DE2702084C2 - - Google Patents
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- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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Description
Die Erfindung betrifft ein Netzgerät entsprechend
dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Durch die DE-OS 23 64 588 ist bereits ein Strom
richter bekannt, enthaltend einen Transformator
mit einer mit einer Gleichspannungsquelle verbun
denen Primärwicklung und einer Sekundärwicklung,
einen Gleichrichter, der mit der Sekundärwicklung
verbunden ist und eine Ausgangsgleichspannung er
zeugt, einen Detektorkreis zur Ermittlung der Aus
gangsgleichspannung, einen Modulator zur Erzeugung
eines modulierten Signals in Abhängigkeit vom Aus
gangssignal des Detektorkreises, und ein Schalt
element, das mit dem Transformator verbunden ist
und von dem modulierten Signal gesteuert wird,
um die dem Transformator zugeführte Gleichspan
nung zu zerhacken. Dieser Stromrichter enthält
weiterhin einen Oszillator, der mit dem Trans
formator zur Erzeugung eines Schwingungssignals
verbunden ist, sowie einen weiteren Gleichrich
ter, der das Schwingungssignal empfängt und es
in eine Gleichspannung umwandelt, die dem Modu
lator als Betriebsspannung zugeführt wird.
Zur Lösung des Problems des Überganges von der
Einschaltphase zum eingeschwungenen Zustand ist
bei dem bekannten Stromrichter vorgesehen, einen
in einer Hilfswicklung durch die Anfangs-Sperr
schwingung erzeugten Impuls als Trigger-Impuls
für den Detektor und den Treiber-Impulsgenerator
zu verwenden und so das Gerät zum Anlaufen zu
bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Netzgerät entsprechend dem Oberbegriff des Pa
tentanspruches so auszubilden, daß mittels
einer einfachen Schaltung ein hoher Wirkungs
grad gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches ge
löst.
Wie anhand der Beschreibung noch im einzelnen
erläutert wird, ist im stabilisierten Normalbe
trieb des Netzgerätes die nur für den Einschalt
vorgang wirksame Betriebsspannungsquelle ausge
schaltet, was eine wesentliche Stromersparnis
und damit eine deutliche Verbesserung des Wir
kungsgrades ergibt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1
bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform
eines Netzgerätes gemäß der Erfindung,
und
Fig. 2 bis 4 Schaltbilder weiterer Ausführungs
formen der Erfindung.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Netzgerät wird eine
handelsübliche Wechselspannung über einen Netz
stecker 1, Netzschalter 2 und ein Filter 3 einem
Gleichrichter 4 zugeführt, der dann die Wechsel
spannung gleichrichtet und glättet und eine
Gleichspannung erzeugt. Diese Gleichspannung
wird einer Serienschaltung der Primärwicklung
L 1 eines Transformators 5 und der Kollektor-
Emitter-Strecke eines Schalt-
bzw. Zerhackertransistors 6 zugeführt. Die Basis des Zer
hackertransistors 6 wird mit einem impulsbreitenmodulier
ten Impuls z. B. eines Impulsbreitenmodulators 16 versorgt
und wird somit ein- und ausgeschaltet. Es wird somit eine
Wechselspannung über der Sekundärwicklung L 2 des Trans
formators 5 induziert, die einem Gleichrichter 7 zur
Gleichrichtung und Glättung zugeführt wird, um die ge
wünschte Ausgangsgleichspannung an einem Ausgangsanschluß 8
zu erzeugen.
Um die Ausgangsgleichspannung an dem Anschluß 8 zu stabili
sieren, wird die Gleichspannung an dem Anschluß 8 über
einen Einstellwiderstand 11 einem Transistor 12 zugeführt,
der die Gleichspannung mit einer Bezugsspannung einer
Konstantspannungsdiode 13 vergleicht. Das verglichene
Ausgangssignal des Transistors 12 wird z. B. über einen
Fotokoppler 14 und einen Verstärker 15 dem Modulator 16
als Modulationseingangssignal zugeführt. Der Modulator
16 erhält auch ein Trägersignal von einem Oszillator 17,
dessen Impulsbreite von dem zuvor erwähnten Modulations
eingangssignal moduliert wird. Somit wird die Impulsbreite
des Impulses des Modulators 16 in Abhängigkeit von der
Ausgangsgleichspannung am Anschluß 8 moduliert, und damit
wird die Gleichspannung am Anschluß 8 auf einen konstanten
Wert stabilisiert.
Der Transformator 5 ist mit einer Tertiärwicklung L 3
versehen und eine darin induzierte Wechselspannung wird
einem Gleichrichter 24 zugeführt, der dann eine Gleich
spannung erzeugt. Diese Gleichspannung wird dem Ver
stärker 15, dem Modulator 16 und dem Oszillator 17 als
Betriebsspannung zugeführt.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist,
wenn die Netzschalter 2 am Anfang geschlossen bzw. ein
geschaltet werden, der Zerhackertransistor 6 gesperrt,
und daher erzeugt der Gleichrichter 24, der mit der Ter
tiärwicklung L 3 verbunden ist, nicht die notwendige Be
triebsgleichspannung für den Modulator 16 und den zuge
hörigen Verstärker 15 und Oszillator 17. Daher wird kein
impulsbreitenmodulierter Impuls auf den Transistor 6 ge
geben, der daher gesperrt bleibt.
Bei der Ausführungsform der Erfindung in Fig. 1 kann das
vorherige Problem allgemein dadurch vermieden werden, daß
eine Eigenschwingung durch den Transistor 6 für eine be
stimmte Periode nach Schließen der Netzschalter 2 hervor
gerufen wird, so daß der Gleichrichter 24 die notwendige
Betriebsspannung für den Verstärker 15, den Modulator 16
und dem Oszillator 17 liefern kann, wobei der Transistor
6 am Ende dieser Zeitperiode in keine normale Zerhacker
funktion zurückkehrt, um die Ausgangsgleichspannung am
Anschluß 8 zu stabilisieren. Bei der Ausführungsform der
Fig. 1 hat der Transformator 5 eine zusätzliche Oszillator
wicklung L 4, die parallel zu einem Kondensator 31 geschal
tet ist, um einen Resonanzkreis zu schaffen. Ein Ende
dieses Parallelresonanzkreises ist mit dem Ausgang des
Verstärkers 4 verbunden. Die Oszilltorwicklung L 4 hat
einen Abgriff, der mit der Basis des Transistors 6 über
eine Parallelschaltung eines Kondensators 30 und eines
Widerstandes 32, der zu einem Widerstand 33 in Reihe ge
schaltet ist, verbunden ist.
Eine Reihenschaltung eines Widerstandes 35 und eines Kon
densators 36 ist mit der Ausgangsseite des Gleichrichters
24 als Zeitkonstantenkreis verbunden. Der Verbindungspunkt
zwischen dem Widerstand 35 und dem Kondensator 36 ist
mit der Basis eines Transistors 41 verbunden, der zusam
men mit einem Transistor 42 einen Schmitt-Trigger 43 zur
Ermittlung bzw. Unterscheidung des Spannungspegels bil
det. Der Kollektor des Transistors 42 ist über einen
Widerstand 45 mit der Basis eines Transistors 46 verbunden,
dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt zwischen den
Widerständen 32 und 33 verbunden ist.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Netzgerät erzeugt zum Einschalt
zeitpunkt der Netzschalter 2 der Gleichrichter 24 keine
Ausgangsspannung, so daß die Transistoren 45 und 46 ge
sperrt sind. Wenn daher die Netzschalter 2 eingeschaltet
werden, wird die Gleichspannung des Gleichrichters 4 über
die Wicklung L 4 und die Widerstände 32 und 33 auf die
Basis des Transistors 6 gegeben, um diesen in den A-Betrieb
vorzuspannen. Der Kondensator 30 und der Widerstand 33
wirken dabei als positive Rückkopplung von der Wicklung
L 4 auf die Basis des Transistors 6. Somit wird von dem
Transistor 6 und den Wicklungen L 1 und L 4 ein Oszillator
gebildet und es wird eine Schwingung erzeugt. Die Frequenz
dieser Schwingung liegt nahe der Zerhackerfrequenz des
Transistors 6 und beträgt z. B. mehr als 20 kHz.
In Abhängigkeit von der zuvor beschriebenen Schwingung
erzeugt der Gleichrichter 24 eine Ausgangsspannung, die
den Kondensator 36 über den Widerstand 35 lädt. Da der
Transistor 41 während der Ladeperiode des Kondensators 36
gesperrt bleibt, ist der Transistor 42 offen und daher
sind die Transistoren 45 und 46 gesperrt. Der Transistor
6 schwingt daher weiter und die sich ergebende Ausgangs
gleichspannung des Gleichrichters 24 wird dem Verstärker
15, dem Modulator 16 und dem Oszillator 17 als Betriebs
gleichspannung zugeführt.
Wenn die Spannung über den Kondensator 36 einen bestimmten
Wert erreicht, d. h., wenn eine bestimmte Zeitperiode nach
dem Einschalten der Netzschalter 2 abgelaufen ist, wird
der Transistor 41 geöffnet und daher wird der Transistor
42 gesperrt. Somit werden die Transistoren 45 und 46 ge
öffnet. Wenn der Transistor 46 geöffnet wird, werden der
Vorstrom und das Schwingungsrückkopplungssignal, die über
die Widerstände 32 und 33 auf die Basis des Transistors
6 gegeben werden, unterbrochen. Zu diesem Zeitpunkt werden
jedoch der Verstärker 15, der Modulator 16 und der Oszil
lator 17 bereits mit der notwendigen Betriebsspannung von
dem Gleichrichter 24 versorgt, so daß der Transistor 6
seine Zerhackerfunktion mit dem impulsbreitenmodulierten
Impuls des Modulators 16 durchführt. Somit setzt danach
der stationäre bzw. stabilisierte Zustand des Gerätes ein.
Wie zuvor bei dem erläuterten Gerät der Erfindung beschrie
ben wurde, führt, wenn die Netzschalter 2 eingeschaltet
werden, der Zerhackertransistor 6 zunächst eine Eigen
schwingung durch und das Netzgerät erreicht danach seinen
stabilen bzw. stationären Zustand. Das Netzgerät gemäß der
Erfindung vermeidet somit die Verringerung seines Wirkungs
grades und ist im Aufbau einfach und daher billig. Da der
Transistor 6 für ein Zeitintervall nach dem Einschalten
der Schalter 2 im Eigenschwingungszustand gehalten wird,
das von der Zeitkonstante des Widerstandes 35 und des Kon
densators 36 bestimmt wird, kann die Betriebsspannung der
Verstärker 15, dem Modulator 16 und dem Oszillator 17 am
Beginn zwangsläufig zugeführt werden, und daher kann der
Modulator 16 zwangsläufig betrieben werden.
Bei der anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform
der Erfindung ist der Oszillator 6, der den Transistor 6
Enthält, ein Rückkopplungsoszillator, selbstverständlich
kann dieser Oszillator jedoch auch ein Sperrschwinger sein.
In Fig. 2 sind die Teile des Netzgerätes, die den anhand
der Fig. 1 beschriebenen entsprechen, mit den gleichen
Bezugsziffern versehen. Diese Ausführungsform hat einen
Oszillator in Form eines Sperrschwingers. Ein Ende der
zusätzlichen Transformatorwicklung L 4 ist mit der Basis
des Transistors 6 über den Widerstand 33 verbunden, während
das andere Ende der Transformatorwicklung L 4 über einen
Kondensator 38 mit dem Ausgang des Gleichrichters 4 und
auch mit einer Parallelschaltung des Kondensators 31 und
eines Widerstandes 37 verbunden ist. Außerdem ist in Fig. 2
ein Detektor 20 in Blockform zur Ermittlung des Pegels der
Ausgangsgleichspannung am Anschluß 8 angegeben. Dieser
Detektor 20 kann aus einem Einstellwiderstand 11, einem
Transistor 12 und einer Konstantspannungsdiode 13 be
stehen, die zuvor anhand der Fig. 1 beschrieben wurde.
Wenn bei dem Netzgerät der Fig. 2 die Netzschalter 2
eingeschaltet werden, wird der Transistor 6 über den Kon
densator 38, die Wicklung L 4 und den Widerstand 33 ge
triggert und beginnt mit seiner Eigenschwingung mit
der Frequenz, die durch die Zeitkonstante des Kondensa
tors 31 und des Widerstandes 37 bestimmt wird. Während
der Eigenschwingung des Transistors 6 erzeugt der Gleich
richter 24 die notwendige Betriebsgleichspannung für den
Verstärker 15, den Modulator 16 und den Oszillator 17.
Nach einer bestimmten Zeit nach Schließen der Netzschalter
2 wird der Transistor 46 geöffnet, wie zuvor beschrieben
wurde, so daß die Rückkopplung von der Wicklung L 4 zu
der Basis des Transistors 6 unterbrochen wird und danach
der Transistor 6 seine normale Zerhackerfunktion in Ab
hängigkeit von dem impulsbreitenmodulierten Impuls des
Modulators 16 durchführt.
Bei jeder anhand der Fig. 1 und 2 zuvor beschriebenen
Ausführungsform ist der Transistor 6, der normalerweise
die Zerhackerfunktion durchführt, in dem Oszillator des
Netzgerätes enthalten, der während der vorbestimmten Zeit
periode nach dem Schließen bzw. Einschalten der Netz
schalter 2 arbeitet. Wie Fig. 3 zeigt, kann jedoch das
Netzgerät gemäß der Erfindung einen Oszillator 50 auf
weisen, der den Zerhackertransistor nicht enthält und
dem die zusätzliche Transformatorwicklung L 4 zugeordnet
ist, um für eine bestimmte Zeitperiode nach dem Schließen
der Netzschalter 2 betrieben zu werden und den Gleich
richter 24 zu veranlassen, die notwendige Betriebsspannung
für den Beginn des Betriebs des Verstärkers 15, des Mo
dulators 16 und des Oszillators 17 zu erzeugen. Wie gezeigt
ist, kann der Oszillator 50 einen Schwingungstransistor 51
enthalten, wobei ein Kondensator 52 parallel zu der Trans
formatorwicklung L 4 geschaltet ist, um einen Resonanzkreis
zu bilden, der an einem Ende mit dem Ausgang des Gleich
richters 4 und an seinem anderen Ende mit dem Kollektor
des Schwingungstransistors 51 verbunden ist. Ein Abgriff
an der Transformatorwicklung L 4 ist über Widerstände 53
und 54 in Reihe zu der Basis des Transistors 51 geschaltet,
und ein Kondensator 57 ist parallel zu dem Widerstand 53
geschaltet. Schließlich ist bei dem Netzgerät der Fig. 3,
das im übrigen gleich den Netzgeräten der Fig. 1 und 2
ist und dessen entsprechende Bauteile mit den gleichen
Bezugsziffern versehen sind, der Kollektor des Transistors
46 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 53
und 54 verbunden.
Wie zuvor wird zu dem Zeitpunkt, wenn die Netzschalter 2
des Netzgerätes der Fig. 3 zunächst eingeschaltet werden,
Gleichspannung von dem Gleichrichter 24 erhalten, so daß
die Transistoren 45 und 46 gesperrt sind. Somit wird beim
Schließen der Netzschalter 2 die Ausgangsspannung des
Gleichrichters 4 über die Wicklung L 4 und die Widerstände
53 und 54 der Basis des Transistors 51 zugeführt, um diesen
in den A-Bereich vorzuspannen. Außerdem bilden der Konden
sator 57 und der Widerstand 54 eine positive Rückkopplung
von der Wicklung L 4 zu der Basis des Transistors 51, solange
der Transistor 46 gesperrt ist, so daß der Transistor 51
zum Schwingen veranlaßt wird. In Abhängigkeit von dieser
Schwingung wird eine Wechselspannung an der Wicklung L 3
induziert, so daß der Gleichrichter 24 die notwendige
Betriebsgleichspannung für den Verstärker 15, den Modula
tor 16 und den Oszillator 17 liefert. In Abhängigkeit von
der Gleichspannung, die von dem Gleichrichter 24 erzeugt
wird, wird der Kondensator 36 über den Widerstand 35 ge
laden. Wenn die Ladung des Kondensators 36 einen bestimmten
Wert erreicht hat, d. h. am Ende einer bestimmten Zeitperiode,
wird der Transistor 41 geöffnet und in Abhängigkeit davon
wird der Transistor 46 geöffnet. Aufgrund des geöffneten
Zustandes des Transistors 46 wird die Zufuhr des Vorstroms
und des Schwingungsrückkopplungssignals zu der Basis des
Transistors 51 beendet. Wenn der Transistor 46 geöffnet
wird, wie zuvor erwähnt wurde, werden der Verstärker 15,
der Modulator 16 und der Oszillator 17 bereits normaler
weise von der Betriebsspannung des Gleichrichters 24 be
trieben, so daß der Transistor 6 danach seine normale
Zerhackerfunktion in Abhängigkeit von dem impulsbreiten
modulierten Impuls des Modulators 16 durchführt und der
stabile Zustand des Netzgerätes eintritt.
In dem zuvor anhand der Fig. 3 beschriebenen Netzgerät
ist der Oszillator 50 ein Rückkopplungsoszillator. Wie
Fig. 4 zeigt, kann jedoch das Netzgerät gemäß der Erfin
dung in gleicher Weise mit einem Oszillator 50 A in Form
eines Sperrschwingers versehen werden. Bei der in Fig. 4
gezeigten Ausführungsform hat der Oszillator 50 A einen
Schwingungstransistor 51, dessen Kollektor-Emitter-Strecke
parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
6 geschaltet ist. Die Basis des Transistors 51 ist über
einen Widerstand 54 mit einem Ende der zusätzlichen Trans
formatorwicklung L 4 verbunden, deren anderes Ende über
einen Kondensator 58 mit dem Ausgang des Gleichrichters
4 und auch mit einem Zeitkonstantenkreis verbunden ist,
der aus einem Widerstand 59 und einem Kondensator 60 be
steht.
Wenn die Netzschalter 2 des Netzgerätes in Fig. 4 zunächst
eingeschaltet werden, wird der Schwingungsoszillator 51
mit der Ausgangsspannung des Gleichrichters 4 über den
Kondensator 58, die Wicklung L 4 und den Widerstand 54 ge
triggert, um die Eigenschwingung des Transistors 51 ein
zuleiten, wobei die Frequenz der Eigenschwingung von der
Zeitkonstante des Widerstandes 59 und des Kondensators 60
bestimmt wird. Wenn der Transistor 46 am Ende eines be
stimmten Zeitintervalls eingeschaltet wird, wie bei den
zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wird die Rückkopp
lung von der Wicklung L 4 zu der Basis des Transistors 51
beendet und danch führt der Transistor 6 seine normale
Zerhackerfunktion in Abhängigkeit von dem impulsbreiten
modulierten Impuls des Modulators 16 durch.
Es ist ersichtlich, daß bei jedem der zuvor beschriebenen
Netzgeräte die Betriebsspannung für den Modulator 16,
den zugehörigen Verstärker 15 und den Oszillator 17 von
der Transformatorwicklung L 3 und den zugehörigen Gleich
richter 24 während des Anfangsbetriebs und des Normalbe
triebs des Netzgerätes abgeleitet werden, um
Wirkungsgradverluste zu vermeiden.
Claims (2)
- Netzgerät, enthaltend
- a) einen ersten Gleichrichter (4) zur Erzeugung einer ersten Gleichspannung bei Versorgung mit Wechselspannung,
- b) einen Transformator (5) mit einer ersten, zweiten, dritten und vierten Wicklung (L 1 bzw. L 2, L 3, L 4), wobei die erste Wicklung (L 1) an den ersten Gleichrichter (4) ange schlossen ist,
- c) einen mit der zweiten Wicklung (L 2) des Transformators (5) verbundenen zweiten Gleichrichter (7),
- d) einen Detektorkreis (11, 12, 13) zur Ermitt lung einer vom zweiten Gleichrichter (7) er zeugten Ausgangsgleichspannung,
- e) einen Modulator (16) zur Erzeugung eines modulierten Signales in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Detektorkreises (11, 12, 13),
- f) ein mit dem Transformator (5) verbundenes und vom modulierten Signal gesteuertes aktives Schaltelement (6) zum Zerhacken der der ersten Wicklung (L 1) des Transfor mators (5) zugeführten ersten Gleich spannung,
- g) einen die vierte Wicklung (L 4) des Trans formators (5) enthaltenden Schwingkreis (L 4, 31), der über Rückkopplungsschalt elemente (30, 32, 33) mit dem Steuerungseingang des aktiven Schaltelementes (6) verbunden ist,
- h) einen mit der dritten Wicklung (L 3) des Transformators (5) verbundenen dritten Gleichrichter (24) zur Erzeugung einer Be triebsgleichspannung für den Modulator (16),
- gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
- i) zwischen dem dritten Gleichrichter (24) und dem Schwingkreis (L 4, 31) ist eine mit einem Zeitkonstantenkreis (35, 36) ver sehene Steuerschaltung (35, 36, 43, 45, 46) angeordnet, die die Rückkopplung des Signa les des Schwingkreises (L 4, 31) zum aktiven Schaltelement (6) eine vorgegebene Zeit dauer nach Anlegen der Wechselspannung an den ersten Gleichrichter (4) unterbricht.
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