NL1015377C2

NL1015377C2 - Supplying power to peripheral device, e.g. central heating boiler burner control device, by rectifying alternating mains voltage and applying it across power supply output port

Info

Publication number: NL1015377C2
Application number: NL1015377A
Authority: NL
Inventors: Jurjen Hermen Martijn Nicolai
Original assignee: Nefit Buderus B V
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-10

Abstract

An alternating mains voltage is rectified to convert it into a direct voltage, which is applied across the output port used to provide the peripheral device with power. The voltage across this port is then varied until it has an essentially constant value. An independent claim is also included for a power supply device for one or more peripheral devices.

Description

XX

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het elektrisch voeden van ten minste een perifere inrichting.Short designation: Method and device for electrically feeding at least one peripheral device.

55

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het elektrisch voeden van ten minste een perifere inrichting, omvattende: het gelijkrichten van een netwisselspanning tot een gelijkspanning; en het aanleggen van de gelijkspanning op een uitgangstrap, 10 welke is bestemd voor het voeden van de ten minste ene perifere inrichting. De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. In de inrichting kunnen maatregelen zijn getroffen voor het uitwisselen van informatie tussen de inrichting en de een of meer perifere inrichtingen.The invention relates to a method for electrically supplying at least one peripheral device, comprising: rectifying a mains AC voltage to a DC voltage; and applying the DC voltage to an output stage 10 for powering the at least one peripheral device. The invention also relates to an apparatus for performing the method. Measures may be taken in the device for exchanging information between the device and the one or more peripheral devices.

15 Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld geopenbaard in hetSuch a device is for instance disclosed in the

Amerikaanse octrooischrift 5.687.192. Hierin worden over een tweedraadsverbinding tussen een zender en een ontvanger gelijkspan-ningspulsen of gelijkstroompulsen gebruikt om informatie over te brengen door middel van pulsbreedtemodulatie. De zender verbindt of 20 verbreekt daartoe volgens een voorafbepaald patroon de voedingsspan-ning voor de ontvanger op de tweedraadsverbinding met behulp van een schakelaar die kan bestaan uit een veldeffecttransistor (FET).U.S. Patent 5,687,192. Here, a two-wire connection between a transmitter and a receiver uses DC pulses or DC pulses to transmit information by means of pulse width modulation. To this end, the transmitter connects or disconnects, according to a predetermined pattern, the supply voltage for the receiver on the two-wire connection by means of a switch which may consist of a field effect transistor (FET).

Een andere dergelijke inrichting is geopenbaard in het Amerikaanse octrooischrift 4.949.359. Volgens deze publicatie wordt 25 over een tweedraadsverbinding, ook wel bus genaamd, een elektronische overdracht van gegevens tot stand gebracht tussen een meester-station en een of meer slaafstations door middel van een geschakeld gelijkspanningssignaal op elk van de draden van de verbinding. In de slaafeenheden worden de ontvangen signalen gelijkgericht ten behoeve 30 van de elektrische voeding daarvan.Another such device is disclosed in U.S. Patent No. 4,949,359. According to this publication, an electronic data transfer between a master station and one or more slave stations is effected over a two-wire connection, also called a bus, by means of a switched DC voltage signal on each of the wires of the connection. In the slave units, the received signals are rectified for their electrical supply.

In de stand van de techniek is het gebruikelijk, in de voedingsinrichting de gelijkspanning van de bus te verkrijgen door een tussen grenzen variabele netwisselspanning gelijk te richten en op een vaste waarde te regelen met behulp van een besturingsschake-35 ling. De besturingsschakeling heeft een hogere spanning nodig dan de uitgangsspanning daarvan. Dit betekent dat de ingangsspanning van de 1015377 2 besturingsschakeling zodanig gekozen dient te worden dat de schakeling ook bij de laagste waarde van de netspanning nog goed functioneert.It is common in the prior art to obtain the DC voltage of the bus in the power supply device by rectifying a mains voltage which is variable between limits and regulating it to a fixed value by means of a control circuit. The control circuit requires a higher voltage than its output voltage. This means that the input voltage of the 1015377 2 control circuit must be selected in such a way that the circuit functions properly even at the lowest value of the mains voltage.

Bij het ontwerp van de voedingsschakeling, in het bijzonder de 5 dissipatie daarvan, dient echter rekening te worden gehouden met de hoogste waarde van de netspanning voor het bepalen van de noodzakelijke koeling van de voedingsschakeling bij het maximale aantal aangesloten apparaten.However, in the design of the power supply circuit, in particular its dissipation, the highest value of the mains voltage must be taken into account for determining the necessary cooling of the power supply circuit at the maximum number of connected devices.

Doordat de besturingsschakeling de uitgangsspanning van de 10 voedingsschakeling op een vaste waarde regelt, is de spanning over de uitgangstrap als gevolg van de netspanningsvariaties variabel, waardoor tevens de dissipatie in de uitgangstrap variabel is.Because the control circuit controls the output voltage of the supply circuit to a fixed value, the voltage across the output stage is variable due to the mains voltage variations, so that the dissipation in the output stage is also variable.

De uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen, welke goedkoop en eenvoudig is, en waarin de dissipatie in de uitgangstrap 15 onafhankelijk van langzame variaties in de netspanning is. Tevens beoogt de uitvinding voorzieningen te treffen waardoor een goedkope, eenvoudige en snelle communicatie tussen de inrichting en de een of meer perifere inrichtingen tot stand kan worden gebracht.The object of the invention is to provide a device which is inexpensive and simple, and in which the dissipation in the output stage 15 is independent of slow variations in the mains voltage. It is also an object of the invention to provide provisions whereby inexpensive, simple and fast communication can be established between the device and the one or more peripheral devices.

De werkwijze volgens de uitvinding is voor het bereiken van een 20 of meer van de genoemde doelen daardoor gekenmerkt, dat de spanning over de uitgangstrap op een in hoofdzaak vaste waarde wordt ingesteld. Als gevolg hiervan is de dissipatie in de uitgangstrap begrensd op een vooraf bepaalde waarde, ongeacht optredende langzame variaties van de netspanning.The method according to the invention for achieving one or more of the aforementioned objects is characterized in that the voltage across the output stage is set to a substantially fixed value. As a result, the dissipation in the output stage is limited to a predetermined value, regardless of the occurrence of slow variations of the mains voltage.

25 De inrichting kan bijvoorbeeld worden toegepast in een branderbesturingsinrichting van een CV ketel om een of meer kamerthermostaten via een tweedraadsverbinding te voeden, en tevens daarmee te communiceren door het superponeren van spanningspulsen op de gelijkspanning.The device can for instance be used in a burner control device of a central heating boiler to supply one or more room thermostats via a two-wire connection, and also to communicate therewith by superimposing voltage pulses on the DC voltage.

30 De conclusies, kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de bijgaande tekening, waarin in een enkele figuur een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld, gedeeltelijk in de vorm van een elektrisch schema en gedeeltelijk in de vorm van een blokschema, is getoond.The claims, features and advantages of the invention will become clear from the accompanying drawing, in which in a single figure a non-limiting exemplary embodiment is shown partly in the form of an electrical diagram and partly in the form of a block diagram. shown.

35 Gelijke verwijzingscijfers hebben betrekking op gelijke onderdelen of onderdelen met een gelijke functie.35 Equal reference numbers refer to identical parts or parts with the same function.

1015377 31015377 3

De figuur toont een schakeling welke in het bijzonder is bestemd voor het voeden van een of meer perifere inrichtingen, en het uitwisselen van informatie daarmee door het moduleren van de voedingsspanning. Een bekende dubbelfasige gelijkrichterbrugschake-5 ling 2 met dioden 4 wekt vanuit een op klemmen 6, 8 aangeboden, eventueel omlaaggetransformeerde netspanning op de lijn 10 een gelijkspanning op, die wordt afgevlakt door een condensator 12. Een uitgangstrap van de schakeling omvat een MOSFET 14, en daarmee parallelgeschakelde weerstanden 16, 18 en diode 20. De weerstand 16 10 is aan de van de lijn 10 afgekeerde zijde verbonden met een condensator 22. De condensator 22 is verbonden met een niet in detail getoonde zender 28, waaraan aan een ingangsklem 30 daarvan een aan de perifere inrichtingen over te dragen signaal, dat van een niet nader getoonde besturingseenheid afkomstig is, kan worden 15 toegevoerd. De source van de MOSFET 14 is verbonden met een niet in detail getoonde stroombegrenzer 32, welke anderzijds is verbonden met een niet in detail getoonde ontvanger 34 met klemmen 36. De niet in de figuur weergegeven perifere inrichtingen zijn via een tweedraadsverbinding (bus) aangesloten op de klemmen 36, waarbij het 20 aantal perifere inrichtingen kan variëren. De ontvanger 34 is voorts voorzien van een uitgangsklem 26.The figure shows a circuit which is particularly intended for supplying one or more peripheral devices and exchanging information therewith by modulating the supply voltage. A known biphasic rectifier bridge circuit 2 with diodes 4 generates a DC voltage applied to terminals 10, 8, which may be transformed downwards on line 10, which is smoothed by a capacitor 12. An output stage of the circuit comprises a MOSFET 14, and resistors 16, 18 and diode 20 connected in parallel thereto. The resistor 16 10 is connected on the side remote from the line 10 to a capacitor 22. The capacitor 22 is connected to a transmitter 28 not shown in detail, to which an input terminal 30 thereof is connected. a signal to be transmitted to the peripheral devices, which comes from a control unit (not shown in more detail), can be supplied. The source of the MOSFET 14 is connected to a current limiter 32 not shown in detail, which is on the other hand connected to a receiver 34 not shown in detail with terminals 36. The peripheral devices not shown in the figure are connected via a two-wire connection (bus) to the terminals 36, wherein the number of peripheral devices may vary. The receiver 34 is further provided with an output terminal 26.

De zender 28 kan ten behoeve van communicatie tussen de getoonde inrichting en daarop aangesloten perifere inrichtingen de condensator 22 gedurende korte perioden naar aarde trekken in een 25 voorafbepaald ritme van bijvoorbeeld 10 kHz. De hierdoor ontstane spanningsvariaties worden doorgegeven aan de uitgangsklemmen 36.For communication between the device shown and peripheral devices connected thereto, transmitter 28 may draw capacitor 22 to ground for short periods at a predetermined rate of, for example, 10 kHz. The resulting voltage variations are passed on to the output terminals 36.

De stroombegrenzer 32 is bestemd om de uitgangsstroom te begrenzen in het geval van een kortsluiting tussen de klemmen 36.The current limiter 32 is intended to limit the output current in the event of a short circuit between the terminals 36.

De ontvanger 34 stelt de getoonde schakeling in staat om 30 relatief snelle stroomveranderingen te detecteren, zodat de perifere inrichtingen niet alleen informatie kunnen ontvangen, maar tevens informatie kunnen terugzenden, welke via de klem 26 aan de eerdergenoemde besturingseenheid wordt overgedragen.The receiver 34 enables the circuit shown to detect relatively fast current changes, so that the peripheral devices can not only receive information, but also return information which is transferred via the terminal 26 to the aforementioned control unit.

De hoogte van de gelijkspanning op de lijn 10 is afhankelijk 35 van de hoogte van de netspanning, en kan ten opzichte van een nominale waarde zowel in negatieve als in positieve zin variëren, 1015377 4 bijvoorbeeld in het gebied van -15% tot +10%. De hoogte van de uitgangsspanning op de uitgangsklemmen 36 is in principe gelijk aan de sourcespanning van de MOSFET 14. De spanningsval over de stroombegrenzer 32 en de ontvanger 34 is verwaarloosbaar klein. De 5 sourcespanning van de MOSFET 14 volgt de spanning op de gate daarvan. De gatespanning is op zijn beurt gelijk aan de spanning op het knooppunt 38. De daarmee verbonden condensator 22 filtert de bronspanning van de gelijkrichterbrugschakeling 2, zodat op de uitgangsklemmen 36 een stabiele gelijkspanning komt te staan.The magnitude of the DC voltage on line 10 depends on the magnitude of the mains voltage, and can vary from negative to positive in terms of a nominal value, e.g. 1015377 4 in the range from -15% to + 10% . The magnitude of the output voltage on the output terminals 36 is in principle equal to the source voltage of the MOSFET 14. The voltage drop across the current limiter 32 and the receiver 34 is negligibly small. The source voltage of the MOSFET 14 follows the voltage at its gate. The gate voltage is in turn equal to the voltage at the node 38. The capacitor 22 connected thereto filters the source voltage of the rectifier bridge circuit 2, so that a stable DC voltage is applied to the output terminals 36.

10 Aangezien de spanning op het knooppunt 38 ongeveer gelijk is aan de minimale waarde van de bronspanning, veroorzaakt door de diode 20, is de maximale effectieve waarde van de drain-source spanning (die bepalend is voor de dissipatie) van de MOSFET 14 gelijk aan de maximale effectieve waarde van de rimpel van de bronspanning plus de 15 gate-sourcespanning. Deze is door de schakeling bepaald op een in hoofdzaak constante waarde, zodat de dissipatie van de MOSFET 14 onafhankelijk van (langzame) variaties in de netspanning is, en in hoofdzaak wordt bepaald door het aantal aangesloten perifere inrichtingen. De MOSFET is bij voorkeur van een type met een lage 20 gate-sourcespanning, zoals bijvoorbeeld een TRENCH MOSFET.10 Since the voltage on the node 38 is approximately equal to the minimum value of the source voltage caused by the diode 20, the maximum effective value of the drain-source voltage (which determines the dissipation) of the MOSFET 14 is equal to the maximum effective value of the source voltage ripple plus the 15 gate source voltage. This is determined by the circuit to be a substantially constant value, so that the dissipation of the MOSFET 14 is independent of (slow) variations in the mains voltage, and is mainly determined by the number of peripheral devices connected. The MOSFET is preferably of a low gate source voltage type, such as, for example, a TRENCH MOSFET.

10153771015377

Claims

A method for electrically feeding at least one peripheral device, comprising: 5 rectifying a mains AC voltage to a DC voltage; applying the DC voltage to an output stage intended to power the at least one peripheral device; and setting the voltage across the output stage to a substantially fixed value.

A method according to claim 1, wherein voltage pulses are superimposed on the DC voltage.

The method of claim 2, wherein the height of the voltage pulses is less than the DC voltage.

4. Device for electrically feeding at least one peripheral device, comprising: a rectifier for converting a mains AC voltage into a DC voltage; an output stage connected to the rectifier for supplying the at least one peripheral device with the DC voltage; and voltage adjusting means for setting the voltage across the output stage to a substantially fixed value.

The device of claim 4, wherein the rectifier is a full bridge rectifier.

The device according to claim 4 or 5, wherein the output stage comprises a FET, in particular a MOSFET.

The device according to claim 6, wherein the drain of the FET is connected to a DC voltage terminal, and wherein the voltage adjusting means comprises: 1015377 a parallel circuit of a first resistor and a diode connected to the drain, which parallel circuit to the the side facing away from the drain is connected on the one hand via a second resistor to the source of the FET, and on the other hand is connected via a capacitance to the other terminal of the DC voltage.

The device of any one of claims 4-7, further comprising means for superimposing voltage pulses on the DC voltage. 10

Use of the device according to any one of claims 4-8 in a burner control device which is connected via two-wire connection to one or more room thermostats. 15 10 1 53 7 7