DE2333583A1 - Statische vorrichtung fuer die kontinuierliche stabilisierte niederspannungsversorgung eines beliebigen verbraucherschaltkreises aus einer serienschaltung an einem wechselstromnetz - Google Patents

Statische vorrichtung fuer die kontinuierliche stabilisierte niederspannungsversorgung eines beliebigen verbraucherschaltkreises aus einer serienschaltung an einem wechselstromnetz

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DE2333583A1 DE19732333583 DE2333583A DE2333583A1 DE 2333583 A1 DE2333583 A1 DE 2333583A1 DE 19732333583 DE19732333583 DE 19732333583 DE 2333583 A DE2333583 A DE 2333583A DE 2333583 A1 DE2333583 A1 DE 2333583A1
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Description

21.245
LEGEAND Societe Anonyme, LIMOGES (Haute-Vienne) 128 Av. du Marechal de Lattre de Tassigny
"Statische Vorrichtung für die kontinuierliche stabilisierte Niederspannungsversorgung eines beliebigen Verbraucherschaltkreises aus einer Serienschaltung an einem Wechsel- [ stromnetz" ί
Die Erfindung befasst sich im allgemeinen mit der stabilisierten, kontinuier-j liehen Niederspannungsversorgung eines beliebigen Verbraucherschaltkreises, beispielsweise eines elektronischen Schaltkreises.
Es ist bekannt, dass zahlreiche elektronische Schaltkreise für ihre Versorgung und insbesondere für die geoignetu Polarisiening gewisser Komponenten eine kontinuierliche Gleichspannung, beispielsweise in der Grössenordnung von ungefähr einem Dutzend Volt benötigen.
Derzeit erfolgt diese Versorgung entweder mittels einer autonomen Gleichspannungsquelle, beispielsweise Akkumulatorenbatterien oder Trockenbatterien oder aber aus einem Wechselstromnetz über eine Verarbeitungseinheit mit einem Spannungssenkungstransformator, einem Gleichrichter und einem Kondensator.
In den meisten Fällen sind solche Einheiten vorzüglich geeignet, da ihre
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Leistungen in Abhängigkeit von den Erfordernissen des zu speisenden elektronischen Schaltkreises gewählt werden können.
Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass mindestens zwei Leiter aus einem Wechselstromnetz herausführen müssen.
Daraus ergibt sich eine Vierpoligkeit des elektronischen Schaltkreises, der zwei Eingangskontakte für seine Versorgung aus dem Wechselstromnetz und zwei Ausgangskontakte für seine Verbraucherausgangsseite benötigt.
In gewissen Fällen stellte sich als möglich heraus, einen gemeinsamen Punkt zwischen einem solchen Eingang und einem solchen Ausgang mittels einer besonderen Schaltung zu finden, es ist jedoch niemals möglich, einen zweipoligen Bauteil zu erhalten, was dementsprechend eine Serienschaltung einer solchen Vorrichtung, beispielsweise in Form eines me chanisch en Schalters, unmöglich macht.
Der Erfindung liegt im allgemeinen die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen.
Präziser liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine statische Vorrichtung zu schaffen,, die die Versorgung mit stabilisierter, kontinuierlicher Niederspannung eines beliebigen Verbraueherschaltkruises aus einem Wechselstromnetz ermöglicht und vorteilhafterweise einen Dipol bildet, der geeignet ist, in Serie auf einen beliebigen Phasen» oder Null-Leiter des genannten Netzes aufgeschaltet zu werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie in Serie einerseits eine Schalteinrichtung aufweist, die gesteuert und in der Lage ist, als bistabiler Verstärker alles oder nichts zu funktionieren,, dar von einem ersten Spannungsleser kurz geschlossen wird und andererseits '
-3-
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einen Spannungsgenerator, der geeignet ist, eine im wesentlichen konstante Spannung abzuliefern, wenn er von einem Strom durchflössen wird, und der durch einen zweiten Spannungsleser kurzgeschlossen wird, wobei der Ausgang mit den genannten Spannungslesern über eine V erbin dungs einheit verbunden ist, die den beiden Spannungslesern gemeinsam ist.
Der gesteuerte Schalter besteht beispielsweise aus einem elektromagnetischen Relais, einem Thyristor, einem Triac oder analogem, wobei der Spannungsgenerator vorzugsweise ein Halbleiterelement ist, das eine Abfallspannung aufweist, die beispielsweise aus zwei Organen kommt, wie z. B. gegeneinander montierten Dioden, wobei die gemeinsamen Verbindungselemente der beiden Spannungsleser an den Kontakten des Schalters hergestellt werden und wobei der genannte Spannungsgenerator vorzugsweise ein Gleichrichterorgan, ein Filtrierorgan und ein Regulationsorgan aufweist.
Der gesteuerte Schalter kann beispielsweise durch die Betätigung irgend einer Belastung ausgelöst werden, wie z. B. eines Beleuchtungs- oder sonsti-i gen Netzes.
Wenn jedenfalls der Schalter offen ist, fühlt der an seinen Kontakten erstellte: Spannungsableser die Netzspannung ab und nach Bearbeitung liefert diese die gesuchte, stabilisierte, kontinuierliche Niederspannung. Im Zusammenhang damit ist der mit dem Schalter in Serie verbundene Spannungsgenerator in diesem Fall überhaupt nicht unter Strom und der Spannungsleser an
seinen Kontakten fühlt keinerlei Spannung ab.
Wenn dagegen der Schalter geschlossen ist, fühlt der damit verbundene |
1 Spannungsleser keinerlei Spannung ab, aber der Spannungsgenerator in Serie mit dem Schalter wird von einem Strom durchflossen und der an seinen Kontakten vorhandene Spannungsleser fühlt seinerseits eine Spannung j ab, die nach Behandlung die gesuchte, stabilisierte, kontinuierliche Nieder- j
spannung liefert. j
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So liefert die erfindungsgemässe Vorrichtung in allen Fällen die gesuchte, kontinuierliche Niederspannung, welche für die Versorgung irgend eines Verbraucherschaltkreises notwendig ist, und insbesondere irgend eines elektronischen Verbraucherschaltkreises, wie z.B. das Schaltelement, unabhängig davon, ob der Schalter geschlossen-oder offen ist, d.h. ob die von diesem Schalter gesteuerte Verbraucherlast versorgt wird oder nicht.
Der genannte gesteuerte Schalter ist mit einem Spannungsgenerator in Serie und dementsprechend bildet die erfindungsgemässe Vorrichtung einen Dipol, der geeignet ist, an einen beliebigen Leiter eines Wechselstromnetzes in der Weise eines mechanischen Schalters angeschlossen zu werden, ob es sich nun um ein Einphasen- oder Mehrphasennetz handelt.
Im übrigen bleibt der Betrieb vorteilhaft erweise unabhängig von der Netzfrequenz, von der Amplitude und vom Leistungsfaktor der von diesem Netz versorgten Verbraucherlast.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die beigefügten schematischen· Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein allgemeines Blockdiagramm der erfindungsgemäesen Vorrichtung
Fig. 2 ein Schema einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 ein zu Fig. 2 analoges Schema einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 ein Diagramm mit Darstellung der Funktion einer der Komponenten der Vorrichtung, und
Fig. 5 ein zu Fig. 2 analoges Schema bezüglich einer dritten Ausführungs- ;
form, j
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j Nach Fig. 1 bildet die erfindungsgemässe Vorrichtung insgesamt einen Dipol ί 10, der in Serie auf einen beliebigen der Leiter 11 aufgeschaltet werden
ι kann, ob es sich um die Phase oder um den Null-Leiter handelt, die zu einer t Wechselstromquelle 12 gehören, die Netzspannung beispielsweise, die im übrigen die Versorgung eines beliebigen Verbrauchers 14, beispielsweise eine Beleuchtung, sicherstellt.
Im allgemeinen ist die erfindungsgemässe Vorrichtung 10 dazu bestimmt,
mit ihrem Ausgang 15 die Versorgung mit stabilisierter, kontinuierlicher ί
, Niederspannung eines beliebigen Verbraucherschaltkreises 16, beispiels-
! weise eines elektronischen Schaltkreises, sicherzustellen.
Es versteht sich von selbst, dass der genannte Verbraucherschaltkreis 16 mindestens einige Komponenten der erfindungsgemässen Vorrichtung aufweisen kann, wie sich im folgenden ergibt.
Im allgemeinen weist die erfindungsgemässe Vorrichtung in Serie an einem der Leiter 11 der Quelle 12 e?'nen gesteuerten Schalter 17 und einen Spannungsgenerator 18 auf.
Der gesteuerte Schalter 17 kann beispiele r iae dia Steuerung der Verbraucherlast 14 steuern und es wird im folgenden von dieser Situation ausge- j ! gangen.
Der genannte gesteuerte Schalter 17 spfelt in der Tat die Rolle eines Leistungsverstärkers alles oder nichts und kann beispielsweise aus einem elektromagnetischen Relais oder einem bistabilen Leiter, wie z. B. Thyristor, Triak oder analogem bestehen.
Der Spannungsgenerator 18 wird gewählt, um eine im wesentlichen konstante Spannung zu liefern, wenn eine Stärke ungleich null ihn durchquert.
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ι Es kann sich beispielsweise um einen Halbleiter mit einer Abfallspannung : handeln; im Diagramm der Fig. 4 befinden sich auf den Abszissen die Stärke I, die ein solches Element durchqueren kann und auf den Ordinaten die Abfallspannung V, die diesem Wert entspricht.
Es ist bekannt, dass eine solche Abfallspannung die Spannung ist, die an den Kontakten eines Halbleiterelements abgegriffen wird, wenn dieses leitend ist.
Ein erster Spannungsleser 19 ist an den Kontakten des gesteuerten Schalters j 17 vorhanden und ein zweiter Spannungsleser 20 ist an den Kontakten des * Spannungsgenerators 18 geschaffen worden.
Die genannten Spannungsleser 19 und 20 sind beide mit dem Ausgang 15 der Vorrichtung über ein gemeinsames Verbindungselement 21 verbunden.
Nach dem Ausführungsbeispiel It. Fig. 2 besteht der gesteuerte Schalter 17 aus einem Triac und der Spannungsleser 19, der dazu gehört, besteht aus
einer Kapazitanz 22, einem Widerstand 23 und einer Orientierungsdiode 24, die sukzessive in Serie an den Kontakten des genannten Triac angeschaltet sind.
Die Steuerelektrode 25 des Triac 17 oder Auslösers besteht beispielsweise aus einem Hilfskreis, der nicht Teil der Erfindung ist. Der genannte Hilfskreis kann beispielsweise aus einem lichtleiten den Element oder aus einem ! Relais bestehen, das den Auslöser 25 des Triac 17 mit seiner Anode vexbindet und geeignet ist, das Einspritzen in den Auslöser 25 eines ausreichenden Stromes sicherzustellen, um die Leitung dos Triac 17 au^?.ulösen, - em? die Verbraucherlast 14 in Betrieb genommen weruen rarst;, Wem es 3-i.ch beispieleweise um ein phctoleitendeü Element hand?.it, wird eine arsrb : de Änderung der Beleuchtung im Bereich dieses phut ei er -.iidsr· 511 em das Einschalten der Beleuchtung 14 be
Wenn immer das nötig ist, wird der Höchstkreis, der den Auslöser 25 des Triac 17 steuert, mit stabilisierter Gleichspannung über die erfindungsgemässe Vorrichtung 10 ebenso versorgt, wie der Schaltkreis 16, und zwar wie im folgenden beschrieben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht der Spannungsgenerator 18 aus ! einem Siliziumdiodenpaar 26, die gegeneinander montiert sind. Solche Dioden weisen bekanntlich eine im wesentlichen von dem sie durch flies senden Strom unabhängige Abfallspannung auf, die also dem Diagramm der Fig. 4 entspricht.
Gleichzeitig besteht der mit dem Generator 18 verbundene Spannungsleser 20 aus einem Spannungs-anhebenden Transformator, wobei die Dioden 26 zwischen einem Punkt B dieses Transformators und einem der Endpunkte D oder Fuss desselben hergestellt sind.
Das gemeinsame Verbindungselement 21 der Spannungsleser 19 und 20 weist ! beim dargestellten Beispiel zwei parallele Dioden 27, 28 auf, von denen die j erste zwischen dem mittleren Punkt M zwischen dem Widerstand 23 und der : Diode 24 des Spannungslesers 19 und einem gemeinsamen Srmmisrungspunkt S hergestellt wird, und die zweite zwischen den beiden Extrempunkten A bzw.j dem Kopf des Transformators 20 undd*m genannten gemeinsamen Summierungspunkt S.
Das Verbindungselement 21 weist schliesslich eine Kapazitanz 29 auf, die j zwischen dem Summierungspunkt S und einem beliebigen Punkt des Trans- j formators 20 hergestellt wird, beispielsweise seinem Extrempunkt D, wobei j die genannte Kapazitanz 29 durch eine Zenerdiode 30 ergänzt wird.
Zunächst wird davon ausgegangen, dass der Triac 17 nicht leitend ist.
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Obwohl der Verbraucher 14 nicht versorgt wird, ist die gesamte Spannung der Quelle 12 an den Kontakten des Triacs 17 und dementsprechend an dem ihn kurzschliessenden Spannungsleser 19 vorhanden.
Darauf hat der Punkt M des genannten Spannungslesers ein mittleres Spannungsniveau, das entsprechend gewählt wird und nach Gleichrichtung durch die Diode 27 wird die entsprechende Spannung durch die Kapazitanz 29 filtriert und durch die Zenerdiode 30 reguliert, bevor sie bis zu den Ausgangskontakten 15 der Vorrichtung gelangt.
Gleichzeitig ist die Spannung an den Kontakten der entgegengesetzten Dioden 26 in diesem Fall null, da kein Strom sie durchquert, nachdem die Belastung 14 nicht versorgt wird.
Wenn jedoch die Belastung versorgt wird und die Leitung des Triacs 17 ausgelöst wird, durchquert ein Strom die Dioden 26, die den Spannungsgenerator 18 bilden. Demnach wird die Abfallspannung an den Kontakten dieser Dioden an den Transformator 20 angeschlossen und es ergibt sich daraus das Erscheinen am Extrempunkt A des vorgenannten eines Spannungsniveaus, das vorzugsweise so gewählt wird, dass es im wesentlichen dem Niveau entspricht, das in der vorangegangenen Phase am Zwischenpunkt M des Spannungslesers 19 erschien.
Wie vorher, wird die Kopfspannung am Transformator 20 durch die Diode 28 gleichgerichtet, durch die Kapazitanz 29 filtriert und die Zenerdiode 30 reguliert, bevor sie zu den Ausgangskontakten 15 der Vorrichtung gelangt. :
Während dieser Phase ist die Spannung an den Kontakten des Triacs 17 praktisch gleich null, da dieser Triac leitend ist und im folgenden hat der mittlere Punkt M des Spannungslesers 19 ein Spannungsniveau gleich null. ;
ι Der Widerstand 23 ist nicht unerlässlich; er schützt die stromab liegenden
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Dioden gegen Spitzenströme, welche von der Kapazitanz 22 übertragen werden, wenn diese entladen wird. Die Funktion bliebe die gleiche ohne den Widerstand 23, wenn die stromab liegenden Dioden ausreichend dimensioniert sind, oder wenn ihre Lebensdauer unwesentlich ist.
Nach der Ausführungsvariante nach Fig. 3 sind die Kapazitanz 22 und der Widerstand 23 des Spannungslesers 19 in Verbindung mit dem Triac 17 in Serie mit dem Transformator 20, welcher den Spannungsleser bildet, der mit den Dioden 26 verbunden ist.
Anders gesagt fällt der Extrempunkt A des genannten Transformators mit dem vorher für den Spannungsleser 19 erwähnten Zwischenpunkt M zusammen
Daraus ergibt sich vorteilhafterweise, dass das Verbindungselement 21 nur eine Gleichrichterdiode 27, 28 für die beiden Spannungsleser 19 und 20 auf weist.
Die Hochtransformierungswicklung des Transformators spielt in diesem Fall die Rolle einer Impedanz in Serie mit der Kapazitanz 22 und dem Widerstand 23.
Die Funktion dieser Variante ist im übrigen zu dem vorbeschriebenen völlig analog.
Nach der Ausführungsvariante It. Fig. 5 befindet sich der gesteuerte Schalter 17 stromab vom Spannungsgenerator 18 bezogen auf die Stromquelle 12 und die diesen Spannungsgenerator 18 bildenden Dioden 26 sind an den Kontakten der Primärwicklung 35 eines Transformators 36 gebildet, dessen Sekundärwicklungsausgänge mit einem mittleren Punkt versehen sind und mit der Verbindungseinheit 21 durch zwei parallel geschaltete Dioden 28 verbunden ist, was ein bialternierendes Gleichrichten der Spannung ermöglicht.
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Der Transformator 36 bildet in diesem Fall: einen Spannungsleser und Multiplikator.
Ebenso wie bei der unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Variante weist der Spannungsleser 19 eine Kapazitanz 22, einen Widerstand 23 und zwei Gleichrichterdioden 24, 27 auf und das dazugehörige Verbindungselement 21 weist eine Kapazitanz 29 auf, die durch eine Zenerdiode 30 und einen Widerstand 31 ergänzt wird.
j Diese Variante funktioniert wie die vorbeschriebenen.
Ih allen Fällen wird die Senkung der Netzspannung durch einen Widerstand-Kapazitanzkreis hergestellt, der keinerlei Wärmeerzeugung bedingt, da der bistabile Verstärker, der den Schalter 17 bildet, offen ist.
Weiterhin ist in allen Fällen die verfügbare Spannung vom im Hauptleiter gegebenen Strom abhängig und kann für die Versorgung jedes beliebigen Schaltkreises verwendet werden, der eine Gleichspannung benötigt.
Natürlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern sie umfasst vielmehr alle Aus- führungs- und/oder Kombinationsvaranten ihrer verschiedenen Elemente.
Insbesondere könnte· der Transformator 20 durch einen beliebigen elektronischen Multiplikator ersetzt werden, beispielsweise durch einen elektronischen Multiplikator vom Typ Latour oder Greinacher oder einem sonstigen; und/oder die Dioden 26 könnten durch Thyristoren, einen Triac oder sonstige ähnliche Organe ersetzt werden; und/oder die Gleichrichtung der Spannung am Ausgang der Vorrichtung kann vom mono-alternierenden Typ sein, oder eine Brücken-förmige, doppelte Alternierung oder beispielsweise eine doppelte, hin- und hergehende Alternierung.
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Schliesslich könnte durch eine entsprechende Schaltung der Elemente 28, 24, 29 und 30 möglicherweise in der einen oder anderen Richtung die Polarität an den Ausgangskontakten 15 hergestellt werden, d.h. die Polarität der an den Kontakten der Zenerdiode 30 erhaltenen stabilisierten Gleichspannung könnte nach der Art des Verbrauchers 16 gewählt werden.
Patentansprüche/;
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Claims (13)

  1. I 7 233358T
    η*
    Patentansprüche:
    / 1. J Statische Vorrichtung für die stabilisierte Gleichspannungsversor- \
    gung eines beliebigen Verbraucherschaltkreises, ausgehend von einem
    Wechselstromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass sie in j
    Serie aufweist einerseits ein gesteuertes Schalterelement, das geeignet ist,
    als bistabiler alles-οder-nichts-Verstärker zu funktionieren, welcher durch ; einen ersten Spannungsleser kurz geschlossen wird und andererseits durch |
    ; ι
    : einen Spannungsgenerator, der geeignet ist, eine im wesentlichen konstante Spannung abzugeben, wenn er von einem Strom durchflossen wird, der durch i einen zweiten Spannungsleser kurzgeschlossen wird, wobei sein Ausgang mit \
    den genannten Spannungslesern über eine für beide Spannungsleser gemein- !
    j same Verbindungseinheit verbunden ist. j
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
    gesteuerte Schalterelement aus einem beliebigen der folgenden Organe besteht: elektromagnetisches Relais, bistabiler Halbleiter, wie z.B. Thyristor, Triac oder analoges.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
    Spannungsgenerator ein Halbleiterelement ist, das eine vom Strom unabhängige Abfallspannung aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
    '■ genannte Halbleiter!, em ent mit Abfallspannung durch Organe wie z.B. Dioden, Thyristoren, Triacs oder Analoge gebildet wird,
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das j ' Halbleiterelement mit Abfallspannung aus zwei in entgegengesetzter Richtung
    montierten Dioden besteht.
    309884/1098
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Spannungsleser eine Kapazitanz aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit
    der Kapazitanz ein Widerstand in Serie geschaltet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Spannungsleser einen Multiplikator aufweist, wie z. B. Transformator, spannung«erhöhender Transformator oder anderes.
    j
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
    Multiplikator ein Transformator mit Ausgängen mit mittlerem Punkt für j
    bialternierendea Gleichrichten ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer
    der Spannungsleser, der eine Kapazitanz aufweist, mit dem anderen Span-
    ■ nungsleser in Serie' ist, der einen Spannungs-erhöhenden Transformator aufweist.
    •
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
    j Verbindungselement mindestens eines der folgenden Organe aufv» ist: Gleichrichtungsorgan; Filtrierorgan, Regulierorgan.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Schalter eiern ent bezüglich des Wechselstromnetzes stromaufwärts vom Spannungsgenerator liegt.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Schaltelement bezüglich des Wechselstromnetzes stromabwärts vom Spannungsgenerator liegt.
    - 3 -309884/1098
    1.4. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das
    Verbindungselement ein Gleichrichterorgan aufweist, wobei das genannte Gleichrichterorgan von einem beliebigen der folgenden Typen ist: monoalternierend, doppelt alternierend inBrückenform, doppelt alternierend, hin- und hergehend.
    309884/1098
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