WO2001091276A1 - Miniature power supply unit - Google Patents

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WO2001091276A1
WO2001091276A1 PCT/DE2001/001863 DE0101863W WO0191276A1 WO 2001091276 A1 WO2001091276 A1 WO 2001091276A1 DE 0101863 W DE0101863 W DE 0101863W WO 0191276 A1 WO0191276 A1 WO 0191276A1
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miniature power
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Josef RÖDIGER
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Roediger Josef
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    • 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
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • This invention is a very small power supply unit with an absolutely safe electrical isolation between the network circuit and the output circuit.
  • a miniature power supply with a volume of 0.5 inch 3 can produce an output power of 0.5 W while maintaining the required protection quality. Due to its small size, it can be easily integrated into other systems. With the miniature power supply unit, intelligent switches, sensors and detectors can be connected directly to the
  • power supply network can be operated.
  • As a standby module it can help save energy in many devices with a standby function.
  • Plug-in power supplies with small transformers are the most widespread in the low-power range. Switching power supplies are slowly entering this area.
  • HARRIS single-chip switching power supplies
  • The% Watt BIAS Power Supply IM with galvanic isolation and a volume of 1 inch 3 is a new low-power and standby supply.
  • 25 niatur power supply unit has a significantly higher insulation barrier, has 4 times the power conversion in the same installation space and, as a capacitive load on the power supply network, for the most part only generates reactive power.
  • a battery voltage is converted into a supply voltage of a few 100V for the backlighting of liquid crystals.
  • the power supplies in standby mode still consume a significant amount of power.
  • standby losses should be limited to 0.75W from 2003 and 0.3W from 2005.
  • the miniature power supply can help save energy in many devices with a standby function.
  • the object of the invention is to provide a very small and efficient power supply unit with an absolutely safe electrical isolation between the network and output circuit. It is an object of the invention to provide a miniature power supply unit in a closed and easily integrable design.
  • a power pack is accommodated in a closed housing with very small dimensions, which consists of a two-pulse voltage rectifier IC, a solid-state voltage converter and an output regulator.
  • a solid-state voltage converter an electromechanical converter and a magnetomechanical converter are arranged one behind the other in a frame construction in the axial direction and are firmly connected to one another.
  • the electromechanical transducer consists of a monolithic multilayer actuator and the magnetomechanical transducer consists of a magnetoelastic core which is surrounded by a coil with a magnetic circuit.
  • a permanent magnet for generating a magnetic bias is used in the magnetic circuit of the magnetomechanical transducer.
  • the mechanical pretension generated by the clamping should only slightly exceed the necessary minimum.
  • the principle of action of the solid-state voltage converter is based on the simultaneous use of the reciprocal piezo effect and the magnetoelastic effect.
  • the practical implementation of the interaction of the two physical solid-state effects is based on the principle of the motor generator, with the electromechanical converter operating in motor mode and the magnetomechanical converter operating in generator mode. This is done by means of purely translational movements in the ⁇ m range, with which at the same time building actuators. Electrical energy is converted into mechanical energy and mechanical energy into electrical energy with little loss. With this solid-state voltage converter, you can easily generate a low voltage in the range of 2V to 16V from a mains voltage while maintaining the required protection quality.
  • the relatively simple and modular design of the miniature power supply creates optimal conditions for automated mass production, which significantly reduces the manufacturing costs.
  • Another interesting aspect is the fact that the monolithic multilayer actuator acts like a capacitor. Due to the two-pulse voltage rectification, the multi-layer actuator is charged each time when the mains voltage increases and discharged again during the decrease, which for the most part only generates reactive power, as is also the case with direct operation with an AC voltage. However, the energy consumer only has to pay for the active power, which creates a cost advantage for him.
  • the monolithic multilayer actuator can be designed electrically so that operation with AC voltage does not lead to electrical depolarization. This means that a little more space is required for the multi-layer actuator and the two-pulse voltage rectifier IC can then be omitted.
  • thermomechanical temperature compensation Due to the very different coefficients of thermal expansion of the individual components of the solid-state voltage converter, it is essential to provide thermomechanical temperature compensation to maintain function and efficiency. When assembling and adjusting the mechanical preload, care must also be taken to ensure that no transverse forces are transferred to the functional elements with the wedge clamp.
  • a hermetically sealed housing should be provided in order to protect the functional elements from the direct influence of environmental influences on the one hand and on the other hand to increase the insulation capacity and service life by introducing extremely dry air.
  • the housing should be designed as a heat sink and a heat-conducting medium inside should ensure the heat transfer between the functional elements and the housing.
  • the monolithic multilayer actuator is electrically divided into two halves, so that a range switch between 115V and 230V is possible by connecting these two halves in parallel or in series.
  • the mains connection pins To operate the miniature power supply unit, the mains connection pins must be connected to the supply lines and the mains voltage switched on. Via the chip connection pins, the two-pulse voltage rectifier IC receives the mains voltage, which is passed on as rectified half-waves with the resulting frequency doubling to the monolithic multilayer actuator.
  • the multilayer actuator expands and then contracts again, as a result of which the magneto-elastic core of the magnetomechanical transducer is compressed and relieved again.
  • a permanent magnet ensures the premagnetization of the electromechanical transducer. Due to the increasing and decreasing mechanical tension, which acts on the magnetoelastic core, it generates a changeable magnetic field. This variable magnetic field in turn generates a voltage in the coil that surrounds the magnetoelastic core.
  • the generated voltage is fed via the coil connections to the controller, which provides a regulated voltage at the output pins.
  • FIG. 1 sectional view of the miniature power supply with clamping frame (horizontal section A-
  • FIG. 2 Sectional view of the miniature power supply unit with clamping frame (vertical section BB from Fig. 1) Fig. 3 Representation of the operating principle of the solid-state voltage converter Fig. 4 Current-voltage curve at the multi-layer actuator (ideal capacitor) Fig. 5 Basic circuit a line-controlled two-pulse voltage rectifier
  • FIG. 3 shows in simplified form the basic functional elements of the miniature power supply as well as their basic arrangement and their interaction.
  • a pulsating DC voltage is generated from the AC voltage provided by the supply network via a two-pulse voltage rectifier IC 10, which drives a charging current into the monolithic multilayer actuator 1 with increasing voltage.
  • the two-pulse voltage rectifier IC 10 allows the monolithic multilayer actuator 1 to feed its unconverted energy, which is still present in the form of charge, back into the supply network as a discharge current.
  • the monolithic multilayer actuator 1 expands and then contracts again, as a result of which the magnetoelastic core 2 of the magnetomechanical transducer, consisting of the magnetoelastic core 2 and the coil 4 surrounding it with permanent magnet 12 and Flußleitplatte 13, is compressed and relieved again.
  • the direct mechanical coupling of the monolithic multilayer actuator and the magnetoelastic core 2 takes place via the insulator 3.
  • the permanent magnet 12 which is introduced into the magnetic circuit generates a magnetic bias of the magnetoelastic core 2.
  • the static magnetic field of the permanent magnet 12 causes the magnetoelastic core 2 to be elongated, which means that his ability to deform doubles. Due to the increasing and decreasing mechanical tension, which acts on the magneto-elastic core 2, this generates a variable magnetic field. This variable magnetic field generates a voltage in the coil 4, which surrounds the magnetoelastic core 2, which voltage is stabilized by the regulator 11.
  • Figures 1 and 2 show a possible constructive solution for the miniature power supply.
  • Figure 1 shows a horizontal section AA
  • Figure 2 shows a vertical section BB from the miniature power supply according to the invention.
  • the two sectional representations are intended to show in a clear way how reliable voltage conversion and safe electrical isolation between the mains and output circuits can be achieved in a confined space.
  • the miniature power supply unit according to this invention consists of a carrier board 19, on which the functional elements of the power supply unit are mounted, and the housing 20, which together with the carrier board 19 forms a hermetically sealed unit.
  • the mains connection pin-L 7.1, the mains connection pin-N 7.2 and the multi-layer actuator 1 are also surrounded by an additional plastic insulation 16, whereby the dielectric strength is increased.
  • the ground connection of the housing 20 takes place via the solder pins 21.
  • the two-pulse voltage rectifier IC 10 is supplied from the mains connection pin L 7.1 and from the mains connection pin N 7.2 via the chip input 6.1.
  • the monolithic multilayer actuator 1 is driven by the chip output 6.2 via its positive electrode 5.1 and its negative electrode 5.2.
  • the monolithic multilayer actuator 1 with the electromechanical transducer, consisting of the magnetostrictive core 2 and the coil 4 surrounding it with permanent magnet 12 and flux guide plate 13, is attached to the mechanical holder, consisting of the clamping frame 14, the clamping block 17 with wedge 18 and the insulator block 15 , mechanically coupled directly.
  • the direct mechanical coupling of the monolithic multilayer actuator 1 to the magnetoelastic core 2 takes place via the insulator 3.
  • the compressing and relieving produces a variable magnetic field from the magnetoelastic core 2, which induces a voltage in the coil 4 surrounding it.
  • the regulator 11 receives an unregulated voltage via the coil connection - a 8.1 and the coil connection - b 8.2.
  • the controller 11 then provides a regulated DC voltage at the output pin DC 9.1 and the output pin GND 9.2.
  • Figure 4 shows again in an idealized form the current-voltage curve at the monolithic multilayer actuator 1 and makes it clear why the product of current and voltage results in zero.
  • FIG. 5 shows the basic circuit structure of the integrated two-pulse voltage rectifier IC 10.
  • the rectification of the voltage takes place via the diodes D of the control bridge, and during the voltage rise the charging current flows into the monolithic multilayer actuator 1 via the diodes D.
  • the thyristors Th connected in anti-parallel, which are network-controlled, the discharge current of the monolithic multilayer actuator 1 is fed back into the supply network while the voltage drops.
  • a control bridge based on MOSFETs is also possible.
  • the constructive solution according to this invention clearly shows how easily the isolation and security problems can be solved and what possible variations with regard to miniaturization and cost savings. Since the piezo multi-layer actuator mostly only has a capacitive load on the power supply network, the active power consumed is correspondingly small, which brings cost advantages for the user over a long period of time.
  • the simple and modular structure of the miniature power supply allows a wide application in the low power range.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

The miniature power supply unit has a relatively high degree of efficiency and guarantees a completely reliable galvanic separation of the network circuit and the output circuit in a very small space. This enables more than 0.5 W to be generated in a volume of 0.5 inch3 without compromising the required level of protection. The voltage conversion is based on the simultaneous exploitation of two physical solid state effects. The actual conversion is carried out by a miniature motor generator which converts electrical energy into mechanical energy and mechanical energy back into electrical energy by means of translatory motion alone in the νm range, with the actuating forces that build up. The integrated miniature power supply unit can be used to operated smart switches, sensors and indicator devices directly on the power supply network and can contribute to saving energy in many devices as a standby module. The miniature power supply unit acts as a capacitive load (on the power supply network) and for the most part, only generates reactive power.

Description

Miniatur-Netzteil Miniature Power Supply
5 Bei dieser Erfindung handelt es sich um ein sehr kleines Netzteil mit einer absolut sicheren galvanischen Trennung zwischen Netzkreis und Ausgangskreis.5 This invention is a very small power supply unit with an absolutely safe electrical isolation between the network circuit and the output circuit.
Für den Einsatz des Miniatur-Netzteils ist nur die selbst bestimmte Ausgangsleistung als einschränkende Bedingung anzusehen. Der wirtschaftliche Einsatzbereich liegt zwischenWhen using the miniature power supply, only the self-determined output power is to be regarded as a restrictive condition. The economic area of application lies between
10 200mW und 2W. Ein Miniatur-Netzteil mit einem Volumen von 0,5 inch3 kann unter Einhaltung der erforderlichen Schutzgüte eine Ausgangsleistung von 0,5 W erzeugen. Aufgrund seiner geringen Baugröße kann es problemlos in andere Systeme integriert werden. Mit dem Miniatur-Netzteil können intelligente Schalter, Sensoren und Melder direkt am10 200mW and 2W. A miniature power supply with a volume of 0.5 inch 3 can produce an output power of 0.5 W while maintaining the required protection quality. Due to its small size, it can be easily integrated into other systems. With the miniature power supply unit, intelligent switches, sensors and detectors can be connected directly to the
15 Stromversorgungsnetz betrieben werden. Als Standby-Modul kann es in vielen Geräten mit Bereitschaftsfunktion zur Energieeinsparung beitragen.15 power supply network can be operated. As a standby module, it can help save energy in many devices with a standby function.
Im Kleinstleistungsbereich sind Steckernetzteile mit Kleintransformatoren am weitesten verbreitet. Schaltnetzteile dringen jetzt langsam in diesen Bereich vor.Plug-in power supplies with small transformers are the most widespread in the low-power range. Switching power supplies are slowly entering this area.
20 Single Chip Schaltnetzteile (HARRIS) benötigen zwar nur wenige externe Komponenten, haben aber keine galvanische Trennung und verbrauchen mehr als die 10fache Ausgangsleistung über einen Vorwiderstand.20 single-chip switching power supplies (HARRIS) only need a few external components, but they have no electrical isolation and consume more than 10 times the output power via a series resistor.
Mit der % Watt BIAS Power Supply IM mit galvanischer Trennung und einem Volumen von 1 inch3 wird eine neuartige Low-Power und Standby-Versorgung vorgestellt. Das Mi-The% Watt BIAS Power Supply IM with galvanic isolation and a volume of 1 inch 3 is a new low-power and standby supply. The mi
25 niatur-Netzteil gemäß dieser Erfindung hat eine bedeutend höhere Isolationsbarriere, hat bei gleichem Bauraum den 4fachen Leistungsumsatz und erzeugt als kapazitive Last am Stromversorgungsnetz größtenteils nur Blindleistung.25 niatur power supply unit according to this invention has a significantly higher insulation barrier, has 4 times the power conversion in the same installation space and, as a capacitive load on the power supply network, for the most part only generates reactive power.
Bei dem in 121 vorgestellten Konstruktionsbeispiel wird aus einer Batteriespannung eine Versorgungsspannung von einigen 100V für die Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkri-In the construction example presented in 121, a battery voltage is converted into a supply voltage of a few 100V for the backlighting of liquid crystals.
30 stallanzeigen erzeugt. Eine Nutzung der Anordnung zur Abwärtswandlung wird in 121 im Sensorbereich gesehen.30 stall displays generated. Use of the downconversion arrangement is seen in 121 in the sensor area.
Der Einsatz eines Piezo-Vielschichtaktors sowie weitere Maßnahmen zur Temperaturkompensation und die sichere galvanische Trennung von Netz- und Ausgangskreis ermöglichen den Aufbau des Miniatur-Netzteils gemäß dieser Erfindung. In der Voranmeldung DE 10025 028 A1 /3/ wurde schon auf diesen Sachverhalt eingegangen.The use of a piezo multilayer actuator as well as further measures for temperature compensation and the safe galvanic separation of the mains and output circuit enable the construction of the miniature power supply according to this invention. This issue has already been dealt with in the pre-registration DE 10025 028 A1 / 3 /.
In Haushaltsgeräten mit Bereitschaftsfunktion verbrauchen die Netzteile im Standy- Zustand immer noch eine nennenswerte Leistung. Entsprechend dem Code of Conduct der Europäischen Kommission sollen die Standby-Verluste ab dem Jahr 2003 auf 0,75W und ab 2005 auf 0,3W begrenzt werden. Das Miniatur-Netzteil kann in vielen Geräten mit Bereitschaftsfunktion zur Energieeinsparung beitragen.In household appliances with a standby function, the power supplies in standby mode still consume a significant amount of power. According to the European Commission Code of Conduct, standby losses should be limited to 0.75W from 2003 and 0.3W from 2005. The miniature power supply can help save energy in many devices with a standby function.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines sehr kleinen und effizienten Netzteils mit einer absolut sicheren galvanischen Trennung zwischen Netz- und Ausgangskreis. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Miniatur-Netzteil in einer geschlossenen und leicht integrierbaren Bauform zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a very small and efficient power supply unit with an absolutely safe electrical isolation between the network and output circuit. It is an object of the invention to provide a miniature power supply unit in a closed and easily integrable design.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Miniatur-Netzteil mit einem einfachen und modularen Aufbau zu schaffen, um eine automatisierte Massenfertigung zu unterstützen.Furthermore, it is an object of the invention to provide a miniature power supply unit with a simple and modular structure in order to support automated mass production.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in einem geschlossenen Gehäuse mit sehr geringen Abmessungen ein Netzteil untergebracht ist, welches aus einem Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC, einem Festkörper-Spannungswandler und einem Ausgangsregler besteht. Bei dem Festkörper-Spannungswandler ist ein elektromechanischer Wandler und ein magnetomechanischer Wandler in einer Rahmenkonstruktion in Achsrichtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden. Der elektromechanische Wandler besteht aus einem monolithischen Vielschichtaktor und der magnetomechanische Wandler besteht aus einem magnetoelastischen Kern, der von einer Spule mit Magnetkreis umgeben ist. Im Magnetkreis des magnetomechani- sehen Wandlers ist ein Permanentmagnet zur Erzeugung einer magnetischen Vorspannung eingesetzt. Die von der Einspannung erzeugte mechanische Vorspannung sollte das notwendige Mindestmaß nur geringfügig überschreiten.The object of the invention is achieved in that a power pack is accommodated in a closed housing with very small dimensions, which consists of a two-pulse voltage rectifier IC, a solid-state voltage converter and an output regulator. In the solid-state voltage converter, an electromechanical converter and a magnetomechanical converter are arranged one behind the other in a frame construction in the axial direction and are firmly connected to one another. The electromechanical transducer consists of a monolithic multilayer actuator and the magnetomechanical transducer consists of a magnetoelastic core which is surrounded by a coil with a magnetic circuit. A permanent magnet for generating a magnetic bias is used in the magnetic circuit of the magnetomechanical transducer. The mechanical pretension generated by the clamping should only slightly exceed the necessary minimum.
Das Wirkprinzip des Festkörper-Spannungswandlers basiert auf der gleichzeitigen Nut- zung des reziproken Piezoeffekts und dem magnetoelastischen Effekt. Die praktische Umsetzung des Zusammenwirkens der beiden physikalischen Festkorpereffekte erfolgt nach dem Prinzip des Motor-Generators, wobei der elektromechanische Wandler im Motorbetrieb und der magnetomechanische Wandler im Generatorbetrieb arbeitet. Dies geschieht über rein translatorische Bewegungen im μm-Bereich, mit den sich gleichzeitig aufbauenden Stellkräften. Dabei wird elektrische Energie unter geringen Verlusten in mechanische Energie und mechanische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Mit diesem Festkörper-Spannungswandler kann man in einfacher Weise aus einer Netzspannung eine Kleinspannung im Bereich von 2V bis 16V unter Einhaltung der erforderlichen Schutzgüte erzeugen.The principle of action of the solid-state voltage converter is based on the simultaneous use of the reciprocal piezo effect and the magnetoelastic effect. The practical implementation of the interaction of the two physical solid-state effects is based on the principle of the motor generator, with the electromechanical converter operating in motor mode and the magnetomechanical converter operating in generator mode. This is done by means of purely translational movements in the μm range, with which at the same time building actuators. Electrical energy is converted into mechanical energy and mechanical energy into electrical energy with little loss. With this solid-state voltage converter, you can easily generate a low voltage in the range of 2V to 16V from a mains voltage while maintaining the required protection quality.
Der relativ einfache und modulare Aufbau des Miniatur-Netzteils schafft optimale Voraussetzungen für eine automatisierte Massenfertigung, was die Herstellungskosten erheblich reduziert. Ein weiterer interessanter Aspekt ist die Tatsache, dass der monolithische Viel- schichtaktor wie ein Kondensator wirkt. Durch die Zweipuls-Spannungsgleichrichtung wird der Vielschichtaktor beim Anwachsen der Netzspannung jedesmal geladen und während des Absinkens wieder entladen, wodurch größtenteils nur Blindleistung erzeugt wird, wie es auch beim direkten Betrieb mit einer Wechselspannung geschieht. Vom Energieabnehmer ist aber nur die Wirkleistung zu bezahlen, wodurch für ihn ein Kosten- vorteil entsteht.The relatively simple and modular design of the miniature power supply creates optimal conditions for automated mass production, which significantly reduces the manufacturing costs. Another interesting aspect is the fact that the monolithic multilayer actuator acts like a capacitor. Due to the two-pulse voltage rectification, the multi-layer actuator is charged each time when the mains voltage increases and discharged again during the decrease, which for the most part only generates reactive power, as is also the case with direct operation with an AC voltage. However, the energy consumer only has to pay for the active power, which creates a cost advantage for him.
Für eine sichere und effiziente Energieumwandlung sind bei der Gestaltung des neuartigen Miniatur-Netzteils noch einige wichtige Merkmale der Erfindung zu berücksichtigen. Da durch notwendige Schutzmaßnahmen - die Vorschriften verlangen zum Aufbau einer Isolationsbarriere zwischen Netz- und Ausgangskreis Kriechstrecken von mehr als 3,3mm unter Lack und bei festen Kunststoffen 1mm Isoiationsdicke - bestimmte Abmessungen nicht mehr unterschritten werden können, kann man den dadurch verfügbaren Bauraum zur Vereinfachung und Kostenreduzierung nutzen. Bei Ausgangsleistungen unter 1W kann der monolithische Vielschichtaktor elektrisch so ausgelegt sein, daß ein Betrieb mit Wechselspannung nicht zur elektrischen Depolarisierung führt. Dadurch wird etwas mehr Platz für den Vielschichtaktor benötigt und der Zweipuls-Spannungs- gleichrichter-IC kann dann entfallen.For a safe and efficient energy conversion, some important features of the invention have to be considered when designing the novel miniature power supply. Since the necessary protective measures - the regulations require a creepage distance of more than 3.3 mm under lacquer and 1 mm insulation thickness for solid plastics to establish an insulation barrier between the network and output circuit - can no longer be less than certain dimensions, the available space can be simplified and Use cost reduction. With output powers below 1W, the monolithic multilayer actuator can be designed electrically so that operation with AC voltage does not lead to electrical depolarization. This means that a little more space is required for the multi-layer actuator and the two-pulse voltage rectifier IC can then be omitted.
Aufgrund der sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauelemente des Festkörper-Spannungswandlers ist für die Erhaltung der Funktion und Effizienz unbedingt eine thermomechanische Temperaturkompensation vorzusehen. Ebenso ist bei der Montage und Einstellung der mechanischen Vorspannung darauf zu achten, daß mit dem Keilspanner keine Querkräfte auf die Funktionselemente übertragen werden.Due to the very different coefficients of thermal expansion of the individual components of the solid-state voltage converter, it is essential to provide thermomechanical temperature compensation to maintain function and efficiency. When assembling and adjusting the mechanical preload, care must also be taken to ensure that no transverse forces are transferred to the functional elements with the wedge clamp.
Da supermagnetostriktive Werkstoffe eine geringe relative magnetische Permeabilität aufweisen, ist besonders darauf zu achten, daß Luftspalt- und Streuverluste durch kon- struktive Maßnahmen so gering wie möglich gehalten werden. Um die Funktionselemente zum einen vor der direkten Einwirkung von Umgebungseinflüssen zu schützen und zum anderen die Isolationsfähigkeit und Lebensdauer durch Einbringung von extrem trockener Luft zu erhöhen, sollte ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse vorgesehen werden.Since supermagnetostrictive materials have a low relative magnetic permeability, special care must be taken to ensure that air gap and scattering losses are caused by structural measures are kept as low as possible. A hermetically sealed housing should be provided in order to protect the functional elements from the direct influence of environmental influences on the one hand and on the other hand to increase the insulation capacity and service life by introducing extremely dry air.
Damit im Dauerbetrieb eine gute Ableitung der entstehenden Verlustwärme möglich ist, sollte das Gehäuse als Kühlkörper ausgebildet sein und im Inneren ein Wärmeleitmedium für den Wärmetransport zwischen Funktionselementen und Gehäuse sorgen. Zur Realisierung eines Zweibereichs-Netzteils für 115V/230V ist der monolithische Viel- schichtaktor elektrisch in zwei Hälften unterteilt, so daß durch Parallel- oder Reihenschaltung dieser beiden Hälften eine Bereichsumschaltung zwischen 115V und 230V möglich ist.In order that the resulting heat loss can be dissipated well in continuous operation, the housing should be designed as a heat sink and a heat-conducting medium inside should ensure the heat transfer between the functional elements and the housing. To implement a two-range power supply unit for 115V / 230V, the monolithic multilayer actuator is electrically divided into two halves, so that a range switch between 115V and 230V is possible by connecting these two halves in parallel or in series.
Zum Betrieb des Miniatur-Netzteils sind die Netzanschlußpins mit den Versorgungslei- tungen zu verbinden und die Netzspannung einzuschalten. Über die Chipanschlußpins erhält der Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC die Netzspannung, die als gleichgerichtete Halbwellen mit der sich dabei ergebenden Frequenzverdopplung zum monolithischen Vielschichtaktor weitergeleitet wird.To operate the miniature power supply unit, the mains connection pins must be connected to the supply lines and the mains voltage switched on. Via the chip connection pins, the two-pulse voltage rectifier IC receives the mains voltage, which is passed on as rectified half-waves with the resulting frequency doubling to the monolithic multilayer actuator.
Bedingt durch das sinusförmige Ansteigen und Absinken der angelegten Spannung dehnt sich der Vielschichtaktor aus und zieht sich anschließend wieder zusammen, wodurch der magnetoelastische Kern des magnetomechanischen Wandlers zusammengedrückt und wieder entlastet wird. Ein Permanentmagnet sorgt für die Vormagnetisierung des elektromechanischen Wandlers. Durch die anwachsende und abfallende mechanische Spannung, die auf den magnetoelastischen Kern wirkt, erzeugt dieser ein verän- deriiches Magnetfeld. Dieses veränderliche Magnetfeld erzeugt wiederum in der Spule, die den magnetoelastischen Kern umgibt, eine Spannung.Due to the sinusoidal rise and fall of the applied voltage, the multilayer actuator expands and then contracts again, as a result of which the magneto-elastic core of the magnetomechanical transducer is compressed and relieved again. A permanent magnet ensures the premagnetization of the electromechanical transducer. Due to the increasing and decreasing mechanical tension, which acts on the magnetoelastic core, it generates a changeable magnetic field. This variable magnetic field in turn generates a voltage in the coil that surrounds the magnetoelastic core.
Über die Spulenanschlüsse wird die erzeugte Spannung zum Regler geführt, der an den Ausgangspins eine geregelte Spannung bereitstellt.The generated voltage is fed via the coil connections to the controller, which provides a regulated voltage at the output pins.
Nachfolgend wird ein Konstruktionsbeispiel des Miniatur-Netzteils und das Wirkprinzip des Festkörper-Spannungswandlers anhand von Zeichnungen erläutert.A construction example of the miniature power supply unit and the principle of action of the solid-state voltage converter are explained below with the aid of drawings.
Die zugehörigen Zeichnungen zeigen : Fig. 1 Schnittdarstellung des Miniatur-Netzteils mit Spannrahmen (Horizontalschnitt A-The associated drawings show: Fig. 1 sectional view of the miniature power supply with clamping frame (horizontal section A-
A aus Fig. 2) Fig. 2 Schnittdarstellung des Miniatur-Netzteils mit Spannrahmen (Vertikalschnitt B-B aus Fig. 1) Fig. 3 Darstellung des Wirkprinzips des Festkörper-Spannungswandlers Fig. 4 Strom-Spannungsverlauf am Vielschichtaktor (idealer Kondensator) Fig. 5 Prinzipschaltung eines netzgesteuerten Zweipuls-Spannungsgleichrichters aufA from Fig. 2) Fig. 2 Sectional view of the miniature power supply unit with clamping frame (vertical section BB from Fig. 1) Fig. 3 Representation of the operating principle of the solid-state voltage converter Fig. 4 Current-voltage curve at the multi-layer actuator (ideal capacitor) Fig. 5 Basic circuit a line-controlled two-pulse voltage rectifier
Thyristorbasisthyristor
Figur 3 zeigt in vereinfachter Form die grundlegenden Funktionselemente des Miniatur- Netzteils sowie deren prinzipielle Anordnung und ihr Zusammenwirken. Aus der vom Versorgungsnetz bereitgestellten Wechselspannung wird über einen Zweipuls- Spannungsgleichrichter-IC 10 eine pulsierende Gleichspannung erzeugt, die mit ansteigender Spannung einen Ladestrom in den monolithischen Vielschichtaktor 1 treibt. Bei Absinken der Spannung erlaubt der Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC 10, dass der monolithische Vielschichtaktor 1 seine nicht umgewandelte Energie, die noch in Form von Ladung vorhanden ist, als Entladestrom ins Versorgungsnetz zurückspeist. Bedingt durch das Ansteigen und Absinken der angelegten Spannung dehnt sich der monolithische Vielschichtaktor 1 aus und zieht sich dann wieder zusammen, wodurch der mag- netoelastische Kern 2 des magnetomechanischen Wandlers, bestehend aus dem magnetoelastischen Kern 2 und der ihn umgebenden Spule 4 mit Permanentmagnet 12 und Flußleitplatte 13, zusammengedrückt und wieder entlastet wird. Die direkte mechanische Kopplung vom monolithischen Vielschichtaktor und dem magnetoelastischen Kern 2 erfolgt über den Isolator 3. Der in den Magnetkreis eingebrachte Permanentmagnet 12 erzeugt eine magnetische Vorspannung des magnetoelastischen Kerns 2. Durch das statische Magnetfeld des Permanentmagneten 12 erfährt der magnetoelastische Kern 2 eine Längendehnung, wodurch sich sein Deformationsvermögen verdoppelt. Durch die anwachsende und abfallende mechanische Spannung, die auf den magneto- elastischen Kern 2 wirkt, erzeugt dieser ein veränderliches Magnetfeld. Dieses veränderliche Magnetfeld erzeugt in der Spule 4, die den magnetoelastischen Kern 2 umgibt, eine Spannung, die von dem Regler 11 stabilisiert wird.Figure 3 shows in simplified form the basic functional elements of the miniature power supply as well as their basic arrangement and their interaction. A pulsating DC voltage is generated from the AC voltage provided by the supply network via a two-pulse voltage rectifier IC 10, which drives a charging current into the monolithic multilayer actuator 1 with increasing voltage. When the voltage drops, the two-pulse voltage rectifier IC 10 allows the monolithic multilayer actuator 1 to feed its unconverted energy, which is still present in the form of charge, back into the supply network as a discharge current. Due to the increase and decrease in the applied voltage, the monolithic multilayer actuator 1 expands and then contracts again, as a result of which the magnetoelastic core 2 of the magnetomechanical transducer, consisting of the magnetoelastic core 2 and the coil 4 surrounding it with permanent magnet 12 and Flußleitplatte 13, is compressed and relieved again. The direct mechanical coupling of the monolithic multilayer actuator and the magnetoelastic core 2 takes place via the insulator 3. The permanent magnet 12 which is introduced into the magnetic circuit generates a magnetic bias of the magnetoelastic core 2. The static magnetic field of the permanent magnet 12 causes the magnetoelastic core 2 to be elongated, which means that his ability to deform doubles. Due to the increasing and decreasing mechanical tension, which acts on the magneto-elastic core 2, this generates a variable magnetic field. This variable magnetic field generates a voltage in the coil 4, which surrounds the magnetoelastic core 2, which voltage is stabilized by the regulator 11.
Figur 1 und 2 geben eine mögliche konstruktive Lösung für das Miniatur-Netzteil wider. Figur 1 zeigt dabei einen Horizontalschnitt A-A und Figur 2 einen Vertikalschnitt B-B vom erfindungsgemäßen Miniatur-Netzteil. Mit den zwei Schnittdarstellungen soll in anschaulicher Form gezeigt werden, wie auf engstem Raum eine betriebssichere Spannungswandlung und eine sichere galvanische Trennung zwischen Netz- und Ausgangskreis zu realisieren ist. Das Miniatur-Netzteil gemäß dieser Erfindung besteht aus einer Trägerplatine 19, auf der die Funktionselemente des Netzteils montiert sind und dem Gehäuse 20, welches zusammen mit der Trägerplatine 19 eine hermetisch abgeschlossene Einheit bildet. Der Netzanschlußpin-L 7.1, der Netzanschlußpin-N 7.2 und der Vielschichtaktor 1 sind noch von einer zusätzlichen Kunststoff isolation 16 umgeben, wodurch die Spannungsfe- stigkeit erhöht wird. Über die Lötpins 21 erfolgt der Masseanschluß des Gehäuses 20. Vom Netzanschlußpin-L 7.1 und vom Netzanschlußpin-N 7.2 wird der Zweipuls- Spannungsgleichrichter-IC 10 über den Chipeingang 6.1 versorgt. Der monolithische Vielschichtaktor 1 wird vom Chipausgang 6.2 über seine positive Elektrode 5.1 und seine negative Elektrode 5.2 angesteuert. Über die mechanische Halterung, bestehend aus den Spannrahmen 14, dem Spannblock 17 mit Keil 18 und dem Isolatorblock 15, wird der monolithische Vielschichtaktor 1 mit dem elektromechanischen Wandler, bestehend aus dem magnetostriktiven Kern 2 und der ihn umgebenden Spule 4 mit Permanentmagnet 12 und Flußleitplatte 13, mechanisch direkt gekoppelt. Die direkte mechanische Kopplung des monolithischen Vielschichtaktors 1 zum magnetoelastischen Kern 2 erfolgt über den Isolator 3. Durch das Zusammenpressen und Entlasten wird von dem magnetoelastischen Kern 2 ein veränderliches Magnetfeld erzeugt, weiches in der ihn umgebenden Spule 4 eine Spannung induziert. Der Regler 11 erhält über den Spulenanschluß - a 8.1 und den Spulenanschluß - b 8.2 eine ungeregelte Spannung. Der Regler 11 stellt dann an dem Ausgangspin-DC 9.1 und dem Ausgangs- pin-GND 9.2 eine geregelte Gleichspannung zur Verfügung.Figures 1 and 2 show a possible constructive solution for the miniature power supply. Figure 1 shows a horizontal section AA and Figure 2 shows a vertical section BB from the miniature power supply according to the invention. The two sectional representations are intended to show in a clear way how reliable voltage conversion and safe electrical isolation between the mains and output circuits can be achieved in a confined space. The miniature power supply unit according to this invention consists of a carrier board 19, on which the functional elements of the power supply unit are mounted, and the housing 20, which together with the carrier board 19 forms a hermetically sealed unit. The mains connection pin-L 7.1, the mains connection pin-N 7.2 and the multi-layer actuator 1 are also surrounded by an additional plastic insulation 16, whereby the dielectric strength is increased. The ground connection of the housing 20 takes place via the solder pins 21. The two-pulse voltage rectifier IC 10 is supplied from the mains connection pin L 7.1 and from the mains connection pin N 7.2 via the chip input 6.1. The monolithic multilayer actuator 1 is driven by the chip output 6.2 via its positive electrode 5.1 and its negative electrode 5.2. The monolithic multilayer actuator 1 with the electromechanical transducer, consisting of the magnetostrictive core 2 and the coil 4 surrounding it with permanent magnet 12 and flux guide plate 13, is attached to the mechanical holder, consisting of the clamping frame 14, the clamping block 17 with wedge 18 and the insulator block 15 , mechanically coupled directly. The direct mechanical coupling of the monolithic multilayer actuator 1 to the magnetoelastic core 2 takes place via the insulator 3. The compressing and relieving produces a variable magnetic field from the magnetoelastic core 2, which induces a voltage in the coil 4 surrounding it. The regulator 11 receives an unregulated voltage via the coil connection - a 8.1 and the coil connection - b 8.2. The controller 11 then provides a regulated DC voltage at the output pin DC 9.1 and the output pin GND 9.2.
Die Funktionsabläufe bei der Umwandlung der Spannung wurden bereits in der Beschreibung Figur 3 - Darstellung des Wirkprinzips des Festkörper-Spannungswandlers - eingehend erläutert.The functional sequences during the conversion of the voltage have already been explained in detail in the description of FIG. 3 - representation of the principle of action of the solid-state voltage converter.
Figur 4 gibt noch einmal in idealisierter Form den Strom-Spannungsverlauf am monolithischen Vielschichtaktor 1 wieder und macht deutlich, warum das Produkt aus Strom und Spannung Null ergibt. Real hat der monolithische Vielschichtaktor 1 einen Verlustfaktor von tan δ = 0,05 ... 0,08, was dem Verhältnis von Verlustleistung zu Blindleistung entspricht.Figure 4 shows again in an idealized form the current-voltage curve at the monolithic multilayer actuator 1 and makes it clear why the product of current and voltage results in zero. In real terms, the monolithic multilayer actuator 1 has a loss factor of tan δ = 0.05 ... 0.08, which corresponds to the ratio of power loss to reactive power.
Figur 5 zeigt den prinzipiellen Schaltungsaufbau des integrierten Zweipuls- Spannungsgieichrichters-IC 10. Über die Dioden D der Steuerbrücke erfolgt die Gleichrichtung der Spannung und während des Spannungsanstiegs fließt über die Dioden D der Ladestrom in den monolithischen Vielschichtaktor 1. Über die antiparallel geschalteten Thyristoren Th, welche netzgesteuert sind, wird der Entladestrom des monolithischen Vielschichtaktors 1 während des Absinkens der Spannung wieder ins Versorgungsnetz gespeist. Eine Steuerbrücke auf Basis von MOSFET's ist ebenfalls möglich.FIG. 5 shows the basic circuit structure of the integrated two-pulse voltage rectifier IC 10. The rectification of the voltage takes place via the diodes D of the control bridge, and during the voltage rise the charging current flows into the monolithic multilayer actuator 1 via the diodes D. Via the thyristors Th, connected in anti-parallel, which are network-controlled, the discharge current of the monolithic multilayer actuator 1 is fed back into the supply network while the voltage drops. A control bridge based on MOSFETs is also possible.
Die konstruktive Lösung gemäß dieser Erfindung zeigt deutlich, wie einfach sich die Iso- lations- und Sicherheitsprobleme lösen lassen und welche Variationsmöglichkeiten sich hinsichtlich Miniaturisierung und Kosteneinsparung bieten. Da der Piezo-Vielschichtaktor das Stromversorgungsnetz größtenteils nur kapazitiv belastet, ist die verbrauchte Wirkleistung dementsprechend klein, was für den Nutzer über längere Zeit Kostenvorteile bringt.The constructive solution according to this invention clearly shows how easily the isolation and security problems can be solved and what possible variations with regard to miniaturization and cost savings. Since the piezo multi-layer actuator mostly only has a capacitive load on the power supply network, the active power consumed is correspondingly small, which brings cost advantages for the user over a long period of time.
Der einfache und modulare Aufbau des Miniatur-Netzteils läßt eine breite Anwendung im Kleinstleistungsbereich zu. The simple and modular structure of the miniature power supply allows a wide application in the low power range.
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LegendeLegend
1 monolithischer Vielschichtaktor1 monolithic multilayer actuator
2 magnetoelastischer Kern2 magnetoelastic core
3 Keramikisolator3 ceramic insulator
4 Spule4 spool
5.1 positive Elektrode (nicht sichtbar)5.1 positive electrode (not visible)
5.2 negative Elektrode5.2 negative electrode
6.1 Chipeingang6.1 Chip entrance
6.2 Chipausgang6.2 Chip output
7.1 Netzanschluß - L7.1 Mains connection - L
7.2 Netzanschluß - N7.2 Mains connection - N
8.1 Spulenanschluß - a8.1 Coil connection - a
8.2 Spulenanschluß - b (nicht sichtbar)8.2 Coil connection - b (not visible)
9.1 Ausgangspin-DC9.1 Output pin DC
9.2 Ausgangspin-GND (nicht sichtbar)9.2 Output pin GND (not visible)
10 Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC10 two-pulse voltage rectifier IC
11 Regler11 controllers
12 Permanentmagnet12 permanent magnet
13 Flußleitplatte13 flow guide plate
14 Spannrahmen14 stenter
15 Isolatorblock15 isolator block
16 Kunststoffisolation16 plastic insulation
17 Spannblock17 clamping block
18 Keil18 wedge
19 Trägerplatine19 carrier board
20 Gehäuse20 housing
21 Lötpin 21 solder pin

Claims

Patentansprüche claims
1. Miniatur-Netzteil, bestehend aus einem elektromechanischen Wandler, aus einem Isolator und einem magnetomechanischen Wandler, welcher sich aus einem mag- netostriktiven Kern und der ihn umgebenden Spule einschließlich Magnetkreis zusammensetzt, wobei die Wandlerelemente in Achsrichtung hintereinander angeordnet und in einer mechanischen Halterung fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,1. Miniature power supply unit, consisting of an electromechanical transducer, an isolator and a magnetomechanical transducer, which is composed of a magnetostrictive core and the coil surrounding it, including a magnetic circuit, the transducer elements being arranged one behind the other in the axial direction and fixed in a mechanical holder are interconnected, characterized in that
- dass der elektromechanische Wandler aus einem monolithischen Vielschichtaktor (1) besteht,- That the electromechanical converter consists of a monolithic multilayer actuator (1),
- dass der Isolator (3) und der Isolatorblock (15) aus Keramik oder einem glasartigen Werkstoff bestehen,- That the insulator (3) and the insulator block (15) consist of ceramic or a glass-like material,
- dass der magnetoelastische Kern (2) aus einem positiv supermagnetostriktiven Werkstoff besteht,- That the magnetoelastic core (2) consists of a positive supermagnetostrictive material,
- dass eingangsseitig ein Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC (10) und dass aus- gangsseitig ein Regler (11) angeordnet ist.- That on the input side a two-pulse voltage rectifier IC (10) and that on the output side a controller (11) is arranged.
2. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,2. Miniature power supply according to claim 1, characterized in
- dass öer monolithische Vielschichtaktor (1) mit einer gleichgerichteten Netzspannung betrieben wird, wodurch er sich entsprechend dem sinusförmigen Verlauf der Netzspannung ausdehnt und wieder zusammenzieht,that the monolithic multilayer actuator (1) is operated with a rectified mains voltage, whereby it expands and contracts again in accordance with the sinusoidal profile of the mains voltage,
- dass dadurch der magnetoelastische Kern (2) zusammengedrückt und wieder entlastet wird und- That thereby the magnetoelastic core (2) is compressed and relieved and
- dass die Spule (4), welche den magnetoelastischen Kern (2) umgibt, durch das Zusammendrücken und Entlasten des magnetoelastischen Kerns (2) eine entsprechende Spannung erzeugt.- That the coil (4), which surrounds the magnetoelastic core (2), generates a corresponding voltage by compressing and relieving the magnetoelastic core (2).
3. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,3. Miniature power supply according to claim 1 and 2, characterized in
- dass der Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC (10) einen Ladestrom und einen entgegengesetzt fließenden Entladestrom zum monolithischen Vielschichtaktor (1) zuläßt, so dass die nicht umgewandelte und noch in Form von Ladung vorhandene Energie in das Versorgungsnetz zurückfließt und- That the two-pulse voltage rectifier IC (10) allows a charging current and an oppositely flowing discharge current to the monolithic multilayer actuator (1), so that the unconverted and still present in the form of charge flows back into the supply network and
- dass der Zweipuls-Spannungsgleichrichter-IC (10) eine automatische Bereich- sumschaltung zwischen 115V und 230V realisiert. - That the two-pulse voltage rectifier IC (10) realizes an automatic range switching between 115V and 230V.
4. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 ,2 und 3 dadurch gekennzeichnet,4. Miniature power supply according to claim 1, 2 and 3, characterized in
- dass der monolithische Vielschichtaktor (1) für eine gleichgerichtete sinusförmige Spannung mit einem Effektivwert von 115V oder 230V bzw. eine Spitzenspannung von +180V oder +360V ausgelegt ist und- That the monolithic multilayer actuator (1) is designed for a rectified sinusoidal voltage with an effective value of 115V or 230V or a peak voltage of + 180V or + 360V and
- dass die mechanische Halterung, bestehend aus dem Spannrahmen (14), dem Isolatorblock (15), dem Keil (18) und dem Spannblock (17) nur eine ganz geringe mechanischen Vorspannung erzeugt.- That the mechanical bracket, consisting of the clamping frame (14), the insulator block (15), the wedge (18) and the clamping block (17) produces only a very slight mechanical preload.
5. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,5. Miniature power supply according to claim 1, characterized in
- dass der monolithische Vielschichtaktor (1) für eine Wechselspannung mit einem Effektivwert von 115V oder 230V bzw. eine Spitzenspannung von ±180V bzw. +360V ausgelegt ist und dass die mechanische Halterung, bestehend aus dem Spannrahmen (14), dem Isolatorblock (15), dem Keil (18) und dem Spannblock (17) eine mechanische Vorspannung erzeugt, die etwa der Hälfte der maximalen Druckbelastung beim Zusammenpressen des magnetoelastischen Kerns (2) entspricht.- That the monolithic multi-layer actuator (1) is designed for an AC voltage with an effective value of 115V or 230V or a peak voltage of ± 180V or + 360V and that the mechanical holder, consisting of the clamping frame (14), the insulator block (15) , the wedge (18) and the clamping block (17) generates a mechanical pretension which corresponds to approximately half the maximum pressure load when the magnetoelastic core (2) is pressed together.
6. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1,4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß zur Vormagnetisierung des magnetoelastischen Kerns (2) ein Permanentmagnet (12) in den Magnetkreis des elektromechanischen Wandlers eingebracht ist.6. Miniature power supply according to claim 1, 4 and 5, characterized in that a permanent magnet (12) is introduced into the magnetic circuit of the electromechanical transducer for the premagnetization of the magnetoelastic core (2).
7. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1,4 und 5 dadurch gekennzeichnet,7. Miniature power supply according to claim 1,4 and 5, characterized
- dass der monolithische Vielschichtaktor (1) elektrisch in zwei Hälften geteilt ist und- That the monolithic multilayer actuator (1) is electrically divided into two halves and
- dass durch Parallel- oder Reihenschaltung der beiden Hälften eine Bereichsum- schaltung zwischen den 115V und 230V Netzen gegeben ist.- That by switching the two halves in parallel or in series there is a range switchover between the 115V and 230V networks.
8. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,8. Miniature power supply according to claim 1, characterized in
- dass die mechanische Halterung als Spannrahmen (14) wie ein zum Kettenglied deformierter Ring ausgebildet ist,- That the mechanical holder is designed as a clamping frame (14) like a ring deformed to form a chain link,
- dass der Spannrahmen (14) aus Faserverbundwerkstoff besteht und- That the clamping frame (14) consists of fiber composite material and
- dass die Krafteinleitung über zwei dem Spannrahmen (14) angepaßte Formstücke, den Spannblock (17) und den Isolatorblock (15) erfolgt und - dass die mechanische Vorspannung über einen Keil (18) erzeugt wird.- That the introduction of force takes place via two fittings adapted to the clamping frame (14), the clamping block (17) and the insulator block (15) and - That the mechanical bias is generated via a wedge (18).
9. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass zur ther- momechanischen Temperaturkompensation der Spannrahmen (14) der mechanischen Halterung aus einer Legierung oder einem Verbundwerkstoff mit angepaßter thermischer Längendehnung besteht.9. Miniature power supply according to claim 1 and 8, characterized in that the thermomechanical temperature compensation of the clamping frame (14) of the mechanical holder consists of an alloy or a composite material with adapted thermal elongation.
10. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass zur ther- momechanischen Temperaturkompensation ein Bimetallelement eingesetzt ist.10. Miniature power supply according to claim 1 and 8, characterized in that a bimetal element is used for thermomechanical temperature compensation.
11. Miniatur-Netzteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,11. Miniature power supply according to claim 1, characterized in
- dass die Funktionselemente unter Einschluß von extrem trockener Luft in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse (20) untergebracht sind,- That the functional elements, including extremely dry air, are accommodated in a hermetically sealed housing (20),
- dass das Gehäuse (20) als Kühlkörper mit vergrößerter Oberfläche ausgeführt und- That the housing (20) is designed as a heat sink with an enlarged surface and
- dass ein Wärmeleitmedium zur Ableitung der Verlustwärme eingebracht ist. - That a heat conducting medium is introduced to dissipate the heat loss.
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