WO2014202538A2 - Power supply unit, in particular wide-range power supply unit - Google Patents
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Definitions
- switching power supplies In order to stabilize the DC output voltage obtained in this way, such switching power supplies have a control loop which regulates the DC output voltage independently of a connected load to a constant value. This is possible by changing the frequency and / or the pulse width of the primary-side high-frequency AC voltage. As a result, the switching power supply only generates as much power as is passed on to the load. A switching power supply requires no complex secondary stabilization. In addition, smaller transformers can be used for switching power supplies, and their efficiency is very good.
- a smoothing capacitor After rectifying an AC voltage into a pulsating DC voltage, a smoothing capacitor, usually an electrolytic capacitor, is used for smoothing and / or screening the pulsating DC voltage into a DC voltage of smaller ripple.
- the required capacitance of the smoothing capacitor is determined essentially by the current to be supplied by the power supply. For a given output power, the smaller the voltage to be smoothed, for example the rectified input voltage of a wide-range power supply, the greater the current. Therefore, in a wide-range power supply, the capacitance of the smoothing capacitor is usually oriented to the capacitance needed for the lowest input voltage.
- the voltage carrying capacity of the smoothing capacitor is determined by the largest permissible input voltage.
- capacitors with a correspondingly high capacity and high voltage rating have a large size and are also expensive.
- the object of the invention is to provide a power supply unit, in particular a wide-range power supply unit, which is considerably smaller with the same input AC voltage range.
- the second smoothing capacitor has a larger capacity than the first smoothing capacitor.
- the capacity of the adding smoothing capacitors below the threshold voltage is large.
- a considerably smaller first smoothing capacitor is sufficient.
- the capacitance of the first smoothing capacitor is about 5 to 20 ⁇ , more preferably about 10 ⁇ .
- the capacitance of the second smoothing capacitor is preferably about 150-250 ⁇ , more preferably about 170-21 ⁇ .
- Both power supplies are preferred in which the switching stage is arranged on the primary side, as well as those power supplies in which the switching stage is arranged on the secondary side.
- power supplies are preferred which have both a first switching stage on the primary side, and a second switching stage on the secondary side.
- Figure 1 is a schematic diagram of a trained as a switching power supply
- FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a smoothing module according to the invention.
- the switched-mode power supply 1 of FIG. 1 is provided for converting an input AC voltage UE into a DC output voltage UA. It has a transformer 5 with a primary side I and a secondary side I I.
- a rectifier 2 is provided, with which the input AC voltage UE is converted into a pulsating DC voltage U1.
- This is smoothed and / or screened in a smoothing assembly 3.
- the smoothing subassembly 3 has a first smoothing capacitor C1.
- the pulsating DC voltage U1 is converted into a DC voltage of lower ripple U2.
- a switching stage 4 is also provided. With the switching stage 4, the DC voltage lower ripple U2 is converted into a higher frequency AC voltage U3.
- the higher-frequency AC voltage U3 has a frequency which is significantly greater than the frequency of the input AC voltage UE.
- the output voltage of the secondary-side smoothing module 7 is the DC output voltage UA of the power supply 1.
- the output DC voltage UA is stable even when changing load 9
- a control circuit 8 is provided with galvanic isolation, with which the frequency and / or the pulse width of the higher-frequency AC voltage U3 is adjustable.
- the smoothing module 3 has, in addition to the first smoothing capacitor C1, a second smoothing capacitor C2.
- the second smoothing capacitor C2 can be connected in parallel with the first smoothing capacitor C1 by means of an electrical switching module 33.
- the second smoothing capacitor C2 is arranged parallel to the first smoothing capacitor C1.
- the two smoothing capacitors C1, C2 are therefore each arranged in a shunt branch Q1, Q2 between two common supply lines Z1, Z2.
- For parallel connection includes the electrical
- Switching assembly 33 an electrical switch S, which is symbolically shown here, and which is arranged in the shunt branch Q2 of the second smoothing capacitor C2.
- the switch assembly 33 is designed such that the electrical switch S closes or switches through when the pulsating DC voltage U1 at the first smoothing capacitor C1 falls below a threshold value. Above the threshold value, the electrical switch S is open, so that the electrical connection between the second smoothing capacitor C2 and the common supply line Z1 is interrupted. Only the first smoothing capacitor C1 must therefore have a high dielectric strength, since only at it the DC equivalent of the maximum provided AC input voltage can be present. The second smoothing capacitor C2, however, must be designed only for voltages below the threshold.
- the capacitance of the smoothing assembly is the capacitance of the first smoothing capacitor C1.
- the capacitances of the smoothing capacitors C1, C2 of the smoothing module 3 add up, so that the total capacitance is correspondingly greater.
- a sufficiently large power can still be transmitted via the smoothing module 3.
- the electrical switch S is preferably designed as a field-effect transistor, in particular as a low-resistance field-effect transistor. In principle, however, other electrical switches S, such as other transistors, relays, integrated switches or the like, can be used.
Abstract
The invention relates to a power supply unit (1), in particular a wide-range power supply unit, comprising a rectifier (2) for rectifying an alternating voltage (UE) into a pulsating direct voltage (U1) and comprising a smoothing module (3), which comprises a first smoothing capacitor (C1) and is provided in order to convert the pulsating direct voltage (U1) into a direct voltage of low ripple (U2), wherein the smoothing module (3) also comprises a second smoothing capacitor (C2) and an electrical switching module (33), by means of which the second smoothing capacitor (C2) can be connected in parallel with the first smoothing capacitor (C1) if a magnitude of the pulsating direct voltage (U1) falls below a threshold value.
Description
Netzteil, insbesondere Weitbereichsnetzteil Power supply, in particular wide-range power supply
Die Erfindung betrifft ein Netzteil, insbesondere ein Weitbereichsnetzteil, mit einem Gleichrichter und einer Glättungsbaugruppe. The invention relates to a power supply, in particular a wide-range power supply, with a rectifier and a smoothing assembly.
Es sind lineare Netzteile und Schaltnetzteile bekannt. Bei linearen Netzteilen wird eine Eingangswechselspannung mit Hilfe eines Transformators auf einen niedrigeren oder höheren Spannungswert transformiert und anschließend gleichgerichtet sowie stabilisiert, um eine stabile Ausgangsgleichspannung zu erhalten. Bei diesen Netzteilen ist die Stromaufnahme lastabhängig. Sie weisen einen schlechten Wirkungsgrad auf, und die Größe des Transformators ist abhängig von der benötigten abgebbaren Leistung des Netzteils. Daher sind solche Netzteile umso schwerer, je größer ihre abgebbare Leistung ist. Bei einem Schaltnetzteil wird die Eingangswechselspannung zunächst gleichgerichtet und dann mit einer Schaltstufe in eine Wechselspannung erheblich höherer Frequenz gewandelt. Diese primärseitige hochfrequente Wechselspannung wird beispielsweise mit einem Hochfrequenz-Transformator in eine sekundärseitige hochfrequente Wechselspannung kleineren oder größeren Be- träges transformiert und sekundärseitig wieder gleichgerichtet. Um die so gewonnene Ausgangsgleichspannung zu stabilisieren, weisen solche Schaltnetzteile einen Regelkreis auf, der die Ausgangsgleichspannung unabhängig von einer angeschlossenen Last auf einen konstanten Wert regelt. Dies ist über die Veränderung der Frequenz und/oder der Pulsbreite der primärseitigen hochfre- quenten Wechselspannung möglich. Dadurch erzeugt das Schaltnetzteil nur so viel Leistung, wie an die Last weitergegeben wird. Ein Schaltnetzteil erfordert keine aufwändige sekundärseitige Stabilisierung. Zudem können für Schaltnetzteile kleinere Transformatoren verwendet werden, und ihr Wirkungsgrad ist sehr gut. There are known linear power supplies and switching power supplies. In linear power supplies, an AC input voltage is transformed by means of a transformer to a lower or higher voltage value and then rectified and stabilized to obtain a stable DC output voltage. For these power supplies, the power consumption is load dependent. They have a poor efficiency, and the size of the transformer depends on the required deliverable power of the power supply. Therefore, such power supplies are heavier the greater their deliverable power. In a switched-mode power supply, the input AC voltage is first rectified and then converted by a switching stage into an AC voltage of considerably higher frequency. This primary-side high-frequency AC voltage is transformed, for example, with a high-frequency transformer into a secondary-side high-frequency AC voltage of smaller or greater magnitude and rectified on the secondary side. In order to stabilize the DC output voltage obtained in this way, such switching power supplies have a control loop which regulates the DC output voltage independently of a connected load to a constant value. This is possible by changing the frequency and / or the pulse width of the primary-side high-frequency AC voltage. As a result, the switching power supply only generates as much power as is passed on to the load. A switching power supply requires no complex secondary stabilization. In addition, smaller transformers can be used for switching power supplies, and their efficiency is very good.
In Abhängigkeit vom Einsatzfall kann ein Schaltnetzteil anstelle der primärseitigen Schaltstufe auch eine sekundärseitig angeordnete Schaltstufe aufweisen, oder es ist sowohl primärseitig als auch sekundärseitig eine Schaltstufe zum Wandeln einer gleichgerichteten Wechselspannung in eine Wechselspannung höherer Frequenz vorgesehen.
Unter dem Begriff Weitbereichsnetzteil versteht man Netzteile, die mit Eingangswechselspannungen sehr verschiedenen Betrages betreibbar und dadurch in sehr vielfältigen Anwendungen nutzbar sind. Prinzipiell können solche Weitbereichsnetzteile sowohl als lineare Netzteile als auch als Schaltnetz- teile ausgebildet sein. Zumeist sind sie aber aufgrund größerer Genauigkeit, kompakterer Bauform und deutlich besseren Wirkungsgrades als Schaltnetzteile ausgebildet. Depending on the application, a switching power supply instead of the primary-side switching stage may also have a switching stage arranged on the secondary side, or there is a switching stage for converting a rectified AC voltage into an AC voltage higher frequency both primary side and secondary side. The term wide-range power supply is understood to mean power supplies which can be operated with input AC voltages of very different amounts and can therefore be used in a very wide variety of applications. In principle, such wide-range power supply units can be designed both as linear power supply units and as switching power supply units. In most cases, however, they are designed as switching power supplies due to greater accuracy, more compact design and significantly better efficiency.
Nach dem Gleichrichten einer Wechselspannung in eine pulsierende Gleich- Spannung wird zum Glätten und/oder Sieben der pulsierenden Gleichspannung in eine Gleichspannung kleinerer Welligkeit ein Glättungskondensator, meist ein Elektrolytkondensator, eingesetzt. Die benötigte Kapazität des Glättungskondensators wird dabei im Wesentlichen durch den vom Netzteil zu liefernden Strom bestimmt. Bei gegebener Ausgangsleistung ist der Strom umso größer, je geringer die zu glättende Spannung, beispielsweise die gleichgerichtete Eingangsspannung eines Weitbereichsnetzteils, ist. Bei einem Weitbereichsnetzteil orientiert sich Kapazität des Glättungskondensators daher üblicherweise an der Kapazität, die für die niedrigste Eingangsspannung benötigt wird. Die Spannungsbelastbarkeit des Glättungskondensators wird allerdings durch die größte zulässige Eingangsspannung bestimmt. Kondensatoren mit entsprechend hoher Kapazität bei hoher Spannungsbelastbarkeit haben jedoch eine große Baugröße und sind zudem teuer. After rectifying an AC voltage into a pulsating DC voltage, a smoothing capacitor, usually an electrolytic capacitor, is used for smoothing and / or screening the pulsating DC voltage into a DC voltage of smaller ripple. The required capacitance of the smoothing capacitor is determined essentially by the current to be supplied by the power supply. For a given output power, the smaller the voltage to be smoothed, for example the rectified input voltage of a wide-range power supply, the greater the current. Therefore, in a wide-range power supply, the capacitance of the smoothing capacitor is usually oriented to the capacitance needed for the lowest input voltage. However, the voltage carrying capacity of the smoothing capacitor is determined by the largest permissible input voltage. However, capacitors with a correspondingly high capacity and high voltage rating have a large size and are also expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Netzteil, insbesondere ein Weitbereichsnetz- teil, zu schaffen, das bei gleichem Eingangswechselspannungsbereich erheblich kleiner baubar ist. The object of the invention is to provide a power supply unit, in particular a wide-range power supply unit, which is considerably smaller with the same input AC voltage range.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Netzteil nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. The object is achieved with a power supply unit according to the features of patent claim 1. Advantageous embodiments are described in the dependent claims.
Dafür wird ein Netzteil geschaffen, insbesondere ein Weitbereichsnetzteil, das einen Gleichrichter zum Gleichrichten einer Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung aufweist. Das Netzteil umfasst zudem eine Glättungs- baugruppe zum Wandeln der pulsierenden Gleichspannung in eine Gleichspannung geringerer Welligkeit. Die Glättungsbaugruppe weist einen ersten Glättungskondensator auf.
Das Netzteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Glättungsbaugruppe weiterhin einen zweiten Glättungskondensator umfasst, sowie eine elektrische Schaltbaugruppe, mit der der zweite Glättungskondensator dem ersten Glättungskondensator parallel schaltbar ist, wenn ein Betrag der pulsierenden Gleich- Spannung einen Schwellwert unterschreitet. For this purpose, a power supply is provided, in particular a wide-range power supply, which has a rectifier for rectifying an alternating voltage into a pulsating direct voltage. The power supply also includes a smoothing module for converting the pulsating DC voltage into a DC voltage of lower ripple. The smoothing assembly has a first smoothing capacitor. The power supply is characterized in that the smoothing assembly further comprises a second smoothing capacitor, and an electrical switching assembly with which the second smoothing capacitor is connected in parallel with the first smoothing capacitor when an amount of the pulsating DC voltage falls below a threshold value.
Durch das Parallelschalten addieren sich die Kapazitäten der beiden Kondensatoren, so dass der erste Glättungskondensator entsprechend kleiner wählbar ist. Da die Baugröße von Kondensatoren mit steigender Kapazität erheblich ansteigt, kann bereits durch die Verwendung eines geringfügig kleineren Kondensators erheblicher Bauraum eingespart werden. Das Gehäuse des Netzteils ist daher durch Verwendung der Glättungsbaugruppe deutlich kleiner herstellbar. Zudem werden Kosten für einen sehr großen, teuren Glättungskondensator im Vergleich zu den Kosten für die beiden kleineren Glättungskondensato- ren eingespart. By connecting in parallel, the capacitances of the two capacitors are added, so that the first smoothing capacitor can be selected correspondingly smaller. Since the size of capacitors increases significantly with increasing capacity, considerable space can already be saved by using a slightly smaller capacitor. The housing of the power supply is therefore significantly smaller by using the smoothing assembly. In addition, costs for a very large, expensive smoothing capacitor are saved in comparison to the costs for the two smaller smoothing capacitors.
Um bei einem kleinen Betrag der Wechselspannung eine ausreichende Leistung bereitstellen zu können, ist es bevorzugt, dass der zweite Glättungskondensator eine größere Kapazität aufweist, als der erste Glättungskondensator. Dadurch ist die Kapazität der sich addierenden Glättungskondensatoren unterhalb der Schwellspannung groß. Oberhalb der Schwellspannung reicht ein erheblich kleinerer erster Glättungskondensator aus. Es ist bevorzugt, dass die Kapazität des ersten Glättungskondensators etwa 5 - 20μΡ beträgt, insbesondere etwa 10μΡ. Die Kapazität des zweiten Glättungskondensators beträgt be- vorzugt etwa 150 - 250μΡ, insbesondere etwa 170 - 21 ΟμΡ. In order to be able to provide sufficient power at a small amount of the AC voltage, it is preferable that the second smoothing capacitor has a larger capacity than the first smoothing capacitor. As a result, the capacity of the adding smoothing capacitors below the threshold voltage is large. Above the threshold voltage, a considerably smaller first smoothing capacitor is sufficient. It is preferred that the capacitance of the first smoothing capacitor is about 5 to 20μΡ, more preferably about 10μΡ. The capacitance of the second smoothing capacitor is preferably about 150-250μΡ, more preferably about 170-21μΡ.
Der Gleichrichter des Netzteils ist bevorzugt als Brückengleichrichter ausgebildet. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall des Netzteils sind aber auch andere Gleichrichter bevorzugt, beispielsweise ein Einweggleichrichter, wenn nur eine Halbwelle der Wechselspannung genutzt werden soll, eine Mittelpunktschaltung, die sich vor allem bei sekundärseitiger Gleichrichtung und Glättung eignet und beide Halbwellen der Wechselspannung nutzt, eine Delon- Schaltung oder eine Villard- Schaltung. Es ist bevorzugt, dass das Netzteil einen Transformator umfasst, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist. Weiterhin sind Netzteile ohne Transformator bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Netzteil ein Schaltnetzteil. In dieser Ausführungsform ist das Netzteil sehr kompakt baubar und weist einen sehr guten Wirkungsgrad auf. In dieser Ausführungsform weist das Netzteil bevorzugt zumindest eine Schaltstufe auf, mit der die Gleichspannung geringerer Welligkeit in eine höherfre- quente Wechselspannung gewandelt wird. Die Frequenz der Wechselspannung liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 00 kHz bis 500 kHz. Die Schaltstufe umfasst bevorzugt einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET oder einen IGBT, um die pulsierende Gleichspannung geringer Welligkeit in die höherfrequente Wechselspannung zu wandeln. Prinzipiell sind aber auch andere Transistoren, beispielsweise Bipolar- Transistoren, oder integrierte Schalter verwendbar. The rectifier of the power supply is preferably designed as a bridge rectifier. Depending on the application of the power supply but other rectifiers are preferred, for example, a half-wave rectifier, if only one half-wave of the AC voltage to be used, a mid-point, which is particularly suitable for secondary rectification and smoothing and uses both half-waves of the AC voltage, a Delon Circuit or a Villard circuit. It is preferred that the power supply comprises a transformer having a primary side and a secondary side. Furthermore, power supplies without transformer are preferred. In a preferred embodiment, the power supply is a switched mode power supply. In this embodiment, the power supply is very compact buildable and has a very good efficiency. In this embodiment, the power supply preferably has at least one switching stage with which the DC voltage of lower ripple is converted into a higher-frequency AC voltage. The frequency of the alternating voltage is preferably in a range of about 1 00 kHz to 500 kHz. The switching stage preferably comprises a field-effect transistor, in particular a MOSFET or an IGBT, in order to convert the pulsating DC voltage of low ripple into the higher-frequency AC voltage. In principle, however, other transistors, such as bipolar transistors, or integrated switches can be used.
Dabei sind sowohl Netzteile bevorzugt, bei denen die Schaltstufe primärseitig angeordnet ist, als auch solche Netzteile, bei denen die Schaltstufe sekundär- seitig angeordnet ist. Zudem sind auch Netzteile bevorzugt, die sowohl eine erste Schaltstufe primärseitig, als auch eine zweite Schaltstufe sekundärseitig aufweisen. Both power supplies are preferred in which the switching stage is arranged on the primary side, as well as those power supplies in which the switching stage is arranged on the secondary side. In addition, power supplies are preferred which have both a first switching stage on the primary side, and a second switching stage on the secondary side.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der Gleichrichter sowie die Glättungsbaugruppe primärseitig angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist es ebenfalls bevorzugt, dass das Netzteil eine primärseitig angeordnete Schaltstufe aufweist. Zudem ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die Wechselspannung eine Eingangswechselspannung des Netzteils, insbesondere eine Netzspannung, ist. Dabei liegt der Betrag der Eingangswechselspannung vorzugsweise im Bereich von 1 0 V bis 300V. Der Schwellwert, bei dem der zweite Glättungskondensator dem ersten Glättungskondensator paral- lel geschaltet wird, liegt dabei bevorzugt in dem Bereich von etwa 30 - 60V, besonders bevorzugt bei etwa 40V. In a particularly preferred embodiment, the rectifier and the smoothing module are arranged on the primary side. In this embodiment, it is also preferred that the power supply has a switching stage arranged on the primary side. In addition, in this embodiment it is preferred that the alternating voltage is an input AC voltage of the power supply, in particular a mains voltage. In this case, the amount of the input AC voltage is preferably in the range of 1 0 V to 300V. The threshold value at which the second smoothing capacitor is connected in parallel with the first smoothing capacitor is preferably in the range from approximately 30 to 60 V, particularly preferably approximately 40 V.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Es zeigt The invention is described below with reference to figures. The figures are merely exemplary and do not limit the general idea of the invention. It shows
Figur 1 ein schematisches Schaltbild eines als Schaltnetzteil ausgebildeten Figure 1 is a schematic diagram of a trained as a switching power supply
Netzteils gemäß dem Stand der Technik, und
Figur 2 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Glättungsbaugruppe. Power supply according to the prior art, and FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a smoothing module according to the invention.
Figur 1 zeigt ein als Schaltnetzteil ausgebildetes Netzteil 1 gemäß dem Stand der Technik. Im Folgenden werden daher die Begriffe Netzteil 1 und Schaltnetzteil synonym verwendet. Figure 1 shows a designed as a switching power supply unit 1 according to the prior art. In the following, therefore, the terms power supply 1 and switching power supply are used synonymously.
Das Schaltnetzteil 1 der Figur 1 ist zum Wandeln einer Eingangswechselspannung UE in eine Ausgangsgleichspannung UA vorgesehen. Es weist einen Transformator 5 mit einer Primärseite I und einer Sekundärseite I I auf. The switched-mode power supply 1 of FIG. 1 is provided for converting an input AC voltage UE into a DC output voltage UA. It has a transformer 5 with a primary side I and a secondary side I I.
An der Primärseite I des Transformators 5 ist ein Gleichrichter 2 vorgesehen, mit dem die Eingangswechselspannung UE in eine pulsierende Gleichspannung U1 gewandelt wird. Diese wird in einer Glättungsbaugruppe 3 geglättet und/oder gesiebt. Dafür weist die Glättungsbaugruppe 3 einen ersten Glät- tungskondensator C1 auf. Mit dem ersten Glättungskondensator C1 wird die pulsierende Gleichspannung U1 in eine Gleichspannung geringerer Welligkeit U2 gewandelt. An der Primärseite I des Transformators 5 ist zudem eine Schaltstufe 4 vorgesehen. Mit der Schaltstufe 4 wird die Gleichspannung geringerer Welligkeit U2 in eine höherfrequente Wechselspannung U3 gewandelt. Die höherfrequente Wechselspannung U3 weist eine Frequenz auf, die deutlich größer ist, als die Frequenz der Eingangswechselspannung UE. On the primary side I of the transformer 5, a rectifier 2 is provided, with which the input AC voltage UE is converted into a pulsating DC voltage U1. This is smoothed and / or screened in a smoothing assembly 3. For this purpose, the smoothing subassembly 3 has a first smoothing capacitor C1. With the first smoothing capacitor C1, the pulsating DC voltage U1 is converted into a DC voltage of lower ripple U2. On the primary side I of the transformer 5, a switching stage 4 is also provided. With the switching stage 4, the DC voltage lower ripple U2 is converted into a higher frequency AC voltage U3. The higher-frequency AC voltage U3 has a frequency which is significantly greater than the frequency of the input AC voltage UE.
Die höherfrequente Wechselspannung U3 wird mit dem Transformator 4 in eine sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U4 kleineren oder größeren Betrages gewandelt. Anschließend wird die sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U4 nochmals in einem sekundärseitigen Gleichrichter 6 in eine sekundärseitige pulsierende Gleichspannung U5 gleichgerichtet und in einer sekundärseitigen Glättungsbaugruppe 7 geglättet und/oder gesiebt. Dafür weist die sekundärseitige Glättungsbaugruppe hier beispielhaft einen weiteren Glättungskondensator C auf. Prinzipiell sind aber auch komplexere Schaltungen aus mehreren insbesondere diskreten Bauteilen (nicht gezeigt) bevorzugt. The higher-frequency AC voltage U3 is converted to the transformer 4 in a secondary-side higher-frequency AC voltage U4 smaller or larger amounts. Subsequently, the secondary-side higher-frequency AC voltage U4 is rectified again in a secondary-side rectifier 6 in a secondary-side pulsating DC voltage U5 and smoothed in a secondary-side smoothing assembly 7 and / or screened. For this purpose, the secondary-side smoothing subassembly has, for example, a further smoothing capacitor C here. In principle, however, more complex circuits of several, in particular discrete components (not shown) are preferred.
Die Ausgangsspannung der sekundärseitigen Glättungsbaugruppe 7 ist die Ausgangsgleichspannung UA des Netzteils 1 .
Damit die Ausgangsgleichspannung UA auch bei sich ändernder Last 9 stabil ist, ist ein Regelkreis 8 mit galvanischer Trennung vorgesehen, mit dem die Frequenz und/oder die Pulsbreite der höherfrequenten Wechselspannung U3 einstellbar ist. The output voltage of the secondary-side smoothing module 7 is the DC output voltage UA of the power supply 1. Thus, the output DC voltage UA is stable even when changing load 9, a control circuit 8 is provided with galvanic isolation, with which the frequency and / or the pulse width of the higher-frequency AC voltage U3 is adjustable.
Ein solches Schaltnetzteil 1 weist häufig zudem ein Filter (nicht gezeigt) auf, mit dem die Eingangswechselspannung UE vor dem Gleichrichten gefiltert wird, um Oberwellen, Überspannungen und/oder Netzstörungen auszufiltern. Sekundärseitig kann der Transformator 5 zudem mehrere Sekundärwicklungen (nicht gezeigt) aufweisen, mit denen sekundärseitige höherfrequente Wechselspannungen U4 verschiedener Beträge erzeugbar sind. Bei dieser Ausbildung des Schaltnetzteils 1 sind dann mehrere Gleichrichter 6 und Glättungsbaugrup- pen 7 jeweils für die sekundärseitigen höherfrequenten Wechselspannungen U4 der verschiedenen Beträge vorgesehen. Such a switched-mode power supply 1 frequently also has a filter (not shown) with which the input AC voltage UE is filtered prior to rectification in order to filter out harmonics, overvoltages and / or network disturbances. On the secondary side, the transformer 5 can also have a plurality of secondary windings (not shown) with which secondary-side higher-frequency AC voltages U4 of different amounts can be generated. In this embodiment of the switched-mode power supply 1, a plurality of rectifiers 6 and smoothing assemblies 7 are then respectively provided for the secondary-side higher-frequency alternating voltages U4 of the different amounts.
Zudem ist es ebenfalls bevorzugt, dass die Ausgangswechselspannung UA mit Hilfe einer Regelung der Schaltstufe 4 einstellbar ist. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Glättungsbaugruppe 3 für ein solches Schaltnetzteil 1 schematisch. In addition, it is likewise preferred that the output AC voltage UA is adjustable by means of a control of the switching stage 4. Figure 2 shows a smoothing assembly 3 according to the invention for such a switching power supply 1 schematically.
Die Glättungsbaugruppe 3 weist neben dem ersten Glättungskondensator C1 einen zweiten Glättungskondensator C2 auf. Der zweite Glättungskondensator C2 ist dem ersten Glättungskondensator C1 mit Hilfe einer elektrischen Schaltbaugruppe 33 parallel schaltbar. The smoothing module 3 has, in addition to the first smoothing capacitor C1, a second smoothing capacitor C2. The second smoothing capacitor C2 can be connected in parallel with the first smoothing capacitor C1 by means of an electrical switching module 33.
Dafür ist der zweite Glättungskondensator C2 parallel dem ersten Glättungskondensator C1 angeordnet. Die beiden Glättungskondensatoren C1 , C2 sind daher jeweils in einem Querzweig Q1 , Q2 zwischen zwei gemeinsamen Zuleitungen Z1 , Z2 angeordnet. Zum Parallelschalten umfasst die elektrische For this purpose, the second smoothing capacitor C2 is arranged parallel to the first smoothing capacitor C1. The two smoothing capacitors C1, C2 are therefore each arranged in a shunt branch Q1, Q2 between two common supply lines Z1, Z2. For parallel connection includes the electrical
Schaltbaugruppe 33 einen elektrischen Schalter S, der hier symbolisch gezeigt ist, und der in dem Querzweig Q2 des zweiten Glättungskondensators C2 angeordnet ist. Switching assembly 33, an electrical switch S, which is symbolically shown here, and which is arranged in the shunt branch Q2 of the second smoothing capacitor C2.
Die Schaltbaugruppe 33 ist so ausgeführt, dass der elektrische Schalter S schließt beziehungsweise durchschaltet, wenn die pulsierende Gleichspannung U1 am ersten Glättungskondensator C1 einen Schwellenwert unterschreitet. Oberhalb des Schwellwertes ist der elektrische Schalter S geöffnet, so dass die
elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Glättungskondensator C2 und der gemeinsamen Zuleitung Z1 unterbrochen ist. Nur der erste Glättungskondensators C1 muss daher eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen, da nur an ihm das Gleichspannungsäquivalent der maximal vorgesehenen Eingangswechselspannung anliegen kann. Der zweiten Glättungskondensator C2 muss dagegen nur für Spannungen unterhalb des Schwellenwertes ausgelegt sein. The switch assembly 33 is designed such that the electrical switch S closes or switches through when the pulsating DC voltage U1 at the first smoothing capacitor C1 falls below a threshold value. Above the threshold value, the electrical switch S is open, so that the electrical connection between the second smoothing capacitor C2 and the common supply line Z1 is interrupted. Only the first smoothing capacitor C1 must therefore have a high dielectric strength, since only at it the DC equivalent of the maximum provided AC input voltage can be present. The second smoothing capacitor C2, however, must be designed only for voltages below the threshold.
Bei offenem elektrischem Schalter S ist die Kapazität der Glättungsbaugruppe daher die Kapazität des ersten Glättungskondensators C1 . Bei geschlossenem elektrischem Schalter S addieren sich hingegen die Kapazitäten der Glättungs- kondensatoren C1 , C2 der Glättungsbaugruppe 3, so dass die Gesamtkapazität entsprechend größer ist. Dadurch ist auch bei einer kleinen pulsierenden Gleichspannung U1 noch eine ausreichend große Leistung über die Glättungsbaugruppe 3 übertragbar. With the electrical switch S open, therefore, the capacitance of the smoothing assembly is the capacitance of the first smoothing capacitor C1. When the electrical switch S is closed, however, the capacitances of the smoothing capacitors C1, C2 of the smoothing module 3 add up, so that the total capacitance is correspondingly greater. As a result, even with a small pulsating DC voltage U1, a sufficiently large power can still be transmitted via the smoothing module 3.
Der elektrische Schalter S ist bevorzugt als Feldeffekttransistor, insbesondere als niederohmiger Feldeffekttransistor, ausgebildet. Prinzipiell sind aber auch andere elektrische Schalter S, beispielsweise andere Transistoren, Relais, integrierte Schalter oder ähnlich, verwendbar.
The electrical switch S is preferably designed as a field-effect transistor, in particular as a low-resistance field-effect transistor. In principle, however, other electrical switches S, such as other transistors, relays, integrated switches or the like, can be used.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Netzteil 1 power supply
2 Gleichrichter 2 rectifiers
3 Glättungsbaugruppe 3 smoothing module
33 Elektrische Schaltbaugruppe 33 Electric switching module
4 Schaltstufe 4 switching stage
5 Transformator 5 transformer
6 Sekundärseitiges Gleichrichter 6 Secondary rectifier
7 Sekundärseitige Glättungsbaugruppe 7 Secondary smoothing module
8 Regelkreis 8 control loop
S Elektrischer Schalter S Electric switch
C1 Erster Glättungskondensator C1 First smoothing capacitor
C2 Zweiter Glättungskondensator C2 Second smoothing capacitor
C Weiterer Glättungskondensator C Further smoothing capacitor
UA Ausgangsgleichspannung UA output DC voltage
UE Eingangswechselspannung UE input AC voltage
U1 Pulsierende Gleichspannung U1 Pulsating DC voltage
U2 Gleichspannung geringerer Welligkeit U2 DC voltage lower ripple
U3 Höherfrequente Wechselspannung U3 high-frequency alternating voltage
U4 Sekundärseitige höherfrequente Wechselspannung U4 Secondary higher frequency AC voltage
U5 sekundärseitige pulsierende Gleichspannung U5 secondary-side pulsating DC voltage
I Primärseite des Transformators / des Netzteils I primary side of the transformer / power supply
II Sekundärseite des Transformators / des Netzteils II Secondary side of the transformer / power supply
Q1 , Q2 Querzweige, in denen die Glättungskondensatoren angeordnet sind Q1, Q2 shunt branches, in which the smoothing capacitors are arranged
Z1 , Z2 Gemeinsame Zuleitungen der Glättungskondensatoren
Z1, Z2 Common supply lines of the smoothing capacitors
Claims
1 . Netzteil (1 ), insbesondere Weitbereichsnetzteil, mit einem Gleichrichter (2) zum Gleichrichten einer Wechselspannung (UE) in eine pulsierende 1 . Power supply (1), in particular wide-range power supply, with a rectifier (2) for rectifying an alternating voltage (UE) in a pulsating
Gleichspannung (U1 ), und mit einer Glättungsbaugruppe (3), die einen ersten Glättungskondensator (C1 ) umfasst, und die zum Wandeln der pulsierenden Gleichspannung (U1 ) in eine Gleichspannung geringerer Welligkeit (U2) vorgesehen ist, DC voltage (U1), and a smoothing assembly (3) comprising a first smoothing capacitor (C1) and arranged to convert the pulsating DC voltage (U1) into a DC voltage of lower ripple (U2),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Glättungsbaugruppe (3) zudem einen zweiten Glättungskondensator (C2) umfasst, sowie eine elektrische Schaltbaugruppe (33), mit der der zweite Glättungskondensator (C2) dem ersten Glättungskondensator (C1 ) parallel schaltbar ist, wenn ein Betrag der pulsierenden Gleichspannung (U1 ) einen Schwellwert unterschreitet. the smoothing assembly (3) further comprises a second smoothing capacitor (C2), and an electrical switching assembly (33), with which the second smoothing capacitor (C2) the first smoothing capacitor (C1) is connected in parallel, if an amount of the pulsating DC voltage (U1) a Threshold falls below.
2. Netzteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag 2. Power supply (1) according to claim 1, characterized in that the amount
der Eingangswechselspannung (UE) im Bereich von 10 - 300V liegt, wobei der Schwellwert etwa 30 - 60V beträgt, insbesondere etwa 40V. the input AC voltage (UE) is in the range of 10 - 300V, wherein the threshold value is about 30 - 60V, in particular about 40V.
3. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch Schaltbaugruppe (33) einen Feldeffekttransistor (T) umfasst. 3. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically switching assembly (33) comprises a field effect transistor (T).
4. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Glättungskondensator (C2) eine größere Kapazität aufweist, als der erste Glättungskondensator (C1 ). 4. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second smoothing capacitor (C2) has a greater capacity than the first smoothing capacitor (C1).
5. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des zweiten Glättungskondensators (C2) etwa 150 - 250μΡ beträgt, insbesondere etwa 170 - 210μΡ. 5. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance of the second smoothing capacitor (C2) is about 150 - 250μΡ, in particular about 170 - 210μΡ.
6. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des ersten Glättungskondensators (C1 ) etwa 5 - 20μΡ beträgt, insbesondere etwa 10μΡ. 6. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance of the first smoothing capacitor (C1) is about 5 - 20μΡ, in particular about 10μΡ.
7. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (3) als Brückengleichrichter ausgebildet ist.
7. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rectifier (3) is designed as a bridge rectifier.
8. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Transformator (5) umfasst, der eine Primärseite (I) und eine Sekundärseite (II) aufweist. 8. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a transformer (5) having a primary side (I) and a secondary side (II).
9. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schaltnetzteil ist. 9. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it is a switching power supply.
10. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (2) sowie die Glättungsbaugruppe (3) an der Primärseite (I) angeordnet sind. 10. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rectifier (2) and the smoothing assembly (3) on the primary side (I) are arranged.
1 1 . Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung (UE) eine Eingangswechselspannung des Netzteils (1 ), insbesondere eine Netzspannung, ist. 1 1. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the AC voltage (UE) is an AC input voltage of the power supply (1), in particular a mains voltage.
12. Netzteil (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schaltstufe (4) umfasst, mit der die Gleichspannung geringerer Welligkeit (U2) in eine höherfrequente Wechselspannung (U3) gewandelt wird.
12. Power supply (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a switching stage (4), with which the DC voltage lower ripple (U2) is converted into a higher frequency AC voltage (U3).
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