DE3726123A1 - Schaltung zum betreiben eines gleichstromverbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Betreiben eines Gleichstromverbrauchers an einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle, insbesondere eines Elektromotors vorzugsweise in einem Elektrokleingerät, wobei die Schaltung als Schaltnetzteil mit einem einen Übertrager aufweisenden Sperrwandler und mit einem in Reihe mit der Primärwicklung des Übertragers ge­ schalteten, mit seinem Steueranschluß an eine Rückkopplung angeschlossenen Halbleiterschalter ausgebildet ist.

Bei Elektrokleingeräten, z. B. bei Rasierapparaten werden Antriebsmotoren verwendet, die konstruktionsbedingt mit vergleichsweise niedriger Gleichspannung betrieben werden, wobei aber die äußere Versorgungsspannung z. B. 220 Volt beträgt. Zum Heruntersetzen dieser Versorgungsspannung ist es bekannt, Schaltnetzteile zu verwenden. Auch kennt man bereits Schaltungsanordnungen, bei denen die Versorgung eines Gleichstrommotors oder dergleichen Gleichstromver­ braucher bei variabler Eingangsspannung möglich ist, ohne daß dazu ein manuelles Umschalten erfolgen muß.

Durch die EP 00 57 910 ist eine solche Schaltung bekannt, bei der ein Netzbetrieb oder wahlweise ein Batteriebetrieb des Motors oder dgl. vorgesehen ist. Für einen ausschließ­ lichen Netzbetrieb ohne Akkumulator ergibt sich bei dieser Schaltung jedoch nicht der Regelumfang zum Betreiben in dem geforderten Eingangsspannungs- und Leistungsbereich.

Durch eine vergleichsweise aufwendige Regelschaltung könnte man dies zwar erreichen, jedoch können solche Schaltungen aus Platzgründen meist nicht in elektrischen Kleingeräten untergebracht werden. Außerdem ist durch den erforder­ lichen Schaltungsaufwand eine insbesondere bei Serien­ geräten ins Gewicht fallende Verteuerung vorhanden.

Aufgabe der vorliegen Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ohne manuelle Eingangsspannungsumschaltung zum Betreiben eines Gleich­ stromverbrauchers oder dgl. geeignet ist, wobei auch ein ausschließlicher Netzbetrieb möglich sein soll. Der Schal­ tungsaufwand soll dabei so klein gehalten sein, daß auch gut ein Unterbringen in räumlich beengten Elektrokleingeräten möglich ist. Schließlich soll durch Verwendung handels­ üblicher Bauteile auch der Kostenaufwand in Hinblick auf eine Serienfertigung kleingehalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, daß der Steueranschluß des Halbleiterschalters zusätzlich an den einen Pol einer Diode angeschlossen ist, deren anderer Pol mit einer veränderbaren Gleich­ spannungsquelle sowie einem Steuerstromableitpfad ver­ bunden ist.

Dadurch kann der Halbleiterschalter in seiner Einschalt­ dauer variiert werden, indem die Vorspannung an der Diode variiert und somit der Zeitpunkt ihrer Leitphase bestimmt wird. Somit kann die im Übertrager gespeicherte magnetische Energie in einem weiten Bereich gesteuert werden. Durch diese Schaltung läßt sich über die Schalt­ diode eine Regelung mit vergleichsweise geringem Aufwand durchführen.

Zweckmäßigerweise dient als Gleichspannungsquelle ein Operationsverstärker, der vorzugsweise symmetrisch stromversorgt ist und eine relativ zu einem Bezugspo­ tential von negativem zu positivem Potential variable Ausgangsspannung liefert.

Dadurch ist ein sehr großer Regelbereich und damit das Betreiben eines Verbrauchers in einem weiten Bereich an unterschiedlichen Spannungen möglich.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher er­ läutert.

Die einzige Figur zeigt:

Eine Schaltung eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteiles.

Die gezeigte Schaltung bildet ein Schaltnetzteil 1 und weist einen Übertrager 2 mit einer Primärwicklung 3 und einer Sekundärwicklung 4 auf. In Reihe mit der Primär­ wicklung 3 ist als Halbleiterschalter ein Transistor T ₁ geschaltet.

An den einen Anschluß B der Sekundärwicklung 4 ist ein Rückkopplungsnetzwerk 5 mit den RC-Gliedern R ₄ und C ₃ sowie R ₅ und C ₄ angeschlossen, welches andererseits mit dem Steueranschluß (Basis) des Transistors T ₁ verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist nun zusätzlich an die Basis des Transistors T ₁ ein Pol einer Diode D ₃ angeschlossen, deren anderer Pol mit einer veränderbaren Gleichspannungs­ quelle 6 sowie einem Steuerstromableitpfad 7 verbunden ist. Je nach der an dem Punkt A anliegenden und von der Gleichspannungsquelle 6 geliefertem Spannungspotential wird der Zeitpunkt beeinflußt, wo die Diode D ₃ leitend wird und den über das Rückkopplungsnetzwerk 5 fließenden Steuerstrom über den Steuerstromableitpfad 7 ableitet.

Sowie dies erfolgt, sperrt der Transistor T ₁. Die Ein­ schaltdauer des Transistors T ₁ kann somit variiert werden, wodurch die im Übertrager 2 magnetisch gespei­ cherte Energie in weitem Bereich gesteuert werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist als Halbleiterschalter ein npn-Transistor vorgesehen und dementsprechend ist an die Basis dieses Transistors die Anode der Diode D ₃ angeschlossen. An die Kathode dieser Diode ist als Steuerstromableitpfad 7 ein Kondensator C ₅ vorgesehen. Außerdem ist die Kathode an den Ausgang eines die Gleichspannungsquelle 6 bildenden Operationsverstärkers angeschlossen.

Eine Besonderheit hierbei ist, daß dieser Operations­ verstärker 6 symmetrisch stromversorgt wird, so daß an seinem Ausgang eine relativ zu einem Bezugspotential negative oder positive, variable Ausgangsspannung ge­ liefert werden kann. Dadurch ergibt sich ein sehr großer Regelbereich, so daß die an die Eingangsklemmen 8 und 9 angelegte Eingangsspannung über einen großen Bereich variieren kann und die Ausgangsleistung konstant gehalten bzw. geregelt wird.

Die Stromversorgung des Operationsverstärkers 6 erfolgt über eine doppelte Einweggleichrichterschaltung, wobei über die Diode D ₄, geglättet bzw. gepuffert durch den Kondensator C ₆ positive Spannung und über die Diode D ₅, gepuffert durch den Kondensator C ₇ negative Spannung zugeführt wird. Da sich in der Leitphase und in der Sperrphase des Transistors T ₁ jeweils die Polarität an der Sekundärwicklung 4 umkehrt, kann diese doppelte Einweggleichrichterschaltung zur Anwendung kommen.

Als Operationsverstärker 6 ist ein Differenzverstärker vorgesehen, der mit einem ersten Eingang (-) an eine Referenzspannung angeschlossen, die durch die Spannungs­ teilerwiderstände R ₆, R ₇ und R ₈ sowie die Diode D ₆ gebildet ist.

ln der Sperrphase des Transistors T ₁ wird über die Diode D ₇ der für den Gleichstromverbraucher vorgesehene Arbeitsstrom abgeleitet. Im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ist als Gleichstromverbraucher ein Akkumulator 10 und parallel dazu über einen Schalter 11 zuschaltbar, ein Motor 12 vorgesehen.

Der durch den Akkumulator 10 bzw. den Motor 12 fließende Strom erzeugt an dem Widerstand R ₁₀ eine dem Strom pro­ portionale Spannung, welche über den Widerstand R ₁₂ dem zweiten Eingang (+) des Operationsverstärkers 6 als Regelgröße zugeführt wird. Eine zweite Regelstrecke wird bei geöffnetem Motorschalter aktiviert, wenn die Akkuspannung, bedingt durch den Ladezustand der Zellen, eine Größe annimmt, die die Schwellspannung der Zener- Diode D ₈ überschreitet. Dadurch wird ein vom Ladezustand abhängiger Ladestrom erreicht. Zu dieser Ladestromrege­ lung gehören noch die Bauteile D ₉, R ₉, R ₁₁ und C ₈. Die Dioden D ₆, D ₈, D ₉, haben einen negativen Temperaturko­ effizienten und können so zur Temperaturkomensation des Ladestromes herangezogen werden. Dabei kann die Diode D ₈ mit mit dem Akkumulator auch in thermischen Kontakt gebracht werden, wodurch eine gute thermische Über­ wachung des Akkus erreicht werden kann.

Erwähnt sei noch, daß durch die besondere Auslegung und Ausbildung des Rückkopplungsnetzwerkes 5, insbesondere mit dem Widerstand R ₅ und dem Kondensator C ₄ insbeson­ dere ein schnelles Aufsteuern des Transistors T ₁ und somit geringe Verlustleistungen erreichbar sind. Auch dies ist wegen der Unterbringung unter beengten Verhält­ nissen in Elektrokleingeräten von Bedeutung.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesent­ lich sein.

Claims (8)

1. Schaltung zum Betreiben eines Gleichstromverbrauchers an einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle, insbesondere eines Elektromotors vorzugsweise in einem Elektrokleingerät, wobei die Schaltung als Schaltnetzteil mit einem einen Übertrager aufweisen­ den Sperrwandler und mit einem in Reihe mit der Primärwicklung des Übertragers geschalteten, mit seinem Steueranschluß an eine Rückkopplung ange­ schlossenen Halbleiterschalter ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer­ anschluß des Halbleiterschalters (T ₁) zusätzlich an den einen Pol einer Diode (D 3) angeschlossen ist, deren anderer Pol mit einer veränderbaren Gleich­ spannungsquelle (6) sowie einem Steuerstromableit­ pfad (7) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerstromableitpfad (7) ein Kondensator (C ₅) vorgesehen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Gleichspannungsquelle (6) ein Operations­ verstärker dient, der vorzugsweise symmetrisch stromversorgt ist und eine relativ zu einem Bezugs­ potential von negativem zu positivem Potential variable Ausgangsspannung liefert.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückkopplung (5) ein RC-Glied, bestehend aus zumindest einem Widerstand (R ₄) und einem in Reihe dazu geschalteten Kondensator (C ₃) dient, welches RC-Glied einerseits an die Sekundär­ wicklung (Anschluß B) des Übertragers (2) und an­ dererseits an den Steueranschluß des Halbleiter­ schalters (T ₁) angeschlossen ist und daß vorzugs­ weise dem Widerstand (R ₄) eine weitere Reihenschal­ tung aus einem Widerstand (R ₅) und einem Kondensator (C ₄) parallel geschaltet ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschalter ein Transistor (T ₁), vorzugsweise ein npn-Transistor dient, an dessen Basis die Diode (D ₃) mit ihrer Anode angeschlossen ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer symmetri­ schen Versorgungsspannung für den Operationsver­ stärker (6) an die Sekundärwicklung (4) des Über­ tragers (2) eine doppelte Einweggleichrichter­ schaltung (Delon-Schaltung) mit zwei Reihenschal­ tungen von jeweils einer Diode (D ₄, D ₅) und einem Kondensator (C ₆, C ₇) angeschlossen ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (6) als Differenzverstärker ausgebildet ist, der mit einem ersten Eingang (-) an eine Referenzspannung angeschlossen ist und an dessen zweiten Eingang (+) eine dem Verbraucherstrom proportionale Spannung angelegt ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang (+) des Operationsverstärkers (6) mit einer der Zellen­ spannung eines Akkus (10) proportionalen Größe und/oder einer dem Verbraucherstrom proportio­ nalen Größe beaufschlagt ist.