DE20207495U1 - Switched-mode power supply with inputs for at least one primary DC voltage or for at least one primary AC voltage - Google Patents
Switched-mode power supply with inputs for at least one primary DC voltage or for at least one primary AC voltageInfo
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Description
15889/mj/mi
Gebrauchsmusteranmeldung 15889/mj/mi
Utility model application
.Doepke . Schaltgeräte GmbH & Co. KG,
Stellmacherstr. 11, 26506 Norden.Doepke . Schaltgeräte GmbH & Co. KG,
Stellmacherstr. 11, 26506 North
Schaltnetzteil mit Eingängen für mindestens eine primäre Gleichspannung bzw. für mindestens eine primäre WechselspannungSwitching power supply with inputs for at least one primary DC voltage or for at least one primary AC voltage
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit Eingängen für mindestens eine primäre Gleichspannung bzw. für mindestens eine primäre Wechselspannung und mit wenigstens einem Ausgang für eine sekundäre Gleichspannung.The invention relates to a switching power supply with inputs for at least one primary direct voltage or for at least one primary alternating voltage and with at least one output for a secondary direct voltage.
Durch das gattungsgemäße Netzteil soll eine Gleichspannung für einen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Handelt es sich bei diesem Verbraucher beispielsweise um eine Fehlerstromschutz- oder -meldeeinrichtung, welche eine für die aktive Fehlerstromauswertung benötigte Gleichspannung aus einem Netzteil gewinnt, so ist von dem Netzteil eine Gleichspannung über einen sehr großen Eingangsspannungsbereich hinweg bereit zu stellen.The generic power supply unit is intended to provide a direct current for a consumer. If this consumer is, for example, a residual current protection or signaling device that obtains a direct voltage required for active residual current evaluation from a power supply unit, the power supply unit must provide a direct voltage over a very wide input voltage range.
Beispielsweise ist nach den einschlägigen Normen vorgesehen, daß eine allstromsensitive Fehlerstromschutz- oder meldeeinrichtung in einem Eingangsspannungsbereich von 50 bisFor example, the relevant standards stipulate that an AC-DC sensitive residual current device or signalling device must operate in an input voltage range of 50 to
400 Volt Wechselspannung, sowohl ein- als auch mehrphasig betrieben, eine sichere Funktion gewährleisten muß. Die zur sicheren Funktion benötigte Gleichspannung für die Auswerteeinrichtung der Fehlerstromschutz- oder meldeeinrichtung muß dazu von einem eingebauten Netzteil, welches aus den zu überwachenden Lastleitungen gespeist wird, bereit gestellt werden.400 volts AC voltage, both single and multi-phase, must ensure safe operation. The DC voltage required for the evaluation device of the residual current protection or signaling device to function safely must be provided by an integrated power supply unit, which is fed from the load lines to be monitored.
Es besteht zudem die Anforderung, daß die Fehlerstromschutz- oder -meldeeinrichtung während des normalen Betriebes und beim Zuschalten auf einen fehlerhaften Verbraucher sehr schnell ansprechen muß. Eine Fehlerstromschutz- oder meldeeinrichtung für den Schutz bei direktem Berühren (Personenschutz) muß beispielsweise innerhalb von 40 Millisekunden ansprechen, wenn der auftretende Fehlerstrom größer oder gleich dem 5-fachen Wert des Bemessungsfehlerstromes der Schutzeinrichtung ist. Das Netzteil für eine solche Fehlerstromschutz- oder meldeeinrichtung hat daher die Betriebsspannung für die Auswerteeinrichtung schnell nach Anlegen der Eingangsspannung zur Verfügung zu stellen.There is also a requirement that the residual current protection or signaling device must respond very quickly during normal operation and when connected to a faulty consumer. For example, a residual current protection or signaling device for protection against direct contact (personal protection) must respond within 40 milliseconds if the residual current that occurs is greater than or equal to 5 times the rated residual current of the protective device. The power supply for such a residual current protection or signaling device must therefore provide the operating voltage for the evaluation device quickly after the input voltage is applied.
Aus „Halbleiterschaltungstechnik", Tietze, Schenk, 10. Aufl., S. 542ff, sind Netzteilschaltungen bestehend aus einem Transformator sowie Gleichrichter und einem einfachen Längsregler bekannt. Diese Schaltungen haben aber zwei Nachteile: Zum einen ist der Wirkungsgrad aufgrund der Verwendung einer einfachen Längsregelung und desPower supply circuits consisting of a transformer, rectifier and a simple longitudinal regulator are known from "Semiconductor Circuit Technology", Tietze, Schenk, 10th edition, p. 542ff. However, these circuits have two disadvantages: Firstly, the efficiency is low due to the use of a simple longitudinal regulator and the
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Transformators gering und zum anderen liegt der Variationsbereich dieser Netzteile bei l,x : 1 (sie erreichen nicht 2:1). Der Variationsbereich gibt das Verhältnis der größten Eingangsspannung zur kleinsten Eingangsspannung an, bei welcher der geforderte Ausgangsspannungswert noch bereitgestellt wird.transformer is low and secondly the variation range of these power supplies is l,x : 1 (they do not reach 2:1). The variation range indicates the ratio of the highest input voltage to the lowest input voltage at which the required output voltage value is still provided.
Aus Tietze, Schenk sind Schaltnetzteile, die nach dem Sperrwandler- oder Flußwandlerprinzip arbeiten, bekannt. Diese Netzteile haben den Vorteil, daß sie einen relativ hohen Wirkungsgrad haben. Der Nachteil dieser „normalen" Schaltnetzteile, bezogen auf die Anforderungen einer Fehlerstromschutz- oder -meldeeinrichtung, ist aber der geringe Variationsbereich. Stand der Technik sind Schaltnetzteile mit einem maximalen Eingangsspannungsbereich von 4 : 1 (meistens im Bereich der Einphasenspannung „230Vac" z.B. 85Vac bis 264Vac). Ebenfalls Stand der Technik sind Schaltnetzteile die nur im Bereich der Mehrphasenspannung („4 00Vac") arbeiten.Switching power supplies that work according to the flyback converter or forward converter principle are known from Tietze, Schenk. These power supplies have the advantage of being relatively efficient. The disadvantage of these "normal" switching power supplies, in relation to the requirements of a residual current protection or signaling device, is the small range of variation. Switching power supplies with a maximum input voltage range of 4:1 (mostly in the range of single-phase voltage "230Vac" e.g. 85Vac to 264Vac) are also state of the art. Switching power supplies that only work in the range of multi-phase voltage ("4 00Vac").
Die Fehlerstromschutz- oder -meldeeinrichtung muß jedoch an einer Eingangsspannung von 50Vac (Berührspannungsgrenze) bis 400Vac (+ 10% zu erwartende Überspannung) arbeiten. Dies entspricht einem Eingangsspannungsbereich von 9:1.However, the residual current protection or signaling device must operate at an input voltage of 50Vac (touch voltage limit) to 400Vac (+ 10% expected overvoltage). This corresponds to an input voltage range of 9:1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzteil der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, das bei ein- oder mehrphasigem Betrieb in sehr kurzer Zeit eine GleichspannungThe invention is based on the object of providing a power supply unit of the type mentioned at the beginning, which in single or multi-phase operation can generate a direct voltage
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über einen großen Eingangsspannungsbereich zur Verfügung stellt.over a wide input voltage range.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das eigentliche Schaltnetzteil für einen definierten Eingangsspannungsbereich ausgelegt ist und daß der eigentliche Schaltregler des Schaltnetzteils und eine spannungsgesteuerte Längsregelungsschaltung in Reihe geschaltet sind.This object is achieved according to the invention in that the actual switching power supply is designed for a defined input voltage range and that the actual switching regulator of the switching power supply and a voltage-controlled longitudinal regulation circuit are connected in series.
Die spannungsgesteuerte Längsregelungsschaltung bildet eine Mehrphasenschaltungserweiterung aus, welche es ermöglicht, daß das Schaltnetzteil auch mit höheren Eingangsspannungen, z. B. durch einen mehrphasigen Anschluß, betrieben werden kann, wobei die Durchbruchspannung des Schaltreglers nicht überschritten wird. Dadurch wird vorteilhaft ein Variationsbereich von > 10 : 1 erreicht. Eine obere Grenze der Eingangsspannung ist durch die Spannungsfestigkeit der verwendeten Bauelemente bestimmt.The voltage-controlled longitudinal regulation circuit forms a multiphase circuit extension, which enables the switched-mode power supply to be operated with higher input voltages, e.g. through a multiphase connection, without exceeding the breakdown voltage of the switching regulator. This advantageously achieves a variation range of > 10:1. An upper limit of the input voltage is determined by the dielectric strength of the components used.
Es ist beispielsweise vorgesehen, daß die spannungsgesteuerte Längsregelung bis zu ca. 160VoIt Eingangsspannung niederohmig, also leitend, ist. Die Leistungsverluste bis zu dieser Spannungshöhe über der spannungsgesteuerten Längsregelung sind nicht hoch, da der Längsregler niederohmig ist und somit eine nur sehr kleine Spannung an ihm abfällt.For example, it is intended that the voltage-controlled longitudinal regulator is low-impedance, i.e. conductive, up to an input voltage of approx. 160V. The power losses up to this voltage level via the voltage-controlled longitudinal regulator are not high, since the longitudinal regulator is low-impedance and therefore only a very small voltage drop is generated across it.
Steigt die Spannung über beispielsweise 160 Volt, so werden durch die Schaltfunktion der spannungsgesteuerten Längsregelung zwei Schaltzustände eingestellt. DieseIf the voltage rises above 160 volts, for example, two switching states are set by the switching function of the voltage-controlled longitudinal control. These
Schaltzustände werden in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Schaltreglers des Schaltnetzteils eingestellt.Switching states are set depending on the switching state of the switching regulator of the switching power supply.
Ein Schaltnetzteil arbeitet nach folgendem Prinzip: Eine Gleichspannung wird mit einem Schaltregler mit einer über dem Hörbereich liegenden Frequenz zerhackt, transformiert und wieder gleichgerichtet. Der Schaltregler kennt zwei Zustände zum Zerhacken der Gleichspannung:A switching power supply works according to the following principle: A DC voltage is chopped, transformed and rectified again using a switching regulator with a frequency above the audible range. The switching regulator has two states for chopping the DC voltage:
In einem Zustand schaltet der Schaltregler des Schaltnetzteils. In diesem Fall ist die spannungsgesteuerte Längsregelung niederohmig und es kann ein Strom durch den Schaltregler des Schaltnetzteils hindurch gelassen werden.In one state, the switching regulator of the switching power supply switches. In this case, the voltage-controlled longitudinal regulation is low-impedance and a current can be passed through the switching regulator of the switching power supply.
Im anderen Zustand des Schaltnetzteils, wenn der Schaltregler seine Stromflußpause hat, wird die Spannung am Schaltregler durch die spannungsgesteuerte Längsregelungsschaltung so eingestellt, daß die Durchbruchspannung des Schaltreglers nicht überschritten wird. Dieser Wert wird durch eine in der Längsregelungsschaltung enthaltenen Zenerdiode und einen Widerstand begrenzt, um eine Zerstörung des Schaltreglers zu vermeiden. Am Längsregler tritt fast keine Verlustleistung auf, da nur ein sehr kleiner Strom fließt.In the other state of the switching power supply, when the switching regulator has its current flow break, the voltage at the switching regulator is set by the voltage-controlled series regulation circuit so that the breakdown voltage of the switching regulator is not exceeded. This value is limited by a Zener diode and a resistor contained in the series regulation circuit to prevent the switching regulator from being destroyed. There is almost no power loss at the series regulator because only a very small current flows.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schaltnetzteil eingangsseitig zumindestens ein Gleichrichtungsmodul ausweist. Mit diesem Modul sind Eingangswechselspannungen gleichrichtbar und somit dem Schaltnetzteil zuführbar.According to a further development of the invention, it is provided that the switching power supply has at least one rectification module on the input side. With this module, input alternating voltages can be rectified and thus fed to the switching power supply.
Im Leitungsweg vor oder hinter dem Gleichrichtmodul ist vorzugsweise wenigstens ein Überspannungsschutzmodul angeordnet, mit dem die nachfolgende Schaltung vor transienten Überspannungen geschützt wird.Preferably, at least one overvoltage protection module is arranged in the line path before or after the rectification module, with which the subsequent circuit is protected against transient overvoltages.
Weiterhin kann im Leitungsweg zwischen dem Gleichrichtungsmodul und der Längsregelungsschaltung wenigstens ein Glättungsmodul angeordnet sein, mit dem die pulsierende Gleichspannung geglättet wird. Dieses Modul kann zudem einen EMV - Schutz gewährleisten, so daß die Störungen und die Taktfrequenz des Schaltnetzteils nicht über die Netzversorgung abgestrahlt werden.Furthermore, at least one smoothing module can be arranged in the line path between the rectification module and the longitudinal control circuit, with which the pulsating direct voltage is smoothed. This module can also ensure EMC protection so that the interference and the clock frequency of the switching power supply are not radiated via the mains supply.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention, from which further inventive features emerge, is shown in the drawing. They show:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Schaltnetzteils, undFig. 1 shows a schematic structure of a switching power supply according to the invention, and
Fig. 2 einen Schaltplan des Schaltnetzteils nach Fig. 1Fig. 2 a circuit diagram of the switching power supply according to Fig. 1
Das Schaltnetzteil 1 in Fig. 1 ist in einen Leitungsweg eingesetzt, an den eingangsseitig eine Wechselspannung mit den Phasen Ll bis L3 und Neutralleiter N angelegt ist und von dem ausgangsseitig eine Gleichspannung +UB abgenommen wird.The switching power supply 1 in Fig. 1 is inserted into a line path to which an alternating voltage with the phases L1 to L3 and neutral conductor N is applied on the input side and from which a direct voltage +UB is taken on the output side.
Das Schaltnetzteil 1 weist einen Übertrager 2 auf undThe switching power supply 1 has a transformer 2 and
weist auf der Primärseite des Übertragers 2 einehas on the primary side of the transformer 2 a
spannungsgesteuerte Längsregelungsschaltung 3 auf, welche verhindert, daß die Durchbruchsspannung (Pfeil 6) eines Schaltreglers 5 überschritten werden kann. Der Längsregelungssschaltung 3 ist ein Steuermodul 4 zugeordnet. Weiterhin ist der Längsregelungsschaltung 3 ein Schaltregler 5 des Schaltnetzteils .1 nachgeschaltet.voltage-controlled longitudinal regulation circuit 3, which prevents the breakdown voltage (arrow 6) of a switching regulator 5 from being exceeded. A control module 4 is assigned to the longitudinal regulation circuit 3. Furthermore, a switching regulator 5 of the switching power supply .1 is connected downstream of the longitudinal regulation circuit 3.
Der Schaltregler 5 ist über eine Leitung 7 mit der Sekundärseite des Übertragers 2 verschaltet, wobei die Verschaltung mit einem Gleichrichtungs- und Glättungsmodul 8 erfolgt.The switching regulator 5 is connected to the secondary side of the transformer 2 via a line 7, whereby the connection is made to a rectification and smoothing module 8.
Im elektrischen Leitungsweg sind vor dem Schaltnetzteils 1 ein Gleichrichtungsmodul 9, ein Überspannungsschutzmodul 10 und ein Glättungsmodul 11 angeordnet.A rectification module 9, an overvoltage protection module 10 and a smoothing module 11 are arranged in the electrical line path upstream of the switching power supply 1.
Das Schaltnetzteil 1 arbeitet mit dem vorgeschalteten Gleichrichtmodul 9 auch dann, wenn lediglich zwei der aktiven Versorgungsleitungen der Netzzuführung wenigstens 50Vac führen. Ausreichend ist beispielsweise Ll mit N > 50Vac. Das Schaltnetzteil 1 arbeitet mit dem vorgeschalteten Gleichrichtmodul 9 auch dann, wenn alle aktiven Versorgungsleitungen der Netzzuführung Spannung führen.The switching power supply 1 works with the upstream rectification module 9 even if only two of the active supply lines of the mains supply carry at least 50Vac. For example, Ll with N > 50Vac is sufficient. The switching power supply 1 works with the upstream rectification module 9 even if all active supply lines of the mains supply carry voltage.
Fig. 2 zeigt einen schaltungsmäßigen Aufbau des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils.Fig. 2 shows a circuit structure of the switching power supply according to the invention.
Claims (8)
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| DE20207495U DE20207495U1 (en) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | Switched-mode power supply with inputs for at least one primary DC voltage or for at least one primary AC voltage |
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Cited By (1)
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| WO2010015811A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-11 | Deepstream Technologies Limited | Overload relay |
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2002
- 2002-05-14 DE DE20207495U patent/DE20207495U1/en not_active Expired - Lifetime
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