DE4008904A1 - Network supply circuit for LV load resistances - uses trial controlled by ignition circuit with schmitt trigger - Google Patents
Network supply circuit for LV load resistances - uses trial controlled by ignition circuit with schmitt triggerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Netzteil zur Erzeugung einer Niederspannung an einem Lastwiderstand aus der Netzwechselspannung, mit einem Triac oder Thyristor, den eine Zündschaltung mit gegenüber den Nullspannungsdurchgängen der Netzwechselspannung phasenverschobenen Zündimpulsen zündet und der kurz vor dem Nullspannungsdurchgang sperrt.The invention relates to a power supply for generating a Low voltage on a load resistor from the Mains AC voltage, with a triac or thyristor an ignition circuit with opposite Zero voltage crossings of the AC mains voltage phase-shifted ignition pulses ignite and the shortly before blocks the zero voltage passage.
Ein derartiges Netzteil ist in der Literaturstelle "Einführung in die Elektronik", Hg. Jean Pütz, 4. Auflage, April 1974, Seite 204, beschrieben. Dort ist die Niederspannung keine Gleichspannung, sondern eine Wechselspannung. Dementsprechend sind in den positiven und den negativen Halbwellen Zündimpulse vorgesehen.Such a power supply is in the literature "Introduction to Electronics", Ed. Jean Pütz, 4. Edition, April 1974, page 204. There is the Low voltage is not DC voltage, but one AC voltage. Accordingly, are in the positive and the negative half-wave ignition pulses are provided.
Ein weiteres Netzteil ist in der Literaturstelle "Siemens Components 21" (1983), Heft 1, Seite 19, 20 unter dem Titel "Transformatorlose Gleichspannungserzeugung aus dem Netz mit Sipmos-Transistor" beschrieben. Es wird hier am Lastwiderstand eine Gleichspannung erzeugt. Der genannte Transistor ist ein Sonderbauteil. Dem Lastwiderstand ist ein Ladekondensator parallelgeschaltet. Der genannte Transistor ist nur während der positiven Netzhalbwelle leitend. Der Ladevorgang des Ladekondensators wird durch den Transistor bei einer bestimmten Spitzenspannung abgebrochen.Another power supply is in the reference "Siemens Components 21 "(1983), No. 1, pages 19, 20 under the Title "Transformerless DC voltage generation from the Network with Sipmos transistor ". It is here on Load resistance generates a DC voltage. The named Transistor is a special component. The load resistance is a charging capacitor connected in parallel. The named Transistor is only during the positive line half-wave conductive. The charging process of the charging capacitor is done by the transistor at a certain peak voltage canceled.
Bei Elektronikschaltungen, deren Bauteile in CMOS-Technik aufgebaut sind, ist der Strombedarf an sich gering. Deshalb werden nach dem Stand der Technik hier anstelle eines teueren Trafonetzteils ein preiswertes Kondensator- oder Widerstandsnetzteil verwendet. Bei diesen Netzteilen fällt die Differenz der Netzspannung zur Niederspannung an einem Vorwiderstand ab. Durch diesen fließt der Strom, der auch vom Lastwiderstand verbraucht wird. Aus diesem Grunde sind diese Netzteile schon bei mittlerem Stromverbrauch ungeeignet. Ist der Vorwiderstand ohmisch, verbraucht er viel Leistung in Form von Wärme. Ist er kapazitiv, dann wird das Netzteil teuer. Bei dem Widerstandsnetzteil ist das Verhältnis von Eingangsspannung am Netzteil zur Ausgangsspannung am Lastwiderstand entscheidend für die nutzlos verbrauchte Energie (Wärme). Deswegen werden Widerstandsnetzteile üblicherweise mit nur einer der beiden Netzhalbwellen über eine Einweggleichrichtung betrieben.For electronic circuits, their components in CMOS technology are built, the power requirement is low in itself. Therefore, according to the state of the art instead an expensive transformer power supply an inexpensive capacitor or resistance power supply used. With these power supplies the difference between the mains voltage and the low voltage drops on a series resistor. The current flows through this which is also consumed by the load resistor. For this Basically, these power supplies are already medium Unsuitable power consumption. If the series resistor is ohmic, it consumes a lot of power in the form of heat. Is he capacitive, then the power supply becomes expensive. In which Resistor power supply is the ratio of Input voltage at the power supply to the output voltage at Load resistance crucial for the uselessly consumed Energy (heat). That's why resistance power supplies usually with only one of the two network half-waves operated via a one-way rectification.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Netzteil der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das mit einem Triac oder Thyristor arbeitet und dessen Zündschaltung einfach ist.The object of the invention is a power supply unit of the beginning to propose the type mentioned with a triac or Thyristor works and its ignition circuit is simple.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Netzteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Zündschaltung den Triac bzw. Thyristor nur für positive Halbwellen zündet, so daß der Triac bzw. Thyristor einen zum Lastwiderstand parallelen Ladekondensator nur mit einem Rest der positiven Halbwellen nachlädt, daß die Zündschaltung einen Schmitt-Trigger aufweist, dessen zweiter Transistor am Gate des Triacs bzw. Thyristors liegt und dessen erster Transistor an einem Kondensator liegt, der mit einer in Reihe zu ihm geschalteten Diode parallel zu einer Zenerdiode geschaltet ist, wobei der Zündimpuls dadurch entsteht, daß nach dem Laden des Kondensators mit der positiven Halbwelle auf einen durch die Zenerspannung begrenzten Wert, der zweite Transistor leitend schaltet und den Triac bzw. Thyristor zündet, wobei der Kondensator die Energie des Zündimpulses liefert.According to the invention, the above task is for a power supply unit initially mentioned type solved in that the Ignition circuit the triac or thyristor only for positive Half waves ignite, so that the triac or thyristor one charging capacitor parallel to the load resistor only with reloads a rest of the positive half waves that the Ignition circuit has a Schmitt trigger, the second transistor at the gate of the triac or thyristor lies and the first transistor on a capacitor lies, with a diode connected in series to it is connected in parallel to a zener diode, the Ignition pulse arises in that after loading the Capacitor with the positive half-wave through to one the zener voltage limited value, the second transistor turns on and ignites the triac or thyristor, where the capacitor is the energy of the ignition pulse delivers.
Diese Schaltung hat verschiedene Vorteile. Einerseits ist das Leistungsschaltelement, nämlich der Triac oder Thyristor, als handelsübliches, weit verbreitetes Bauteil billig. Vorzugsweise wird ein Triac verwendet, da dieser üblicherweise wesentlich billiger zu beziehen ist, als ein Thyristor. Andererseits ist bei der Schaltung der Energieverbrauch an einem Vorwiderstand gering, da der Strom nur dann fließt, wenn der Ladekondensator auf die gewünschte Niederspannung geladen wird. Dies hat nicht nur den Vorteil eines geringen Energieverbrauchs, sondern insbesondere auch den Vorteil, daß sich der Vorwiderstand entsprechend weniger erwärmt.This circuit has several advantages. On the one hand is the power switching element, namely the triac or Thyristor, as a commercially available, widely used component cheap. A triac is preferably used since this is usually much cheaper to buy than a thyristor. On the other hand, in the circuit Energy consumption at a series resistor is low because of the Current only flows when the charging capacitor is on the desired low voltage is charged. This has not only the advantage of low energy consumption, but in particular also the advantage that the series resistor correspondingly less heated.
Günstig ist auch, daß kein zusätzliches Bauteil zur Gleichrichtung notwendig ist.It is also favorable that no additional component for Rectification is necessary.
Besonders vorteilhaft ist, daß der Kondensator doppelt genutzt ist. Einerseits dient er der Bestimmung der Zeit bis zum Auftreten des Zündimpulses. Andererseits dient er mit seiner Ladung als Energiequelle für den Zündimpuls. Es wird dadurch ein kurzer, kräftiger Zündimpuls ohne weiteres erreicht. Die Zündschaltung ist insgesamt hochohmig, was mit einem geringen Stromverbrauch verbunden ist. Sie liefert dennoch den für den Triac notwendigen, kräftigen Zündimpuls.It is particularly advantageous that the capacitor is double is used. On the one hand, it serves to determine the time until the ignition pulse occurs. On the other hand, it serves with its charge as an energy source for the ignition pulse. It is a short, powerful ignition pulse without further achieved. The ignition circuit is overall high impedance, what with low power consumption connected is. It still delivers that for the triac necessary, powerful ignition pulse.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist bei der negativen Halbwelle die Zenerdiode in Durchlaßrichtung betrieben und der Kondensator entladen gehalten, wobei der erste Transistor leitend geschaltet ist. Dadurch ist der Zeitpunkt des Zündimpulses in der positiven Halbwelle (Phasenverschiebung) exakt festlegbar. In a preferred embodiment of the invention, the negative half wave the Zener diode in the forward direction operated and the capacitor kept discharged, being the first transistor is turned on. This is the time of the ignition pulse in the positive half wave (Phase shift) can be precisely defined.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigenFurther advantageous embodiments of the invention result from the subclaims and the following Description of an embodiment. In the drawing demonstrate
Fig. 1 das Schaltbild eines Netzteils mit vollständiger Darstellung der Zündschaltung, Fig. 1 is a circuit diagram of a power supply with complete representation of the ignition circuit,
Fig. 2 den Spannungsverlauf an der Zenerdiode, Fig. 2 shows the voltage curve at the Zener diode,
Fig. 3 die an dem Ladekondensator wirksame Spannung und Fig. 3, the voltage acting on the charging capacitor and
Fig. 4 die Spannung am Lastwiderstand. Fig. 4 shows the voltage across the load resistor.
Ein Netzteil weist Anschlüsse (1, 2) zum Anschluß des Nulleiters (N) und der Phase (L) des Haushalts- Wechselspannungsnetzes auf. An Anschlüsse (3, 4) ist der zu versorgende Verbraucher (Lastwiderstand) anschließbar, der eine im Vergleich zur Netzwechselspannung kleine Gleichspannung benötigt. Der Verbraucher ist beispielsweise eine Mikrocomputer-Schaltung oder eine andere elektronische Schaltung, beispielsweise zur Steuerung eines Haushaltsgeräts.A power supply unit has connections ( 1 , 2 ) for connecting the neutral conductor (N) and the phase (L) of the household AC network. The consumer (load resistor) to be supplied can be connected to connections ( 3 , 4 ) and requires a small DC voltage compared to the AC mains voltage. The consumer is, for example, a microcomputer circuit or another electronic circuit, for example for controlling a household appliance.
Das Netzteil weist einen Triac (TC) auf, dessen eine Hauptelektrode am Anschluß (2) und dessen andere Hauptelektrode über einen Vorwiderstand (R10) an einem Ladekondensator (C2) liegt.The power supply unit has a triac (TC), one main electrode of which is connected to the connection ( 2 ) and the other main electrode of which is connected to a charging capacitor (C 2 ) via a series resistor (R 10 ).
An dem Gateanschluß des Triacs (TC) liegt eine Zündschaltung (5). Die Zündschaltung (5) weist einen Schmitt-Trigger (6) bestehend aus Widerständen (R3 bis R8) und einem ersten Transistor (T1) sowie einem zweiten Transistor (T2) auf. Der Kollektor des zweiten Transistors (T2) liegt am Gate des Triacs (TC). Ein Widerstand (R9) zwischen dem Gate und der einen Hauptelektrode des Triacs (TC) dient dem sicheren Sperren des Triacs (TC).An ignition circuit ( 5 ) is located at the gate connection of the triac (TC). The ignition circuit ( 5 ) has a Schmitt trigger ( 6 ) consisting of resistors (R 3 to R 8 ) and a first transistor (T 1 ) and a second transistor (T 2 ). The collector of the second transistor (T 2 ) is at the gate of the triac (TC). A resistor (R 9 ) between the gate and the one main electrode of the triac (TC) serves to safely lock the triac (TC).
Die Basis des Transistors (T1) liegt über den Widerstand (R4) zwischen einer Diode (D) und einem Kondensator (C1). Der Widerstand (R3) liegt parallel zur Diode (D). Der Kondensator (C1) liegt an dem Anschluß (2). Parallel zur Reihenschaltung des Kondensators (C1) und der Diode (D) ist eine Zenerdiode (Z1) geschaltet. Die Diode (D) liegt über Widerstände (R1, R2) an dem Anschluß (1 bzw. 3). Auf diesen ist auch der Ladekondensator (C2) bezogen.The base of the transistor (T 1 ) is located across the resistor (R 4 ) between a diode (D) and a capacitor (C 1 ). The resistor (R 3 ) is parallel to the diode (D). The capacitor (C 1 ) is connected to the connection ( 2 ). A zener diode (Z 1 ) is connected in parallel with the series connection of the capacitor (C 1 ) and the diode (D). The diode (D) is connected via resistors (R 1 , R 2 ) to the connection ( 1 or 3 ). The charging capacitor (C 2 ) is also related to this.
Zur Stabilisierung der Ausgangsspannung (UG) an den Anschlüssen (3, 4) ist ein Shunt-Regler (7) vorgesehen, der einen Serienwiderstand (R11) und einen Paralleltransistor (T3) aufweist, an dessen Basis eine Zenerdiode (Z2) liegt.To stabilize the output voltage (UG) at the connections ( 3 , 4 ), a shunt regulator ( 7 ) is provided, which has a series resistor (R 11 ) and a parallel transistor (T 3 ), at the base of which a Zener diode (Z 2 ) lies.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist im
wesentlichen folgende:
Die Zenerdiode (Z1) ist im Durchlaß betrieben, wenn am
Anschluß (2) die bezogen auf den Anschluß (1) negative
Halbwelle der Netzwechselspannung anliegt. An der
Zenerdiode (Z1) fällt die kleine Diodendurchlaßspannung
von etwa 0,5 V ab. Der Kondensator (C1) ist über die
Diode (D) und die Widerstände (R1, R2) vollständig entladen.
Es kann kein Zündimpuls entstehen (vgl. Fig. 2 bei
"erste Halbwelle" und "dritte Halbwelle").The circuit works as follows:
The Zener diode (Z 1 ) is operated in the pass when the negative half-wave of the mains AC voltage is present at the connection ( 2 ) with respect to the connection ( 1 ). The small diode forward voltage of approximately 0.5 V drops at the zener diode (Z 1 ). The capacitor (C 1 ) is completely discharged via the diode (D) and the resistors (R 1 , R 2 ). There can be no ignition pulse (see FIG. 2 for "first half-wave" and "third half-wave").
Mit Beginn der vom Nulleiteranschluß (1) ausgesehen positiven Halbwelle, steigt die Spannung an der Zündschaltung (5) ziemlich schnell auf den Wert der Zenerspannung Uz der Zenerdiode (Z1) an und bleibt dann zunächst konstant. In Fig. 2 ist dies bei der "zweiten Halbwelle" dargestellt. Bei dieser Darstellung ist der Spannungsverlauf auf den Anschluß (2), an dem die Phase (L) des Netzes anliegt, bezogen. Deshalb ist der Spannungsanstieg an der Zündschaltung (5) negativ. Der Transistor (T1) ist über den Basiswiderstand (R4) leitend. Der Transistor (T2) ist dementsprechend gesperrt. Dabei lädt sich über die Widerstände (R3, R4, R8, R1, R2) der Kondensator (C1) in Richtung auf die Zenerspannung (Uz) (vgl. Fig. 2) der Zenerdiode (Z1) auf. Sobald die Spannung am Kondensator (C1) einen Wert erreicht, der der Zenerspannung abzüglich der am Widerstand (R8) abfallenden Spannung entspricht, kippt der Schmitt-Trigger (6) in seinen zweiten stabilen Zustand. Der Transistor (T1) ist jetzt gesperrt. Der Transistor (T2) ist leitend und zündet zum Zeitpunkt (tz) (vgl. Fig. 2, 3) den Triac (TC). Dabei entlädt sich er Kondensator (C1) über den Transistor (T2), den Widerstand (R8) und die Diode (D) auf das Gate des Triacs (TC). Damit wirkt der Kondensator (C1) als Energiespeicher für den Zündimpuls. Es entsteht also ein kurzer, kräftiger Zündimpuls.With the beginning of the positive half-wave as seen from the neutral conductor connection ( 1 ), the voltage at the ignition circuit ( 5 ) rises fairly quickly to the value of the Zener voltage Uz of the Zener diode (Z 1 ) and then initially remains constant. This is shown in FIG. 2 for the "second half-wave". In this representation, the voltage curve is related to the connection ( 2 ) to which the phase (L) of the network is applied. The voltage rise at the ignition circuit ( 5 ) is therefore negative. The transistor (T 1 ) is conductive via the base resistor (R 4 ). The transistor (T 2 ) is blocked accordingly. The capacitor (C 1 ) charges in the direction of the Zener voltage (Uz) (cf. FIG. 2) of the Zener diode (Z 1 ) via the resistors (R 3 , R 4 , R 8 , R 1 , R 2 ) . As soon as the voltage on the capacitor (C 1 ) reaches a value which corresponds to the Zener voltage minus the voltage dropping across the resistor (R 8 ), the Schmitt trigger ( 6 ) tilts to its second stable state. The transistor (T 1 ) is now blocked. The transistor (T 2 ) is conductive and ignites the triac (TC) at the time (tz) (cf. FIGS. 2, 3). It discharges capacitor (C 1 ) via transistor (T 2 ), resistor (R 8 ) and diode (D) to the gate of the triac (TC). The capacitor (C 1 ) thus acts as an energy store for the ignition pulse. So there is a short, powerful ignition pulse.
Über den gezündeten Triac (TC) wird der Ladekondensator (C2) mit dem zwischen dem Zeitpunkt (tz) und dem Zeitpunkt (t0) des nächsten Nulldurchganges anstehenden Rest der positiven Halbwelle geladen bzw. nachgeladen (vgl. Fig. 3). Es entsteht an ihm dadurch der in Fig. 4 beispielsweise dargestellte Spannungsverlauf. Da der Triac (TC) erst nach der Amplitude der positiven Halbwelle gezündet wird, steht am Kondensator (C2) nur der Rest der abklingenden positiven Halbwelle an (vgl. Fig. 3). Dadurch ist erreicht, daß für die gewünschte, beispielsweise 12 V betragende, im Vergleich zur Netzwechselspannung jedenfalls sehr kleine Niederspannung (UG) am Ladekondensator (C2) keine besonders hohe Spannung auftritt. Der Widerstand (R10) könnte an sich auch entfallen. Es bestünde dann jedoch die Gefahr, daß bei einem unerwünschten Störimpuls zu Beginn einer Halbwelle die volle Netzspannung am Ladekondensator (C2) läge, wodurch der Ladekondensator (C2) und die nachgeschaltete Elektronik zerstört würde.Via the ignited triac (TC), the charging capacitor (C 2 ) is charged or recharged with the remainder of the positive half-wave present between the time (tz) and the time (t0) of the next zero crossing (cf. FIG. 3). This creates the voltage curve shown in FIG. 4, for example. Since the triac (TC) is only fired after the amplitude of the positive half-wave, only the rest of the decaying positive half-wave is present at the capacitor (C 2 ) (cf. FIG. 3). It is thereby achieved that no particularly high voltage occurs at the charging capacitor (C 2 ) for the desired low voltage (UG), which is, for example, 12 V, in any case very low in comparison with the mains AC voltage. The resistance (R 10 ) itself could also be omitted. However, there would then be the danger that in the event of an undesired interference pulse at the beginning of a half-wave, the full mains voltage would be at the charging capacitor (C 2 ), as a result of which the charging capacitor (C 2 ) and the downstream electronics would be destroyed.
Sobald die Netzspannung am Anschluß (2) unter den Wert der Spannung am Kondensator (C2) sinkt, sperrt der Triac (TC) selbsttätig. Der Kondensator (C1) wird wieder über die Diode (D) vollständig entladen. Da der Kondensator (C1) bei Beginn der Halbwelle, in der eine Zündung erfolgt, immer vollständig entladen ist, wird ein stabiler definierter Zündzeitpunkt (Tz) in jeder positiven Halbwelle erreicht.As soon as the mains voltage at connection ( 2 ) falls below the value of the voltage at capacitor (C 2 ), the triac (TC) locks automatically. The capacitor (C 1 ) is completely discharged again via the diode (D). Since the capacitor (C 1 ) is always completely discharged at the beginning of the half-wave in which ignition takes place, a stable, defined ignition point (Tz) is achieved in each positive half-wave.
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| Date | Code | Title | Description |
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |