügung, die in Abhängigkeit einer gewählten Betriebsart des elektrischen Geräts 2 ausgewählt werden können, um die Eingangsschaltung 1 an die gewählte Betriebsart anzupassen . In dem ersten elektrischen Pfad 6 sind ein zweites Netzfilter 8 sowie ein Hauptwandler 9 angeordnet. Wird der erste elektrische Pfad 6 über das Schaltelement 5 mit dem Netzeingang 3 verbunden, wird die von dem Netzeingang 3 bereitgestellte Netzspannung durch das erste Netzfilter 4 sowie das zweite Netzfilter 8 gefiltert und an einem ersten Versorgungsausgang 10 der Eingangsschaltung 1 bereitgestellt. Der Versorgungsausgang 10 ist mit dem Hauptwandler 9 verbunden. Der Hauptwandler 9 erzeugt in diesem Fall eine Versorgungsspannung zum Betrieb des elektrischen Gerätes 2 in einer ersten Betriebs- art.
In dem zweiten elektrischen Pfad 7 ist ein Hilfswandler 11 angeordnet. Wird das Schaltelement 5 so angesteuert, dass der erste elektrische Pfad 6 getrennt wird, erfolgt ein Strom- fluss über den zweiten elektrischen Pfad 7 und einen zweiten Versorgungsausgang 12 der Eingangsschaltung 1 zu dem Hilfswandler 11. Der Hilfswandler 11 erzeugt eine Hilfsspannung zum Betrieb des elektrischen Gerätes 2 in einer zweiten Betriebsart .
Die Versorgungs- beziehungsweise Hilfsspannungen des Hauptwandlers 9 beziehungsweise des Hilfswandlers 11 können der- oder denselben oder unterschiedlichen Komponenten 13 des e- lektrischen Gerätes 2 zugeführt werden. Es kann auch ein gemeinsamer Wandler vorgesehen sein, der sich in Betriebsarten mit unterschiedlicher Leistungsaufnahme betreiben lässt. Beispielsweise kann ein Schaltwandler mit optionaler Leistungs- faktorkorrektur vorgesehen sein, wobei die Leistungsfaktorkorrektur in einer ersten Betriebsart mit einer Leistung von mehr als 75 W aktiviert ist und in einer zweiten Betriebsart mit einer Leistung von weniger als 75 W deaktiviert ist. Alternativ ist es auch möglich, die Pfade 6 und 7 hinter dem zweiten Netzfilter 8 zu verbinden und einen Hauptwandler 9 und einen Hilfswandler 11 parallel zueinander an den gemeinsamen Versorgungsausgang 10 anzuschließen. In diesem Fall kann der Hauptwandler 9 beispielsweise dadurch deaktiviert werden, dass dessen Leistungsschalter in der zweiten Be- triebsart mit reduzierter Leistungsaufnahme nicht mehr angesteuert wird.
Das elektrische Gerät 2 weist des Weiteren eine Steuerschaltung 14 auf. Die Steuerschaltung 14 dient zur Ansteuerung des Schaltelementes 5 über einen Steuereingang 17. Im in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Steuerschaltung 14 alternativ über den Hilfswandler 11 oder den Hauptwandler 9 mit einer Betriebsspannung versorgt. Die Eingangsschaltung 14 kann auch eine Regelung des Hauptwandlers 9 und/oder des Hilfswandlers 11 vornehmen.
Figur 3 zeigt einen Schaltplan einer ersten, verhältnismäßig einfach aufgebauten Ausgestaltung der Erfindung. Sie umfasst im Wesentlichen ein erstes passives Netzfilter 4 im Bereich des Netzeingangs 3, ein als erstes Schaltelement 5 wirkendes monostabiles Relais ReI, ein zweites passives Netzfilter 8, einen Brückengleichrichter BDI, ein aktives Netzfilter in Form einer Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur, im Folgen- den PFC-Schaltung 15, sowie einen Speicherkondensator Cb. Parallel zu dem ersten Schaltelement 5, dem zweiten Netzfilter 8 sowie der PFC-Schaltung 15 ist ein zweiter elektrischer Pfad 7 umfassend ein Strombegrenzungselement Rntc sowie zwei Dioden D3 und D4 geschaltet. Über den zweiten elektrischen Pfad kann der Speicherkondensator Cb ebenfalls geladen werden. Die Spannung an dem Speicherkondensator Cb kann an dem Versorgungsausgang 10 der Eingangsschaltung 1 zur Versorgung eines elektrischen Geräts 2 abgegriffen werden. Im Ausfüh- rungsbeispiel sind am Versorgungsausgang 10 sowohl der Hauptwandler 9 als auch der Hilfswandler 11 parallel angeschlossen, so dass diese unabhängig vom gewählten Pfad 6 bzw. 7 mit einer primären Gleichspannung versorgt werden können. Dies ist in der Figur 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt. Des Weiteren ist elektrisch hinter dem Relais ReI ein Schaltausgang 20 für ein externes Peripheriegerät wie beispielsweise einen Monitor vorgesehen.
In der ersten, so genannten Normalbetriebsart wird das Relais ReI über das Bereitstellen einer Versorgungsspannung an einem Steuereingang 17 geschlossen, so dass ein Stromfluss von dem Netzeingang 3 über das erste Netzfilter 4, das Relais ReI, das zweite Netzfilter 8 zu der PFC-Schaltung 15 und von dort zu dem Speicherkondensator Cb stattfindet. Die Spannung an dem Speicherkondensator Cb kann an dem Versorgungsausgang 10 der Eingangsschaltung 1 zur Versorgung eines elektrischen Geräts 2 abgegriffen werden. In dieser Betriebsart fließt der Versorgungsstrom über den ersten elektrischen Pfad 6, weil die PFC-Schaltung 15 den Speicherkondensator Cb auf eine Spannung oberhalb der Netzspannung auflädt, so dass die Dioden D3 und D4 sperren. Der erste elektrische Pfad 6 weist im Unterschied zum zweiten elektrischen Pfad 7 kein Strombegrenzungselement Rntc auf, so dass das Strombegrenzungselement Rntc auch keine Verlustleistung im Normalbetrieb verursacht. Das Relais ReI dient im dargestellten Ausführungsbeispiel daher nicht nur zur Auswahl des Pfades 6, sondern gleichzeitig auch zur Überbrückung des Strombegrenzungselements Rntc in der Normalbetriebsart. Die Verwendung eines weiteren Schaltelements zum Deaktivieren des Strombegrenzungselements Rntc nach dem Einschalten erübrigt sich daher. Die von der PFC- Schaltung 15 an dem Versorgungsausgang 10 bereitgestellte Leistung ist in dieser ersten Betriebsart verhältnismäßig groß. Beispielsweise wird eine Leistung von 250 Watt bereitgestellt .
Das erste Filter 4, das zweite Netzfilter 8 sowie die PFC- Schaltung 15 wirken in dieser Betriebsart zur Filterung der von dem elektrischen Gerät 2, insbesondere eines der Eingangsschaltung 1 nachgeordnetem Hauptwandler 9, verursachten Störungen zusammen. Hierzu weist das zweite Netzfilter 8 insbesondere zwei verhältnismäßig groß dimensionierte X- Kondensatoren CxI und Cx2 mit einer Kapazität von mehr als 100 nF auf. Zur Einhaltung entsprechender gesetzlicher Normen sowie zur elektrischen Sicherheit sind ein Entladewiderstand Rx sowie ein Überspannungswiderstand VDR vorgesehen, die in den X-Kondensatoren CxI und Cx2 vorhandene Restladungen innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne entladen beziehungs- weise die Überanspannungen an den X-Kondensatoren CxI und Cx2 verhindern. Darüber hinaus ist es bei einer Gesamtleistung von mehr als 75 Watt vorgeschrieben, eine Leistungsfaktorkorrektur durch korrekte Ansteuerung eines Steueranschlusses 16 der PFC-Schaltung 15 vorzunehmen. In Abhängigkeit gegebenen- falls existierender Vorschriften zur elektrischen Betriebssicherheit können einzelne Komponenten des zweiten Netzfilters 8 auch vor dem ersten Schaltelement 5 angeordnet sein. Beispielsweise kann anstelle oder zusätzlich zu dem Überspan- nungswiderstands VDR eine andere Überspannungsschutzkomponente direkt am Netzeingang 3 vorgesehen werden. Bevorzugt sollten dabei solche Komponenten Verwendung finden, die im an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Zustand keine Verlust- leitung verursachen, wie beispielsweise ein Gasabieiter.
In einer zweiten, so genannten Bereitschaftsbetriebsart ist das Relais ReI geöffnet und ein Versorgungsstrom fließt von dem Netzeingang 3 über das erste Netzfilter 4, das Strombe- grenzungselement Rntc und Dioden D3 beziehungsweise D4 hinter der PFC-Schaltung 15 zu dem Speicherkondensator Cb. Während einer positiven Halbwelle der Phasenleitung Line fließt ein Strom über die Spule Ll, das Strombegrenzungselement Rntc, die Diode D4 zu dem Speicherkondensator Cb und von dort zu- rück über die linke untere Diode des Brückengleichrichters
BDI zwischen den Anschlüssen 1 und 3, die Spule L2' sowie die Spule Ll' zum Nullleiter Neutral. Während einer negativen Halbwelle der Phasenleitung Line fließt ein Versorgungsstrom von dem Nullleiter Neutral über die Drosselspule Ll', die Drosselspule L2', die rechte untere Diode des Brückengleichrichters BDI zwischen den Anschlüssen 3 und 2, die Drossel L und die Diode D zum Speicherkondensator Cb und von dort zurück über die Diode D3, das Strombegrenzungselement Rntc und die Drosselspule Ll zum Phaseneingang Line. Über den zweiten elektrischen Pfad 7 wird somit die Funktion eines gewöhnlichen Brückengleichrichters hergestellt. Die von der Eingangsschaltung 1 an dem Versorgungsausgang 10 bereitgestellte Leistung ist in dieser zweiten Betriebsart verhältnismäßig klein. Beispielsweise wird eine Leistung von weniger als fünf Watt, bevorzugt weniger als einem Watt bereitgestellt.
In dieser Betriebsart fließt kein Strom über den Entladewiderstand Rx des zweiten Netzfilters 8. Die X-Kondensatoren CxI und Cx2 werden nicht geladen. Des Weiteren wird der
MOSFET-Kondensator Q der PFC-Schaltung 15 über den Steueran- schluss 16 für die Leistungsfaktorkorrektur nicht angesteuert. Eine Filterung erfolgt allein über das erste passive Netzfilter 4, das weder X-Kondensatoren noch einen Entladewiderstand aufweist und daher auch keine oder nur eine verschwindend kleine Verlustleistung verursacht.
Figur 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Eingangsschaltung 1. Gegenüber der in der Figur 3 dargestellten Lösung wurde der Wirkungsgrad der Eingangsschaltung 1 gemäß Figur 4 weiter erhöht. Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 stimmt weitgehend mit der Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 überein. Zusätzlich wurde ein gegenüber dem Speicherkondensator Cb klei- ner dimensionierter Hilfskondensator Csb im Bereich des Versorgungsausgangs 10 vorgesehen. Der Hilfskondensator Csb wird in der zweiten Bereitschaftsbetriebsart über den zweiten e- lektrischen Pfad 7 auf eine Betriebsspannung geladen, die an einem zweiten Versorgungsausgang 12 abgegriffen werden kann.
Der weiterhin vorhandene Speicherkondensator Cb wird in dieser Betriebsart über die zusätzlichen Dioden D5 und D6 von dem Hilfskondensator Cb elektrisch entkoppelt. Somit wird der Speicherkondensator Cb in der zweiten Betriebsart nicht auf- geladen. Dadurch entfällt die Verlustleistung der in der Figur 4 symbolisch eingezeichneten Widerstände Rpfcl und Rpfc2, die zur Bereitstellung eines Rückkopplungssignals PFC- Feedback zum korrekten Betrieb der PFC-Schaltung 15 erforderlich sind.
In der ersten Betriebsart, das heißt bei geschlossenem Relais ReI, wird der Speicherkondensator Cb über das zweite Netzfilter und die PFC-Schaltung auf eine Betriebsspannung geladen, die an dem ersten Versorgungsausgang 10 zur Verfügung gestellt wird. Über die Dioden D6 und D5 wird zudem auch der Hilfskondensator Csb mit einer Betriebsspannung geladen, so dass auch an dem zweiten Versorgungsausgang 12 eine Versor- gungsspannung für ein eventuell nachgeschaltetes Hilfsnetz- teil bereitgestellt wird.
Figur 5 zeigt eine weiter verbesserte Eingangsschaltung 1 gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Die Eingangs- Schaltung gemäß Figur 5 sieht wiederum ein erstes Netzfilter 4 in einem gemeinsamen elektrischen Pfad 18, sowie ein zweites Netzfilter 8 in einem ersten elektrischen Pfad 6 vor. Der erste elektrische Pfad 6 kann über ein Relais ReI von dem Netzeingang 3 entkoppelt werden. Der erste elektrische Pfad 6 ist aufgebaut wie der erste elektrische Pfad 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3.
Des Weiteren verfügt die Eingangsschaltung 1 über einen zweiten elektrischen Pfad 7, der parallel zu dem Relais ReI, dem zweiten Netzfilter 8 sowie der PFC-Schaltung 15 angeordnet ist. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 3 und Figur 4 weist der zweite elektrische Pfad 7 zwei als zweites Schaltelement 19 wirkende Thyristoren SCRl und SCR2 auf. Die Steuereingänge der Thyristoren SCRl und SCR2 werden über zwei Überträger Tl beziehungsweise T2 angesteuert. Über die Überträger Tl und T2 kann ein geeigneter Steuerimpuls von einer Steuerschaltung 14 des elektrischen Gerätes 1 bereitgestellt werden, um die Thyristoren SCRl beziehungsweise SCR2 zu zünden und somit eine Versorgung des elektrischen Gerätes 2 in einer zweiten Betriebsart über den zweiten elektrischen Pfad 7 zu ermöglichen. Werden weder das Relais ReI noch die Thyristoren SCRl und SCR2 durch geeignete Steuersignale angesteuert, ist der Versorgungsausgang 10 der Eingangsschaltung 1 von dem Netzeingang 3 elektrisch vollständig getrennt. Somit findet kein Stromfluss durch die Eingangsschaltung 1 statt und das elektrische Gerät 2 befindet sich in einer dritten, so genannten Null-Watt-Betriebsart. In dieser Betriebsart ist einzig und allein der erste Netzfilter 4 mit dem Netzeingang 3 gekoppelt. Da der erste Netzfilter 4 weder einen X-Kondensator noch einen Entladewiderstand für einen X-Kondensator aufweist, nimmt das erste Netzfilter 4 in der Null-Watt- Betriebsart keine elektrische Leistung aus dem Stromversorgungsnetz auf. Figur 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Eingangsschaltung 1. Gegenüber der in der Figur 5 dargestellten Ausgestaltung wurde die Ansteuerung des zweiten Schaltelementes 19 weiter vereinfacht. In diesem Ausführungsbeispiel wird als zweites Schaltelement 19 nur ein einzelner Thyristor SCR ver- wendet. Um den Thyristor SCR sowohl während einer positiven
Halbwelle als auch während einer negativen Halbwelle der Versorgungsspannung an dem Netzeingang 3 zum Schalten eines Stromflusses durch den zweiten elektrischen Pfad 7 verwenden zu können, sind vier Dioden Dl bis D4 vorgesehen. Während ei- ner positiven Halbwelle fließt ein elektrischer Strom von der Phasenleitung Line über die Drosselspule Ll, den Strombegrenzungswiderstand Rntc, die Diode Dl, den Thyristor SCR und die Diode D4 zum Speicherkondensator Cb. Von dort fließt der Strom über die linke untere Diode des Brückengleichrichters BDI zwischen den Anschlüssen 1 und 3, die Drosselspule L2' und die Drosselspule Ll' zurück zum Nullleiter Neutral. Während einer negativen Halbwelle fließt ein elektrischer Strom von dem Nullleiter neutral über die Drosselspule Ll', die Drosselspule L2', die rechte untere Diode des Brückengleichrichters BDI zwischen den Anschlüssen 3 und 2, die Speicherspule L und die Diode D zum Speicherkondensator Cb. Von dort fließt der Strom zurück über die Diode D3, den Thyristor SCR, die Diode D2, den Strombegrenzungswiderstand Rntc und die Drosselspule Ll zur Phasenleitung Line.
Da in der Schaltung gemäß Figur 6 nur noch ein einzelner Thyristor SCR als zweites Schaltelement 19 vorgesehen ist, ge- nügt zu seiner Ansteuerung auch ein einzelner Übertrager T. Die Ansteuerung der Eingangsschaltung 1 wird daher gegenüber der Schaltung gemäß Figur 5 weiter vereinfacht.
Figur 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Eingangsschaltung 1. Die Eingangsschaltung entspricht weitgehend der in der Figur 6 dargestellten Ausgestaltung. Insbesondere sind der gemeinsame elektrische Pfad 18 und der zweite elektrische Pfad 7 gleich ausgestaltet. Um eine weitere Erhöhung der Effizienz der Eingangsschaltung 1 auch in der ersten Betriebsart zu bewirken, wurden anstelle des Brückengleichrichters BDI mit einer einzelnen nachgeschalteten PFC-Schaltung 15 zwei parallel arbeitende PFC- Schaltungen 15a und 15b eingesetzt. Bei den PFC-Schaltungen 15a und 15b handelt es sich jeweils um Aufwärtswandler (eng- lisch: Boost-Converter) . Es können jedoch auch andere, aus dem Stand der Technik bekannte Wandlerschaltungen mit Leistungsfaktorkorrektur Verwendung finden.
Bei geschlossenem Relais ReI leitet die Diode BRl während ei- ner positiven Halbwelle der Netzspannung und die Diode BR2 während einer negativen Halbwelle. Somit ist während einer positiven Halbwelle die erste PFC-Schaltung 15a und während einer negativen Halbwelle die die zweite PFC-Schaltung 15b aktiv. Wird der MOSFET Qa oder Qb durch Anlegen eines geeigneten Steuersignals PFC-Controll beziehungsweise PFC-Control2 geschlossen, wird die Speicherdrossel La der ersten PFC- Schaltung 15a beziehungsweise die Speicherdrossel Lb der zweiten PFC-Schaltung 15b geladen. Sperrt der MOSFET Qa oder Qb, wird die erste Speicherdrossel La über die Diode Da beziehungsweise die zweite Speicherdrossel Lb über die Diode Db entladen . Die Schaltung gemäß Figur 7 mit parallelen PFC-Schaltungen 15a und 15b zum Betrieb während einer positiven beziehungsweise negativen Halbwelle der Versorgungsspannung bewirkt eine Reduktion der Verlustleistung der Eingangsschaltung 1 in der ersten Betriebsart. Denn die Schaltung gemäß Figur 7 er- fordert keinen Brückengleichrichter BDI mehr, so dass die
Spannung im Betrieb nur um eine Diodenflussspannung reduziert wird, während bei den Schaltungen gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Diodenflussspannungen am Brückengleichrichter BDI abfallen.
Figur 8 zeigt ein kombiniertes Zustands- und Ablaufdiagramm für die Ansteuerung der Eingangsschaltungen 1 gemäß den unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung. Die Ausgestaltungen gemäß den Figuren 3 und 4 ohne ein zweites Schaltele- ment 19 in dem zweiten elektrischen Pfad 8 umfassen lediglich den ersten Betriebszustand Zl mit einer normalen Leistungsaufnahme des elektrischen Gerätes 2 sowie die zweite Betriebsarzt Z2 mit einer reduzierten Leistungsaufnahme des e- lektrischen Gerätes 2. Die Ausgestaltungen gemäß den Figuren 5 bis 7 mit einem zweiten Schaltelement 19 in dem zweiten e- lektrischen Pfad 7 umfassen zusätzlich eine dritte Betriebsart Z3, in dem das elektrische Gerät 2 vollständig von dem Stromversorgungsnetz getrennt ist. Die zusätzliche Betriebs- art Z3 sowie die Schritte 61 und 62 zum Übergang auf die zweite Betriebsart Z2 sind in der Figur 8 daher gestrichelt dargestellt . Das kombinierte Zustands- und Ablaufdiagramm gemäß Figur 8 wird unter Zuhilfenahme der Schaltung gemäß Figur 6 beschrieben. Anfänglich befindet sich das elektrische Gerät 2 in der so genannten Null-Watt-Betriebsart Z3. In diesem Zustand wird weder das Relais ReI noch der Thyristor SCR mit einer Steuer- Spannung beaufschlagt, so dass der Netzeingang 3 elektrisch von dem Versorgungsausgang 10 entkoppelt ist. Soll das elektrische Gerät 2 eingeschaltet oder zumindest in eine Standby- Betriebsart versetzt werden, wird ein Steuerimpuls über die Anschlüsse SCR-Pulsl und SCR-Puls2 an den Übertrager T be- reitgestellt. Beispielsweise kann eine, aus einer so genannten BIOS-Batterie eines Computers gespeiste, diskrete Steuerschaltung oder ein Batterie gespeister MikroController mit einer besonders niedrigen Leistungsaufnahme eine Folge von 20 Einzelimpulsen innerhalb einer Zeitspanne von 40 ms an den Übertrager T schicken, ohne dass hierzu eine Netzspannung erforderlich ist. Der Übertrager T transformiert den bereitgestellten Steuerimpuls auf die erforderliche Spannung um den Thyristor SCR im Schritt 61 zu zünden. Zündet der Thyristor SCR fließt wie oben unter Bezugnahme auf Figur 6 beschrieben ein Strom in dem zweiten elektrischen Pfad 7 über das Strombegrenzungselement Rntc zum Laden des Speicherkondensators Cb. Das Strombegrenzungselement Rntc begrenzt dabei ein zu rasches Ansteigen der Versorgungsspannung und damit einhergehende Störungen. Ist der Kondensator Cb geladen, startet im Schritt 62 beispielsweise ein an dem Versorgungsausgang 10 angeschlossener Hilfswandler 11. Der Thyristor SCR kann nachfolgend mit einer höheren Impulsfolge an- gesteuert werden, wobei eine Stromversorgung über den Hilfs- wandler 11 erfolgen kann. Daraufhin befindet sich das elektrische Gerät 2 in der als Standby-Betrieb gekennzeichneten zweiten Betriebsart Z2 mit einer stark reduzierten Leistungs- aufnähme.
Soll das Gerät 2 in eine Normalbetriebsart Zl versetzt werden, kann beispielsweise eine über einen Hilfswandler 11 erzeugte Steuerspannung von 12 Volt über den Steuereingang 17 an das Relais ReI bereitgestellt werden. Daraufhin wird im Schritt 63 das erste Schaltelement 5 geschlossen.
Innerhalb einer definierten Zeitspanne wird ebenfalls ein Steuersignal zur Ansteuerung des MOSFETs Q der PFC-Schaltung 15 bereitgestellt. Dies wird im Schritt 64 vorgenommen.
Danach kann im Schritt 65 ein ebenfalls an den Versorgungsausgang 10 angeschlossener Hauptwandler 9 gestartet werden, der über das erste Netzfilter 4 und das zweite Netzfilter 8 eine höhere Leistung aus dem Stromversorgungsnetz entnimmt. Dabei sorgen das erste Netzfilter 4, das zweite Netzfilter 8 sowie die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur 15 dafür, dass die durch den verhältnismäßig leistungsstarken Hauptwandler 9 verursachten Störungen das Stromversorgungsnetz nicht beeinträchtigen. Nach Starten des Hauptwandlers 9 befindet sich das elektrische Gerät in der als Normalbetrieb bezeichneten ersten Betriebsart Zl.
In allen zuvor beschriebenen Schaltungen ist es möglich, dass über das erste Schaltelement 5 nicht nur eine Trennung des zweiten Netzfilters 8 von dem Stromversorgungsnetz in der zweiten Betriebsart Z2 sondern auch eine Abschaltung eines Schaltausganges 20 von dem Netzeingang 3 zu bewirken. Auf diese Weise ist es möglich, unter Verwendung eines einzelnen Relais ReI sowohl eine Verlustleistung der Eingangsschaltung 1 eines elektrischen Gerätes 2 selbst als auch eines daran angeschlossenen Peripheriegerätes, beispielsweise eines Moni- tores oder Druckers zu reduzieren.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein drittes Netzfilter in dem zweiten elektrischen Pfad 7 vorgesehen. Dies ist unter Umständen dann von Vorteil, wenn das Verhältnis zwischen dem ersten Netzfilter 4 in dem gemeinsamen elektrischen Pfad 18 und dem zweiten Netzfilter 8 in dem ersten elektrischen Pfad 6 so gewählt wird, dass die Dimensionierung des zweiten Netzfilters 8 ausreicht, um eine Abstrahlung elektromagnetischer Störungen über ein an dem
Schaltausgang 20 angeschlossenes Peripheriegerät zu unterbinden. Dafür kann das zweite Netzfilter 8 gegebenenfalls vergrößert und das erste Netzfilter 4 verkleinert werden. Reicht das erste Netzfilter 4 dann nicht mehr zur Entstörung des e- lektrischen Geräts in der zweiten Betriebsart aus, sollte in dem zweiten elektrischen Pfad 7 ein drittes Netzfilter vorgesehen werden, beispielsweise eine weitere Spule. Die Spule im zweiten elektrischen Pfad 7 wird im Betrieb nur von einem verhältnismäßig kleinen Strom, beispielsweise 100 mA, durchflössen und kann entsprechend dünne Spulenwicklungen aufwei- sen.
Eine Vielzahl weiterer Abwandlungen der oben beschriebenen Eingangsschaltungen 1 ist möglich. Beispielsweise kann anstelle eines ersten Schaltelementes 5 und eines zweiten
Schaltelementes 19 ein Umschaltrelais verwendet werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dann keine vollständige Entkopplung des Versorgungsausgangs 10 von dem Netzeingang 3 und somit auch keine Null-Watt-Betriebsart möglich ist. Des Wei- teren muss der Speicherkondensator Cb groß genug dimensioniert werden, um eine Versorgung eines hinter dem Versorgungsausgangs 10 angeschlossenen Hilfswandlers 11 während der Umschaltdauer des Relais sicherzustellen.
Darüber hinaus können die Positionen des gemeinsamen elektrischen Pfades 18 und der parallel angeordneten ersten und zweiten elektrischen Pfade 6 beziehungsweise 7 vertauscht werden. Aus Sicht einer bestmöglichen elektromagnetischen Entstörung des elektrischen Gerätes 2 ist es jedoch vorteilhaft, das erste Netzfilter 4 so nah wie möglich am Netzeingang 3 anzuordnen.
Darüber hinaus können selbstverständlich sämtliche in den einzelnen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale in beinahe beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere kann die in der Figur 7 dargestellte Anordnung zweier paralleler PFC-Schaltungen 15a und 15b auch in den anderen Schaltungen gemäß Figur 3 bis Figur 6 Verwendung finden.
Bezugszeichenliste
1 EingangsSchaltung
2 elektrisches Gerät
3 Netzeingang
4 erstes Netzfilter
5 erstes Schaltelement
6 erster elektrischer Pfad
7 zweiter elektrischer Pfad
8 zweites Netzfilter
9 Hauptwandler
10 erster Versorgungsausgang
11 Hilfswandler
12 zweiter Versorgungsausgang
13 Komponente
14 SteuerSchaltung
15 PFC-Schaltung
16 SteueranSchluss
17 Steuereingang
18 gemeinsamer elektrischer Pfad
19 zweites Schaltelement
20 Sehaltausgang
61 - 65 Verfahrensschritte
Zl erste Betriebsart (Normalbetriebsart)
Z2 zweite Betriebsart (Bereitschaftsbetriebsart)
Z3 dritte Betriebsart (Null-Watt-Betriebsart)

Claims

Patentansprüche
1. Eingangsschaltung (1) für ein elektrisches Gerät (2), umfassend:
- einen gemeinsamen elektrischen Pfad (18) umfassend ein erstes Netzfilter (4),
einen mit dem gemeinsamen elektrischen Pfad (18) in Serie geschalteten ersten elektrischen Pfad (6) umfassend ein zweites Netzfilter (8),
- einen mit dem gemeinsamen elektrischen Pfad (18) in Serie geschalteten und zu dem ersten elektrischen Pfad (6) parallel geschalteten zweiten elektrischen Pfad (7), ein erstes Schaltelement (5) zum Öffnen des ersten elektrischen Pfades (6),
- sowie einen Steuereingang (17) zur Ansteuerung des ersten Schaltelementes (5) durch eine Steuerschaltung (14), wobei das erste Schaltelement (5) in einer ersten Betriebsart (Zl) mit einer hohen Leistungsaufnahme des elektrischen Geräts (1) geschlossen ist, so dass eine Filterung eines Betriebsstroms über das erste Netzfilter (4) und das zweite Netzfilter (8) bewirkt wird, und in einer zweiten Betriebsart (Z2) mit einer gegenüber der ersten Betriebsart (Zl) reduzierten Leistungsaufnahme des elektrischen Geräts (2) geöffnet ist, so dass eine Filterung nur durch das erste Netzfilter (4) bewirkt wird.
2. Eingangsschaltung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Schaltelement (5) als Relais (ReI) , insbesonde- re als monostabiles Relais, ausgestaltet ist.
3. Eingangsschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten elektrischen Pfad (7) ein Strombegrenzungselement (Rntc) , insbesondere ein Heißleiter, angeordnet ist.
4. Eingangsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Eingangsschaltung (1) ein zweites Schaltelement (19) zum Trennen des zweiten elektrischen Pfads (7) umfasst und die Steuerschaltung (14) dazu eingerichtet ist, in einer dritten Betriebsart (Z3) sowohl das erste Schaltelement (5) als auch das zweite Schaltelement (19) zu öffnen, so dass über die Eingangsschaltung (1) kein Betriebsstrom an das elektrische Gerät (2) bereitgestellt wird.
5. Eingangsschaltung (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Schaltelement (19) als Halbleiterschaltelement, insbesondere als Thyristor (SCR), ausgestaltet ist.
6. Eingangsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Netzfilter (4) keinen X-Kondensator oder einen X-Kondensator mit einer Kapazität von nicht mehr als 100 nF aufweist und das zweite Netzfilter (8) einen X- Kondensator (CxI, Cx2) mit einer Kapazität von mehr als 100 nF aufweist.
7. Eingangsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Eingangsschaltung (1) eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur umfasst und die Steuerschaltung (14) dazu eingerichtet ist, die Schaltung zur Leistungsfaktorkor- rektur in der ersten Betriebsart (Zl) zu aktivieren und in der zweiten Betriebsart (Z2) zu deaktivieren.
8. Eingangsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Eingangsschaltung (1) einen ersten Speicherkondensator (Cb) mit einer ersten Kapazität und einem zweiten Speicherkondensator (Csb) mit einer zweiten, geringeren als der ersten Kapazität zum Puffern einer Versorgungs- Spannung für das elektrische Gerät (2) aufweist, wobei der erste Speicherkondensator (Cb) in dem ersten elektrischen Pfad (6) angeordnet ist.
9. Verwendung einer Eingangsschaltung (1) nach einem der An- sprüche 1 bis 8 in einem Schaltnetzteil.
10. Elektrisches Gerät (2), umfassend
einen Netzeingang (3) zum Anschluss des elektrischen Geräts (2) an ein Stromversorgungsnetz,
- eine mit dem Netzeingang (3) elektrisch gekoppelte Eingangsschaltung (1) mit wenigstens einem ersten Schaltelement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wenigstens einen mit der Eingangsschaltung (1) gekoppelten Schaltwandler (9, 11) zum Umwandeln einer ersten Ver- sorgungsspannung in eine zweite Versorgungsspannung, sowie eine Steuerschaltung (14) zum wahlweisen Schalten des elektrischen Geräts (2) in eine erste Betriebsart (Zl) mit einer hohen Leistungsaufnahme oder eine zweite Betriebsart (Z2) mit einer gegenüber der ersten Betriebs- art (Zl) reduzierten Leistungsaufnahme, wobei die Steuerschaltung (14) dazu eingerichtet ist, die Eingangsschaltung (1) derart anzusteuern, dass in der ersten Betriebsart (Zl) das erste Schaltelement (5) geschlossen ist und in der zweiten Betriebsart (Z2) das erste Schaltelement (5) geöffnet ist.
11. Elektrisches Gerät (2) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerschaltung (14) weiterhin dazu eingerichtet ist, das elektrische Gerät (2) wahlweise in eine dritte Betriebsart (Z3) zu schalten, in der die Eingangsschaltung (1) den wenigstens einen Schaltwandler (9, 11) elektrisch von dem Netzeingang (3) trennt, wobei das elektrische Gerät (2) wenigstens eine interne Energiequelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Steuerschaltung (14) in der dritten Betriebsart (Z3) zumindest zeitweise mit einer Betriebsenergie zu versorgen.
12. Elektrisches Gerät (2) nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische Gerät (2) einen Hauptwandler (9) sowie einen Hilfswandler (11) umfasst, wobei in der ersten Be- triebsart (Zl) der Hauptwandler (11) und in der zweiten Betriebsart (Z2) der Hilfswandler (11) zur Erzeugung einer Betriebsspannung für das elektrische Gerät (2) betrieben wird.
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