WO1998004030A1 - Einrichtung zur verringerung von energieverlusten - Google Patents

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WO1998004030A1
WO1998004030A1 PCT/EP1997/003791 EP9703791W WO9804030A1 WO 1998004030 A1 WO1998004030 A1 WO 1998004030A1 EP 9703791 W EP9703791 W EP 9703791W WO 9804030 A1 WO9804030 A1 WO 9804030A1
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circuit
switch
energy store
monitoring
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PCT/EP1997/003791
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Peter Lüpges
Dieter Wagels
Norbert Sack
Norbert VAN HÜNSEL
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Luepges Peter
Dieter Wagels
Norbert Sack
Huensel Norbert Van
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    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters

Definitions

  • the invention relates to a device for reducing energy losses from power supply systems with a transformer, the primary side of which is connected to a voltage network via a controllable switch and on the secondary side of which there is provided a rectifier with a load circuit connected to a load-side rectifier output, parallel to the load circuit Load circuit is connected to the load-side rectifier output, an energy storage, the one
  • Voltage monitoring circuit is assigned, which comprises means for activating the switch when the amount of energy stored in the energy store drops below a predetermined value.
  • Such a device for reducing energy losses from power supply systems is known from European patent application EP 0 759 655 A2.
  • the known device has a transformer, the primary side of which can be connected to a voltage network via a relay and a rectifier is connected to the secondary side.
  • An electrical load can be connected to an energy store connected downstream of the rectifier and a monitoring circuit is connected in parallel, the control signals of which control the aforementioned relay.
  • the energy store takes over the energy supply for both the monitoring circuit and the load, so that when the energy store is under high load, the is caused by switching on the load, a collapse of the energy supply from the energy store threatens.
  • the voltage supply of a functionally important element is not guaranteed, so that the control pulse for the relay can no longer be provided.
  • the invention is therefore based on the object of improving a device for reducing energy losses from power supply systems of the type mentioned at the outset in such a way that their operational or functional reliability is significantly increased.
  • the object is achieved according to the invention in that a diode blocking the load current is connected in series with the energy store. This measure provides a clear separation of the load from the energy store, which is only available for supplying the voltage monitoring circuit.
  • the energy store is controlled by the voltage monitoring circuit, which means that the amount of energy stored in it is constantly checked.
  • thecostsuberwachungsscrien determines that the amount of energy stored tet a predetermined value falls ⁇ , it activates automatically the provided on the primary side of the transformer controllable switch so that it closes and the energy accumulator within a short time, for example, be recharged in a portion of a second becomes. If the energy storage reaches or exceeds a predetermined energy content again, the switch is activated by the Voltage monitoring circuit automatically reopens so that the transformer is disconnected from the mains.
  • Capacitors especially microcaps (capacitor with gold foil) with IF or more, which can be charged in fractions of a second and which charge for a long time, e.g. hold a quarter to a half an hour or more, it is sufficient to switch on a short charging phase shortly before the end of the holding time - after measurement by the voltage monitoring circuit.
  • the charging and holding times are then in a ratio of, for example, 1: 10,000.
  • a power is required in the amount required when the load is switched on, but this power is only required for such a short time that the energy expenditure for keeping the switch-on capability of the respective device hardly measurable.
  • the load detection or monitoring circuit receives its energy from the energy store. '' With high loads, that is, with extremely low-impedance load resistances, the load detection or monitoring circuit can be varied.
  • the load detection or monitoring circuit has its own or second energy store and its own second diode for separation from the load circuit.
  • a separate test circuit to be closed via the load is provided in parallel to the load circuit on a terminal of the second energy store connected to the load-side rectifier output, which test circuit optionally includes a load detection or monitoring circuit which activates the controllable switch when a load is switched on and which has a relative value has high monitoring resistance to the load resistance and a third diode blocking the load current.
  • a zero voltage switch is preferably provided as the controllable switch. This may prevent voltage / current peaks when the transformer is switched on on the primary side.
  • An optocoupler is preferred as the controllable part of the switch.
  • the energy store can be associated with the associated device Voltage monitoring circuit must still be completely empty. The energy store can then not yet activate the controllable switch. Therefore, a mechanically actuable switch or an initial switch, in particular a push button to be closed manually or an electronic opener or a relay, is preferably provided in parallel to the controllable switch for commissioning.
  • Another option is to connect a controllable switch in parallel with a monostable multivibrator or a monostable multivibrator and to assign a voltage sensor to the mains connection, the signals of which can be fed to the monostable multivibrator.
  • a characteristic of a suitable voltage sensor is to generate a signal if it has not been connected to the mains for a long time (e.g. longer than a few minutes) or if a mains failure occurred.
  • the controllable switch is activated for a short time, e.g. bridged over the monostable multivibrator for a few seconds so that the energy store (s) are charged.
  • the initialization bridging the controllable switch in particular zero voltage switch, can then be switched off manually or automatically.
  • initialization may become necessary again. If such power failures occur frequently and / or last for a long time, it is advantageous to provide an automatic initialization.
  • the pulse generation / initialization is released; if the energy store is loaded, I pulse generation / initialization is suppressed.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a modified embodiment of the primary side of the device shown in Fig. 1 or 2;
  • Fig. 4 is a diagram with the energy consumption of a power supply.
  • Fig. 1 shows a mains connection with a transformer 1, the primary side 2 of which is connected to the mains 3 (for example 230 V) and on the secondary side 4 a rectifier 5 with a load circuit 8 connected to its load-side output ⁇ , which has a load connection with terminals 7
  • Primary side 2 of the Transformer 1 is connected to the network 3 via a controllable switch 9, in the exemplary embodiment a zero voltage switch (for example with an opto-coupler shown in FIG. 1).
  • the zero voltage switch 9 can be bridged with an initial switch 10.
  • an energy store 11 is connected to the load-side rectifier output 6 via a diode 12 blocking the load current.
  • the energy store 11 is connected on the secondary side (on the secondary side 4 of the transformer) or on the load-side rectifier output 6 and thereby separated from the load circuit 8 by the diode 12 such that the load resistor 16 may not have access to the energy store 11.
  • the circuit of Fig. 1 makes it possible to determine whether the load resistor 16 is connected to the load terminal 7 or not. A short circuit can also be determined in this way; In addition, sources of fire can be noticed due to overloading or overheating.
  • a test circuit 18 to be closed via the load resistor 16 is connected in parallel to the load circuit 8 to a terminal 17 of the energy store 11, m is provided with a load detection or monitoring circuit 19 which activates the zero voltage switch 9 when the load resistor 16 is switched on .
  • the load detection or monitoring circuit 19 comprises a monitoring resistor 20 which is high relative to the load resistor 16 and a diode 21 which blocks the load current flowing through the load circuit 8.
  • the monitoring resistor 20 is not in the load circuit 8. Rather, the monitoring resistor 20 and the measuring circuit 18 are connected to the energy store 11, the diode 12 and the diode 21 ensuring the separation from the load circuit. However, it should also be noted that the measuring circuit 18 is only closed by a switched-on load, the load resistor 16.
  • the load detection or monitoring circuit 19 is activated and the zero voltage switch 9 is closed thereby, so that the full voltage of the transformer connected to the network 3 is connected to the load connection 7 and thus in the load circuit 8 1 lies.
  • transformer 1 is only fully connected to network 3 when load detection is active.
  • the energy store 11 is empty when the circuit according to the invention is started up for the very first time, it cannot yet activate the zero-voltage switch 9. Rather, a one-time initialization of the circuit or of the memory is required.
  • an initial switch 10 is provided in parallel to the zero voltage switch 9 in the exemplary embodiment. As soon as the energy store 11 has been charged, the voltage monitoring circuit 13 takes control and switches off the initialization via an action line 22. From then on - except in the event of a very long power failure - only the zero voltage switch 9 is used.
  • the load detection or monitoring circuit 19 receives its energy from the first energy store 11. With extremely high loads, for example when the load resistor 16 is very low, the variation of the circuit according to FIG. 2 can be favorable.
  • the load detection or monitoring circuit 19 has its own second energy store 23, which, like the energy store 11, is designed in particular as a capacitor. According to FIG. 2, the second energy store 23 is also connected to the load-side rectifier output 6 in parallel to the load circuit 8 via a second diode 24 which may block the load current. If the monitoring resistor 20 of the test circuit 18 'connected to a terminal 17' in FIG.
  • FIG. 3 shows an additional option for the primary side of the circuit according to FIG. 1 or 2.
  • a voltage sensor 26 is assigned to the network 3 or network connection. This should be suitable for generating a signal if - when network 3 is switched on - it has not been or has not been on the network for a long time (eg more than r to 30 minutes).
  • 3 has a signal connection 27 to a monostable multivibrator 28 which - if a corresponding signal comes from the sensor 26 - bridges the controllable switch 9 - for a few seconds, for example.
  • the energy stores 11 and 23 are recharged via the monostable multivibrator 28.
  • which ensures a defined initial pulse should be designed so that it only acts or reacts when the mains voltage 3 has been missing and is then present again.
  • sensor elements or temperature sensors 34, 36 are provided, which monitor the thermal state of the load 16 or the transformer 1.
  • the output signals of the temperature sensors 34, 36 are fed to an evaluation circuit 35 which, for example, generates an optical signal when a predetermined temperature of the load 16 is reached, preferably by means of an LED diode 38, or when the transformer 1 reaches its primary circuit 2 when a predetermined temperature is reached Activation of the zero voltage switch 9 disconnects from the network 3.
  • a further possibility of increasing the functional reliability of the device according to the invention is to provide a circuit 37 for monitoring the electrical state of the load 16, in particular the short circuit.
  • a short circuit it can e.g. B. optically by means of a control lamp 39 or acoustically by means of a loudspeaker or a buzzer 40. In this case, however, it is also conceivable to switch off the transformer 1 on the primary side.
  • controllable switch or the zero-voltage switch 9 is not controlled continuously, but rather clocked when a permanent load is determined.
  • a voltage stabilization can be carried out accordingly in that the zero voltage switch 9 is also clocked, but with different clock times. At maximum performance there is no clocking; the zero voltage switch 9 is driven continuously, preferably by full waves.
  • the permanent no-load losses 31 of a conventional power supply unit or plug-in power supply unit or the like are compared with the energy expenditure of the circuit according to the invention in the no-load operation.
  • the copper and iron losses and other leakage losses 31 in a conventional, generic power supply are approximately in the order of half Load energy consumption 32.
  • Such a power supply can often be connected to the network for days without the load being switched off. In total, the idle losses are often as large as the energy consumption 32 over the load.

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten von Stromversorgungsanlagen mit einem Transformator vorgeschlagen, dessen Primärseite über einen steuerbaren Schalter an ein Spannungsnetz angeschlossen ist und auf dessen Sekundärseite ein Gleichrichter mit sich an einen lastseitigen Gleichrichterausgang anschließendem, einen Lastanschluß aufweisendem Lastkreis vorgesehen ist, wobei parallel zum Lastkreis auf den lastseitigen Gleichrichterausgang ein Energiespeicher geschaltet ist, dem eine Spannungsüberwachungsschaltung zugeordnet ist, die Mittel zum Aktivieren des Schalters bei einem Abfall der im Energiespeicher gespeicherten Energiemenge unter einen vorgegebenen Wert umfaßt. Um die Betriebs- bzw. Funktionssicherheit der Einrichtung wesentlich zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mit dem Energiespeicher (11) eine den Laststrom sperrende Diode (12) in Reihe geschaltet ist. Durch diese Maßnahme wird eine eindeutige Trennung der Last (16) vom Energiespeicher (11) erreicht, der nur zur Versorgung der Spannungsüberwachungsschaltung (13) zur Verfügung steht. Außerdem wird parallel zum Lastkreis (8) ein über die Last (16) zu schließender Prüfkreis (18) vorgesehen, der bei Abfall einer Spannung am zugehörigen Überwachungswiderstand (20) den Schalter (9) zwischen Netz (3) und Transformator (1) aktiviert.

Description

Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten von Stromversorgungsanlagen mit einem Transformator, dessen Primarseite über einen steuerbaren Schalter an ein Spannungsnetz angeschlossen ist und auf dessen Sekundarseite ein Gleichrichter mit sich an einen lastseitigen Gleichrichterausgang anschließendem, einen Lastanschluß aufweisendem Lastkreis vorgesehen ist, wobei parallel zum Lastkreis auf den lastseitigen Gleichrichterausgang ein Energiespeicher geschaltet ist, dem eine
Spannungsuberwachungsschaltung zugeordnet ist, die Mittel zum Aktivieren des Schalters bei einem Abfall der im Energiespeicher gespeicherten Energiemenge unter einen vorgegebenen Wert umfaßt.
Eine derartige Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten von Stromversorgungsanlagen ist aus der europaischen Patentanmeldung EP 0 759 655 A2 bekannt. Die vorbekannte Einrichtung weist einen Transformator auf, dessen Primarseite über ein Relais an ein Spannungsnetz anschließbar ist und auf dessen Sekundarseite ein Gleichrichter angeschlossen ist. An einen dem Gleichrichter nachgeschalteten Energiespeicher ist eine elektrische Last anschließbar, der eine Überwachungsschaltung parallelgeschaltet ist, deren Steuersignale das vorhin erwähnte Relais ansteuern.
Weniger vorteilhaft ist bei der vorbekannten Anordnung anzusehen, daß der Energiespeicher die Energieversorgung sowohl der überwachungsschaltung als auch der Last übernimmt, so daß bei einer hohen Belastung des Energiespeichers, die durch Einschalten der Last verursacht wird, ein Zusammenbruch der Energieversorgung aus dem Energiespeicher droht. Somit ist die Spannungsversorgung eines funktionswichtigen Elementes nicht gewährleistet, so daß der Steuerimpuls für das Relais nicht mehr bereitgestellt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten von Stromversorgungsanlagen der eingangs genannte-i Gattung dahingehend zu verbessern, daß ihre Betriebs- bzw. Eunktionssicherheit wesentlich erhöht wird.
Die Aufgabe wird erfmdungsgemaß dadurch gelost, daß mit dem Energiespeicher eine den Laststrom sperrende Diode m Reihe geschaltet ist. Durch diese Maßnahme wird eine eindeutige Trennung der Last vom Energiespeicher erreicht, der nur zur Versorgung der Spannungsuberwachungsschaltung zur Verfugung steht .
Der Energiespeicher wird durch die Spannungsuberwachungsschaltung kontrolliert, das heißt, die Menge der darin gespeicherten Energie wird standig überprüft.
Wenn die Spannungsuberwachungsschaltung feststellt, daß die gespeicherte Energiemenge einen vorgegebenen Wert unterschrei¬ tet, aktiviert sie selbsttätig den auf der Primarseite des Transformators vorgesehenen steuerbaren Schalter derart, daß er schließt und der Energiespeicher innerhalb einer kurzen Zeit, z.B. in einem Teil einer Sekunde, wieder aufgeladen wird. Erreicht bzw. überschreitet der Energiespeicher wieder einen vorgegebenen Energieinhalt, wird der Schalter durch die Spannungsuberwachungsschaltung selbsttätig wieder geöffnet, so daß der Transformator vom Netz getrennt wird.
Wenn passende Energiespeicher eingesetzt werden, z.B. Kondensatoren, insbesondere Microcaps (Kondensator mit Goldfolie) , mit IF oder mehr, die in Bruchteilen einer Sekunde aufzuladen sind, und die ihre Ladung lange Zeit, z.B. eine viertel bis eine eine halbe Stunde oder mehr, halten, genügt es, jeweils kurz vor Ablauf der Haltezeit - nach Messung durch die Spannungsuberwachungsschaltung - eine kurze Aufladephase einzuschalten. Die Auflade- und Haltezeiten stehen dann in einem Verhältnis von beispielsweise 1 : 10.000. Wahrend der Aufladezeiten wird zwar eine Leistung in der bei eingeschalteter Last erforderlichen Höhe gebraucht, diese Leistung ist aber nur so kurze Zeit erforderlich, so daß der Energieaufwand für das Bereithalten der Einschaltfähigkeit des jeweiligen Geräts kaum noch meßbar ist.
Bisher wurde lediglich der Teil der erfindungsgemäßen Schaltung beschrieben, der dazu dient, das Netzteil betriebsfähig zu halten. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal kann diese Schaltung um eine Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung ergänzt werden. Letztere soll erkennen, ob eine Last angeschlossen ist. Die Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung soll einen relativ zum Widerstand der Last hohen Überwachungswiderstand und eine den Laststrom sperrende zweite Diode aufweisen. Der Überwachungswiderstand soll also gerade nicht im Lastkreis liegen, das heißt, er soll weder als Reihenwiderstand den Lastwiderstand erhöhen noch den Endverbraucher in seinen Kenndaten beeinflussen können. Auch die Leistung des Endverbrauchers soll in keiner Weise durch den Überwachungswiderstand beeinträchtigt werden. Das wird erreicht, weil eine Spannung an dem Überwachungswiderstand abfällt, der primärseitig angeordnete steuerbare Schalter - aus dem (jeweiligen) Energiespeicher - aktiviert und der Lastkreis an volle Spannung geschaltet wird.
Im vorstehend beschriebenen, ersten Fall erhält die Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung ihre Energie aus dem Energiespeicher.' Bei hohen Lasten, das heißt, bei extrem niederohmigen Lastwiderständen, kann eine Variation der Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung vorgenommen werden. In diesem Fall erhält die Lasterkennungs- bzw. - überwachungsschaltung einen eigenen bzw. zweiten Energiespeicher und eine eigene zweite Diode zur Trennung vom Lastkreis. Hierzu wird parallel zum Lastkreis an eine Klemme des auf den lastseitigen Gleichrichterausgang geschalteten, zweiten Energiespeichers ein über die Last zu schließender, gesonderter Prüfkreis vorgesehen, der gegebenenfalls eine den steuerbaren Schalter bei Zuschaltung einer Last aktivierende Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung umfaßt, die einen relativ zum Lastwiderstand hohen Überwachungswiderstand und eine den Laststrom sperrende dritte Diode aufweist.
Als steuerbarer Schalter wird vorzugsweise ein Nullspannungsschalter vorgesehen. Dadurch werden gegebenenfalls Spannungs- /Stromspitzen beim primärseitigen Einschalten des Transformators vermieden. Als steuerbarer Teil des Schalters kommt bevorzugt ein Optokoppler in Frage.
Bei der allerersten Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Einrichtung kann der Energiespeicher mit der zugeordneten Spannungsuberwachungsschaltung noch völlig leer sein. Der Energiespeicher kann dann den steuerbaren Schalter noch nicht aktivieren. Vorzugsweise wird daher zunächst zur Inbetriebnahme parallel zu dem steuerbaren Schalter ein mechanisch betatigbarer Schalter bzw. ein Initialschalter, insbesondere ein manuell zu schließender Taster oder ein elektronischer Offner bzw. ein Relais, vorgesehen.
Eine weitere Option besteht darin, primarseitig, dem steuerbaren Schalter eine monostabile Kippstufe bzw. einen monostabilen Multivibrator parallelzuschalten und dem Netzanschluß einen Spannungsfuhler zuzuordnen, dessen Signale der monostabilen Kippstufe zufuhrbar sind. Ein Kennzeichen eines hierfür geeigneten Spannungsfuhlers ist es, ein Signal zu erzeugen, wenn er noch nicht oder schon längere Zeit (z.B. langer als einige Minuten) nicht mehr am Netz angeschlossen war bzw. wenn ein Netzausfall eintrat. Gegebenenfalls wird der steuerbare Schalter eine kurze Zeit, z.B. einige Sekunden lang, über die monostabile Kippstufe überbrückt, so daß der oder die Energiespeicher geladen werden.
Sobald der vorgenannte erste (gegebenenfalls auch der zweite) Energiespeicher geladen ist, übernimmt er zusammen mit der Spannungsuberwachungsschaltung die Kontrolle. Die den steuerbaren Schalter, insbesondere Nullspannungsschalter, überbrückende Initialisierung kann dann manuell oder auch automatisch abgeschaltet werden. Bei langfristigem totalem Stromausfall kann die Initialisierung wieder erforderlich werden. Wenn solche Stromausfalle öfter vorkommen und/oder lang anhalten, ist es vorteilhaft, eine automatische Initialisierung bereitzustellen. In Abhängigkeit von der Spannungsüberwachungsschaltung des ersten Energiespeichers wird die Impulserzeugung/Initialisierung freigegeben; bei geladenem Energiespeicher wird die I pulserzeu- gung/Initialisierung unterdrückt .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 13 bis 23 zu entnehmen.
Die Erfindung wird im nachfolgenden Text an zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten von Stromversorgungsanlagen,
Fig. 2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Verringerung von Energieverlusten von Stromversorgungsanlagen,
Fig. 3 eine modifizierte Ausführung der Primärseite von in Fig. 1 oder 2 gezeigten Einrichtung; und
Fig. 4 ein Diagramm mit dem Energieverbrauch eines Netzteils .
Fig. 1 zeigt einen Netzanschluß mit einem Transformator 1, dessen Primärseite 2 am Netz 3 (z.B. 230 V) liegt und auf dessen Sekundärseite 4 ein Gleichrichter 5 mit sich an dessen lastseitigen Ausgang β anschließendem, einen Lastanschluß mit Klemmen 7 aufweisendem Lastkreis 8. Die Primärseite 2 des Transformators 1 wird über einen steuerbaren Schalter 9, im Ausfuhrungsbeispiel einen Nullspannungsschalter (z.B. mit m Fig. 1 dargestelltem Opto-Koppler) an das Netz 3 angeschlossen. Der Nullspannungsschalter 9 kann mit einem Initialschalter 10 überbrückt werden. Parallel zum Lastkreis 8 wird auf den lastseitigen Gleichrichterausgang 6 ein Energiespeicher 11 über eine den Laststrom sperrende Diode 12 geschaltet .
Als Energiespeicher 11 wird vorzugsweise ein Kondensator, insbesondere ein Kondensator mit Goldfolie verwendet, der sich schnell aufladen laßt und große Energiemengen speichern kann. Dem Energiespeicher 11 wird eine Spannungsuberwachungsschaltung 13 zugeordnet. Diese kann einen Kondensator 14 enthalten. Durch Vergleich mit dem Kondensator 14 soll die Spannungsuberwachungsschaltung 13 feststellen, ob der Energiespeicher 11 noch eine ausreichende Energiemenge enthalt. Wenn ein vorgegebener Wert unterschritten wird, aktiviert die Spannungsuberwachungsschaltung 13 den Nullspannungsschalter 9 über eine elektrische Leitung 15. Dadurch wird der Energiespeicher 11 mit neuer Ladung aus dem Netz versorgt. So¬ bald der Energiespeicher 11 über einen vorgegebenen Wert aufgeladen ist, schaltet die Spannungsuberwachungsschaltung 13 den Nullspannungsschalter 9 über die Leitung 15 wieder ab.
Der Energiespeicher 11 wird sekundarseitig (auf der Sekundarseite 4 des Transformators) bzw. auf den lastseitigen Gleichrichterausgang 6 geschaltet und dabei durch die Diode 12 so vom Lastkreis 8 getrennt, daß gegebenenfalls der Lastwiderstand 16 keinen Zugriff auf den Energiespeicher 11 hat. Die Schaltung nach Fig. 1 ermöglicht es, festzustellen, ob der Lastwiderstand 16 an den Lastanschluß 7 angeschlossen ist oder nicht. Auf diese Weise kann auch ein Kurzschluß ermittelt werden; außerdem lassen sich Brandherde durch Überlastung oder Überhitzung bemerken. Zur Kontrolle der Last wird parallel zum Lastkreis 8 an eine Klemme 17 des Energiespeichers 11 ein über den Lastwiderstand 16 zu schließender Prufkreis 18 geschaltet, m dem eine Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung 19 vorgesehen ist, die den Nullspannungsschalter 9 bei Zuschaltung des Lastwiderstandes 16 aktiviert. Die Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung 19 umfaßt einen relativ zum Lastwiderstand 16 hohen Uberwachungswiderstand 20 und eine den durch den Lastkreis 8 fließenden Laststrom sperrende Diode 21.
Es ist bemerkenswert, daß der Uberwachungswiderstand 20 nicht im Lastkreis 8 liegt. Der Uberwachungswiderstand 20 und der Meßstromkreis 18 liegen vielmehr an dem Energiespeicher 11, wobei die Diode 12 und die Diode 21 die Trennung vom Lastkreis gewahrleisten. Zu beachten ist jedoch auch, daß der Meßstro kreis 18 erst durch eine eingeschaltete Last, den Lastwiderstand 16, geschlossen wird.
Wenn bei Zuschalten der Last 16 ein Spannungsabfall an dem Überwachungswiderstand 20 eintritt, wird die Lasterkennungsbzw, -überwachungsschaltung 19 aktiviert und durch diese der Nullspannungsschalter 9 geschlossen, so daß am Lastanschluß 7 und damit im Lastkreis 8 die volle Spannung des an das Netz 3 angeschlossenen Transformators 1 liegt. Im Ergebnis wird der Transformator 1 also erst bei aktiver Lasterkennung voll ans Netz 3 geschaltet. Wenn bei der allerersten Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Schaltung der Energiespeicher 11 leer ist, kann er den Null- spannnungsschalter 9 noch nicht aktivieren. Es ist vielmehr eine einmalige Initialisierung der Schaltung bzw. des Speichers erforderlich. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel ein Initialschalter 10 parallel zum Nullspannnungsschalter 9 vorgesehen. Sobald der Energiespeicher 11 geladen wurde, übernimmt die Spannungsuberwachungsschaltung 13 die Kontrolle und schaltet die Initialisierung über eine Wirklinie 22 ab. Von da an wird - außer bei einem sehr langen Netzausfall - nur noch über den Nullspannungsschalter 9 geschaltet.
Anhand von Fig. 1 wird der erfindungsgemäße Fall dargestellt, bei dem die Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung 19 ihre Energie aus dem ersten Energiespeicher 11 erhält. Bei extrem hohen Lasten, z.B. wenn der Lastwiderstand 16 sehr niederoh ig ist, kann die Variation der Schaltung nach Fig. 2 günstig sein. In diesem Fall erhält die Lasterkennungs- bzw. - überwachungsschaltung 19 einen eigenen zweiten Energiespeicher 23, der, wie der Energiespeicher 11, insbesondere als Kondensator ausgebildet ist. Auch der zweite Energiespeicher 23 wird nach Fig. 2 auf den lastseitigen Gleichrichterausgang 6 parallel zum Lastkreis 8 über eine den Laststrom gegebenenfalls sperrende zweite Diode 24 geschaltet. Wenn der Überwachungswiderstand 20 des an einer Klemme 17' liegenden Prüfkreises 18' in Fig. 2 einen Spannungsabfall feststellt, gibt er (der Prüfkreis 18' wird wieder über die Last geschlossen) über die Wirklinie 25 ein entsprechendes Signal an den Nullspannnungsschalter 9. Im übrigen arbeitet die Schaltung nach Fig. 2 im Prinzip wie diejenige nach Fig. 1, so daß die einander entsprechenden Einzelteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Fig. 3 zeigt eine zusätzliche Option für die Primarseite der Schaltung nach Fig. 1 oder 2. Dem Netz 3 bzw. Netzanschluß wird ein Spannungsfuhler 26 zugeordnet. Dieser soll geeignet sein, ein Signal zu erzeugen, wenn er - bei Einschaltung deb Netzes 3 - noch nicht oder schon lange Zeit (z.B. mehr als r bis 30 Minuten) nicht mehr am Netz war. Der Spannungsfuhler 26 besitzt nach Fig. 3 eine Signalverbindung 27 zu einer monostabilen Kippstufe 28, die - wenn ein entsprechendes Signal vom Fühler 26 kommt - den steuerbaren Schalter 9 - z.B. einige Sekunden lang - überbrückt. In dieser Zeit werden die Energiespeicher 11 bzw. 23 über die monostabile Kippstufe 28 wieder geladen. Das Schaltungstell nach Fig. 3, das für einen definierten Anfangsi puls sorgt, soll so ausgebildet werden, daß es nur dann agiert oder reagiert, wenn die netzseitige Spannung 3 gefehlt hat und danach wieder ansteht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind selbstverständlich auch weitere, sinnvolle Maßnahmen denkbar. So sind, um die erfmdungsgemaße Einrichtung vor Uberhitzung zu schützen, Ξensorelemente bzw. Temperaturfühler 34, 36 vorgesehen, die den thermischen Zustand der Last 16 bzw. des Transformators 1 überwachen. Die Ausgangssignale der Temperaturfühler 34, 36 werden einer Auswerteschaltung 35 zugeführt, die bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur der Last 16 beispielsweise ein optisches Signal, vorzugsweise mittels einer LED-Diode 38 erzeugt, bzw. bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Transformators 1 dessen Primarkreis 2 durch Aktivieren des Nullspannungschalters 9 vom Netz 3 trennt. Eine weitere Möglichkeit, die Funktionssicherheit der erfmdungsgemaßen Einrichtung zu erhohen, besteht darin, eine Schaltung 37 zur Überwachung des elektrischen Zustandes der Last 16, insbesondere des Kurzschlusses, vorzusehen. Wird ein Kurzschluß festgestellt, so kann er z. B. optisch mittels einer Kontrolllampe 39 oder akustisch mittels eines Lautsprechers bzw. eines Summers 40 angezeigt werden. In diesem Falle ist es allerdings auch denkbar, den Transformator 1 pri arseitig abzuschalten.
Eine andere, technisch vorteilhafte Maßnahme besteht in einer Begrenzung des durch die Last 16 fließenden Stromes. Zu diesem Zweck wird beim Feststellen einer Dauerbelastung der steuerbare Schalter bzw. der Nullspannungsschalter 9 nicht kontinuierlich, sondern getaktet angesteuert. Eine Spannungsstabilisierung kann entsprechend durchgeführt werden, indem der Nullspannungsschalter 9 ebenfalls getaktet, allerdings mit anderen Taktzeiten, angesteuert wird. Bei maximaler Leistung findet keine Taktung mehr statt; der Nullspannungsschalter 9 wird kontinuierlich, vorzugsweise durch Vollwellen, angesteuert.
Fig. 4 zeigt schließlich in einem Zeit/Energie-Diagramm einen Vergleich der Verluste eines herkömmlichen Netzteils mit den Verlusten bei der Anwendung der erfmdungsgemaßen Einrichtung. Verglichen werden die Dauer-Leerlaufverluste 31 eines herkömmlichen Netzteils oder Steckernetzteils oder dergleichen mit dem Energieaufwand der erfmdungsgemaßen Schaltung im Leerlauf. Die Kupfer- und Eisenverluste und sonstigen Streuverluste 31 bei einem herkömmlichen, gattungsgemaßen Netzteil liegen ungefähr in der Größenordnung der Hälfte des Last-Energieaufwands 32. Ein solches Netzteil kann oft Tage lang mit dem Netz verbunden sein, ohne daß die Last abgeschaltet wird. In der Summe sind dann die Leerlaufverluste vielfach so groß, wie der Energieverbrauch 32 über der Last.
Bei der Anwendung der erfmdungsgemaßen Schaltung ist zwar der Energieverbrauch 33 (pro Zeiteinheit) wahrend des Aufladens des Energiespeichers 11 annähernd ebenso groß wie der Energieverbrauch 32 unter Last. Die mit den kurzen Aufrustungszeiten t0 der erfmdungsgemaßen Schaltung zwecks Aufladens des Energiespeichers 11 multiplizierten Leistungen ergeben aber einen Summen-Energieverbrauch, der gegenüber dem Energieverbrauch 31 einer herkömmlichen Schaltung vernachlassigbar klein ist. Erfindungsgemaß wird der Energiespeicher 11 wahrend der Aufrustungszeiten t0 nachgeladen. Jeder Aufrustungszeit t0 folgt eine Ruhezeit ts mit physischer Trennung der Schaltung vom Netz 3. Bei passender Auswahl des Energiespeichers 11 und der übrigen Teile ist tg gegenüber ts sehr klein.
Schaltet man zum Zeitpunkt t-_ einen Lastwiderstand 16 an die Lastklemmen 7 an, so wird die Ruhezeit ts abgebrochen. Es se angenommen, daß der Lastwiderstand 16 wahrend einer Zeitdauer tL an den Lastklemmen 17 bleibt und im Zeitpunkt t2 abgeschaltet wird. Von dem Moment t2 beginnt die Ruhezeit ts wieder neu zu laufen, weil in diesem Zeitpunkt t2 der Energiespeicher 11 naturgemäß voll aufgeladen war. Bezugszeichenliste
1 Transformator 28 Kippstufe
2 Primärseite 31 Streuverluste
3 Netz 32 Lastenergie
4 Sekundärseite 33 Energieverbrauch/
5 Gleichrichter Zeiteinheit
6 Gleichrichterausgang 34 Temperaturfühler
7 Lastklemmen 35 Auswerteschaltung
8 Lastkreis 36 Temperaturfühler
9 NullspannungsSchalter 37 Schaltung
10 InitialSchalter 38 LED-Diode
11 Energiespeieher 39 Kontrolllampe
12 Sperrdiode 40 Lautsprecher
13 Spannungsüberwachung
14 Kondensator
15 Leitung
16 Lastwiderstand
17 Klemme
18 Prüfkreis
19 LastÜberwachung
20 Uberwachungswiderstand
21 Sperrdiode
22 Wirklinie
23 Energiespeicher
24 Sperrdiode
25 Wirklinie
26 Spannungsfühler
27 Signal erbindung

Claims

Patentansprüche
Einrichtung zur Verringerung von Energieverluster von Stromversorgungsanlagen mit einem Transformator (1), dessen Primarseite (2) über einen steuerbaren Schalter
(9) an ein Spannungsnetz (3) angeschlossen ist und auf dessen Sekundarseite (4) ein Gleichrichter (5) mit sich an einen lastseitigen Gleichrichterausgang (6) anschließendem, einen Lastanschluß (7) aufweisendem Lastkreis (8) vorgesehen ist, wobei parallel zum Lastkreis (8) auf den lastseitigen Gleichrichterausgang
(6) ein Energiespeicher (11) geschaltet ist, dem eine Spannungsuberwachungsschaltung (13) zugeordnet ist, die Mittel (14) zum Aktivieren des Schalters (9) bei einem Abfall der im Energiespeicher (11) gespeicherten Energiemenge unter einen vorgegebenen Wert umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Energiespeicher (11) eine den Laststrom sperrende Diode (12) Reihe geschaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Energiespeicher (11) und der Last (16) eine Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung (19) zum Aktivieren des Schalters (9) geschaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung (19) einen relativ zum Widerstand der Last (16) hohen Uberwachungswiderstand (20) und eine den Laststrom ebenfalls sperrende Diode (21) umfaßt.
. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsversorgung der Lasterkennungs- bzw. -überwachungsschaltung (19) ein zweiter Energiespeicher (23) vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Energiespeicher (23) eine den Laststrom sperrende dritte Diode (24) vorgeschaltet ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der erste Energiespeicher
(11) durch einen schnell aufladbaren Kondensator mit hoher Energiedichte und geringer Selbstentladung gebildet ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (9) als ein Nullspannungsschalter ausgeführt ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß im Schalter (9) ein Optokoppler integriert ist.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine monostabile Kippstufe
(28) zum erstmaligen Aktivieren der Einrichtung vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Kippstufe (28) Signale eines Spannungsfuhlers (26) zufuhrbar sind, der der Überwachung des Netzzustandes dient .
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch betatigbarer Schalter
(10) zum erstmaligen Aktivieren der Einrichtung vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß der mechanisch betatigbare Schalter (10) als ein mdnuell zu schließender Taster, ein elektronischer Offner bzw. ein Relais ausgeführt ist.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsuberwachungs¬ schaltung (13) einen Referenzspeicher, insbesondere einen Kondensator (14), zur Überwachung des Energieniveaus des Energiespeichers (11), aufweist.
14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensorelement bzw. Temperaturfühler (34) zur Überwachung des thermischen Zustandes der Last (16) vorgesehen ist, dessen Signale einer Auswerteschaltung (35) zugeführt werden.
15. Einrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (35) bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur ein optisches Signal erzeugt.
16. Einrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal von einer LED-Diode (38) erzeugt wird.
17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Sensorelement bzw. Temperaturfühler (36) zur Überwachung des thermischen Zustandes des Transformators (1) vorgesehen ist, dessen Signale der Auswerteschaltung
(35) zugeführt werden, deren Ausgangssignale den Schaltzustand des steuerbaren Schalters (9) beeiflussen.
18. Einrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (35) bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur den Primärkreis (2) des Transformators (1) abschaltet.
19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspr che dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (37) zur Überwachung des elektrischen Zustandes der Last (16), insbesondere eines Kurzschlusses, vorgesehen ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (37) so ausgebildet ist, daß sie beim Auftreten eines Kurzschlußzustandes ein optisches
(Kontrolllampe 39) oder akustisches (Lautsprecher 40) Signal erzeugt.
21. Einrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (37) so ausgebildet ist, daß sie beim Auftreten eines Kurzschlußzustandes den Primärkreis (2) des Transformators (1) abschaltet.
22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei Dauerbelastung der Schalter (9) getaktet angesteuert wird.
23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß bei der maximalen Leistungsabgabe der Schalter (9) kontinuierlich, vorzugsweise durch Vollwellen, angesteuert wird.
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