WO2014180967A2 - Überwachungsschaltung für ein schaltnetzteil und verwendung einer überwachungsschaltung - Google Patents

Überwachungsschaltung für ein schaltnetzteil und verwendung einer überwachungsschaltung Download PDF

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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the invention relates to a monitoring circuit for a switching power supply, which is a rectifier circuit for
  • the invention further relates to the use of a
  • switched-mode power supplies for supplying portable computers and other electronic devices with a secondary DC voltage generated from a primary AC mains voltage are known in the art. Basically, such switching power supplies have a relatively high efficiency and allow the
  • switching power supplies lie in the fact that they have a relatively poor efficiency in the so-called low-load range, ie in a work area in which the secondary-output power represents only a small fraction of a possible output power.
  • switching times of the switching power supply can be correlated with the primary AC line voltage. For heavy load changes or low output power of the switching power supply, it may be due to the arrangement of the
  • Rectifier come to it, that a reference to the primary mains AC voltage is lost for a short time.
  • the object of the invention is to describe a circuit with which a reference to a primary mains AC voltage can be produced. Furthermore, it is an object of the invention to describe the use of such a circuit.
  • a monitoring circuit for a switching power supply having a rectifier circuit for rectifying a primary
  • the monitoring circuit comprises two resistor dividers, each comprising two resistors, each in series between a
  • Rectifier circuit are connected.
  • Monitoring circuit further includes a
  • Subtraction device with two inputs, wherein each of the two inputs of the subtraction device between the resistors in each case one of the resistor divider
  • the switching power supply includes a rectifier circuit.
  • the rectifier circuit can be a
  • Bridge rectifier circuit consisting of four diodes.
  • Resistance dividers is measured, and the signals are subtracted from each other, it is ensured that a signal to Is made available, which is related to the signal of the primary AC line voltage in relation.
  • Resistor divider connected closest to the reference point.
  • the reference point is an output-side ground potential.
  • the subtraction device comprises an operational amplifier, which is connected as a subtractor.
  • the positive input of the operational amplifier is subjected to an offset.
  • the fact that the operational amplifier is operated with a bias voltage ensures that the output signal is always positive. This is necessary, for example, in cases when the output signal is to be made available to a microcontroller directly, without further processing.
  • the signal output of the operational amplifier is electrically connected to a microcontroller for controlling the switching power supply. Characterized in that the output signal of the operational amplifier is provided directly to a microcontroller available, can be dispensed with further processing circuits. According to a further advantageous embodiment, an output signal of the subtraction device has a direct relation to the voltage characteristic of the primary
  • Such a reference can be, for example, the phase position or zero crossings of the amplitude of the primary
  • a monitoring circuit according to the first aspect is described in a switched mode power supply in which reference is made to a primary mains alternating voltage signal for switching.
  • a monitoring circuit in a switched mode power supply in which reference is made to a primary mains alternating voltage signal for switching.
  • Power supply can be increased. This is especially important when the switching power supply is operated in low load operation. Thus, switching losses during operation of a switching power supply can be reduced by 10 percent or less of its maximum output power.
  • FIG. 1 is a block diagram with the
  • Essential components of a switching power supply Figure 2 is a circuit diagram of a possible
  • FIG. 3 shows a signal curve of a voltage signal which corresponds to a measured voltage curve of a circuit according to FIG. 2 and a current profile of a load output of a switched-mode power supply; 4 shows a circuit diagram of a monitoring circuit according to a first embodiment of the invention, FIG.
  • Figure 5 shows a voltage waveform of an output signal of
  • Figure 6 is a circuit diagram of a monitoring circuit according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a voltage curve according to the circuit of FIG.
  • a resistor Rl of the circuit according to Figure 2 have a different value, such as a resistor Rl of
  • the primary AC line voltage AC shown in Figure 1 may have different peak voltages.
  • the AC line voltage AC may be dependent on a country in which the circuit is used
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the primary-side parts of a switching power supply, which are essential to the invention.
  • FIG. 1 shows an input for a primary alternating mains voltage AC. From the input lead two phase lines PH1 and PH2 to a rectifier circuit G. At the
  • Output side of the rectifier circuit G is a
  • the load RL may be a downstream one
  • Output side of the rectifier circuit has a
  • Phase lines PH1 and PH2 as well as the output side
  • Figure 2 shows a circuit diagram according to a possible
  • phase lines PH1 and PH2 Connect phase lines PH1 and PH2 to a resistance divider W consisting of two resistors R1 and R2. Via the two diodes Dl and D2 are connected by the connection to the
  • Phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC respectively the positive half-waves of the primary
  • FIG. 3 shows a voltage and a current profile.
  • the current profile marked here with symbols, is the course of a current on the output side of the switching power supply. The current breaks in one place.
  • the current profile marked here with symbols, is the course of a current on the output side of the switching power supply. The current breaks in one place.
  • the current flow on the output side of the switching power supply is the
  • FIG. 4 shows a circuit diagram according to an embodiment of a monitoring circuit ÜS according to the invention.
  • the monitoring circuit ÜS in this case comprises a
  • Resistor divider Wl consisting of the resistors Rl and R2, which between the phase line PH1 of the primary
  • Subtraction device OP in the embodiment a
  • Operational amplifier which connects as a subtractor is connected to the circuit such that the
  • positive input of the operational amplifier is connected to the first resistor divider Wl between the resistors Rl and R2 and the negative input of
  • Operational amplifier is connected to the second resistor divider W2 between the resistors R3 and R4.
  • Subtraction device OP the individual signals, which lie on the phase lines PH1 and PH2 to the resistor dividers Wl and W2. Now breaks the output of the
  • Output signal of the subtraction device OP indicates the relative difference and not from the falsified by the blocking bridge rectifier primary
  • Output signal of the subtraction device OP Characterized in that the two signals of the two phase lines PH1 and PH2 of the primary AC line voltage AC are subtracted from each other, produces a signal which is both positive and
  • Subtraction device OP can be used, for example, for switching individual stages of the switched-mode power supply.
  • Zero crossings of the primary AC line voltage AC possible.
  • FIG. 6 shows a further circuit diagram of a circuit according to an exemplary embodiment of the invention. In the circuit diagram shown there are additional components
  • the monitoring circuit ÜS which is shown in FIG. 6, corresponds to that
  • Supply voltage -VCC of the operational amplifier are connected to ground, since the displacement in the positive region no negative bias is required.
  • the offset of the operational amplifier may be 1.5 V, for example. The fact that the offset is a positive signal from
  • FIG. 7 A voltage waveform output from the operational amplifier which has been subjected to an offset according to the circuit of FIG. 6 is shown in FIG. The voltage curve, which is shown in FIG. 7,
  • the resistor divider Wl and W2 can be
  • a divider ratio of the resistors R1 and R2 is preferably identical to the dividing ratio of the resistors R3 and R4.
  • the resistors Rl and R3 may each consist of several resistors, which are connected in series. In the illustrated in Figure 6
  • the proportion of the resistors Rl, R2 and R5 is identical to the division ratio of
  • the circuit is not only in static operation, in which at any time a direct reference from the input side of the bridge rectifier is given to the output side, an accurate output signal V 0 UT, but also at strong

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung (ÜS) für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung (G) zum Gleichrichten einer primären Netzwechselspannung (AC). Die Überwachungsschaltung (ÜS) umfasst hierbei zwei Widerstandsteiler (W1, W2), umfassend jeweils zwei Widerstände (R1, R2, R3, R4). Die Widerstände (R1, R2, R3, R4) sind jeweils in Serie zwischen einer Phasenleitung (PH1, PH2) eines Netzanschlusses vor der Gleichrichterschaltung (G) und einem Bezugspunkt nach der Gleichrichterschaltung (G) angeschlossen. Die Überwachungsschaltung umfasst des Weiteren eine Subtraktionsvorrichtung (OP) mitzwei Eingängen,wobei jeder der zwei Eingänge der Subtraktionsvorrichtung (OP) jeweils zwischen den Widerständen (R1, R2, R3, R4) jeweils eines der Widerstandsteiler (W1, W2) angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer Überwachungsschaltung.

Description

Beschreibung
Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil und Verwendung einer Überwachungsschaltung
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil, welches eine Gleichrichterschaltung zum
Gleichrichten einer Netzwechselspannung aufweist. Die
Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer
derartigen Überwachungsschaltung.
Unterschiedliche Typen von Schaltnetzteilen zur Versorgung von tragbaren Computern und anderen elektronischen Geräten mit einer aus einer primären Netzwechselspannung erzeugten sekundären Gleichspannung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Grundsätzlich weisen derartige Schaltnetzteile einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad auf und erlauben die
Gestaltung von leichten und kostengünstigen Netzteilen für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen.
Ein Nachteil bekannter Schaltnetzteile liegt jedoch darin, dass sie im so genannten Schwachlastbereich, also in einem Arbeitsbereich, in dem die sekundärseitig abgegebene Leistung nur einen geringen Bruchteil einer möglichen Ausgangsleistung darstellt, einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad aufweisen. Um den Wirkungsgrad solcher Schaltnetzteile zu erhöhen, können SchaltZeitpunkte des Schaltnetzteils mit der primären Netzwechselspannung korreliert werden. Bei starken Lastwechseln oder bei geringen Ausgangsleistungen des Schaltnetzteils kann es aufgrund der Anordnung der
Gleichrichterschaltung dazu kommen, dass ein Bezug zur primären Netzwechselspannung kurzzeitig verloren geht. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zu beschreiben, mit welcher ein Bezug zu einer primären Netzwechselspannung hergestellt werden kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung einer derartigen Schaltung zu beschreiben .
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Überwachungsschaltung für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer primären
Netzwechselspannung beschrieben. Die Überwachungsschaltung umfasst zwei Widerstandsteiler, die jeweils zwei Widerstände umfassen, welche jeweils in Serie zwischen einer
Phasenleitung eines Netzanschlusses vor der
Gleichrichterschaltung und einem Bezugspunkt nach der
Gleichrichterschaltung angeschlossen sind. Die
Überwachungsschaltung umfasst des Weiteren eine
Subtraktionsvorrichtung mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Substraktionsvorrichtung jeweils zwischen den Widerständen jeweils eines der Widerstandsteiler
angeschlossen ist.
Das Schaltnetzteil umfasst eine Gleichrichterschaltung. Die Gleichrichterschaltung kann eine
Brückengleichrichterschaltung bestehend aus vier Dioden sein. Durch die gemäß dem ersten Aspekt beschriebene Schaltung kann ein Bezug zu einer primären Netzwechselspannung hergestellt werden, auch wenn das Schaltnetzteil im Schwachlastbetrieb betrieben wird oder wenn starke Lastwechsel auftreten.
Dadurch, dass die Netzwechselspannung an zwei
Widerstandsteilern gemessen wird, und die Signale voneinander subtrahiert werden, ist sichergestellt, dass ein Signal zur Verfügung gestellt wird, welches zu dem Signal der primären Netzwechselspannung in Relation steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils ein
Kondensator parallel zu den Widerständen der
Widerstandsteiler geschaltet, die dem Bezugspunkt am nächsten liegen. Dadurch, dass Kondensatoren parallel zu den
Widerständen geschaltet sind, bieten sich
Filtermöglichkeiten, um die Überwachungsschaltung zu
dimensionieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bezugspunkt ein ausgangsseitiges Massepotential. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Subtraktionsvorrichtung einen Operationsverstärker, der als Subtrahierer beschaltet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der positive Eingang des Operationsverstärkers mit einem Offset beaufschlagt. Dadurch, dass der Operationsverstärker mit einer Vorspannung betrieben wird, ist sichergestellt, dass das Ausgangssignal stets positiv ist. Dies ist beispielsweise in den Fällen von Nöten, wenn das Ausgangssignal direkt, ohne weitere Verarbeitung, einem MikroController zur Verfügung gestellt werden soll.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Signalausgang des Operationsverstärkers elektrisch mit einem MikroController zur Steuerung des Schaltnetzteils verbunden. Dadurch, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers direkt einem MikroController zur Verfügung gestellt wird, kann auf weitere Verarbeitungsschaltungen verzichtet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat ein Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung einen direkten Bezug zu dem Spannungsverlauf der primären
Netzwechselspannung. Dadurch, dass das Ausgangssignal einen direkten Bezug zu der primären Netzwechselspannung hat, kann auf eine weitere Verarbeitung des Signals verzichtet werden. Ein derartiger Bezug kann beispielsweise die Phasenlage sein oder Nulldurchgänge der Amplitude der primären
NetzWechselSpannung . Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer Überwachungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt in einem Schaltnetzteil beschrieben, in welchem zum Schalten Bezug auf ein primäres Netzwechselspannungssignal genommen wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Verwendung einer Überwachungsschaltung in einem
Schaltnetzteil beschrieben, das starken Lastwechseln
unterworfen ist. Bei starken Lastwechseln reißt möglicherweise der Bezug zur primären Netzwechselspannung ab. Durch die Verwendung einer Überwachungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt kann auch in diesen Fällen ein Signal empfangen werden, das durch die Last nicht beeinflusst ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei geringer Ausgangsleistung des Schaltnetzteils jeweils eine komplette Halbwelle der primären Netzwechselspannung zur Erzeugung einer sekundären Gleichspannung verwendet.
Dadurch, dass eine komplette Halbwelle der primären
Netzwechselspannung zur Erzeugung einer sekundären
Gleichspannung verwendet wird, kann die Effizienz des
Netzteils erhöht werden. Dies ist gerade dann wichtig, wenn das Schaltnetzteil im Schwachlastbetrieb betrieben wird. So können Schaltverluste im Betrieb eines Schaltnetzteils mit 10 Prozent oder weniger seiner maximalen Ausgangsleistung reduziert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren näher erläutert. In den unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder gleichartige Komponenten verwendet.
Es zeigen:
Figur 1 einen Blockschaltplan mit den
erfindungswesentlichen Komponenten eines Schaltnetzteils Figur 2 einen Schaltplan einer möglichen
ÜberwachungsSchaltung,
Figur 3 einen Signalverlauf eines Spannungssignals, welches einem gemessenen Spannungsverlauf einer Schaltung gemäß Figur 2 entspricht und einen Stromverlauf eines Lastausgangs eines Schaltnetzteils, Figur 4 einen Schaltplan einer Überwachungsschaltung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
Figur 5 einen Spannungsverlauf eines Ausgangssignals der
Subtraktionsvorrichtung und einem Stromverlauf des Lastausgangs des Schaltnetzteils,
Figur 6 einen Schaltplan einer Überwachungsschaltung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, und
Figur 7 einen Spannungsverlauf gemäß der Schaltung zu Figur
6.
In den Figuren 1, 2, 4 und 6 werden jeweils ähnliche
Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dies dient lediglich der Übersichtlichkeit und bedeutet nicht zwingend, dass die entsprechenden Bauteile gleiche Werte aufweisen beziehungsweise dieselben Bauelemente sind. So kann
beispielsweise ein Widerstand Rl der Schaltung gemäß Figur 2 einen anderen Wert aufweisen, wie ein Widerstand Rl der
Schaltung gemäß Figur 4.
Die in Figur 1 dargestellte primäre Netzwechselspannung AC kann verschiedene Scheitelspannungen aufweisen.
Beispielsweise kann die Netzwechselspannung AC abhängig von einem Land, in dem die Schaltung verwendet wird
unterschiedliche Scheitelspannungen haben. Üblich ist
beispielsweise ein Wert von 230 V Wechselspannung. Für die Erfindung ist es jedoch unerheblich, welche Größe die
Netzwechselspannung AC hat.
Die Schaltpläne der Figuren 1, 2, 4 und 6 zeigen für das Verstehen der Erfindung relevante Schaltungsteile. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden Teile der Schaltungen eines Schaltnetzteils weggelassen, welche nicht wesentlich für das Verständnis der Erfindung sind. Figur 1 zeigt einen Schaltplan der primärseitigen Teile eines Schaltnetzteils, welche für die Erfindung wesentlich sind. In Figur 1 ist eine Eingang für eine primäre Netzwechselspannung AC dargestellt. Von dem Eingang führen zwei Phasenleitungen PH1 und PH2 zu einer Gleichrichterschaltung G. An der
Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung G ist ein
Kondensator C3 und eine Last RL angeschlossen. Bei der Last RL kann es sich insbesondere um einen nachgelagerten
Schaltwandler zum Erzeugen einer geregelten, sekundären
Gleichspannung zur Versorgung eines elektrischen Geräts aus der ungeregelten, pulsierenden, primären Gleichspannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung G handeln. Die
Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung hat ein
Massepotential GND an dem Knotenpunkt, an dem der Kondensator C3 und die Last RL angeschlossen sind. Die
Überwachungsschaltung ÜS ist zwischen die beiden
Phasenleitungen PH1 und PH2, sowie dem ausgangsseitigen
Massepotential GND geschaltet.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan gemäß einer möglichen
Überwachungsschaltung ÜS für ein Schaltnetzteil. Die
Überwachungsschaltung ÜS gemäß Figur 2 besteht aus zwei
Dioden Dl und D2, welche jeweils eine der beiden
Phasenleitungen PH1 und PH2 mit einem Widerstandsteiler W bestehend aus zwei Widerständen Rl und R2 verbinden. Über die beiden Dioden Dl und D2 werden durch die Verbindung zu den
Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Netzwechselspannung AC jeweils die positiven Halbwellen der primären
Netzwechselspannung AC auf die beiden Widerstände Rl und R2 des Widerstandsteilers W geführt. An dem Widerstand R2 kann ein Spannungssignal abgegriffen werden, welches einem
betragsmäßigen Sinusverlauf entspricht. Figur 3 zeigt einen Spannung- und einen Stromverlauf. Der Stromverlauf, hier mit Symbolen markiert, ist der Verlauf eines Stroms an der Ausgangsseite des Schaltnetzteils. Der Strom bricht an einer Stelle ein. Zusätzlich zum Stromverlauf an der Ausgangsseite des Schaltnetzteils ist der
Spannungsverlauf der gemessenen primären, gleichgerichteten
Netzwechselspannung AC gezeigt. Der Verlauf entspricht dem an der Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung G gemessenen Signal der Überwachungsschaltung nach Figur 2. Aus den
Graphen ist ersichtlich, dass die gemessene primäre
Netzwechselspannung AC zu dem Zeitpunkt, zu dem der Laststrom auf Null sinkt, einbricht. Hierdurch geht der Bezug zur tatsächlichen primären Netzwechselspannung AC teilweise verloren . In Figur 4 ist ein Schaltplan gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Überwachungsschaltung ÜS zu sehen. Die Überwachungsschaltung ÜS umfasst hierbei einen
Widerstandsteiler Wl bestehend aus den Widerständen Rl und R2, welcher zwischen der Phasenleitung PH1 der primären
Netzwechselspannung AC und dem Bezugspunkt, an dem
ausgangsseitigen Massepotential GND, liegt. Zwischen der zweiten Phasenleitung PH2 der primären Netzwechselspannung AC und dem ausgangseitigen Massepotential GND liegt ein zweiter Widerstandsteiler W2, bestehend aus den Widerständen R3 und R4. Jeweils parallel zu den Widerständen R2 und R4 sind
Kondensatoren Cl und C2 geschaltet. Eine
Subtraktionsvorrichtung OP, im Ausführungsbeispiel ein
Operationsverstärker, welcher als Substrahierer beschaltet ist, ist mit der Schaltung derart verbunden, dass der
positive Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Widerstandsteiler Wl zwischen den Widerständen Rl und R2 verbunden ist und der negative Eingang des
Operationsverstärkers mit dem zweiten Widerstandsteiler W2 zwischen den Widerständen R3 und R4 verbunden ist.
Durch diese Beschaltung folgen die Eingänge der
Subtraktionsvorrichtung OP den einzelnen Signalen, die über die Phasenleitungen PH1 und PH2 an den Widerstandsteilern Wl und W2 liegen. Bricht nun die Ausgangsleistung des
Schaltnetzteils ein, so fällt auch der Ausgangsstrom ab.
Dementsprechend würde eine Überwachungsschaltung ÜS, wie sie in Figur 1 beschrieben ist, einen Einbruch der primären
Netzwechselspannung AC detektieren. Dadurch, dass in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Spannungssignale der einzelnen Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären
Netzwechselspannung AC voneinander abgezogen werden, wird ein relatives Ausgangssignal erzeugt. Dadurch, dass das
Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung OP den relativen Unterschied angibt und nicht von der durch den sperrenden Brückengleichrichter verfälschten primären
Netzwechselspannung AC abhängt, bleibt der Bezug zur primären Netzwechselspannung AC weiterhin bestehen.
In Figur 5 ist zum einen sowohl der Stromverlauf des
Schaltnetzteils dargestellt als auch das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung OP gemäß der Schaltung nach Figur 4. Wie zu sehen ist, hat der dargestellte Einbruch des
Stromverlaufs des Ausgangssignals des Schaltnetzteils keinen Einfluss auf die Amplitude oder das Verhalten des
Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung OP. Dadurch, dass die beiden Signale der beiden Phasenleitungen PH1 und PH2 der primären Netzwechselspannung AC voneinander abgezogen werden, entsteht ein Signal, welches sowohl positive als auch
negative Abschnitte aufweist. Hierbei sind die Nulldurchgänge jeweils klar definiert und entsprechen den Nulldurchgängen der primären Netzwechselspannung AC . Mit Hilfe dieses Signals hat man nun einen direkten Bezug zu der tatsächlichen
primären Netzwechselspannung AC . Das Signal der
Subtraktionsvorrichtung OP kann beispielsweise zum Schalten einzelner Stufen des Schaltnetzteils verwendet werden.
Hierdurch ist ein Ein- und Ausschalten abhängig von den
Nulldurchgängen der primären Netzwechselspannung AC möglich. So ist es beispielsweise möglich, eine Schaltstufe eines Hochleistungsschaltnetzteils zu Beginn einer Halbwelle einzuschalten und am Ende derselben Halbwelle wieder
auszuschalten. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung der übertragenen Leistung einer Halbwelle ermöglicht, was
gegenüber herkömmlichen Schaltnetzteilen ein Vorteil
zumindest im Wirkungsgrad bewirkt.
In Figur 6 ist ein weiterer Schaltplan einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im dort dargestellten Schaltplan sind zusätzliche Bauelemente
eingezeichnet, die gegenüber den bisher beschriebenen
Überwachungsschaltungen ÜS weitere Vorteile bieten.
Grundsätzlich entspricht die Überwachungsschaltung ÜS, welche in der Figur 6 dargestellt ist, derjenigen
Überwachungsschaltung ÜS, welche bezüglich Figur 4
beschrieben wurde. Zusätzlich zu der beschriebenen
Überwachungsschaltung ÜS gemäß Figur 4 wurde in dem
Ausführungsbeispiel, deren Schaltung in Figur 6 dargestellt ist, ein zusätzlicher Widerstand R5 in Reihe zu einer
Gleichspannungsquelle DC vorgesehen, welche parallel zu dem Widerstand R2 des ersten Widerstandsteilers Wl sind.
Hierdurch wird ein Offset an den positiven Eingang des
Operationsverstärkers angelegt. Dies führt dazu, dass das Ausgangssignal des Operationsverstärkers in den positiven Bereich verschoben wird. Hierbei kann die negative
Versorgungsspannung -VCC des Operationsverstärkers mit Masse verbunden werden, da durch die Verschiebung in den positiven Bereich keine negative Vorspannung benötigt wird. Der Offset des Operationsverstärkers kann beispielsweise 1,5 V betragen. Dadurch, dass durch den Offset ein positives Signal vom
Operationsverstärker ausgegeben wird, kann dieses Signal einfacher verarbeitet werden. So ist es beispielsweise möglich, das Ausgangssignal V0UT des Operationsverstärkers, welches den Bezug zur primären Netzwechselspannung AC
aufzeigt, direkt einem Eingang eines MikroControllers
zuzuführen. In diesem Fall ist eine weitere Vorverarbeitung des Ausgangsignals V0UT des Operationsverstärkers nicht nötig.
Ein Spannungsverlauf, welcher von dem Operationsverstärker ausgegeben wird, der mit einem Offset gemäß der Schaltung aus Figur 6 beaufschlagt wurde, ist in Figur 7 dargestellt. Der Spannungsverlauf, welcher in Figur 7 dargestellt ist,
entspricht grundlegend dem Spannungsverlauf, welcher in Figur 5 dargestellt ist. Jedoch ist der Spannungsbereich hier ins Positive verschoben. Ebenso wie bei der Schaltung gemäß dem Schaltplan aus Figur 4 ist das Spannungssignal aus Figur 7 direkt auf die tatsächliche primäre Netzwechselspannung AC bezogen . In den Ausführungsbeispielen, welche bezüglich der
Schaltpläne gemäß Figur 4 und Figur 6 beschrieben wurden, bieten die Kapazitäten Cl und C2 optionale Filtermöglichkeiten, um die Schaltung effizient zu dimensionieren .
Ein weiterer Vorteil einer Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung ist, dass Einflüsse der
Brückengleichrichterdiodenvorwärtsspannung in das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers nicht einfließen. Die Brückengleichrichterdiodenvorwärtsspannung ist abhängig vom Stromfluss und der Temperatur. Während andere mögliche Überwachungsschaltungen ÜS diese Art der Störung
berücksichtigen müssten, wird durch das Subtrahieren der beiden Spannungssignale der Phasenleitungen PH1 und PH2 durch die Subtraktionsvorrichtung OP dieser Einfluss vermieden. Die Widerstandsteiler Wl und W2 können
Hochspannungswiderstandsteiler sein, um speziell an die gegebenen Spannungen angepasst zu werden. Hierbei ist ein Teilerverhältnis der Widerstände Rl und R2 vorzugsweise identisch zu dem Teilverhältnis der Widerstände R3 und R4. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit können die Widerstände Rl und R3 jeweils aus mehreren Widerständen bestehen, die in Serie geschaltet sind. Im in Figur 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Teilverhältnis der Widerstände Rl, R2 und R5 identisch mit dem Teilverhältnis der
Widerstände R3 und R4.
Somit wird eine Schaltung zur fehlerfreien
Eingangsspannungserkennung in einem Netzteil beschrieben. Die Schaltung gibt nicht nur im statischen Betrieb, bei dem zu jedem Zeitpunkt ein direkter Bezug von der Eingangsseite des Brückengleichrichters zur Ausgangsseite gegeben ist, ein genaues Ausgangssignal V0UT, sondern auch bei starken
Lastwechseln beziehungsweise sehr geringer Ausgangsleistung. Bezugs zeichenliste
AC primäre Netzwechselspannung PH1, PH2 Phasenleitung
W, Wl, W2 Widerstandsteiler
G Gleichrichterschaltung
Dl, D2 Diode
RL Last
Rl bis R5 Widerstand
Cl bis C3 Kondensator
DC Gleichspannungsquelle
OP Subtraktionsvorrichtung
GND Massepotential
-VCC negative Vorspannung
VQUT Ausgangssignal

Claims

Patentansprüche
1. Überwachungsschaltung (ÜS) für ein Schaltnetzteil mit einer Gleichrichterschaltung (G) zum Gleichrichten einer primären Netzwechselspannung (AC) umfassend
- zwei Widerstandsteiler (Wl, W2), umfassend jeweils zwei Widerstände (Rl, R2, R3, R4), welche jeweils in Serie
zwischen einer Phasenleitung eines Netzanschlusses vor der Gleichrichterschaltung (G) und einem Bezugspunkt nach der Gleichrichterschaltung (G) angeschlossen sind, und
- einer Subtraktionsvorrichtung (OP) mit zwei Eingängen, wobei jeder der zwei Eingänge der Subtraktionsvorrichtung (OP) jeweils zwischen den Widerständen (Rl, R2, R3, R4) jeweils eines der Widerstandsteiler (Wl, W2) angeschlossen ist.
2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung (G) eine Brückengleichrichterschaltung umfasst .
3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kondensator (Cl, C2)
parallel zu den Widerständen (R2, R4) der zwei
Widerstandsteiler (Wl, W2) geschaltet ist, die dem
Bezugspunkt am nächsten liegen.
4. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspunkt ein
ausgangsseitiges Massepotential (GND) an einer Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung (G) ist.
5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionsvorrichtung (OP) einen Operationsverstärker umfasst, der als Subtrahierer beschaltet ist.
6. Überwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der positive Eingang des
Operationsverstärkers mit einem Offset beaufschlagt ist.
7. Überwachungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Signalausgang des
Operationsverstärkers elektrisch mit einem Mikrocontroller verbunden ist.
8. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal (V0UT) der Subtraktionsvorrichtung (OP) einen direkten Bezug zu dem Spannungsverlauf der primären Netzwechselspannung (AC) darstellt .
9. Verwendung einer Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Schaltnetzteil, in welchem zum Schalten Bezug auf eine primäre Netzwechselspannung (AC) genommen wird.
10. Verwendung einer Überwachungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Ausgangsleistung des Schaltnetzteils jeweils eine komplette Halbwelle der primären Netzwechselspannung (AC) zur Erzeugung einer sekundären Gleichspannung verwendet wird.
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