AT391572B

AT391572B - Uebertragerloses, getaktetes netzgeraet zur erzeugung einer geregelten gleichspannung

Info

Publication number: AT391572B
Application number: AT246786A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1986-09-15
Publication date: 1990-10-25
Also published as: ATA246786A; DE3533319A1

Description

Nr. 391 572

Die Erfindung betrifft ein übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangsfilter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter und einer Ausgangsspannungsregeleinrichtung, wobei den Eingangs-Klemmen des Gleichrichters eine gefilterte und geglättete Eingangsspannung zugeführt wird.

Bisher bekannte Netzgeräte zur Eizeugung einer oder mehrerer Gleichspannungen weisen jeweils einen induktiv arbeitenden Unter- oder Übersetzungsüberträger auf, der im Hinblick auf eine gewünschte Miniaturisierung bestimmter elektrischer Einrichtungen oder Geräte wegen seines Raumbedarfs nachteilig ist. Außerdem kann das mehr oder weniger starke magnetische Streufeld eines solchen Übertragers nachteilig für die Funktion hochempflindlicher elektronischer Schaltungsanordnungen sein.

Wegen ihrer günstigen Eigenschaften (guter Wirkungsfaktor, also wenig Verlustleistung, geringes Gewicht, kleinere Abmessungen, kleinere Kosten usw.) werden heutzutage vorwiegend getaktete Netzteile eingesetzt, wenn Stromversorgungen größerer Leistungen benötigt werden. In diesen wird die Leistungsübertragung vom Primär-zum Sekundär-, also vom Netzspannungs- zum beispielsweise Niederspannungsteil mit Übertragern (bei ca. 20 kHz bis 200 kHz) realisiert. Vorteilhaft bei diesen ist, daß die Übertragung sowohl erdfrei als auch dynamisch nahezu spannungskopplungsfrei stattfindet. Nachteilig sind auch bei solchen Übertragern das zwar heute kleinere, aber doch nicht zu vernachlässigende Gewicht, die Baugröße und die Herstellungskosten.

Aus der ATPS 345 389 (Siemens Albis) ist bereits ein spannungs- oder stromgeregelter Spannungswandler bekannt, bei dem vorgesehen ist, daß der Wandlerschaltung eine gefilterte und geglättete Gleichspanung als Eingangsspannung zugeführt wird. Dieser bekannte Spannungswandler enthält darüber hinaus eine Einrichtung, mittels derer die Wandlerausgangsspannung geregelt werden kann. Das Prinzip dieses bekannten Spannungswandlers beruht auf der Verwendung eines Transformators zur galvanischen Trennung von Eingangsund Ausgangsseite und zur Über- oder Untersetzung der Spannung.

Aus der DDPS 140 950 (VEB Robotron) ist eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungsschaltanlage bekannt, die ebenfalls eine Einrichtung aufweist, mittels derer eine Ausgangsspannungsregelung durchgefühlt werden kann.

Schließlich ist aus der AT PS 337 831 (N. V. Nederlandse Gasunie) der technische Einsatz der Vorgänge "Gleichrichtung", "Hochfrequenzumwandlung", "Übertragung" und "neuerliche Gleichrichtung" bekannt Diese bekannte Einrichtung beruht ebenso wie die zuerst genannte auf der Verwendung zumindest eines Transformators.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein getaktetes Netzgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise eine praktisch erdentkoppelte Übertragung elektrischer Leistung von dem Eingang des Netzgerätes zu dessen Gleichspannungausgang ohne Verwendung eines induktiv arbeitenden Übertragers gestattet, wobei die genannten Nachteile beim Stand der Technik vermieden werden sollen.

Erfindungsgemäß soll der derzeit erreichte bzw. in realistischer Abschätzung zu erwartende technologische Fortschritt in der Leistungselektronik auf den Gebieten der Halbleiterschaltelemente und der impulsbelastbaren Kondensatoren genutzt werden, um bekannte Lösungen getakteter Netzgeräte mit induktiver Leistungsübertragung durch Netzgeräte mit kapazitiver Leistungsübertragung zu ersetzen. Sie sollen leichter, einfacher fertigbar und kostengünstiger als bisher bekannte Netzgeräte sein.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangsfilter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter, wobei den Eingangsklemmen des Gleichrichters eine gefilterte und geglättete Einregeleinrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß an die Ausgangsklemmen des dem an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Eingangsfilter und der Entstörungsdrossel nachgeordneten Gleichrichters ein schaltbarer Hochfrequenz-Wechselrichter angeschlossen ist, der fallweise über einen Regeleingang ein- oder auszuschalten ist, daß dem Hochfrequenz-Wechselrichter eine Entkopplungsstufe nachgeordnet ist, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangsklemmen des Hochfrequenz-Wechselrichters angeschlossen ist und hochfrequenten Srom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem Hochfrequenz-Gleichrichter über Eingangsklemmen des letzteren zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe und die betreffende der Eingangsklemmen des Hochffeqenz-Gleichrichters ein Störspannungsunterdrückungsglied mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schulzleiter des Wechselstromnetzes, gelegt ist und daß an die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgleichrichters eine Überwachungs- und Regelstufe angeschlossen ist, die an Ausgangsklemmen die geregelte Gleichspannung legt und einen Regelausgang aufweist, der über eine Regelleitung mit dem Regeleingang des Hochfrequenz-Wechselrichters verbunden ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen getakteten Netzgerätes besteht darin, daß es mit geringem Gewicht, mit kleinen Abmessungen und im Vergleich zu herkömmlichen Netzgeräten dieser Art besonders kostengünstig herstellbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Regelausgang der Überwachungs- und Regelstufe vom Regeleingang des Hochfrequenz-Wechselrichters mittels eines Optokopplers elektrisch entkoppelt ist

Die genannte Weiterbildung bietet den Vorteil, daß durch die optische Entkopplung eine schädliche Beeinflussung des Regeleingangs durch elektromagnetisch wirkende Störsignale aus der Umgebung des Netzgerätes vollständig ausgeschlossen werden kann. -2-

Nr. 391 572

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfiequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe 50 MHz beträgt

Die Wahl der Arbeitsfrequenz gestattet eine vorteilhafte, an den Verwendungszwek angepaßte Dimensionierung der Übertragungskapazität bei Verwendung eines betreffenden Kondensators, an dessen Impuls- und 5 Spannungsfestigkeit keine extrem hohen Anforderungen zu stellen sind.

Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe 1 GHz beträgt

Die Wahl dieser Arbeitsfrequenz gestattet vorteilhafiterweise die Verwendung eines räumlich sehr kleinen Übertragungskondensators, der kleine Abmessungen des Netzgerätes ermöglicht jedoch eine hohe Impuls- und 10 Spannungsfestigkeit aufweisen muß.

Schließlich kann die Erfindung vorteilhafterweise dadurch weitergebildet sein, daß der Hochfrequenz-Wechselrichter mittels eines Multivibrators über ein UND-Gatter getaktet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung beeinflußbar ist.

Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, daß der Multivibrator ständig während des Betriebes des Netzgerätes 15 leistungssparend arbeiten kann und damit bei bedarfsweiser Zuschaltung aufgrund eines Regelsignals stets im eingeschwungenen Zustand läuft.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Erfindung betreffenden Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Gemäß der Zeichnung ist an die Ausgangsklemmen eines einem an ein Wechselstromnetz (Ph, N) 20 angeschlossenen Eingangsfilter (1) und einer Entstörungsdrossel (2) nachgeordneten Gleichrichters (3) ein schaltbarer Hochfrequenz-Wechselrichter (4) angeschlossen, der fallweise über einen Regeleingang (Rge) ein-oder auszuschalten ist. Dem Hochfrequenz-Wechselrichter (4) ist eine Entkopplungsstufe (5) nachgeordnet, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangsklemmen des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) angeschlossen ist und hochfrequenten Strom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem 25 Hochfrequenz-Gleichrichter (6) zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe (5) und die betreffende der Eingangsklemmen des Hochfrequenz-Gleichrichters (6) ein Störspannungsunterdrückungsglied (8) mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schutzleiter (E) des Wechselstromnetzes (Ph, N), gelegt ist. An die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgleichrichters (6) ist eine Überwachungs- und Regelstufe (7) angeschlossen, die an 30 Ausgangsklemmen (+, -) die geregelte Gleichspannung (Ua) legt und einen entsprechenden Gleichstrom (Ia) ausgibt sowie einen Regelausgang (Rga) aufweist, der über eine Regelleitung (Rgl) mit dem Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) verbunden ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß der Regelausgang (Rga) der Überwachungs- und Regelstufe (7) vom Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) mittels 35 eines Optokopplers elektrisch entkoppelt ist.

Die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe (5) beträgt vorteilhafterweise 50 MHz. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe (5) 1 GHz beträgt. 40 Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß der Hochfrequenz-Wechselrichter (4) mittels eines Multivibrators über ein UND-Gatter getaktet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung (Rgl) beeinflußbar ist.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Netzgerätes ist wie folgt:

Zunächst wird die Netzspannung im Eingangsfilter (1) von Netzstöranteilen befreit. Geräteintem erzeugte 45 hochfrequente Einspeisungen in das Nezt werden ebenfalls durch das Eingangsfilter (1) und die Entstörungsdrossel (2) verhindert. Die Netzspannung wird mittels des Gleichrichters (3) in eine Gleichspannung überführt Diese wird durch den Hochfrequenz-Wechselrichter (4) in hochfrequente Impulse umgesetzt Diese Impulse werden mittels der Entkopplungsstufe (5) durch Verwendung der darin enthaltenen Kondensatoren "quasi-erdfrei" gekoppelt an den Hochfrequenz-Gleichrichter (6) übergeben und durch diesen in die geforderte 50 Ausgangsgleichspannung umgesetzt In der Überwachungs- und Regelstufe (7) wird die Ausgangsspannung überwacht und durch Rückkopplung zu dem Hochfrequenzwechselrichter (4) nahezu verlustfrei ausgeregelt. Mit dem Störspannungsunterdrückungsglied (8) werden Netzbrummanteile im Sekundäranteil unterdrückt Hiezu werden die Eingangs- und Ausgangsgruppen mit Hilfe der Entstörungsdrossel (2) "weich" gekoppelt Diese Funktion der Entstörungsdrossel (2) kann zweckmäßigerweise auch im Eingangsfilter (1) enthalten sein. 55 -3- 60

Claims

Nr. 391 572 PATENTANSPRÜCHE 1. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung, mit einem Eingangsfilter, einer Entstörungsdrossel, einem Gleichrichter, wobei den Eingangsklemmen des Gleichrichters eine gefilterte und geglättete Eingangsspannung zugeführt wird, und einer Ausgangsspannungsregeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, - daß an die Ausgangsklemmen des dem an ein Wechselstromnetz (Ph, N) angeschlossenen Eingangsfilter (1) und der Entstörungsdrossel (2) nachgeordneten Gleichrichters (3) ein schaltbarer Hochfreqeunz-Wechselrichter (4) angeschlossen ist, der fallweise über einen Regeleingang (Rge) ein- oder auszuschalten ist, - daß dem Hochfrequenz-Wechselrichter (4) eine Entkopplungsstufe (5) nachgeordnet ist, die jeweils mit einer Längskapazität an eine von zwei Ausgangsklemmen des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) angeschlosssen ist und hochfrequenten Strom praktisch erdentkoppelt über deren Ausgangsklemmen einem Hochfrequenz-Gleichrichter (6) über Eingangsklemmen des letzteren zuführt, wobei an eine der Ausgangsklemmen der Entkopplungsstufe (5) und die betreffende der Eingangsklemmen des Hochfrequenz-Gleichrichters (6) ein Störspannungsunterdrückungsglied (8) mit seinem Eingang angeschlossen ist, das mit seinem Ausgang auf Erdpotential, vorzugsweise über einen Schutzleiter (E) des Wechselstromnetzes (Ph, N) gelegt ist, und - daß an die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzgleichrichters (6) eine Überwachungs- und Regelstufe (7) angeschlossen ist, die an Ausgangsklemmen (+, -) die geregelte Gleichspannung (Ua) legt und einen entsprechenden Gleichstrom (la) ausgibt sowie einen Regelausgang (Rga) aufweist, der über eine Regelleitnng (Rgl) mit dem Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) verbunden ist
2. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelausgang (Rga) der Überwachungs- und Regelstufe (7) vom Regeleingang (Rge) des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) mittels eines Optokopplers elektrisch entkoppelt ist.
3. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe (5) 50 MHz beträgt.
4. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Wechselrichters (4) und damit die Übertragungsfrequenz der Entkopplungsstufe (5) 1 GHz beträgt
5. Übertragerloses, getaktetes Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Wechselrichter (4) mittels eines Multivibrators über ein UND-Gatter getaktet wird, dessen Gatterfunktion über die Regelleitung (Rgl) beeinflußbar ist Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-