WO2012123140A2 - Switched-mode power supply for a charger - Google Patents

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WO2012123140A2
WO2012123140A2 PCT/EP2012/050450 EP2012050450W WO2012123140A2 WO 2012123140 A2 WO2012123140 A2 WO 2012123140A2 EP 2012050450 W EP2012050450 W EP 2012050450W WO 2012123140 A2 WO2012123140 A2 WO 2012123140A2
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output voltage
voltage
switching power
output
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Juergen Mack
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Definitions

  • the invention relates to a switching power supply.
  • the invention relates to a
  • An electrical device such as a cordless screwdriver, has an electrical energy storage, which is to be charged from time to time by means of a charger.
  • a first type of charger uses a transformer with sheet metal core fed directly from a supply network, with a rectifier and a smoothing capacitor connected to the secondary side of the transformer.
  • Such a charger is simple, but provides only a low efficiency.
  • such a charger has a load-dependent output characteristic, which is usually non-linear and in which the output voltage decreases with increasing output current. Conversely, the output current rises sharply when the output voltage is low, for example when the connected energy store is heavily discharged. In this case, a high performance can be implemented in the charger, which can lead to damage or destruction of a controller of the charger.
  • a second type of charger is based on a switching power supply (SNT), which has a much higher efficiency, and whose output characteristic is largely independent of the input voltage.
  • the output current is limited to a maximum current and the output voltage to a maximum voltage.
  • a circuit which is connected to the switching power supply to control the charging process of the energy store can thereby be designed or dimensioned professional. Due to the principle, however, there is the problem that the maximum output power can be taken at a point of the output characteristic at which the output voltage is maximum.
  • the complexity, the size and, accordingly, the manufacturing price of the switching power supply is largely determined by the output power, so that such a switching power supply requires relatively high manufacturing costs.
  • the output voltage of the charger is determined by a cell voltage of the energy storage to be charged, therefore, to minimize the output power, usually the maximum output current of the switching power supply is limited.
  • the output current towards the end of the charging process is at a relatively high level, which is for example in the so-called IU charging method, which is used in lithium-ion or lead-acid batteries, unsuitable.
  • a switching power supply according to the invention for converting an input voltage into an output voltage in a charger comprises a switching device for clocking through the input voltage in response to a control signal, a transformer for transforming the clocked through input voltage, a rectifier for providing the output voltage on the basis of transformed voltage and a control device which is adapted to control the control signal both in dependence of the output current and in dependence of the output voltage.
  • a charge of the energy store in a first phase, is made with a constant or limited charging current until the charging voltage has reached a predetermined value, and then during a second phase a charge having a constant or limited charging voltage until the charging voltage Charging current has reached another predetermined value.
  • control device is configured to control the control signal in such a way that the output voltage linearly decreases in a region above a predetermined output current.
  • a linearly decreasing output characteristic of the switched-mode power supply can be generated with little effort and make the output power provided by the switched-mode power supply usable in a wide range of the output voltage or the output current.
  • the output voltage is preferably constant.
  • control device is adapted to control the control signal such that the output current is limited in a range below a predetermined output voltage to a predetermined value.
  • a transistor is provided for varying the STEU ersignals in response to the output current, wherein a control input of the transistor is connected by means of a dipole with the output voltage to provide a variation of the control signal in response to the output voltage.
  • the transistor can be used in a switching be already installed power supply of the prior art, so that the described output characteristic can be obtained by adding the dipole.
  • a dimensioning of components of the switching power supply to the thus reduced maximum output power can be done in a known manner to save manufacturing costs.
  • the two pole comprises a resistor. This may result in a nearly linear decrease of the output current with increasing output voltage.
  • the dipole may also include a zener diode. Wrd the switching power supply used, for example, to charge a battery whose terminal voltage increases with increasing charge, the charging current can be selectively reduced by the accumulator by means of the Zener diode from a predetermined terminal voltage.
  • a series arrangement of a Zener diode and a Wandsand can be used to reduce the output current beyond the described point with increasing output voltage.
  • the degree of reduction of the output current can be influenced by changing the resistance and / or the series resistance.
  • the two-terminal comprises a diode, wherein a similar situation arises as above with respect to a zener diode in the two-terminal.
  • the Zener voltage is replaced by the forward voltage of the diode.
  • a diode is connected in series with a Zener diode, the voltage up to which the output current is constant can be increased by the amount of the forward voltage of the diode.
  • the forward voltage of a common silicon diode is about 0.7 V.
  • an optocoupler may be provided, which the transistor controls to galvanically separate the output voltage from the switching device.
  • the driving of a light-emitting diode within the opto-coupler by the transistor can be carried out in an advantageously simple manner with a low proportionality error.
  • the switched-mode power supply comprises a switch-off device in order to terminate a charging process of an energy store connected to the output voltage as soon as the output voltage exceeds a predetermined threshold value.
  • a charger such as for lead accumulators, can be produced inexpensively on the basis of the switching power supply.
  • a similar shutdown can take place in the case of a lithium accumulator, for example, as soon as the output current falls below a further predetermined threshold value.
  • a charger for an energy storage includes the switching power supply described.
  • the energy store has an increasing internal resistance with increasing cell voltage, so that the charging current through the energy store increases with increasing cell voltage.
  • the charger can be easily and inexpensively sized for electrical power using the described switching power supply, which is sufficient for charging the energy storage.
  • Figure 1 is a block diagram of a charger with an energy storage
  • Figure 2 is a circuit diagram of a section of a switching power supply in the charger of Figure 1;
  • FIG. 3 shows characteristic curves of the switched-mode power supply from FIG.
  • FIG. 1 shows a block diagram 100 of a charging device 105 having an energy store 1 10.
  • the energy store 110 is an electrically rechargeable accumulator. tor, preferably lithium-ion or lead-based.
  • the energy storage device 1 10 is connected by means of a connection 1 15 with the charger 105.
  • the charging device 105 comprises a switched-mode power supply 120 and a charging circuit 125.
  • the charging circuit 125 may be included in the energy storage 110 in another embodiment instead of the charging device 105. In yet another embodiment, the charging circuit 125 may also be omitted.
  • the switched-mode power supply 120 comprises a mains connection 130 which is brought out of the charger 105.
  • the grid connection 130 can be connected to an AC power supply network, which provides an AC voltage of, for example, 230 V / 50 Hz or 1 10 V / 60 Hz.
  • the mains connection 130 leads to a mains filter 135 of the switched-mode power supply 120.
  • the mains filter 135 comprises a rectifier and a smoothing capacitor and optionally also an interference filter for suppressing interference voltages.
  • the line filter 135 is connected to a switching device 140 of the switching power supply 120.
  • the switching device 140 usually comprises a power transistor, in particular a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the switching device 140 operates in response to a control signal, which it receives via a control line 145.
  • An output of the switching device 140 is connected to a transformer 150 of the switched-mode power supply 120, and the switching device 140, in response to the control signal, turns the rectified voltage through the line filter 135 stepwise to the transformer 150 so as to transform an AC-like voltage.
  • the voltage supplied to the transformer 150 by the switching device 140 may also have a different shape, in particular approximately sinusoidal or sinusoidal.
  • the voltage transformed by the transformer 150 is connected to a rectifier 155 of the switching power supply 120.
  • the rectifier 155 optionally includes a smoothing capacitor.
  • the rectified by the rectifier 155 voltage represents the output voltage of the switching power supply 120.
  • the output voltage is connected to the charging circuit 125 and to a controller 160 of the switching power supply 120.
  • the control device 160 generates on the basis of the output voltage and the output current, which are provided to the charging circuit 125 and the energy storage 110, a signal which is decoupled by means of an optocoupler 165 and forwarded to a monitoring device 170 of the switching power supply 120.
  • the monitoring device 170 prepares this by the control device
  • the monitoring device 170 may further be configured to bring about a power reduction or disconnection of the switched-mode power supply 120, for example if an excess temperature in the region of the switched-mode power supply 120 is determined or a
  • FIG. 2 shows a circuit diagram 200 of a section of the switching power supply 120 in the charger 105 of Figure 1. The section shown covers a part of
  • Transformer 150 the rectifier 155, the controller 160 and a part of the optocoupler 165 from.
  • the charging circuit 125 is not shown.
  • a diode D1 Connected to a secondary winding of the transformer 150 is a diode D1 whose second end is connected to a smoothing capacitor C1.
  • the diode D1 and the smoothing capacitor C1 together form the rectifier 155 of FIG. 1.
  • the second end of the diode D1 is connected to a positive terminal of the connection 15.
  • a negative terminal of the connection 15 is connected to the second end of the smoothing capacitor C1 and the output winding of the transformer by means of a series resistor R3
  • connection 115 Between the terminals of the connection 115 is an output voltage UAUS of the switching power supply 120 at. A by a consumer which is connected to the junction 115, the output current IOUT flowing also flows through the series resistor R3, so that a voltage drop across the series resistor R3 voltage U 3 is proportional to the output current I O ff.
  • a resistor R1 leads from the positive terminal of the connection 1 15 to the light emitting diode of an opto-coupler IM whose second terminal is connected to the collector of an NPN transistor V1. The emitter of the transistor V1 is connected to ground. A resistor R1 limits a current through the light emitting diode of the optocoupler IM. If a positive voltage is applied to the base of the trans- applied sistor V1, the LED lights in the optocoupler IM and a not shown phototransistor of the optocoupler IM begins to conduct. In this case, a degree of the conductivity of the phototransistor of the opto-coupler IM is dependent on which voltage is applied to the base of the transistor V1. Within the monitoring device 170, the conductivity of the phototransistor of the
  • Optocoupler IM used to provide the control signal on the control line 145 in Figure 1.
  • the control signal is generated in such a way that the switching device 140 is reduced to power given to the transformer 150 with increasing voltage at the base of the transistor V1.
  • the voltage U 3 dropping across the series resistor R3 is coupled out by means of a resistor R2 and conducted to the base of the transistor V1. Accordingly, the power dissipated by the transformer 150 is reduced as the output current I A usc increases.
  • connection 115 is connected to the base of the transistor V1 by means of a dipole Z.
  • the power transmitted through the transformer 150 is reduced even when the output voltage U A usc increases.
  • FIG. 3 shows a diagram 300 with characteristics of the switched-mode power supply 120 from FIG. 1. In a horizontal direction, the output current Uus and in a vertical direction the output voltage U A us of the switched-mode power supply 120 of FIGS.
  • a first characteristic 305 results when the two-terminal Z of FIG. 2 is formed by a resistor R4.
  • the output voltage U AU s decreases with increasing output current Uus from a predetermined maximum UMAX substantially.
  • the output current Uus reaches a predetermined maximum output current I MA x
  • the output voltage U AU s is a minimum output voltage U M IN- How strong the slope of the first characteristic 305 is depends on how large the heat resistance R4 is and how large the Series resistance R3 is.
  • a second characteristic 310 results when the two-terminal Z is formed by a series connection of a diode D2, a Zener diode ZD and the resistor R4.
  • the order of series connection of the diode D2, the Zener diode ZD and the resistance R4 is arbitrary, wherein the forward direction of the diode D2 from the positive terminal of the connection 115 in the direction of the base of the transistor
  • V1 occurs and the Zener diode ZD is oriented in the opposite direction.
  • Curve 310 linear from. The steepness of the characteristic in this range depends on the resistance R4 and the series resistance R3.
  • the second current I 2 is so close to the maximum current I M AX that a constant output current us between the second current I 2 and I M AX can be assumed. In this area, the output voltage U A us linearly decreases.
  • the first current from which a lowering of the output voltage U A us occurs, is dependent on the sum of the breakdown voltages of the diode D2 and the Zener diode ZD. With a suitable choice of the Zener diode ZD, the diode D2 can also be omitted.
  • the output voltage which is the second
  • Current l 2 adjusts can be influenced by the breakdown voltages of the Zener diode ZD and the diode D2 and the values of the resistance R4, R3 and R2.
  • a regulation of the output current Uus is usually carried out to a constant size, which is usually derived by means of a Zener diode and optionally a voltage divider from the output voltage U A us.
  • a characteristic curve of a switching power supply of the prior art runs at an output current between 0 and 1 MA x constant at U MAX and then drops steeply to 0 from.
  • a maximum power of such a switching power supply results as a product of the maximum output current and the maximum output voltage.
  • the illustrated characteristics 305 and 310 of the switched-mode power supply 120 of FIGS. 1 and 2 remove a point at which a maximum power is generated by the switching power supply.
  • power supply 120 is provided from a point at which the output voltage UAUS is maximum. Therefore, the maximum power of the switching power supply 120 is already at a smaller output current l A us available.
  • components of the switched-mode power supply 120 can be dimensioned to be smaller in terms of cost and the output characteristic curve 305, 310 can advantageously be adapted to the IU charging method for the energy store 110.
  • the charger 105 of Figure 1 it is sufficient to form the charging circuit 125 to separate the energy storage device 1 10 from the output voltage UAUS as soon as the output voltage U A us has reached a predetermined value. This value is determined on the basis of a cell voltage of the energy storage device 1 10.
  • a simple and gentle charging of the energy store 1 10 can be implemented in the manner described with minimal effort, since the components of the switching power supply 120 can be taken over substantially unchanged and only the additional dipole Z must be included.

Abstract

A switched-mode power supply for converting an input voltage into an output voltage in a charger comprises a switching device for switching through the input voltage in a clocked manner depending on a control signal, a transformer for transforming the input voltage switched through in a clocked manner, a rectifier for providing the output voltage on the basis of the transformed voltage, and a control device, which is designed to control the control signal both depending on the output current and depending on the output voltage.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Schaltnetzteil für ein Ladegerät Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Switching power supply for a charger The invention relates to a switching power supply. In particular, the invention relates to a
Schaltnetzteil für ein Ladegerät zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers. Switching power supply for a charger for charging an electrical energy storage.
Stand der Technik State of the art
Ein elektrisches Kleingerät, beispielsweise ein Akkuschrauber, verfügt über einen elektrischen Energiespeicher, der von Zeit zu Zeit mittels eines Ladegeräts aufzuladen ist. Ein erster Typ Ladegerät verwendet hierfür einen direkt von einem Versorgungsnetz gespeisten Transformator mit Blechkern, wobei auf der Sekun- därseite des Transformators ein Gleichrichter und ein Glättungskondensator angeschlossen sind. Ein solches Ladegerät ist einfach aufgebaut, erbringt jedoch nur einen geringen Wirkungsgrad. Außerdem hat ein solches Ladegerät eine belastungsabhängige Ausgangscharakteristik, die üblicherweise nichtlinear ist und bei der die Ausgangsspannung mit steigendem Ausgangsstrom absinkt. Umge- kehrt steigt der Ausgangsstrom stark an, wenn die Ausgangsspannung gering ist, beispielsweise wenn der angeschlossene Energiespeicher stark entladen ist. Dabei kann eine hohe Leistung im Ladegerät umgesetzt werden, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung einer Steuereinrichtung des Ladegeräts führen kann. An electrical device, such as a cordless screwdriver, has an electrical energy storage, which is to be charged from time to time by means of a charger. A first type of charger uses a transformer with sheet metal core fed directly from a supply network, with a rectifier and a smoothing capacitor connected to the secondary side of the transformer. Such a charger is simple, but provides only a low efficiency. In addition, such a charger has a load-dependent output characteristic, which is usually non-linear and in which the output voltage decreases with increasing output current. Conversely, the output current rises sharply when the output voltage is low, for example when the connected energy store is heavily discharged. In this case, a high performance can be implemented in the charger, which can lead to damage or destruction of a controller of the charger.
Ein zweiter Typ Ladegerät basiert auf einem Schaltnetzteil (SNT), das einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweist, und dessen Ausgangscharakteristik weitgehend unabhängig von der Eingangsspannung ist. Der Ausgangsstrom ist auf einen maximalen Strom und die Ausgangsspannung auf eine maximale Spannung begrenzt. Eine Schaltung, die an das Schaltnetzteil angeschlossen wird, um den Ladevorgang des Energiespeichers zu steuern, kann dadurch ein- fach ausgelegt bzw. dimensioniert werden. Prinzipbedingt besteht jedoch das Problem, dass die maximale Ausgangsleistung an einem Punkt der Ausgangscharakteristik entnommen werden kann, an dem die Ausgangsspannung maximal ist. Die Komplexität, die Baugröße und dementsprechend auch der Herstel- lungspreis des Schaltnetzteils ist maßgeblich durch die Ausgangsleistung bestimmt, so dass ein solches Schaltnetzteil relativ hohe Herstellungskosten bedingt. A second type of charger is based on a switching power supply (SNT), which has a much higher efficiency, and whose output characteristic is largely independent of the input voltage. The output current is limited to a maximum current and the output voltage to a maximum voltage. A circuit which is connected to the switching power supply to control the charging process of the energy store can thereby be designed or dimensioned professional. Due to the principle, however, there is the problem that the maximum output power can be taken at a point of the output characteristic at which the output voltage is maximum. The complexity, the size and, accordingly, the manufacturing price of the switching power supply is largely determined by the output power, so that such a switching power supply requires relatively high manufacturing costs.
Die Ausgangsspannung des Ladegeräts ist durch eine Zellenspannung des zu ladenden Energiespeichers vorgegeben, daher wird, um die Ausgangsleistung zu minimieren, üblicherweise der maximale Ausgangsstrom des Schaltnetzteils begrenzt. Durch diese Maßnahme liegt jedoch der Ausgangsstrom gegen Ende des Ladevorgangs auf einem relativ hohen Wert, was beispielsweise beim so genannten IU-Ladeverfahren, welches bei Lithium-Ionen- oder Bleiakkumulatoren verwendet wird, ungeeignet ist. The output voltage of the charger is determined by a cell voltage of the energy storage to be charged, therefore, to minimize the output power, usually the maximum output current of the switching power supply is limited. By this measure, however, the output current towards the end of the charging process is at a relatively high level, which is for example in the so-called IU charging method, which is used in lithium-ion or lead-acid batteries, unsuitable.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein für ein Ladegerät geeignetes Schaltnetzteil mit einer verbesserten Ausgangscharakteristik anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Schaltnetzteils mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder. It is therefore an object of the invention to provide a suitable for a charger switching power supply with an improved output characteristics. The invention solves this problem by means of a switching power supply with the features of claim 1. Subclaims give preferred embodiments again.
Offenbarung der Erfindung Ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil zur Umsetzung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung in einem Ladegerät umfasst eine Schalteinrichtung zum getakteten Durchschalten der Eingangsspannung in Abhängigkeit eines Steuersignals, einen Transformator zum Transformieren der getaktet durchgeschalteten Eingangsspannung, einen Gleichrichter zum Bereitstellen der Aus- gangsspannung auf der Basis der transformierten Spannung sowie eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Steuersignal sowohl in Abhängigkeit des Ausgangsstroms als auch in Abhängigkeit der Ausgangsspannung zu steuern. DISCLOSURE OF THE INVENTION A switching power supply according to the invention for converting an input voltage into an output voltage in a charger comprises a switching device for clocking through the input voltage in response to a control signal, a transformer for transforming the clocked through input voltage, a rectifier for providing the output voltage on the basis of transformed voltage and a control device which is adapted to control the control signal both in dependence of the output current and in dependence of the output voltage.
Dadurch ist es möglich, ein Schaltnetzteil mit einer Ausgangscharakteristik bereitzustellen, die sicherstellt, dass eine maximale Ausgangsleistung nicht mit ei- ner maximalen Ausgangsspannung des Schaltnetzteils zusammenfällt. Vielmehr kann die Ausgangsleistung über den Ausgangsstrom im Wesentlichen konstant gehalten sein, so dass das Schaltnetzteil vorteilhaft auf diese Ausgangsleistung dimensioniert werden kann, während gleichzeitig die Ausgangscharakteristik an die Erfordernisse des Ladevorgangs des Energiespeichers angepasst ist. Insbesondere das IU-Ladeverfahren, das vorzugsweise mit Lithium-Ionen oder Bleiakkumulatoren verwendet wird, kann durch diese Ausgangscharakteristik unterstützt sein. Beim IU-Ladeverfahren erfolgt in einer ersten Phase eine Ladung des Energiespeichers mit einem konstanten bzw. begrenzten Ladestrom, bis die La- despannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und dann während einer zweiten Phase eine Ladung mit einer konstanten bzw. begrenzten Ladespannung, bis der Ladestrom einen weiteren vorbestimmten Wert erreicht hat. This makes it possible to provide a switched-mode power supply with an output characteristic which ensures that a maximum output power does not coincide with an ner maximum output voltage of the switching power supply coincides. Rather, the output power over the output current can be kept substantially constant, so that the switching power supply can be advantageously dimensioned to this output power, while at the same time the output characteristic is adapted to the requirements of the charging of the energy storage. In particular, the IU charging method, which is preferably used with lithium-ion or lead-acid batteries, may be supported by this output characteristic. In the IU charging method, in a first phase, a charge of the energy store is made with a constant or limited charging current until the charging voltage has reached a predetermined value, and then during a second phase a charge having a constant or limited charging voltage until the charging voltage Charging current has reached another predetermined value.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das Steuersignal derart zu steuern, dass die Ausgangsspannung in einem Bereich oberhalb eines vorbestimmten Ausgangsstroms linear abnimmt. Eine solchermaßen linear abfallende Ausgangscharakteristik des Schaltnetzteils kann mit geringem Aufwand erzeugt werden und die vom Schaltnetzteil bereitgestellte Ausgangsleistung in einem weiten Bereich der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms nutzbar ma- chen. Unterhalb des vorbestimmten Ausgangsstroms ist die Ausgangsspannung bevorzugterweise konstant. Preferably, the control device is configured to control the control signal in such a way that the output voltage linearly decreases in a region above a predetermined output current. Such a linearly decreasing output characteristic of the switched-mode power supply can be generated with little effort and make the output power provided by the switched-mode power supply usable in a wide range of the output voltage or the output current. Below the predetermined output current, the output voltage is preferably constant.
Weiter vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart zu steuern, dass der Ausgangsstrom in einem Bereich unterhalb einer vorbestimmten Ausgangsspannung auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist. Dadurch kann eine weitere Unterstützung des IU-Ladeverfahrens erfolgen, ohne das Schaltnetzteil unnötig groß zu dimensionieren. Further preferably, the control device is adapted to control the control signal such that the output current is limited in a range below a predetermined output voltage to a predetermined value. Thereby, a further support of the IU charging process can take place without unnecessarily large dimensioning of the switching power supply.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Transistor zur Variierung des Steu ersignals in Abhängigkeit des Ausgangsstroms vorgesehen, wobei ein Steuereingang des Transistors mittels eines Zweipols mit der Ausgangsspannung verbunden ist, um eine Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit der Ausgangs Spannung bereitzustellen. In a preferred embodiment, a transistor is provided for varying the STEU ersignals in response to the output current, wherein a control input of the transistor is connected by means of a dipole with the output voltage to provide a variation of the control signal in response to the output voltage.
Dadurch kann eine kostengünstige Umsetzung der Erzeugung des beschriebenen Steuersignals durchgeführt werden. Der Transistor kann in einem Schalt- netzteil des Standes der Technik bereits eingebaut sein, so dass die beschriebene Ausgangscharakteristik durch Hinzufügen des Zweipols erlangt werden kann. Eine Dimensionierung von Bauteilen des Schaltnetzteils auf die solchermaßen verringerte maximale Ausgangsleistung kann in bekannter Weise erfolgen, um Herstellungskosten einzusparen. As a result, a cost-effective implementation of the generation of the described control signal can be carried out. The transistor can be used in a switching be already installed power supply of the prior art, so that the described output characteristic can be obtained by adding the dipole. A dimensioning of components of the switching power supply to the thus reduced maximum output power can be done in a known manner to save manufacturing costs.
In einer Ausführungsform umfasst der Zweipol einen Widerstand. Dadurch kann sich ein mit zunehmender Ausgangsspannung nahezu linearer Rückgang des Ausgangsstroms ergeben. In one embodiment, the two pole comprises a resistor. This may result in a nearly linear decrease of the output current with increasing output voltage.
Der Zweipol kann auch eine Zenerdiode umfassen. Wrd das Schaltnetzteil beispielsweise dazu verwendet, einen Akkumulator aufzuladen, dessen Klemmenspannung mit steigender Aufladung ebenfalls steigt, kann der Ladestrom durch den Akkumulator mittels der Zenerdiode ab einer vorbestimmten Klemmenspannung gezielt reduziert werden. The dipole may also include a zener diode. Wrd the switching power supply used, for example, to charge a battery whose terminal voltage increases with increasing charge, the charging current can be selectively reduced by the accumulator by means of the Zener diode from a predetermined terminal voltage.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode und einem Wdersand verwendet werden, um den Ausgangsstrom jenseits des beschriebenen Punktes mit steigender Ausgangsspannung zu reduzieren. Das Maß der Reduzierung des Ausgangsstroms kann durch Verändern des Widerstands und/oder des Längswiderstands beeinflusst werden. In a preferred embodiment, a series arrangement of a Zener diode and a Wandsand can be used to reduce the output current beyond the described point with increasing output voltage. The degree of reduction of the output current can be influenced by changing the resistance and / or the series resistance.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der Zweipol eine Diode, wobei sich ein ähnlicher Sachverhalt ergibt wie oben mit Bezug auf eine Zenerdiode im Zweipol. Dabei wird die Zenerspannung durch die Vorwärtsspannung der Diode ersetzt. Bei Serienschaltung einer Diode mit einer Zenerdiode kann die Spannung, bis zu welcher der Ausgangsstrom konstant ist, um den Betrag der Vorwärtsspannung der Diode erhöht werden. Die Vorwärtsspannung einer gewöhnlichen Silizium-Diode liegt bei ca. 0,7 V. In yet another embodiment, the two-terminal comprises a diode, wherein a similar situation arises as above with respect to a zener diode in the two-terminal. The Zener voltage is replaced by the forward voltage of the diode. When a diode is connected in series with a Zener diode, the voltage up to which the output current is constant can be increased by the amount of the forward voltage of the diode. The forward voltage of a common silicon diode is about 0.7 V.
In einer Ausführungsform kann ein Optokoppler vorgesehen sein, den der Transistor ansteuert, um die Ausgangsspannung galvanisch von der Schalteinrichtung zu trennen. Das Ansteuern einer Leuchtdiode innerhalb des Optokopplers durch den Transistor kann in vorteilhaft einfacher Weise mit einem geringen Proportionalitätsfehler durchgeführt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schaltnetzteil eine Abschalteinrichtung, um einen Ladevorgang eines mit der Ausgangsspannung verbundenen Energiespeichers zu beenden, sobald die Ausgangsspannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Eine derartige Abschalteinrichtung kann einfach implementierbar sein, so dass ein Ladegerät, etwa für Blei- Akkumulatoren, auf der Basis des Schaltnetzteils kostengünstig herstellbar sein kann. Eine ähnliche Abschaltung kann etwa bei einem Lithium-Akkumulator erfolgen, sobald der Ausgangsstrom einen weiteren vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. In one embodiment, an optocoupler may be provided, which the transistor controls to galvanically separate the output voltage from the switching device. The driving of a light-emitting diode within the opto-coupler by the transistor can be carried out in an advantageously simple manner with a low proportionality error. In a particularly preferred embodiment, the switched-mode power supply comprises a switch-off device in order to terminate a charging process of an energy store connected to the output voltage as soon as the output voltage exceeds a predetermined threshold value. Such a shutdown device can be easily implemented, so that a charger, such as for lead accumulators, can be produced inexpensively on the basis of the switching power supply. A similar shutdown can take place in the case of a lithium accumulator, for example, as soon as the output current falls below a further predetermined threshold value.
Ein Ladegerät für einen Energiespeicher umfasst das beschriebene Schaltnetzteil. Vorzugsweise weist der Energiespeicher einen mit steigender Zellenspannung ansteigenden Innenwiderstand auf, so dass der Ladestrom durch den Energiespeicher mit steigender Zellenspannung ansteigt. Das Ladegerät kann unter Verwendung des beschriebenen Schaltnetzteils einfach und kostengünstig für eine elektrische Leistung dimensioniert sein, die für das Aufladen des Energiespeichers ausreichend ist. A charger for an energy storage includes the switching power supply described. Preferably, the energy store has an increasing internal resistance with increasing cell voltage, so that the charging current through the energy store increases with increasing cell voltage. The charger can be easily and inexpensively sized for electrical power using the described switching power supply, which is sufficient for charging the energy storage.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen: The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ladegeräts mit einem Energiespeicher; Figure 1 is a block diagram of a charger with an energy storage;
Figur 2 einen Schaltplan eines Ausschnitts eines Schaltnetzteils im Ladegerät von Figur 1 ; und Figure 2 is a circuit diagram of a section of a switching power supply in the charger of Figure 1; and
Figur 3 Kennlinien des Schaltnetzteils aus Figur 1 darstellt. FIG. 3 shows characteristic curves of the switched-mode power supply from FIG.
Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen Detailed description of embodiments
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild 100 eines Ladegeräts 105 mit einem Energiespeicher 1 10. Der Energiespeicher 110 ist ein elektrisch aufladbarer Akkumula- tor, vorzugsweise auf Lithium-Ionen- oder Bleibasis. Der Energiespeicher 1 10 ist mittels einer Verbindung 1 15 mit dem Ladegerät 105 verbindbar. FIG. 1 shows a block diagram 100 of a charging device 105 having an energy store 1 10. The energy store 110 is an electrically rechargeable accumulator. tor, preferably lithium-ion or lead-based. The energy storage device 1 10 is connected by means of a connection 1 15 with the charger 105.
Das Ladegerät 105 umfasst ein Schaltnetzteil 120 und eine Ladeschaltung 125. Die Ladeschaltung 125 kann in einer anderen Ausführungsform statt vom Ladegerät 105 vom Energiespeicher 110 umfasst sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Ladeschaltung 125 auch entfallen. The charging device 105 comprises a switched-mode power supply 120 and a charging circuit 125. The charging circuit 125 may be included in the energy storage 110 in another embodiment instead of the charging device 105. In yet another embodiment, the charging circuit 125 may also be omitted.
Das Schaltnetzteil 120 umfasst einen Netzanschluss 130, der am Ladegerät 105 herausgeführt ist. Der Netzanschluss 130 ist mit einem Wechselstrom- Versorgungsnetz verbindbar, das eine Wechselspannung von beispielsweise 230V/50Hz oder 1 10V/60Hz bereitstellt. Der Netzanschluss 130 führt zu einem Netzfilter 135 des Schaltnetzteils 120. Der Netzfilter 135 umfasst einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator und optional auch einen Entstörfilter zum Unterdrücken von Störspannungen. The switched-mode power supply 120 comprises a mains connection 130 which is brought out of the charger 105. The grid connection 130 can be connected to an AC power supply network, which provides an AC voltage of, for example, 230 V / 50 Hz or 1 10 V / 60 Hz. The mains connection 130 leads to a mains filter 135 of the switched-mode power supply 120. The mains filter 135 comprises a rectifier and a smoothing capacitor and optionally also an interference filter for suppressing interference voltages.
Der Netzfilter 135 ist mit einer Schalteinrichtung 140 des Schaltnetzteils 120 verbunden. Die Schalteinrichtung 140 umfasst üblicherweise einen Leistungstransistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET). Die Schalteinrichtung 140 arbeitet in Abhängigkeit eines Steuersignals, das sie über eine Steuerleitung 145 empfängt. Ein Ausgang der Schalteinrichtung 140 ist mit einem Transformator 150 des Schaltnetzteils 120 verbunden und die Schalteinrichtung 140 schaltet in Abhängigkeit des Steuersignals die durch den Netzfilter 135 gleichgerichtete Spannung stufenweise an den Transformator 150 durch, so dass dieser eine wechselspannungsähnliche Spannung transformiert. In anderen Ausführungsformen kann die dem Transformator 150 durch die Schalteinrichtung 140 zugeführte Spannung auch eine andere Form aufweisen, insbesondere annähernd sinusförmig oder sinusförmig. The line filter 135 is connected to a switching device 140 of the switching power supply 120. The switching device 140 usually comprises a power transistor, in particular a field effect transistor (FET). The switching device 140 operates in response to a control signal, which it receives via a control line 145. An output of the switching device 140 is connected to a transformer 150 of the switched-mode power supply 120, and the switching device 140, in response to the control signal, turns the rectified voltage through the line filter 135 stepwise to the transformer 150 so as to transform an AC-like voltage. In other embodiments, the voltage supplied to the transformer 150 by the switching device 140 may also have a different shape, in particular approximately sinusoidal or sinusoidal.
Die durch den Transformator 150 transformierte Spannung ist mit einem Gleichrichter 155 des Schaltnetzteils 120 verbunden. Der Gleichrichter 155 umfasst optional einen Glättungskondensator. Die durch den Gleichrichter 155 gleichgerichtete Spannung stellt die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 120 dar. Die Ausgangsspannung ist mit der Ladeschaltung 125 sowie mit einer Steuereinrichtung 160 des Schaltnetzteils 120 verbunden. Die Steuereinrichtung 160 erzeugt auf der Basis der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms, welche der Ladeschaltung 125 bzw. dem Energiespeicher 110 bereitgestellt werden, ein Signal, das mittels eines Optokopplers 165 entkoppelt und an eine Überwachungseinrichtung 170 des Schaltnetzteils 120 weitergeleitet wird. Die Überwachungseinrichtung 170 bereitet das durch die SteuereinrichtungThe voltage transformed by the transformer 150 is connected to a rectifier 155 of the switching power supply 120. The rectifier 155 optionally includes a smoothing capacitor. The rectified by the rectifier 155 voltage represents the output voltage of the switching power supply 120. The output voltage is connected to the charging circuit 125 and to a controller 160 of the switching power supply 120. The control device 160 generates on the basis of the output voltage and the output current, which are provided to the charging circuit 125 and the energy storage 110, a signal which is decoupled by means of an optocoupler 165 and forwarded to a monitoring device 170 of the switching power supply 120. The monitoring device 170 prepares this by the control device
160 bereitgestellte Signal auf und stellt auf dessen Basis das Steuersignal auf der Steuerleitung 145 an die Schalteinrichtung 140 bereit. Die Überwachungseinrichtung 170 kann ferner dazu eingerichtet ist, eine Leistungsreduzierung bzw. Abschaltung des Schaltnetzteils 120 herbeizuführen, wenn beispielsweise eine Übertemperatur im Bereich des Schaltnetzteils 120 bestimmt wird oder eine160 provided signal and provides on the basis of the control signal on the control line 145 to the switching device 140 ready. The monitoring device 170 may further be configured to bring about a power reduction or disconnection of the switched-mode power supply 120, for example if an excess temperature in the region of the switched-mode power supply 120 is determined or a
Über- oder Unterspannung der durch den Netzfilter 135 bereitgestellten Spannung erfasst wird. Over or undervoltage of the voltage provided by the line filter 135 voltage is detected.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan 200 eines Ausschnitts des Schaltnetzteils 120 im Ladegerät 105 aus Figur 1. Der dargestellte Ausschnitt deckt einen Teil desFigure 2 shows a circuit diagram 200 of a section of the switching power supply 120 in the charger 105 of Figure 1. The section shown covers a part of
Transformators 150, den Gleichrichter 155, die Steuereinrichtung 160 und einen Teil des Optokopplers 165 ab. Die Ladeschaltung 125 ist nicht dargestellt. Transformer 150, the rectifier 155, the controller 160 and a part of the optocoupler 165 from. The charging circuit 125 is not shown.
An eine Sekundärwicklung des Transformators 150 ist eine Diode D1 ange- schlössen, deren zweites Ende mit einem Glättungskondensator C1 verbunden ist. Die Diode D1 und der Glättungskondensator C1 bilden zusammen den Gleichrichter 155 aus Figur 1. Das zweite Ende der Diode D1 ist mit einem positiven Anschluss der Verbindung 1 15 verbunden. Ein negativer Anschluss der Verbindung 1 15 ist mittels eines Längswiderstands R3 mit dem zweiten Ende des Glättungskondensators C1 und der Ausgangswicklung des TransformatorsConnected to a secondary winding of the transformer 150 is a diode D1 whose second end is connected to a smoothing capacitor C1. The diode D1 and the smoothing capacitor C1 together form the rectifier 155 of FIG. 1. The second end of the diode D1 is connected to a positive terminal of the connection 15. A negative terminal of the connection 15 is connected to the second end of the smoothing capacitor C1 and the output winding of the transformer by means of a series resistor R3
150 verbunden. Zwischen den Anschlüssen der Verbindung 115 liegt eine Ausgangsspannung UAUS des Schaltnetzteils 120 an. Ein durch einen Verbraucher, der mit der Verbindung 115 verbunden ist, fließender Ausgangsstrom IAUS fließt auch durch den Längswiderstand R3, so dass eine über dem Längswiderstand R3 abfallende Spannung U3 proportional zum Ausgangsstrom lAus ist. 150 connected. Between the terminals of the connection 115 is an output voltage UAUS of the switching power supply 120 at. A by a consumer which is connected to the junction 115, the output current IOUT flowing also flows through the series resistor R3, so that a voltage drop across the series resistor R3 voltage U 3 is proportional to the output current I O ff.
Ein Widerstand R1 führt vom positiven Anschluss der Verbindung 1 15 zur Leuchtdiode eines Optokopplers IM , deren zweiter Anschluss mit dem Kollektor eines NPN-Transistors V1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors V1 ist mit Masse verbunden. Ein Widerstand R1 begrenzt einen Strom durch die Leuchtdiode des Optokopplers IM . Wird eine positive Spannung an die Basis des Tran- sistors V1 angelegt, so leuchtet die Leuchtdiode im Optokoppler IM und ein nicht dargestellter Phototransistor des Optokopplers IM beginnt zu leiten. Dabei ist ein Grad der Leitfähigkeit des Phototransistors des Optokopplers IM davon abhängig, welche Spannung an der Basis des Transistors V1 anliegt. Innerhalb der Überwachungseinrichtung 170 wird die Leitfähigkeit des Phototransistors desA resistor R1 leads from the positive terminal of the connection 1 15 to the light emitting diode of an opto-coupler IM whose second terminal is connected to the collector of an NPN transistor V1. The emitter of the transistor V1 is connected to ground. A resistor R1 limits a current through the light emitting diode of the optocoupler IM. If a positive voltage is applied to the base of the trans- applied sistor V1, the LED lights in the optocoupler IM and a not shown phototransistor of the optocoupler IM begins to conduct. In this case, a degree of the conductivity of the phototransistor of the opto-coupler IM is dependent on which voltage is applied to the base of the transistor V1. Within the monitoring device 170, the conductivity of the phototransistor of the
Optokopplers IM verwendet, um das Steuersignal auf der Steuerleitung 145 in Figur 1 bereitzustellen. Dabei wird das Steuersignal derart erzeugt, dass die Schalteinrichtung 140 an den Transformator 150 weiter gegebene Leistung mit steigender Spannung an der Basis des Transistors V1 verringert wird. Optocoupler IM used to provide the control signal on the control line 145 in Figure 1. In this case, the control signal is generated in such a way that the switching device 140 is reduced to power given to the transformer 150 with increasing voltage at the base of the transistor V1.
Die über dem Längswiderstand R3 abfallende Spannung U3 wird mittels eines Widerstands R2 ausgekoppelt und an die Basis des Transistors V1 geleitet. Dementsprechend wird die durch den Transformator 150 umgesetzte Leistung verringert, wenn der Ausgangsstrom lAus ansteigt. The voltage U 3 dropping across the series resistor R3 is coupled out by means of a resistor R2 and conducted to the base of the transistor V1. Accordingly, the power dissipated by the transformer 150 is reduced as the output current I A usc increases.
Zusätzlich ist der positive Anschluss der Verbindung 115 mittels eines Zweipols Z mit der Basis des Transistors V1 verbunden. In Abhängigkeit einer Kennlinie des Zweipols Z wird somit die durch den Transformator 150 übertragenen Leistung auch dann verringert, wenn die Ausgangsspannung UAus ansteigt. In addition, the positive terminal of the connection 115 is connected to the base of the transistor V1 by means of a dipole Z. Depending on a characteristic of the dipole Z thus the power transmitted through the transformer 150 is reduced even when the output voltage U A usc increases.
Figur 3 zeigt ein Diagramm 300 mit Kennlinien des Schaltnetzteils 120 aus Figur 1. In einer horizontalen Richtung ist der Ausgangsstrom Uus und in einer vertikalen Richtung die Ausgangsspannung UAus des Schaltnetzteils 120 der Figuren 1 und 2 aufgetragen. FIG. 3 shows a diagram 300 with characteristics of the switched-mode power supply 120 from FIG. 1. In a horizontal direction, the output current Uus and in a vertical direction the output voltage U A us of the switched-mode power supply 120 of FIGS.
Eine erste Kennlinie 305 ergibt sich, wenn der Zweipol Z aus Figur 2 durch einen Widerstand R4 gebildet ist. Durch die Einkopplung der Ausgangsspannung UAus an die Basis des Transistors V1 in Figur 2 sinkt die Ausgangsspannung UAUs mit steigendem Ausgangsstrom Uus von einem vorbestimmten Maximum UMAX im Wesentlichen ab. Erreicht der Ausgangsstrom Uus einen vorbestimmten maximalen Ausgangsstrom lMAx, so beträgt die Ausgangsspannung UAUs eine minimale Ausgangsspannung UMIN- Wie stark das Gefälle der ersten Kennlinie 305 ist, hängt davon ab, wie groß der Wderstand R4 ist und wie groß der Längswiderstand R3 ist. Eine zweite Kennlinie 310 ergibt sich, wenn der Zweipol Z durch eine Serienschaltung einer Diode D2, einer Zenerdiode ZD und des Widerstands R4 gebildet ist. Die Reihenfolge der Serienschaltung der Diode D2, der Zenerdiode ZD und des Wderstands R4 ist beliebig, wobei die Durchlassrichtung der Diode D2 vom positiven Anschluss der Verbindung 115 in Richtung der Basis des TransistorsA first characteristic 305 results when the two-terminal Z of FIG. 2 is formed by a resistor R4. By coupling the output voltage U A us to the base of the transistor V1 in Figure 2, the output voltage U AU s decreases with increasing output current Uus from a predetermined maximum UMAX substantially. When the output current Uus reaches a predetermined maximum output current I MA x, the output voltage U AU s is a minimum output voltage U M IN- How strong the slope of the first characteristic 305 is depends on how large the heat resistance R4 is and how large the Series resistance R3 is. A second characteristic 310 results when the two-terminal Z is formed by a series connection of a diode D2, a Zener diode ZD and the resistor R4. The order of series connection of the diode D2, the Zener diode ZD and the resistance R4 is arbitrary, wherein the forward direction of the diode D2 from the positive terminal of the connection 115 in the direction of the base of the transistor
V1 erfolgt und die Zenerdiode ZD in die entgegengesetzte Richtung orientiert ist. V1 occurs and the Zener diode ZD is oriented in the opposite direction.
Liegt der Ausgangsstrom lAus des Schaltnetzteils 120 zwischen 0 und einem ersten Strom , so ist die Ausgangsspannung UAus konstant auf dem Wert UMAX- Zwischen dem ersten Strom und einem zweiten, höheren Strom l2 fällt dieIf the output current l A us the switching power supply 120 between 0 and a first current, so the output voltage U A us constant at the value U M AX falls between the first current and a second, higher current l 2,
Kennlinie 310 linear ab. Die Steilheit der Kennlinie in diesem Bereich ist abhängig von dem Widerstand R4 und dem Längswiderstand R3. Der zweite Strom l2 liegt so nahe am maximalen Strom IMAX, dass von einem konstanten Ausgangsstrom us zwischen dem zweiten Strom l2 und IMAX ausgegangen werden kann. In diesem Bereich fällt die Ausgangsspannung UAus linear ab. Curve 310 linear from. The steepness of the characteristic in this range depends on the resistance R4 and the series resistance R3. The second current I 2 is so close to the maximum current I M AX that a constant output current us between the second current I 2 and I M AX can be assumed. In this area, the output voltage U A us linearly decreases.
Der ersten Strom , ab dem eine Absenkung der Ausgangsspannung UAus erfolgt, ist abhängig von der Summe der Durchbruchsspannungen der Diode D2 und der Zenerdiode ZD. Bei geeigneter Wahl der Zenerdiode ZD kann die Diode D2 auch weggelassen werden. Die Ausgangsspannung, die sich beim zweitenThe first current, from which a lowering of the output voltage U A us occurs, is dependent on the sum of the breakdown voltages of the diode D2 and the Zener diode ZD. With a suitable choice of the Zener diode ZD, the diode D2 can also be omitted. The output voltage, which is the second
Strom l2 einstellt, ist durch die Durchbruchsspannungen der Zenerdiode ZD und der Diode D2 sowie die Werte der Wderstände R4, R3 und R2 beeinflussbar. Current l 2 adjusts, can be influenced by the breakdown voltages of the Zener diode ZD and the diode D2 and the values of the resistance R4, R3 and R2.
In einem bekannten Schaltnetzteil 120 erfolgt eine Regelung des Ausgangs- Stroms Uus, wie oben mit Bezug auf Figur 2 erläutert wurde, mittels des Längswiderstands R3 und des Widerstands R2. Eine Regelung der Ausgangsspannung UAus erfolgt jedoch üblicherweise auf eine konstante Größe hin, die üblicherweise mittels einer Zenerdiode und gegebenenfalls eines Spannungsteilers aus der Ausgangsspannung UAus abgeleitet ist. Eine Kennlinie eines Schaltnetzteils des Standes der Technik verläuft bei einem Ausgangsstrom zwischen 0 und lMAx konstant auf U MAX und fällt dann steil auf 0 ab. Eine maximale Leistung eines solchen Schaltnetzteils ergibt sich als Produkt aus dem maximalen Ausgangsstrom und der maximalen Ausgangsspannung. In a known switching power supply 120, a regulation of the output current Uus, as explained above with reference to Figure 2, by means of the series resistor R3 and the resistor R2. However, a regulation of the output voltage U A usus is usually carried out to a constant size, which is usually derived by means of a Zener diode and optionally a voltage divider from the output voltage U A us. A characteristic curve of a switching power supply of the prior art runs at an output current between 0 and 1 MA x constant at U MAX and then drops steeply to 0 from. A maximum power of such a switching power supply results as a product of the maximum output current and the maximum output voltage.
Die dargestellten Kennlinien 305 und 310 des Schaltnetzteils 120 der Figuren 1 und 2 entfernen einen Punkt, an dem eine maximale Leistung durch das Schalt- netzteil 120 bereitgestellt ist, von einem Punkt, an dem die Ausgangsspannung UAUS maximal ist. Die maximale Leistung des Schaltnetzteils 120 steht daher bereits bei einem kleineren Ausgangsstrom lAus zur Verfügung. Dadurch können Bauteile des Schaltnetzteils 120 kostensparend schwächer dimensioniert sein und die Ausgangskennlinie 305, 310 kann vorteilhaft an das IU-Ladeverfahren für den Energiespeicher 1 10 angepasst sein. The illustrated characteristics 305 and 310 of the switched-mode power supply 120 of FIGS. 1 and 2 remove a point at which a maximum power is generated by the switching power supply. power supply 120 is provided from a point at which the output voltage UAUS is maximum. Therefore, the maximum power of the switching power supply 120 is already at a smaller output current l A us available. As a result, components of the switched-mode power supply 120 can be dimensioned to be smaller in terms of cost and the output characteristic curve 305, 310 can advantageously be adapted to the IU charging method for the energy store 110.
In einer Ausführungsform des Ladegeräts 105 aus Figur 1 ist es ausreichend, die Ladeschaltung 125 dazu auszubilden, den Energiespeicher 1 10 von der Ausgangsspannung UAUS ZU trennen, sobald die Ausgangsspannung UAus einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Dieser Wert bestimmt sich auf der Basis einer Zellenspannung des Energiespeichers 1 10. In one embodiment of the charger 105 of Figure 1, it is sufficient to form the charging circuit 125 to separate the energy storage device 1 10 from the output voltage UAUS as soon as the output voltage U A us has reached a predetermined value. This value is determined on the basis of a cell voltage of the energy storage device 1 10.
Ein einfaches und schonendes Laden des Energiespeichers 1 10 kann auf die beschriebene Weise mit minimalem Aufwand implementiert sein, da die Bauteile des Schaltnetzteils 120 im Wesentlichen unverändert übernommen werden können und lediglich der zusätzliche Zweipol Z aufgenommen werden muss. A simple and gentle charging of the energy store 1 10 can be implemented in the manner described with minimal effort, since the components of the switching power supply 120 can be taken over substantially unchanged and only the additional dipole Z must be included.

Claims

Schaltnetzteil (120) zur Umsetzung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung (UAUS) in einem Ladegerät, umfassend: A switched mode power supply (120) for converting an input voltage into an output voltage (UAUS) in a charger, comprising:
eine Schalteinrichtung (140) zum getakteten Durchschalten der Eingangsspannung in Abhängigkeit eines Steuersignals;  a switching device (140) for pulsed switching through of the input voltage in response to a control signal;
einen Transformator (150) zum Transformieren der getaktet durchgeschalteten Eingangsspannung; und  a transformer (150) for transforming the clocked on input voltage; and
einen Gleichrichter (155) zum Bereitstellen der Ausgangsspannung auf der Basis der transformierten Spannung,  a rectifier (155) for providing the output voltage based on the transformed voltage,
eine Steuereinrichtung (160), die dazu eingerichtet ist, das Steuersignal in Abhängigkeit des Ausgangsstroms (lAus) zu steuern, a control device (160) which is set up to control the control signal in dependence on the output current (l A us),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Steuereinrichtung (160) ferner dazu eingerichtet ist, das Steuersignal in Abhängigkeit der Ausgangsspannung (UAus) zu steuern. the control device (160) is further configured to control the control signal in dependence on the output voltage (U A us).
Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (160) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart zu steuern, dass die Ausgangsspannung (UAus) in einem Bereich oberhalb eines vorbestimmten Ausgangsstroms ( ) linear abnimmt. Switching power supply (120) according to claim 1, characterized in that the control device (160) is adapted to control the control signal such that the output voltage (U A us) in a range above a predetermined output current () linearly decreases.
Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (160) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart zu steuern, dass der Ausgangsstrom (IMAX) in einem Bereich unterhalb einer vorbestimmten Ausgangsspannung (UAus) auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist. Switching power supply (120) according to claim 1 or 2, characterized in that the control device (160) is adapted to control the control signal such that the output current (I M AX) in a range below a predetermined output voltage (U A us) on is limited to a predetermined value.
Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Transistor (V1) zur Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit des Ausgangsstroms (lAus), wobei ein Steuereingang des Transistors (V1) mittels eines Zweipols (Z) mit der Ausgangsspannung (UAUs) verbunden ist, um eine Variierung des Steuersignals in Abhängigkeit der Ausgangsspannung (UAUs) bereitzustellen. Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol (Z) einen Widerstand (R4) umfasst. Switching power supply (120) according to one of the preceding claims, characterized by a transistor (V1) for varying the control signal as a function of the output current (l A us), wherein a control input of the transistor (V1) by means of a two-pole (Z) with the output voltage (U AU s) is connected to provide a variation of the control signal in response to the output voltage (U AU s). Switching power supply (120) according to claim 4, characterized in that the two-terminal (Z) comprises a resistor (R4).
Schaltnetzteil (120) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol (Z) eine Zenerdiode (ZD) umfasst. Switching power supply (120) according to claim 4 or 5, characterized in that the two-terminal (Z) comprises a Zener diode (ZD).
Schaltnetzteil (120) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweipol (Z) eine Diode (D2) umfasst. Switching power supply (120) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the two-terminal (Z) comprises a diode (D2).
Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Optokoppler (IM) vorgesehen ist, den der Transistor (V1) ansteuert, um die Ausgangsspannung (UAus) galvanisch von der Schalteinrichtung (140) zu trennen. 9. Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (125) vorgesehen ist, um einen Ladevorgang eines mit der Ausgangsspannung (UAus) verbundenen Energiespeichers (1 10) zu beenden, sobald die Ausgangsspannung (UAus) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Switched-mode power supply (120) according to one of the preceding claims, characterized in that an optocoupler (IM) is provided, which the transistor (V1) controls in order to galvanically separate the output voltage (U A us) from the switching device (140). 9. Switching power supply (120) according to any one of the preceding claims, characterized in that a turn-off device (125) is provided to terminate a charging operation of the output voltage (U A us) energy storage device (1 10), as soon as the output voltage (U A us) exceeds a predetermined threshold.
10. Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (125) vorgesehen ist, um einen Ladevorgang eines mit der Ausgangsspannung (UAus) verbundenen Energiespeichers (1 10) zu beenden, sobald der Ausgangsstrom (lAUs) einen vor- bestimmten Schwellenwert unterschreitet. 10. Switching power supply (120) according to any one of the preceding claims, characterized in that a turn-off device (125) is provided to terminate a charging operation of the output voltage (U A us) energy storage device (1 10), as soon as the output current (l AU s) falls below a predetermined threshold.
1 1. Ladegerät (100) für einen Energiespeicher (1 10), wobei das Ladegerät (100) ein Schaltnetzteil (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst. 1 1. Charger (100) for an energy store (1 10), wherein the charger (100) comprises a switching power supply (120) according to one of the preceding claims.
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