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Netzteil mit stark verkuerzter Hochlaufzeit

IP.com Disclosure Number: IPCOM000038223D
Published in the IP.com Journal: Volume 5 Issue 2 (2005-02-25)
Included in the Prior Art Database: 2005-Feb-25
Document File: 2 page(s) / 41K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Fuer vielfaeltige Anwendungen ist eine Stromversorgung gewuenscht, welche bei der Speisung auch aus einem hochohmigen Netz eine schnelle Bereitstellung der Ausgangsspannung ermoeglicht. Bei einem geringen Ansprechwert einer eventuell vorgeschalteten Sicherung soll ebenfalls eine schnelle Bereitstellung der Ausgangsspannung erfolgen. Die speisende Spannung ist vorzugsweise eine Wechselspannung, und die Ausgangsspannung soll praktisch unverzoegert mit annaehrend dem vollen Nennstrom belastet werden koennen. Bei Bedarf soll waehrend der gesamten Betriebszeit ein Betrieb in der Leistungsanpassung oder nahe der Leistungsanpassung moeglich sein. Bei bisherigen Moeglichkeiten, an einem hochohmigen Netz eine Ausgangsspannung bei voller Strombelastbarkeit zur Verfuegung zu stellen, war allerdings das Problem des schnellen Hochlaufs der Ausgangsspannung noch nicht geloest.

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S

Netzteil mit stark verkuerzter Hochlaufzeit

Idee: Kay Koester, DE-Berlin; Wolfgang Roehl, DE-Berlin; Harald Walter, DE-Berlin

Fuer vielfaeltige Anwendungen ist eine Stromversorgung gewuenscht, welche bei der Speisung auch aus einem hochohmigen Netz eine schnelle Bereitstellung der Ausgangsspannung ermoeglicht. Bei einem geringen Ansprechwert einer eventuell vorgeschalteten Sicherung soll ebenfalls eine schnelle Bereitstellung der Ausgangsspannung erfolgen. Die speisende Spannung ist vorzugsweise eine Wechselspannung, und die Ausgangsspannung soll praktisch unverzoegert mit annaehrend dem vollen Nennstrom belastet werden koennen. Bei Bedarf soll waehrend der gesamten Betriebszeit ein Betrieb in der Leistungsanpassung oder nahe der Leistungsanpassung moeglich sein. Bei bisherigen Moeglichkeiten, an einem hochohmigen Netz eine Ausgangsspannung bei voller Strombelastbarkeit zur Verfuegung zu stellen, war allerdings das Problem des schnellen Hochlaufs der Ausgangsspannung noch nicht geloest.

Bei der im Folgenden beschriebenen Loesung werden zwei Schaltnetzteile in Reihe geschaltet. Das aus dem (hochohmigen) Netz gespeiste erste Netzteil besitzt vorzugsweise eine Regelung, welche die Eingangsimpedanz begrenzt oder auf andere Weise einen stabilen Betrieb in der Naehe des maximalen Arbeitspunkts ermoeglicht. Fuer diese Anwendung ist bei Wechselspannung sehr gut ein spezielles Netzteil mit Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction = PFC) geeignet. Es benoetigt allerdings eine Zusatzeinrichtung, die eine Begrenzung der Eingangsimpedanz, in unkritischeren Faellen auch eine andere Begrenzung (z.B. des Eingangsstroms) durchfuehrt. Dieses Netzteil besitzt nun ausgangsseitig einen Ladekondensator, der die Siebung der Netzspannung durchfuehrt. Liegt die Belastung des Netzes in der Naehe der Leistungsanpassung, so ist bei 50 Hz- Netzen mit typischen Aufladezeiten des Ladekondensators von 50-300ms zu rechnen. Dies ist fuer einen Einsatz z.B. in einem Lichtsignal insbesondere bei eingangsseitiger Unterspannung zu lang. Durch ein nachgeschaltetes zweites Schaltnetzteil mit einem Weitbereichseingang kann jedoch aus dieser noch hochlaufenden Spannung in sehr kurzer Zeit eine Ausgangsspannung zur Verfuegung gestellt werden.

Das genannte zweite Netzteil benoetigt keinen grossen Ladekondensator zur Ueberbrueckung der Nulldurchgaenge der Netzspannung. Der Ausgangskondensator muss lediglich die Stromluecken der Schaltfrequenz (ueblich 50kHz - 500kHz) ueberbruecken. Es kann daher wesentlich schneller hochlaufen und liefert seine volle Ausgangsspannung schon unmittelbar nachdem seine Startspannung (z.B. 10-30% der Nennspannung) ueberschritten ist. Der Ausgangskondensator des ersten Netzteils wird wegen der Begrenzung der Eingangsimpedanz annaehrend mit einer konstanten Leistung aufgeladen. Bei der angenommenen Startspannung von 10-30% ist erst 1-9% der Endenergie im Ladekondensator gespeichert (E=1/2CU2). Das heisst, durch eine derartige Anordnung k...