DE4330210A1 - Stabilisierungsschaltung - Google Patents
StabilisierungsschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungsschaltung für
eine aus der Netzwechselspannung gleichgerichtete
Halbwellenspannung mit einem Halbleiter-Längselement
zwischen einem Kondensator und einem Gleichrichter und
einem Referenzspannungselement am Steuerpol des
Halbleiter-Längselements.
Elektrische Geräte, beispielsweise Haushaltsgeräte, die
mit einer Steuerelektronik arbeiten, benötigen ein
Netzteil, das die Netzwechselspannung auf die Höhe der
Signalspannung der Steuerelektronik herabtransformiert
und gleichrichtet. Nach dem Stand der Technik werden zur
Stabilisierung der Versorgungsspannung der
Steuerelektronik Längsregler eingesetzt. Ein solcher
Längsregler arbeitet mit einem Transistor als Halbleiter-
Längselement. Üblicherweise ist die Schaltung so
dimensioniert, daß der Transistor bei maximalem Laststrom
gerade noch nicht in Sättigung geht. Am Transistor tritt
die höchste Verlustleistung dann auf, wenn der Wert des
Laststroms die Hälfte des maximalen Laststroms ist. Denn
dann hat das Produkt aus Strom und Spannung am Transistor
den Maximalwert.
Um die Verlustleistung des Längstransistors abzuführen,
ist er an einem Kühlkörper oder einem Kühlblech montiert.
Der Kühlkörper bzw. das Kühlblech sind vergleichsweise
teuere Bauteile, verursachen Montageaufwand und benötigen
Bauraum auf der Steuerelektronik.
In der DE 28 13 402 A1 ist eine Stabilisierungsschaltung
für eine Versorgungsspannung beschrieben. Die
Versorgungsspannung ist eine Gleichspannung, jedoch keine
aus der Netzwechselspannung abgeleitete
Halbwellenspannung. Der Längstransistor benötigt auch
hier in der Praxis ein Kühlblech.
In der DE 35 12 480 C2 ist eine Schalteinrichtung
beschrieben, bei der ein Verbraucher schlagartig an die
Versorgungsspannungsquelle dann und solange angeschaltet
werden soll, wie der für den Verbraucher spezifizierte
Spannungsbereich vorliegt. Die Versorgungsspannung ist
auch hier eine Gleichspannung, die entweder aus einer
Batterie oder einem Netzgerät stammen kann. Eine ähnliche
Aufgabe ist auch durch die Stabilisierungsschaltung der
EP 0 226 725 B1 gelöst.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer
Stabilisierungsschaltung der eingangs genannten Art die
am Halbleiter-Längselement ab fallende Verlustleistung
kleinzuhalten, um einen Kühlkörper einzusparen bzw. einen
kleinen Kühlkörper genügen zu lassen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer
Stabilisierungsschaltung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, daß das Halbleiter-Längselement ein
elektronischer Schalter ist, der durchschaltet, wenn die
Halbwellenspannung einen Wert erreicht, welcher größer
ist als die am Ladekondensator erreichte Spannung,
solange diese kleiner ist als die Referenzspannung, und
der sperrt, wenn die Halbwellenspannung kleiner oder
gleich der Spannung am Ladekondensator ist, und daß eine
Strombegrenzung für den bei durchgeschaltetem Schalter
zum Ladekondensator fließenden Strom vorgesehen ist.
Die am elektronischen Schalter im durchgeschalteten
Zustand abfallende Restspannung ist sehr klein, so daß an
ihm nur eine geringe Verlustleistung abfällt. Außerdem
ist durch die Strombegrenzung der Ladestrom begrenzt. Die
Strombegrenzung nimmt die Leistung auf, die bei der
herkömmlichen Schaltung das Kühlblech des
Längstransistors aufweist. Es ist dadurch erreicht, daß
für den elektronischen Schalter kein Kühlkörper
erforderlich ist, oder ein vergleichsweise kleines
Kühlblech genügt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Netzteil mit einer Stabilisierungsschaltung
mit Kühlkörpern nach dem Stand der Technik und
Fig. 2 ein Netzteil mit einer erfindungsgemäßen
Stabilisierungsschaltung ohne Kühlblech.
Ein Netzteil weist einen Transformator (1) auf, dessen
Primärwicklung (2) an der Netzwechselspannung (UN) liegt
und dessen Sekundärwicklung (3) ein
Brückengleichrichter (4) nachgeschaltet ist. Am Pol (5) des
Gleichrichters (4) liegt eine gleichgerichtete
Halbwellenspannung.
Nach dem Stand der Technik (vgl. Fig. 1) liegt zwischen
dem Pol (5) und einem Kondensator (6) ein Längstransistor
(7). Am Kondensator (6) ist die Versorgungs-Gleichspannung
(Ua) beispielsweise für eine Steuerelektronik abgreifbar.
An die Basis des Transistors (7) ist als
Referenzspannungselement eine Zenerdiode (8)
angeschlossen. Außerdem liegt die Basis über einen
Widerstand (9) an dem Pol (5) und über einen Widerstand (10)
am Emitter des Transistors (7) bzw. am Kondensator (6).
Mit dem Längstransistor (7) muß ein Kühlkörper (11) in
wärmeleitender Verbindung stehen, um die Verlustleistung
des Transistors (7) abzuführen.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig. 2 ist
anstelle des Transistors (7) als elektronischer Schalter
ein Thyristor (12) vorgesehen. Statt dessen kann auch ein
Triac verwendet werden. Zwischen der Anode des Thyristors
(12) und dem Pol (5) liegt zur Strombegrenzung ein
Widerstand (13). Die Kathode des Thyristors (12) ist an den
Ladekondensator (6) angeschlossen. Außerdem liegt an ihr
der Widerstand (10).
Die Zenerdiode (8) liegt am Gate des Thyristors (12).
Außerdem liegen am Gate der Widerstand (10) und eine Diode
(14), welche über den Widerstand (9) mit dem Pol (5)
verbunden ist.
Für den Thyristor (12) ist kein Kühlkörper erforderlich.
Kalkulationen zeigen, daß die Schaltung nach Fig. 2
hinsichtlich Material- und Arbeitskosten erheblich
billiger als die Schaltung nach Fig. 1 ist.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist etwa
folgende:
Der Thyristor (12) wird bei jeder der am Pol (5) des
Brückengleichrichters (4) anstehenden gleichgerichteten
Halbwellen jeweils dann gezündet, wenn
- a) die Halbwellenspannung einen Wert erreicht, der größer als die jeweilige Spannung am Ladekondensator (6) ist und
- b) die Spannung am Ladekondensator (6) mindestens um den Betrag der Zündspannung des Thyristors (12) kleiner als die Durchbruchspannung (Referenzspannung) der Zenerdiode (8) ist.
Bei gezündetem Thyristor (12) (Leitphase) fließt über den
Thyristor (12) ein Ladestrom in den Ladekondensator (6).
Dieser Ladestrom ist durch den Widerstand (13) begrenzt.
Am Widerstand (13) fällt eine Verlustleistung ab, die bei
der Schaltung nach Fig. der Kühlkörper (11) aufnehmen und
abführen muß. Der Widerstand (13) ist hinsichtlich
Material- und Montagekosten wesentlich kleiner und
billiger als der Kühlkörper (11), selbst wenn der
Kühlkörper (11) nur ein einfaches Kühlblech ist. In der
Leitphase ist der Thyristor (12) - anders als der
Längstransistor (7) voll durchgeschaltet, so daß an ihm
nur eine kleine Restspannung und damit kleine
Verlustleistung abfällt. Der Thyristor (12) erwärmt sich
nicht so, daß für ihn ein großes Kühlblech notwendig ist.
Gegen Ende jeder Halbwelle unterschreitet die Spannung
der Halbwelle die Spannung am Ladekondensator (6). Der
Thyristor (12) wird dadurch gelöscht, so daß er nicht mehr
stromdurchflossen ist, bis er in der nächsten Halbwelle
gegebenenfalls wieder gezündet wird. Die während jeder
Halbwelle auftretende Zeit, während der ein Ladestrom auf
den Ladekondensator (6) fließt, wird also automatisch
geregelt. Je nach der an die Versorgungs-Gleichspannung
(Ua) angeschlossenen Last (Steuerelektronik) ist die
Leitzeit in jeder Halbwelle kürzer oder länger. Die
stabilisierte Spannung am Ladekondensator (6) entspricht
etwa der Zenerspannung der Zenerdiode (8).
Die Diode (14) sperrt, solange die Spannung am Pol (5) des
Brückengleichrichters (4) kleiner ist als die am
Ladekondensator (6) anstehende stabilisierte Spannung.
Während dieser Zeit ist die Spannung am Gate des
Thyristors (12) über den Widerstand (10) auf dem gleichen
Wert wie an seine Kathode gehalten. Es liegt also
zwischen der Kathode und dem Gate des Thyristors (12)
keine negative Spannung, wenn die Spannung in einer
Halbwelle am Pol (5) kleiner ist als die jeweilige
Ladespannung des Ladekondensators (6).
Der Widerstand (9) begrenzt den in das Gate des Thyristors
(12) während der Leitphase der Diode (5) fließenden Strom.
Eine weitere Vereinfachung der Schaltung nach Fig. 2 läßt
sich dadurch erreichen, daß die strombegrenzende Funktion
des Widerstands (13) in den Transformator (1) integriert.
Hierfür kann der Transformator (1) so ausgelegt sein, daß
er den Strom in der Leitphase des Thyristors (12)
begrenzt. Diese Strombegrenzung kann durch die Bemessung
der Widerstände der Primärwicklung (2) und/oder der
Sekundärwicklung (3) erfolgen. Sie kann auch durch eine
entsprechende Gestaltung der Streuinduktivität des
Transformators (1) erreicht werden.
Claims (6)
1. Stabilisierungsschaltung für eine aus der
Netzwechselspannung gleichgerichtete Halbwellenspannung
mit einem Halbleiter-Längselement zwischen einem
Kondensator und einem Gleichrichter und einem
Referenzspannungselement am Steuerpol des Halbleiter-
Längselements,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiter-Längselement ein elektronischer
Schalter (12) ist, der durchschaltet, wenn die
Halbwellenspannung einen Wert erreicht, welcher größer
ist als die am Ladekondensator (6) erreichte Spannung,
solange diese kleiner ist als die Referenzspannung, und
der sperrt, wenn die Halbwellenspannung kleiner oder
gleich der Spannung am Ladekondensator ist, und daß eine
Strombegrenzung (13) für den bei durchgeschaltetem
Schalter (12) zum Ladekondensator (6) fließenden Strom
vorgesehen ist.
2. Stabilisierungsschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektronische Schalter (12) durchschaltet, wenn
die Spannung am Ladekondensator (6) mindestens um den
Betrag der Zündspannung des elektronischen Schalters (12)
kleiner ist als die Referenzspannung.
3. Stabilisierungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektronische Schalter ein Thyristor (12) oder ein
Triac ist.
4. Stabilisierungsschaltung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Strombegrenzung ein ohmscher Widerstand (13)
vorgesehen ist.
5. Stabilisierungsschaltung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Strombegrenzung ein dem Gleichrichter (4)
vorgeschalteter Transformator (1) entsprechend bemessen
ist.
6. Stabilisierungsschaltung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Kathode und dem Gate des Thyristors (12)
bzw. Triacs ein Widerstand (10) liegt und daß zwischen das
Gate und einem am Gleichrichter (4) liegenden
Widerstand (9) eine Diode (14) geschaltet ist.
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