DE4007593A1

DE4007593A1 - Eingangsstromspitzen vermeidendes schaltnetzteil

Info

Publication number: DE4007593A1
Application number: DE4007593A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Rettenmaier; Peter Dipl Ing Busch
Original assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Current assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-09-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingangsstromspitzen vermeidendes Schaltnetzteil gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des An spruchs 1.

Durch den dem Eingangsnetzgleichrichter nachgeschalteten Ein gangskondensator eines Schaltnetzteils können sehr hohe Ein gangsstromspitzen auftreten, da im Betrieb über den Eingangs netzgleichrichter nur im Bereich der Eingangsscheitelspannung Nachladeströme fließen. Als Folge davon wird der Leistungsfak tor des Schaltnetzteils auf einen Wert von größenordnungsmäßig 0,4 bis 0,7 gedrückt. Ein weiteres Problem ist der plötzliche hohe Ladestrom beim Einstecken bzw. Einschalten des Schaltnetz teils bzw. beim Nachladen nach einem Ausfall der Eingangsnetz wechselspannung bzw. nach einem Einbruch derselben während des Betriebs des Schaltnetzteils.

Zur Verbesserung des Leistungsfaktors wurden entweder schwere und teure Eingangsdrosseln verwendet oder eine aktive Oberwel lenfilterung durch vorgeschaltete Hochsetzsteller mit einer Stromsteuerung über Multiplizierer durchgeführt. Der Nachteil ist, daß trotz des hohen Aufwandes keine Netztrennung gegeben ist und daß die Eingangsstromspitzen beim Einstecken bzw. Ein schalten des Schaltnetzteils immer noch vorhanden sind. Um die se zu reduzieren, werden Heißleiter als Vorwiderstände oder Vorwiderstände, die im Betrieb durch z. B. Triac-Bauteile oder Relais-Kontakte überbrückt sind, verwendet. Bei kurzen Netzein brüchen sind diese jedoch wirkungslos.

Zur Vermeidung der hohen Eingangsstromspitzen wurden auch soge nannte Null-Spannungsschalter entwickelt, die aber ebenfalls sehr aufwendig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Schaltnetzteil in einfacher Weise so auszubilden, daß Eingangsstromspitzen ver mieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Schaltnetzteil der eingangs ge nannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Ein derartiges Schaltnetzteil weist folgen de Vorteile auf: Keine Eingangsstromspitzen; das Schaltnetzteil ist netztrennend; der Leistungsfaktor des Geräts ist verbessert und der Mittelwert der Ausgangsgleichspannung ist unabhängig von der angeschlossenen Last und der Eingangsnetzwechselspan nung. Weitere Vorteile sind, daß durch den konkreten Wegfall eines Bauteils das Schaltnetzteil billiger wird und daß das Schaltnetzteil mit geringeren Abmessungen konstruiert werden kann. Da es sich bei den Eingangskondensatoren meist um relativ große Bauteile handelt, wird selbst dann Platz eingespart, wenn die Ausgangskondensatoren, die in der Regel bereits vorhanden sind, in einer vergrößerten Version eingesetzt werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Fig. näher erläutert.

Das in der Fig. dargestellte Schaltnetzteil weist ein Eingangs filter EF, daran angeschlossen einen Eingangsnetzgleichrichter GL, an diesen angeschlossen einen Spannungsregler SPR und die sem wiederum nachfolgend einen Ausgangskondensator CA auf. Das Schaltnetzteil ist an eine Eingangsnetzwechselspannung AC ange schlossen, aus der die stabilisierte Ausgangsgleichspannung DC gewonnen wird.

Die Eingangsnetzwechselspannung AC kann beispielsweise Schei telwerte von ca. 120 bis 370 Volt annehmen. Gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel wird nur eine Ausgangsgleichspannung DC, z. B. 12 Volt, ausgegeben. Sollen gleichzeitig mehrere Ausgangs gleichspannungen ausgegeben werden, sind entsprechende Aus gangskreise innerhalb des Spannungsreglers SPR vorzusehen.

Das Eingangsfilter EF filtert Störungen der Eingangsnetzwech selspannung AC und des Schaltnetzteils heraus. Der Eingangs netzgleichrichter GL richtet die Eingangsnetzwechselspannung AC gleich und erzeugt unter der Annahme, daß ein Zweiweggleich richter verwendet wird, eine pulsierende Eingangsgleichspannung UE, wie sie in der Fig. skizzenhaft angedeutet ist. Der Span nungsregler SPR regelt die Eingangsgleichspannung UE zu einer geregelten Ausgangsgleichspannung UA entsprechend einem vorge gebenen Mittelwert. Der Verlauf der Ausgangsgleichspannung UA ist in der Fig. skizzenhaft angegeben. Die Ausgangsgleichspan nung UA weist systembedingt noch eine Restwelligkeit auf. Der Ausgangskondensator CA reduziert die Größe der Restwelligkeit. Durch Vergrößern des Ausgangskondensators CA kann die Restwel ligkeit verkleinert werden. Ein Vorteil des Vergrößerns des Ausgangskondensators CA liegt ferner darin, daß bei Ausfall der Eingangsnetzwechselspannung AC die Ausgangsgleichspannung DC länger nutzbringend am Ausgangskondensator CA abgegriffen wer den kann.

Bei dem Spannungsregler SPR handelt es sich um einen nach dem Tiefsetzsteller-Prinzip arbeitenden DC/DC-Wandler, der schnell getaktet und so ausgebildet ist, daß eine aktive Strombegren zung stattfindet und zwischen dessen Einang und Ausgang eine Netztrennung besteht. Solche Spannungsregler sind an sich be kannt. Vom Prinzip her könnte es sich beispielsweise um einen 1-Transistor-Eintakt- , einen 2-Transistor-Eintakt-, einen Ge gentakt- oder um einen stromgespeisten Gegentaktdurchflußwand ler handeln. Die Taktfrequenz ist sehr viel größer als die Wechselfrequenz der sinusförmigen Eingangsnetzwechselspannung AC. Sie beträgt für das Ausführungsbeispiel 50 kHz. Als Regel größe kann entweder eine Eingangs- oder eine Ausgangsgröße oder beides verwendet sein.

Gegenüber bekannten Schaltnetzteilen ist kein Eingangskondensa tor CE zwischen dem Eingangsnetzgleichrichter GL und dem Span nungsregler SPR vorgesehen, weshalb dieser in der Figur nur ge strichelt gezeichnet ist. Der die unerwünschten Eingangsstrom spitzen verursachende Eingangskondensator CE ist auf den Aus gang des Schaltnetzteils verlegt. Im Ausführungsbeispiel tre ten deshalb beim Laden bzw. Nachladen des Ausgangskondensators CA wegen der aktiven Strombegrenzung im Spannungsregler SPR keine Eingangsstromspitzen mehr auf. Dadurch wird auch der Leistungsfaktor des Schaltnetzteils verbessert, was zur Folge hat, daß der Ausgangskondensator CA länger nachgeladen wird.

Aus Gründen des Kompromisses, der zwischen der Größe des Aus gangskondensators CA zur Reduzierung der Restwelligkeit auf der Ausgangsgleichspannung DC und der Möglichkeit der Aufrechthal tung der Ausgangsgleichspannung DC bei Ausfall der Eingangs netzwechselspannung AC bzw. bei deren Einbruch zu schließen ist, wird die Ausgangsgleichspannung DC noch eine, wenn auch geringe, Restwelligkeit aufweisen, doch spielt dies für viele Anwendungsfälle keine Rolle. Solche Anwendungsfälle sind z. B. die Betreibung von Halogenlampen, von Motoren, von Ladegerä ten, von Leistungsendstufen, aber auch die Verwendung als Eingangsteil für batteriegepufferte Stromversorgungen für Da tenverarbeitungsanlagen.

Claims

1. Eingangsstromspitzen vermeidendes Schaltnetzteil, bestehend im wesentlichen aus einem Eingangsnetzgleichrichter (GL), einem nachgeschalteten Spannungsregler (SPR) und gegebenenfalls einem Ausgangskondensator (CA), dadurch gekennzeichnet, daß der Span nungsregler (SPR) als schnell getakteter und netztrennender Tiefsetzsteller mit aktiver Strombegrenzung ausgebildet ist und daß anstelle eines zwischen dem Eingangsnetzgleichrichter (GL) und dem Spannungsregler (SPR) angeordneten Eingangskondensators (CE) und dem gegebenenfalls vorhandenen Ausgangskondensator (CA) nur ein gegebenenfalls vergrößerter Ausgangskondensator (CA) vorgesehen ist.

2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Takt frequenz des Tiefsetzstellers sehr viel größer ist als die Wechselfrequenz einer sinusförmigen Eingangsnetzwechselspan nung (AC).