WO2011107256A2 - Elektrisches gerät mit einer entstörkondensatorschaltung - Google Patents

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WO2011107256A2
WO2011107256A2 PCT/EP2011/000995 EP2011000995W WO2011107256A2 WO 2011107256 A2 WO2011107256 A2 WO 2011107256A2 EP 2011000995 W EP2011000995 W EP 2011000995W WO 2011107256 A2 WO2011107256 A2 WO 2011107256A2
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suppression capacitor
electrical device
mains voltage
electrical
voltage
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Daniel Luthi
Fabien Maupas
Yves Theoduloz
Manfred Schlenk
Hans Hoffmann
Mykhaylo Raykhman
Josef Fisch
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Minebea Co., Ltd.
Em Microelectronic-Marin S.A.
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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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters

Definitions

  • the invention relates to an electrical device, in particular a television, which is connectable via a mains plug to a mains voltage and which has a ready state or a power saving mode and a suppression capacitor circuit, formed from at least one suppression capacitor, a power supply device and a control unit for the Be - standby state or energy saving mode has.
  • the use of an interference suppression capacitor is prescribed and regulated in most countries by corresponding standards.
  • the suppression capacitor usually has a relatively large capacity and is connected directly to the power grid. As long as the electrical device is connected to the mains, the capacitor is charged and stores electrical energy. Becomes the electrical device disconnected from the power supply by pulling the power plug, the stored energy in the suppression capacitor can be discharged through the contacts of the power plug. That is, when the contacts of the power plug are touched by a person, the eventually existing charge of the capacitor flows as a current through that person, who thereby suffers an electric shock.
  • the capacitor must be discharged internally within a few seconds after unplugging.
  • a discharge resistor is arranged parallel to the suppression capacitor for this purpose.
  • the object of the invention is therefore to ensure the required safety with the lowest possible additional power consumption.
  • the electrical device comprises means for monitoring the mains voltage has to detect at least in the standby state or energy saving mode interruption of the mains voltage and having an active means with which an electrical load parallel to the at least one suppressor capacitor switchable so that the at least one can be actively discharged when an interruption of the mains voltage is detected.
  • the device according to the invention does not have a discharge resistor permanently connected to the suppression capacitor. Especially in standby mode, the lack of current through the resistor causes a significant reduction of the standby current. Nevertheless, in order to ensure safety, a monitoring of the mains voltage is now proposed, so that it can be detected whether an interruption of the mains voltage occurs. As soon as a power interruption is detected, the suppression capacitor is now discharged according to the invention by connecting an electrical load in parallel in order to be able to comply with the safety regulations.
  • a discharge is only necessary if the power plug was pulled, but this can not be distinguished from a power failure with the plug plugged in, so that the discharge takes place expediently always in the absence of mains voltage.
  • the plug in the normal operation of the device, usually the load of the electrical device for a sufficiently rapid discharge of Entstorkondensators enough. In this case, an active discharge of the Entstorkondensators can be dispensed with, although it can also be done. In the standby mode of the electrical device, however, the energy consumption of the device is usually too low for a fast discharge of the Entstorkondensators.
  • the electrical device according to the invention can therefore be expediently designed such that a discharge of the interference suppression capacitor occurs only when there is insufficient load, especially when the device is in standby mode.
  • the standby mode is controlled by the control unit, so that the current operating state 5 is known at all times and a corresponding reaction can take place.
  • the monitoring of the mains voltage is therefore at least in standby mode, whereby it can also be done in normal operation.
  • the electrical device has a switch, by means of which an electrical load can be switched in parallel with the suppression capacitor. Once an interruption of the mains voltage has been detected 5, this switch is actuated at least in standby mode and the suppression capacitor discharges internally via the electrical load.
  • the electrical load can be selected so that a very short discharge time is created, up to the short circuit of the suppression capacitor, in which case a very high current can flow for a short time. At the plug contacts is then within the required time no more voltage and the risk of electric shock is no longer.
  • this electrical load can be a resistor that can be switched parallel to the suppression capacitor.
  • this discharge resistor is not permanent, but only exists for discharging the suppression capacitor in the electric circuit and can
  • two power switches in the electrical device can disconnect the power plug, so that no voltage is applied to the plug contacts immediately while the power is removed. Interference capacitor is discharged internally via the electrical load.
  • the electrical load can also be, for example, another component of the electrical device or a part of an electrical circuit.
  • the electrical device has, for example, a power supply device with a power factor correction and / or a DC-DC converter.
  • the electrical load may be at least part of the power supply device, in particular at least part of the power factor correction and / or at least part of the DC voltage converter.
  • the means for monitoring the mains voltage is capacitively or inductively coupled to the mains voltage.
  • other means may be present which are well known to those skilled in the art.
  • the electrical device on a capacitive voltage divider, which is connected to the mains voltage and having a rectifier ter, on which a voltage signal for monitoring the mains voltage can be tapped.
  • the suppression capacitor circuit is permanently connected to the mains voltage. Therefore, it flows through a permanent reactive current, which also adds to the standby current.
  • the electrical device may include another switch for changing the total capacitance of the noise suppression capacitor circuit in the standby state or the power saving mode.
  • Such Arrangement can be easily combined with the inventive arrangement for the active discharge of the suppression capacitor.
  • the suppression capacitor, another suppression capacitor with a lower capacitance is connected in series and the other switch is connected in parallel to the series suppression capacitor, so that when another open switch the suppression capacitor in series with the series Ent-
  • the series suppression capacitor with the suppression capacitor forms a series connection of two capacitors.
  • the total capacity of the series connection then results as a reciprocal from the sum of the reciprocals of the individual capacities.
  • the series suppression capacitor at least one to two orders of magnitude smaller than the suppression capacitor. Therefore, the total capacitance of the series connection approximately equal to the capacity of the series suppression capacitor. Accordingly, the reactance of the series connection increases by the same order of magnitude, and only a smaller current flows. The suppression capacitor is thus virtually eliminated.
  • the advantage of this is that not only the current through the suppression capacitor is reduced, but at the same time disturbances with a very high frequency continue to be dissipated, ie a residual function is maintained.
  • a further suppression capacitor with a lower capacitance is connected in parallel with the suppression capacitor, and the further switch 10 is designed for switching between the two interference suppression capacitors.
  • the suppression capacitor and the other suppression capacitor each have a further switch, so that the suppression capacitors can be switched on and off individually.
  • a suppressor diode can be arranged in order to additionally dissipate any voltage peaks.
  • the invention is applicable in an electrical device, in particular a television, with a power supply device having a voltage converter and at least one suppression capacitor and having a primary side arranged control unit, which has its own, directly connected to the mains voltage power supply circuit and by an external Signal is controllable, wherein the electrical device has a power-saving mode (standby mode) and the control unit is designed so that it shuts off the electrical energy on the secondary side of the power supply device when entering the electrical device in the energy saving mode.
  • a power-saving mode standby mode
  • the control unit is designed so that it shuts off the electrical energy on the secondary side of the power supply device when entering the electrical device in the energy saving mode.
  • the power supply circuit of the control unit expediently has a capacitive voltage divider a rectifier to which a voltage signal for monitoring the mains voltage is available.
  • 1 is a schematic circuit diagram of a erfindungsgemä ⁇
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an electrical device according to the invention with a suppression capacitor circuit with two suppression capacitors
  • FIG. 4 shows a further suppression capacitor circuit.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a television according to the invention.
  • Fig. 6 is a schematic detail of the block circuit of
  • Fig. 1 is a block diagram of an electrical device 1 according to the invention is shown.
  • the device 1 is connected via an OK power plug 65 to the power grid 7.
  • an interference suppression capacitor 6 is arranged directly on the mains input.
  • the rest of the electrical device 70 is arbitrary and therefore not shown here.
  • the device according to the invention also has an operational readiness state or a power-saving mode (standby operation) controlled by a control unit 3.
  • the electrical device 1 has a monitoring device 67 for the mains voltage 7, with which it can be determined whether an interruption of the mains voltage 7 is present.
  • the monitoring device 67 is connected to the mains voltage 7. Since it is not possible to differentiate between unplugging the power plug and, for example, interrupting the power supply when the power plug is plugged in, for the sake of simplicity an interruption of the mains voltage is monitored.
  • the monitoring device 67 is furthermore connected to a switch 68, with which an electrical load, for example a discharge resistor 69, can be connected in parallel with the suppression capacitor 6.
  • an electrical load for example a discharge resistor 69
  • the switch 68 is closed and the anti-interference capacitor 6 is discharged via the discharge resistor 69.
  • the discharge resistor 69 may have a low resistance value.
  • the resistance is chosen so that the maximum charge of the capacitor 6 can be discharged within the prescribed time. By this measure is located on the plug contacts 66 after a very short time, for example, a few milliseconds, no more charge, so that there is no danger of electric shock when touching.
  • the discharge resistor 69 is only connected to discharge the suppression capacitor 6 and is not permanently in the circuit, as in the prior art, the power consumption of the electrical device is reduced by the current portion of the discharge resistor.
  • FIG. 2 shows a variant of a device according to the invention with an interference suppression capacitor circuit with two interference suppression capacitors.
  • the total capacity can be changed by a further switch 62.
  • the suppression capacitor 6 is connected in series with a series suppression capacitor 60, which has approximately the 0, 1 to 0, 01 times the capacity of the suppression capacitor 6.
  • the ' further switch 62 is connected in parallel with the series suppression capacitor 60 and is controlled by a control unit 3. If the switch 62 is closed, current flows through the suppression capacitor 6 and the other switch 62, so that the series suppression capacitor 60 is bridged.
  • the suppression capacitor 6 operates normally in this position.
  • the power consumption of the electrical device is very low, so that the interference is low.
  • the switch 62 is opened.
  • the series suppression capacitor 60 is connected in series with the suppression capacitor 6. Due to the series connection of the two capacitors, the total capacitance is now determined by the reciprocal of the sum of the reciprocal values of the individual capacitances, so that this total is small.
  • This change of the suppression capacitor now causes a few orders of magnitude lower total capacity, which also the current through the capacitors reduced by corresponding orders of magnitude.
  • the current consumption in the standby mode of the device according to the invention is thereby reduced significantly compared to the prior art again.
  • the currently active interference suppression capacitor can be discharged via the switch 68 as yet, switching of the further switch 62 not being necessary. In certain cases, however, it may be advantageous if the further switch 62 is also actuated during a power interruption.
  • Figs. 3 and 4 alternative suppression capacitor circuits 96 are shown which also allow for a change in overall capacitance.
  • a further suppression capacitor 60 with a lower capacitance is connected in parallel with the suppression capacitor 6.
  • the switch 62 is arranged so that it can be switched between the two suppression capacitors.
  • the larger suppression capacitor 6 may be turned on to use the full filtering effect.
  • standby mode is then switched to the smaller suppression capacitor 60, whereby the current through the suppression capacitor is significantly reduced overall.
  • the circuit of FIG. 4 has instead of the switch for each suppression capacitor own switch 62, so that by switching the two switches 62 also switching takes place.
  • both suppression capacitors 6, 60 can be connected in parallel, so that the total capacity increases. In this way, for example, in the case of a device with several operating states, it is possible to choose between three adapted interference suppression capacities. In all cases, it is advantageous if the further or further switches 62 are switched at the zero crossing of the mains voltage 7 in order to prevent high charge-reversal currents.
  • the capacitances of the two suppression capacitors differ by at least one order of magnitude.
  • the capaci ⁇ tiquess difference is between one and three orders of magnitude, of course, other conditions are possible.
  • the television 1 essentially has a power supply device 2, a control unit 3 and a television system part 4.
  • the power supply device 2 has at least one interference suppression capacitor circuit 96 with at least one interference suppression capacitor (X capacitor) 6, a power factor correction circuit (PFC) 5 and a flyback converter 8 (flyback converter) with a converter module.
  • the converter module has a special start circuit to activate the flyback converter.
  • the flyback converter 8 generates, for example, an intermediate voltage Vi for the television part 4, which is further converted or reduced there into individual voltages.
  • the television 1 has a control unit 3, which is constructed separately from the television system part 4 and the power supply device 2 on the primary side.
  • the tax 3 has a microprocessor or microcontroller 9.
  • the control unit 3 has its own power supply circuit 10, which is connected directly to the mains voltage 7.
  • a signal receiver 11 for receiving wireless or wired signals, such as an infrared transmitter 12, is present.
  • the television 1 has a plurality of switches with which individual parts of the power supply device 2 are switched.
  • switch STRT_OFF switches the voltage dividers of power factor correction 5
  • switch DCDC_ON switches the voltage supply of the converter block
  • PWM_OUT switches the start circuit of the converter block.
  • the television further includes another switch 62 adapted to change the total capacitance of the suppression capacitor circuit 96.
  • the suppression capacitor 6 is miniaturized by connecting the series suppression capacitor 60 in parallel to reduce the reactive current.
  • the power supply 10 of the control unit 3 has a capacitive voltage divider 71, which is designed so that just enough power for the processor 9 is available. Since no transformer losses occur in the capacitive voltage divider 71, the current consumption in the standby state is very low.
  • FIG. 10 An exemplary embodiment of such a power supply is shown in FIG.
  • This power supply 10 follows via a capacitive coupling via the capacitors C005 and C004 directly from the mains voltage 7.
  • the diode network D005 and D006 acts as a rectifier 72 for generating a DC voltage.
  • the zener diode D010 acts as an over-
  • the capacitor C018 reduces the current through this Zener diode D010 ' .
  • the electrolytic capacitor C007 and the diode D008 cause a smoothing of the DC voltage.
  • To regulate the voltage is a conventional linear regulator in the form of an integrated circuit IC001
  • the flyback converter 8 If the television is in normal operation, that is, the flyback converter 8 is started, the supply of the processor 9 via a 15 V DC voltage from the primary supply, which is fed via the diode D009 in the circuit!
  • the rectifier 72 is also the signal AC_VOLT_MEAS available, which is used to monitor the mains voltage 7. An interruption of the mains voltage 7 leads to the extinction of the! 5 signal AC_VOLT_MEAS, which, for example, indicates a pulled mains plug.
  • the signal AC_VOLT_MEAS is permanently or periodically monitored by the control unit 3 at least in standby mode.
  • the control unit. 3 the switches STRT_OFF, DCDC_ON and PWM_OUT are closed, whereby the voltage divider of the PFC 5, the converter module of the flyback converter 8 and its start-up circuit are turned on as electrical loads. This ensures a rising current consumption, so that the suppression capacitor 6, 60 is discharged in the required time.
  • X-switch Switch signal for suppression capacitor XCAP_ON
  • PWM_OUT Switch signal for start circuit EV_ON
  • DCDC_ON Switching signal for voltage transformers HV_OUT

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein elektrisches Gerät mit wenigstens einem Entstörkondensator (6, 60), der bei einer Unterbrechung der Netzspannung (7) aktiv durch Parallelschalten einer elektrischen Last (69) entladen wird. Dazu weist das Gerät Mittel zum Überwachen der Netzspannung (7) und Mittel zum Schalten (68) der elektrischen Last auf.

Description

Minebea Co., Ltd.
4106-73 Oaza Miyota, Miyota-machi , itasaku-gun,
Nagano-ken
Japan
Elektrisches Gerät mit einer Entstörkondensatorschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät, insbesondere einen Fernseher, das über einen Netzstecker mit einer Netzspannung verbindbar ist und das über einen Betriebsbereitschaftszustand oder einen Energiesparmodus verfügt und das eine Entstörkondensatorschaltung, gebildet aus mindestens einem Entstörkondensator, eine Stromversorgungseinrichtung und eine Steuereinheit für den Be- triebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus aufweist .
Elektrische Geräte, die aus dem Stromnetz gespeist werden, haben in der Regel mindestens einen Ent- störkondensator zum Verringern der elektromagnetischen Störungen. Die Verwendung eines Entstörkondensators ist in den meisten Ländern durch entsprechende Normen vorgeschrieben und geregelt. Der Entstörkondensator hat in der Regel eine relativ große Kapazität und ist unmittelbar mit dem Stromnetz verbunden. Solange das elektrische Gerät mit dem Stromnetz verbunden ist, ist der Kondensator geladen und speichert elektrische Energie. Wird das elektrische Gerät durch Ziehen des Netzsteckers vom Stromnetz getrennt, kann die im Entstörkondensator gespeicherte Energie über die Kontakte des Netzsteckers abgegeben werden. Das heißt, werden die Kontakte des Netzsteckers von einer Person berührt, fließt die eventuell vorhandene Ladung des Kondensators als Strom durch diese Person, die dadurch einen elektrischen Schlag erleidet.
Aus Sicherheitsgründen ist es deshalb vorgeschrieben, dass der Kondensator innerhalb weniger Sekunden nach dem Ausstecken intern entladen sein muss. In der Regel ist dazu ein Entladewiderstand parallel zum Entstörkondensator angeordnet.
Ein Nachteil dabei ist jedoch, dass durch diesen Entladewi- derstand permanent ein Strom fließt. Bei einem elektrischen Gerät mit einem Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus (Standby-Betrieb) , trägt der Strom durch den Widerstand wesentlich zum sogenannten Standby-Strom bei. Ziel ist es bei modernen Geräten den Standby-Strom möglichst gering zu halten. Dazu muss allerdings der Entladewiderstand entsprechend hochohmig gewählt werden, wobei dann der Entladevorgang zu lange dauern kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die geforderte Sicherheit bei möglichst geringem zusätzlichem Stromverbrauch zu gewährleisten .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das elektrische Gerät Mittel zum Überwachen der Netzspannung auf- weist, um mindestens im Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus eine Unterbrechung der Netzspannung zu erkennen und ein aktives Mittel aufweist, mit dem ein elektrischer Verbraucher parallel zu dem mindestens einen Entstörkondensator zuschaltbar ist, so dass der mindestens eine Ent- störkondensator aktiv entladen werden kann, wenn eine Unterbrechung der Netzspannung erkannt ist.
Um den Standby- Strom zu reduzieren, weist das erfindungsge- mäße Gerät keinen dauerhaft mit dem Entstörkondensator verbundenen Entladewiderstand auf. Insbesondere im Standby-Be- trieb bewirkt der fehlende Strom durch den Widerstand eine deutliche Reduzierung des Standby-Stroms . Um dennoch die Sicherheit zu gewährleisten, ist nun eine Überwachung der Netzspannung vorgeschlagen, so dass erkannt werden kann, ob eine Unterbrechung der Netzspannung erfolgt. Sobald eine Netzunterbrechung erkannt wird, wird nun erfindungsgemäß der Entstörkondensator durch Parallelschalten ei- nes elektrischen Verbrauchers entladen, um die Sicherheitsbestimmungen einhalten zu können.
Ein Entladen ist zwar nur erforderlich, wenn der Netzstecker gezogen wurde, dies kann jedoch nicht von einem Netzausfall bei eingestecktem Stecker unterschieden werden, so dass die Entladung zweckmäßigerweise immer bei fehlender Netzspannung erfolgt .
Wird der Stecker' im normalen Betrieb des Geräts gezogen, reicht meist die Last des elektrischen Geräts für eine ausreichend schnelle Entladung des Entstorkondensators. Auf ein aktives Entladen des Entstorkondensators kann in diesem Fall verzichtet werden, wenngleich es auch erfolgen kann. Im Standby-Betrieb des elektrischen Geräts ist der Energieverbrauch des Geräts hingegen meist zu gering für eine schnelle Entladung des Entstorkondensators.
Das erfindungsgemäße elektrische Gerät kann daher zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, dass ein Entladen des Entstör- kondensators nur dann stattfindet, wenn keine ausreichende Last vorhanden ist, insbesondere wenn sich das Gerät im Standby-Betrieb befindet. Der Standby-Betrieb wird durch die Steuereinheit gesteuert, so dass der aktuelle Betriebszustand 5 jederzeit bekannt ist und eine entsprechende Reaktion erfolgen kann.
Erfindungsgemäß erfolgt die Überwachung der Netzspannung daher mindestens im Standby-Betrieb, wobei sie auch im normalen Betrieb erfolgen kann.
0
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung weist das elektrische Gerät einen Schalter auf, durch den ein elektrischer Verbraucher parallel zum Entstörkondensator schaltbar ist. Sobald eine Unterbrechung der Netzspannung erkannt 5 wurde, wird wenigstens im Standby-Betrieb dieser Schalter betätigt und der Entstörkondensator entlädt sich intern über den elektrischen Verbraucher. Dabei kann der elektrische Verbraucher so gewählt werden, dass eine sehr kurze Entlade- zeit entsteht, bis hin zum Kurzschluss des Entstörkondensa- !0 tors, wobei dann kurzzeitig ein sehr hoher Strom fließen kann. An den Steckerkontakten liegt dann innerhalb der geforderten Zeit keine Spannung mehr an und die Gefahr eines Stromschlags besteht nicht mehr.
J5 Dieser elektrische Verbraucher kann im einfachsten Fall ein Widerstand sein, der parallel zum Entstörkondensator schaltbar ist. Dieser Entladewiderstand ist jedoch im Gegensatz zum Stand der Technik nicht dauerhaft, sondern nur zum Entladen des Entstörkondensators im Stromkreislauf vorhanden und kann
30 dementsprechend niederohmxg gewählt werden.
Zusätzlich können im elektrischen Gerät zwei Netzschalter die Verbindung zum Netzstecker trennen, so dass an den Steckkontakten sofort keine Spannung mehr anliegt, während der Ent- störkondensator intern über den elektrischen Verbraucher entladen wird.
Der elektrische Verbraucher kann jedoch anstelle des Wider- Stands auch beispielsweise ein anderes Bauelement des elektrischen Geräts oder ein Teil einer elektrischen Schaltung sein.
Das elektrische Gerät weist beispielsweise eine Stromversor- gungseinrichtung mit einer Leistungsfaktorkorrektur und/oder einem Gleichspannungswandler auf. In diesem Fall kann der elektrische Verbraucher wenigstens ein Teil der Stromversorgungseinrichtung, insbesondere wenigstens ein Teil der Leistungsfaktorkorrektur und/oder wenigstens ein Teil des Gleich- spannungswandlers , sein.
Vorzugsweise ist das Mittel zur Überwachung der Netzspannung kapazitiv oder induktiv mit der Netzspannung gekoppelt. Es können jedoch auch andere Mittel vorhanden sein, die dem Fachmann hinreichend bekannt sind.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das elektrische Gerät einen kapazitiven Spannungsteiler auf, der mit der Netzspannung verbunden ist und der einen Gleichrich- ter aufweist, an dem ein Spannungssignal zum Überwachen der Netzspannung abgreifbar ist.
Die Entstörkondensatorschaltung ist dauerhaft mit der Netzspannung verbunden. Daher fließt durch ihn ein permanenter Blindstrom, der sich ebenfalls zum Standby-Strom addiert.
Um den Standby-Strom weiter zu reduzieren, kann das elektrische Gerät einen weiteren Schalter zum Ändern der Gesamtkapazität der Entstörkondensatorschaltung im Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus aufweisen. Eine solche Anordnung ist ohne Weiteres mit der erfindungsgemäßen Anordnung zum aktiven Entladen des Entstörkondensators kombinierbar .
5 Dazu ist beispielsweise zum Entstörkondensator ein weiterer Entstörkondensator mit geringerer Kapazität in Reihe geschaltet und der weitere Schalter ist parallel zu dem Reihen-Entstörkondensator geschaltet, so dass bei geöffnetem weiterem Schalter der Entstörkondensator in Reihe mit dem Reihen-Ent-
0 störkondensator geschaltet ist. Bei geöffnetem Schalter bildet der Reihen-Entstörkondensator mit dem Entstörkondensator eine Reihenschaltung aus zwei Kapazitäten. Die Gesamtkapazität der Reihenschaltung ergibt sich dann als Kehrwert aus der Summe der Kehrwerte der Einzelkapazitäten. Vorzugsweise ist
5 der Reihen-Entstörkondensator wenigstens eine bis zwei Größenordnung kleiner als der Entstörkondensator. Daher entspricht die Gesamtkapazität der Reihenschaltung etwa der Kapazität des Reihen-Entstörkondensators. Entsprechend vergrößert sich der Blindwiderstand der Reihenschaltung um die !0 gleiche Größenordnung und es fließt nur noch ein geringerer Strom. Der Entstörkondensator ist damit praktisch ausgeschaltet. Der Vorteil dabei ist, dass nicht nur der Strom durch den Entstörkondensator verringert wird, sondern gleichzeitig Störungen mit sehr hoher Frequenz weiterhin abgeleitet wer- !5 den, also eine Restfunktion erhalten bleibt.
In einer alternativen Entstörkondensatorschaltung ist zum Entstörkondensator ein weiterer Entstörkondensator mit geringerer Kapazität parallel geschaltet und der weitere Schalter iO ist zum Umschalten zwischen den beiden Entstörkondensatoren ausgebildet.
Dabei können der Entstörkondensator und der weitere Entstörkondensator jeweils einen weiteren Schalter aufweisen, so dass die Entstörkondensatoren einzeln ein- und ausgeschaltet werden können.
Insbesondere in den letzen beiden Varianten ist es zweckmäßig, wenn das Schalten des oder der weiteren Schalter im Nulldurchgang der Netzspannung erfolgt, um hohe Stromspitzen zu vermeiden.
In allen Ausführungen kann beispielsweise eine Suppressordi- ode angeordnet werden, um zusätzlich eventuelle Spannungsspitzen abzuleiten.
Insbesondere vorteilhaft ist die Erfindung anwendbar in einem elektrischen Gerät, insbesondere einem Fernseher, mit einer Stromversorgungseinrichtung, die einen Spannungswandler und mindestens einen Entstörkondensator aufweist und mit einer primärseitig angeordneten Steuereinheit, die eine eigene, direkt mit der Netzspannung verbundene Stromversorgungsschaltung aufweist und die durch ein externes Signal steuerbar ist, wobei das elektrische Gerät einen Energiesparmodus ( Standby-Betrieb) aufweist und die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie beim Eintritt des elektrischen Geräts in den Energiesparmodus die elektrische Energie auf der Sekundärseite der Stromversorgungseinrichtung abschaltet. Ein solches elektrisches Gerät ist insbesondere aus der WO 2010/003785 A2 bekannt.
Bei diesem Gerät ist wenigstens im Energiesparmodus kein Entladewiderstand vorhanden, weshalb der zusätzliche Strom durch den Entladewiderstand entfällt. Weiterhin ist hier zweckmäßigerweise . eine Vorrichtung zum Ändern des Entstörkondensators vorhanden, wodurch der Standby-Strom weiter reduziert wird. Weiterhin weist die Stromversorgungsschaltung der Steuereinheit zweckmäßigerweise einen kapazitiven Spannungsteiler mit einem Gleichrichter auf, an dem ein Spannungssignal zum Überwachen der Netzspannung zur Verfügung steht.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden 5 Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemä¬
0 ßen elektrischen Geräts,
Fig. 2 ein schematisches Schalbild eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts mit einer Entstörkondensatorschaltung mit zwei Entstörkondensatoren,
5
Fig. 3 eine alternative Entstörkondensatorschaltung,
Fig. 4 eine weitere Entstörkondensatorschaltung, iO Fig. 5 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fernsehers ,
Fig. 6 eine schematisches Detail der Blockschaltung der
Fig. 5,
>5
Fig. 7 ein Schaltbild des Sperrwandlers des Fernsehers,
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1 gezeigt. Das Gerät 1 ist über einen iO Netzstecker 65 mit dem Stromnetz 7 verbindbar. Im Gerät 1 ist unmittelbar am Netzeingang ein Entstörkondensator 6 angeordnet. Der Rest des elektrischen Geräts 70 ist beliebig und daher hier nicht näher dargestellt. Das erfindungsgemäße Gerät verfügt weiterhin über einen Betriebsbereitschaftszustand oder einen Energiesparmodus ( Standby-Betrieb) , der durch eine Steuereinheit 3 gesteuert wird.
Wird der Netzstecker 65 gezogen, liegt die im Entstörkonden- sator 6 gespeicherte Energie an den Kontakten 66 des Netzsteckers 65 an. Werden diese Kontakte 66 von einer Person berührt, erhält diese Person einen elektrischen Schlag. Um dies zu verhindern, weist das elektrische Gerät 1 eine Überwachungseinrichtung 67 für die Netzspannung 7 auf, mit der feststellbar ist, ob eine Unterbrechung der Netzspannung 7 vorliegt. Die Überwachungseinrichtung 67 ist dazu mit der Netzspannung 7 verbunden. Da eine Unterscheidung zwischen dem Ziehen des Netzsteckers und etwa einer Netzunterbrechung bei eingestecktem Netzstecker nicht möglich ist, wird der Ein- fachheit halber eine Unterbrechung der Netzspannung überwacht .
Die Überwachungseinrichtung 67 ist weiterhin mit einem Schalter 68 verbunden, mit dem ein elektrischer Verbraucher, bei- spielsweise ein Entladewiderstand 69, parallel zum Entstörkondensator 6 schaltbar ist. Sobald die Überwachungseinrichtung 67 eine Unterbrechung der Netzspannung 7 erkennt, wird der Schalter 68 geschlossen und der Entstörkondensator 6 entlädt sich über den Entladewiderstand 69.' Um diesen Vorgang zu beschleunigen, kann der Entladewiderstand 69 einen geringen Widerstandswert haben. Idealerweise ist der Widerstandswert so gewählt, dass die maximale Ladung des Kondensators 6 innerhalb der vorgeschriebenen Zeit entladen werden kann. Durch diese Maßnahme liegt an den Steckerkontakten 66 nach sehr kurzer Zeit, beispielsweise einige Millisekunden, keine Ladung mehr an, so dass beim Berühren keine Gefahr eines Stromschlags mehr besteht.
Dies erfolgt wenigstens im Standby-Betrieb, da im normalen Betrieb die Last durch das elektrische Gerät zumeist groß ge- nug ist, so dass der Entstörkondensator 6 durch das elektrische Gerät selbst schnell genug entladen wird und daher kein aktives Entladen des Entstörkondensators 6 durch einen elektrischen Verbraucher notwendig ist.
Da der Entladewiderstand 69 nur noch zum Entladen des Entstörkondensators 6 hinzugeschaltet wird und nicht dauerhaft im Stromkreis ist, wie bislang im Stand der Technik, wird der Stromverbrauch des elektrischen Geräts um den Strom-Anteil des Entladewiderstands reduziert.
In Fig. 2 ist eine Variante eines erfindungsgemäßen Geräts mit einer Entstörkondensatorschaltung mit zwei Entstörkondensatoren gezeigt. Bei dieser Entstörkondensatorschaltung ist die Gesamtkapazität durch einen weiteren Schalter 62 änderbar. Der Entstörkondensator 6 ist in Reihe geschaltet mit einem Reihen-Entstörkondensator 60 , der etwa die 0 , 1 bis 0 , 01 fache Kapazität des Entstörkondensators 6 aufweist. Der' weitere Schalter 62 ist parallel zum Reihen-Entstörkondensator 60 geschaltet und wird durch eine Steuereinheit 3 gesteuert. Ist der Schalter 62 geschlossen, fließt Strom durch den Entstörkondensator 6 und den weiteren Schalter 62 , so dass der Reihen-Entstörkondensator 60 überbrückt ist. Der Entstörkondensator 6 arbeitet in dieser Stellung normal.
Im Betriebsbereitschafts-Zustand ist die Stromaufnahme des elektrischen Geräts sehr gering, so dass auch die Störungen gering sind. In diesem Fall wird der Schalter 62 geöffnet. Dadurch wird der Reihen-Entstörkondensator 60 in Reihe mit dem Entstörkondensator 6 geschaltet. Durch die Serienschal- tung der beiden Kondensatoren wird nun die Gesamtkapazität durch den Kehrwert der Summe der Kehrwerte der Einzelkapazitäten bestimmt, so dass diese insgesamt klein ist. Diese Änderung des Entstörkondensators bewirkt nun eine um einige Größenordnungen geringere Gesamtkapazität, wodurch sich auch der Strom durch die Kondensatoren um entsprechende Größenordnungen verringert. Die Stromaufnahme im Standby-Betrieb des erfindungsgemäßen Geräts verringert sich dadurch gegenüber dem Stand der Technik nochmals wesentlich.
Wird nun eine Unterbrechung der Netzspannung festgestellt, kann wie bisher über den Schalter 68 der gerade aktive Entstörkondensator entladen werden, wobei ein Schalten des weiteren Schalters 62 nicht notwendig ist. In bestimmten Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn bei einer Netzunterbrechung der weitere Schalter 62 ebenfalls betätigt wird.
In den Fig. 3 und 4 sind alternative Entstörkondensatorschaltungen 96 gezeigt, die ebenfalls eine Änderung der Gesamtkapazität ermöglichen. In der Schaltung gemäß Fig. 3 ist zum Entstörkondensator 6 ein weiterer Entstörkondensator 60 mit geringerer Kapazität parallel geschaltet. Der Schalter 62 ist so angeordnet, dass zwischen den beiden Entstörkondensatoren umgeschaltet werden kann. So kann im normalen Betrieb der größere Entstörkondensator 6 eingeschaltet sein, um die volle Filterwirkung zu nutzen. Im Standby-Betrieb wird dann auf den kleineren Entstörkondensator 60 umgeschaltet, wodurch der Strom durch den Entstörkondensator insgesamt wesentlich reduziert wird.
Die Schaltung gemäß Fig. 4 weist anstelle des Umschalters für jeden Entstörkondensator einen eigenen Schalter 62 auf, so dass durch wechselseitiges Schalten der beiden Schalter 62 ebenfalls ein Umschalten erfolgt. Es können jedoch bei dieser Anordnung auch beide Entstörkondensatoren 6 , 60 parallel geschaltet werden, so dass sich die Gesamtkapazität erhöht. Dadurch kann beispielsweise bei einem Gerät mit mehreren Be- triebszuständen zwischen drei angepassten Entstörkapazitäten gewählt werden. In allen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der weitere oder die weiteren Schalter 62 im Nulldurchgang der Netzspannung 7 geschaltet werden, um hohe Umladeströme zu verhindern.
In allen drei Varianten ist es vorteilhaft, wenn sich die Kapazitäten der beiden Entstörkondensatoren um wenigstens eine Größenordnung unterscheiden. Insbesondere liegt der Kapazi¬ täts-Unterschied zwischen einer und drei Größenordnungen, wobei selbstverständlich auch andere Verhältnisse möglich sind.
Die Fig. 5 zeigt nun ein Blockschaltbild eines Fernsehers 1 als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Gerät mit einem Energiesparmodus (Standby-Betrieb) . Die Erfindung ist jedoch kei- neswegs auf einen solchen Fernseher eingeschränkt. Vielmehr kann die Erfindung auch bei DVD-Spielern, Receivern und allen anderen Geräten mit Energiesparmodus eingesetzt werden. Der Fernseher 1 weist im Wesentlichen eine Stromversorgungseinrichtung 2, eine Steuereinheit 3 und einen Fernsehsystem-Teil 4 auf.
Die Stromversorgungseinrichtung 2 weist wenigstens eine Entstörkondensatorschaltung 96 mit wenigstens einem Entstörkondensator (X-Kondensator ) 6, eine Leistungsfaktorkorrektur- Schaltung (PFC) 5 und einen Sperrwandler 8 (Flyback Converter) mit einem Wandlerbaustein auf. Der Wandlerbaustein hat eine spezielle Startschaltung, um den Sperrwandler zu aktivieren. Der Sperrwandler 8 erzeugt beispielsweise eine Zwischenspannung Vi für den Fernsehteil 4, die dort in ein- zelne Spannungen weiter umgewandelt oder reduziert wird.
Weiterhin weist der Fernseher 1 eine Steuereinheit 3 auf, di separat vom Fernsehsystem-Teil 4 und von der Stromversor gungseinrichtung 2 primärseitig aufgebaut ist. Die Steuerein heit 3 weist einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller 9 auf. Weiterhin weist die Steuereinheit 3 eine eigene Stromversorgungsschaltung 10, die direkt mit der Netzspannung 7 verbunden ist.
Zur Steuerung der Steuereinheit ist ein Signalempfänger 11 zum Empfangen von drahtlosen oder drahtgebundenen Signalen, beispielsweise eines Infrarot-Senders 12, vorhanden.
Anstelle eines Schalters 68 weist der Fernseher 1 mehrere Schalter auf, mit denen einzelne Teile der Stromversorgungseinrichtung 2 geschaltet werden. Schalter STRT_OFF schaltet im Beispiel die Spannungsteiler der Leistungsfaktorkorrektur 5, Schalter DCDC_ON schaltet die Spannungsversorgung des Wandlerbausteins und PWM_OUT schaltet die Startschaltung des Wandlerbausteins .
Im Standby-Betrieb sind diese Schalter offen, so dass sekun- därseitig keine Energie benötigt wird.
Der Fernseher weist weiterhin einen weiteren Schalter 62 auf, der zur Änderung der Gesamtkapazität der Entstörkondensatorschaltung 96 ausgebildet ist. Im Betriebsbereitschafts-Zu- stand ist die Stromaufnahme des Fernsehers sehr gering, so dass auch die Störungen gering sind. In diesem Fall wird der Entstörkondensator 6 durch Parallelschalten des Reihen-Entstörkondensators 60 verkleinert, um den Blindstrom zu reduzieren .
Die Spannungsversorgung 10 der Steuereinheit 3 hat einen kapazitiven Spannungsteiler 71, der so ausgelegt ist, dass gerade ausreichend Strom für den Prozessor 9 zur Verfügung steht. Da im kapazitiven Spannungsteiler 71 keine Wandlerverluste auftreten, ist die Stromaufnahme im Betriebsbereitschafts-Zustand sehr gering.
Eine beispielhafte Ausführung einer solchen Spannungsversorgung ist in Fig. 7 gezeigt. Diese Spannungsversorgung 10 er- folgt über eine kapazitive Kopplung über die Kondensatoren C005 und C004 direkt aus der Netzspannung 7. Das Diodennetzwerk D005 und D006 wirkt als Gleichrichter 72 zum Erzeugen einer Gleichspannung. Die Zenerdiode D010 fungiert als Über-
5 spannungsschutz , wobei der Kondensator C018 den Strom durch diese Zenerdiode D010 reduziert'. Der Elektrolytkondensator C007 und die Diode D008 bewirken eine Glättung der Gleichspannung. Zur Regelung der Spannung ist ein herkömmlicher Linearregler in Form eines integrierten Schaltkreises IC001
0 vorhanden. Dieser erzeugt mit wenigen externen Bauelementen eine 3,3 V Betriebsspannung für den ZeroPower Mikroprozessor 9.
Im Standby-Betrieb erfolgt die Versorgung über die Netzspannung 7, wobei durch die rein kapazitive Kopplung praktisch 5 keine Verlustleistung entsteht.
Ist der Fernseher im normalen Betrieb, das heißt der Sperrwandler 8 ist gestartet, erfolgt die Versorgung des Prozessors 9 über eine 15 V Gleichspannung aus der Primärversorgung, die über die Diode D009 in die Schaltung eingespeist !0 wird.
Am Gleichrichter 72 steht außerdem das Signal AC_VOLT_MEAS zur Verfügung, das zur Überwachung der Netzspannung 7 dient. Eine Unterbrechung der Netzspannung 7 führt zum Erlöschen des !5 Signals AC_VOLT_MEAS , was beispielsweise auf einen gezogenen Netzstecker hindeutet.
Daher wird das Signal AC_VOLT_MEAS durch die Steuereinheit 3 wenigstens im Standby-Betrieb permanent oder periodisch über- iO wacht.
Sobald das Signal AC_VOLT_MEAS erlischt, liegt eine Netzunterbrechung vor und der mindestens eine Entstörkondensator 6,60 muss, zumindest im Standby-Betrieb, zur Sicherheit aktiv entladen werden. Dazu werden durch die Steuereinheit 3 die Schalter STRT_OFF, DCDC_ON und PWM_OUT geschlossen, wodurch die Spannungsteiler der PFC 5, der Wandlerbaustein des Sperrwandlers 8 und dessen Startschaltung als elektrische Verbraucher eingeschaltet werden. Dies sorgt für eine stei- 5 gende Stromaufnahme, so dass der Entstörkondensator 6,60 in der geforderten Zeit entladen wird.
Bezugszeichen
1 elektrisches Gerät
0 2 Stromversorgungseinrichtung
3 Steuereinheit
4 Fernsehsystem- eil
5 PFC-Schaltung
6 Entstörkondensator
5 7 Netzspannung
8 Spannungswandler
9 Mikroprozessor
10 SpannungsVersorgung
11 Signalempfänger
>0 12 Infrarot- Sender
60 Reihen-Entstörkondensator
62 Schalter
65 Netzstecker
66 Steckerkontakte
1 5 67 Überwachungseinrichtung
68 Schalter
69 Entladewiderstand
70 elektrisches Gerät Rest
71 kapazitiver Spannungsteiler
i O 72 Gleichrichter
96 EntstörkondensatorSchaltung
STRT_ON Schaltsignal für PFC-Schaltung
X-Schalter Schaltsignal für Entstörkondensator (XCAP_ON) PWM_OUT Schaltsignal für Start-Schaltung (EV_ON) DCDC_ON Schaltsignal für Spannungswandler (HV_OUT)
V_DE ,
PS_OFF Steuersignale für Fernsehteil
Vi Zwischenspannung für Fernsehteil
/ Ansprüche

Claims

Ansprüche
Elektrisches Gerät, insbesondere Fernseher, das über einen Netzstecker (65) mit einer Netzspannung (7) verbindbar ist und das über einen Betriebsbereitschaftszustand oder einen Energiesparmodus verfügt und das eine Entstörkondensatorschaltung (96) , gebildet aus mindestens einem Entstörkondensator (6, 60), eine Stromversorgungseinrichtung (2) und eine Steuereinheit (3) für den Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (70) Mittel zum Überwachen der Netzspannung aufweist, um mindestens im Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus eine Unterbrechung der Netzspannung (7) zu erkennen und ein aktives Mittel (68) aufweist, mit dem ein elektrischer Verbraucher (69; 5, 8) parallel zu dem mindestens einen Entstörkondensator (6) zuschaltbar ist, so dass der mindestens eine Entstörkondensator (6) aktiv entladen werden kann, wenn eine Unterbrechung der Netzspannung (7) erkannt ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Mittel durch mindestens einen Schalter (68) gebildet ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischer Verbraucher wenigstens ein Teil der Stromversorgungseinrichtung (2) ist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (2) eine Leistungsfaktorkorrektur (5) und einen Gleichspannungswandler (8) aufweist und der elektrische Verbraucher wenigstens ein Teil der Leistungsfaktorkor- rektur (5) und/oder wenigstens ein Teil des Gleichspannungswandlers (8) ist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Überwachung der Netzspannung kapazitiv oder induktiv mit der Netzspannung (7) gekoppelt ist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät einen kapazitiven Spannungsteiler (71) aufweist, der mit der Netzspannung (7) verbunden ist und der einen Gleichrichter (72) aufweist, an dem ein Spannungssignal (AC_VOLT_MEAS) zum Überwachen der Netzspannung abgreifbar ist.
Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät einen weiteren Schalter (62) zum Ändern der Gesamtkapazität der Entstörkondensatorschaltung (96) im Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus aufweist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Entstörkondensator (6) ein weiterer Entstörkondensator (60) mit geringerer Kapazität in Reihe geschaltet ist und dass der weitere Schalter (62) parallel zu dem Reihen-Entstörkondensator (60) geschaltet ist, so dass bei geöffnetem weiteren Schalter (62) der Entstörkondensator (6) in Reihe mit dem Reihen-Entstörkondensator (60) geschaltet ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Entstörkondensator (6) ein weiterer Entstörkondensator (60) mit geringerer Kapazität parallel geschaltet ist und der weitere Schalter (62) zum Umschalten zwischen den beiden Entstörkondensatoren ausgebildet ist. 10. Elektrisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Entstörkondensator (6) und der weitere Entstörkondensator (60) jeweils einen weiteren Schalter (62) aufweisen, so dass die Entstörkondensatoren einzeln ein- und ausgeschaltet werden können.
11. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten des oder der weiteren Schalter (62) im Nulldurchgang der Netzspannung (7) erfolgt.
12. Elektrisches Gerät, insbesondere Fernseher, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in dem die Stromversorgungseinrichtung (2) einen Spannungswandler (8) aufweist und mit einer primärseitig angeordneten Steuereinheit (3) , die eine eigene, direkt mit der Netzspannung (7) verbundene
Stromversorgungsschaltung (10) aufweist und die durch ein externes Signal steuerbar ist, wobei die Steuereinheit (3) so ausgebildet ist, dass sie beim Eintritt des elektrischen Geräts in den Betriebsbereitschaftszustand oder Energiesparmodus die elektrische Energie auf der
Sekundärseite der Stromversorgungseinrichtung (2) abschaltet .
/ Zusammenfassung
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