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Dokumentenidentifikation DE3728809C2 07.10.1993
Titel Schaltungsanordnung zum Begrenzen eines Einschaltstromes
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Schuhbauer, Ernst, Dipl.-Ing., 8000 München, DE
DE-Anmeldedatum 28.08.1987
DE-Aktenzeichen 3728809
Offenlegungstag 09.03.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.10.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.10.1993
IPC-Hauptklasse H02H 9/02

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Begrenzen eines Einschaltstromes beim Erzeugen einer Gleichspannung aus einer Wechselspannung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE 32 09 754 C2).

Bei modernen Stromversorgungen, bei denen aus einer Wechselspannung von beispielsweise 220 V eine Gleichspannung zum Betrieb eines elektrischen Geräts erzeugt wird, wird üblicherweise die Wechselspannung über einen Schalter und eine Sicherung einem Gleichrichter zugeführt, der die Wechselspannung in eine Gleichspannung umsetzt und dem Verbraucher zuführt. Parallel zum Verbraucher ist üblicherweise ein Kondensator mit einer verhältnismäßig großen Kapazität angeschlossen. In Reihe mit dem Schalter kann ein weiterer Schalter am anderen Anschluß der Wechselspannung vorgesehen sein und beide Schalter werden beim Einschalten des Geräts durch eine Bedienperson gleichzeitig betätigt.

Beim Einschalten der Stromversorgung wird der Kondensator geladen und damit fließt ein hoher Einschaltstrom, dessen Größe meist nur von dem kleinen Restwiderstand der Sicherung und des Gleichrichters bestimmt ist und dessen Dauer von der Kapazität des Kondensators abhängt. Durch den großen Einschaltstrom können mehrere negative Auswirkungen auftreten. Beispielsweise kann die Sicherung des Gerätes oder in Grenzfällen sogar die Sicherung der Hausinstallation ansprechen. Ebenso kann der Gleichrichter überlastet werden, aber auch der Kondensator ist gefährdet.

Um die Nachteile des hohen Einschaltstromes zu vermeiden, wurden bisher verschiedene Möglichkeiten zur Einschaltstrombegrenzung realisiert.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Möglichkeit der Begrenzung des Einschaltstromes durch einen Heißleiter H. Der Heißleiter H ist in Reihe mit einem Schalter mit den Schaltelementen S1 und/oder S2, der Sicherung SI und dem Gleichrichter G angeschlossen. Beim Einschalten einer Wechselspannung U1 wird der Kondensator C1 mit einem Einschaltstrom aufgeladen, der durch den zunächst verhältnismäßig hohen Widerstand des Heißleiters H begrenzt wird, der einen negativen Koeffizienten aufweist. Mit zunehmender Stromflußdauer während des Aufladens des Kondensators C erwärmt sich der Heißleiter H und sein Widerstand wird vermindert, so daß nach der Aufladung des Kondensators C und dem Zuführen der Gleichspannung U2 zu dem Verbraucher nur eine verhältnismäßig kleine Verlustleistung in dem Heißleiter H auftritt. Die Verlustleistung im Heißleiter H ist zwar gering, jedoch ist sie, insbesondere bei großer Leistung der Stromversorgung nicht mehr vernachlässigbar.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Möglichkeit der Begrenzung des Einschaltstromes. Anstelle des Heißleiters H wird ein verhältnismäßig hochohmiger üblicher Widerstand verwendet, der durch einen Kontakt r eines zum Kondensator C parallel geschalteten Relais R überbrückbar ist. Wenn die Wechselspannung U1 durch Schließen der Schaltelemente S1 und S2 über die Sicherung SI, den Widerstand W und den Gleichrichter G angelegt wird, wird der Einschaltstrom bei der Aufladung des Kondensators C durch den Widerstand W begrenzt. Wenn der Kondensator C weitgehend aufgeladen ist, spricht das Relais R durch die Gleichspannung U2 an und schließt den Kontakt r, so daß der Widerstand W überbrückt wird. Die Verlustleistung in dem Relais R und in dem Kontakt r kann weitgehend vernachlässigt werden, jedoch hat eine derartige Art der Einschaltstrombegrenzung den Nachteil, daß der Widerstand W, der ein Leistungswiderstand ist, hinsichtlich der Abmessungen verhältnismäßig groß ausgebildet sein muß. Falls er nämlich, wegen der kurzen Einschaltdauer verhältnismäßig klein ausgebildet wird, kann er nach häufigerem Schalten durch die kurze Überlastung ausfallen. Außerdem ist das Relais R verhältnismäßig teuer und erhöht die Kosten der Stromversorgung.

Aus der DE-PS 32 09 754 ist eine Anordnung zum Unterdrücken von Einschaltstromspitzen in einem Versorgungsnetz bekannt, bei dem das Versorgungsnetz über eine erste Gleichrichteranordnung und eine Gleichspannungsleitung mit einem Verbraucher verbunden ist und bei der ein Glättungskondensator, der parallel am Verbraucher liegt, über einen ohmschen Widerstand aufgeladen wird. Zur Vermeidung von störenden Stromspitzen auch bei kurzzeitigem Netzausfall wird der ohmsche Widerstand, der in Serie mit dem Glättungskondensator parallel zum Verbraucher geschaltet ist, über einen Schalter überbrückt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Begrenzen eines Einschaltstromes anzugeben, die auf einfache Weise und mit geringen Kosten den Einschaltstrom zuverlässig begrenzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie einen äußerst geringen Aufwand erfordert und daß Überlastungen der Bauteile weitestgehend verhindert werden. Der Widerstand ist hochohmig und durch ihn wird der Kondensator bereits beim Einstecken des Netzsteckers des Gerätes aufgeladen und er bleibt aufgeladen, solange der Netzstecker eingesteckt ist. Das Einschalten durch den Schalter erfolgt dann durch Anschalten des Verbrauchers an den Kondensator durch ein erstes Schaltelement und durch Überbrücken des Widerstandes durch ein zweites Schaltelement des Netzschalters. Damit können außerdem Deformierungseffekte vermieden werden, die bei Elektrolytkondensatoren nach längerer spannungsloser Zeit auftreten können. Der Kondensator wird vorzugsweise derart dimensioniert, daß er nicht immer auf die volle Spannung aufgeladen wird. Im elektrischen Gerät ist zwar eine höhere Spannung nun dauernd vorhanden, die nicht nur am Netzschalter, sondern auch am Gleichrichter, Kondensator und Widerstand ansteht. Falls dadurch eine Berührungsgefahr besteht, werden die entsprechenden Bauteile besser isoliert. Dieser zusätzliche Aufwand erfordert immer noch weniger Kosten als der relativ hohe Aufwand bei einer Schaltung mit einem Widerstand und einem Relais. Wenn der Widerstand genügend hochohmig ist und die Isolation konsequent durchgeführt ist, kann auch in diesem Fall die Einschaltung mit einem Netzschalter mit zwei Schaltelementen, d.h. einem zweipoligen Netzschalter erfolgen. Falls durch Sicherheitsvorschriften eine strenge zweipolige Netztrennung gefordert wird, kann ein dreipoliger Netzschalter verwendet werden, der beide zum Verbraucher führende Leitungen unterbricht. Dasjenige Schaltelement, das den Widerstand überbrückt, muß dann jedoch nur für eine kleine Leistung ausgelegt sein.

Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise auch in älteren Schwarz-Weiß-Fernsehgeräten verwendet werden, bei denen zur Reparatur dann, wenn die Bildröhre schwach geworden ist, der Heizfaden der Bildröhre aus dem Heizkreis der übrigen Röhren herausgenommen wird und in Serie zu dem Gleichrichter geschaltet wird, wobei parallel zu dem Heizfaden ein weiterer Widerstand angeordnet wird. Auf diese Weise kann man eine definierte Überheizung einstellen und die Bildröhre wird dadurch wesentlich heller und hält diese Überheizung auch viele Jahre aus. Anstelle der Begrenzung des Einschaltstromes durch einen Heißleiter kann auch hier die erfindungsgemäße Grundschaltung verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten herkömmlichen Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung unter Verwendung eines Heißleiters

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer herkömmlichen Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung unter Verwendung eines Widerstands und eines Relais

Fig. 3 eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung

Fig. 5 ein Schaltbild einer herkömmlichen Schaltungsanordnung für röhrenbestückte Fernsehgeräte

Fig. 6 eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung bei der Anwendung in röhrenbestückten Fernsehgeräten.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist beispielsweise in einem Netzgerät eines elektrischen Geräts vorgesehen, das durch eine Wechselspannung U1, beispielsweise die Netzwechselspannung betrieben wird und das an einen Verbraucher im elektrischen Gerät eine Gleichspannung U2 abgibt. Sobald der Netzstecker des Netzgerätes eingesteckt ist, liegt die Wechselspannung U1 an und sie wird über eine Sicherung SI, einem Gleichrichter G sowie über einen hochohmigen Widerstand W1 einem Kondensator C zugeführt. Der Gleichrichter G richtet die Wechselspannung U1 gleich und der Kondensator C wird bis zu einer Gleichspannung U2 aufgeladen, wobei der Ladestrom durch den Widerstand W1 begrenzt wird und die Ladedauer durch den Widerstand W und den Kondensator C bestimmt wird. Wenn ein Schalter mit zwei Schaltelementen S1 und S2 betätigt wird, werden die Schaltelemente S1 und S2 geschlossen, so daß über das Schaltelement S1 die Gleichspannung U2 dem Verbraucher zugeführt wird und durch das Schaltelement S2 der Widerstand W1 überbrückt wird. Damit steht nach dem Einschalten die volle Wechselspannung U1 über die Sicherung SI und den Gleichrichter G sowie das Schaltelement S2 für die Gleichrichtung und die Erzeugung der Gleichspannung U2 zur Verfügung.

Da bei eingestecktem Netzstecker der Kondensator C ständig geladen ist, tritt bei dem Netzgerät kein erhöhter Einschaltstrom und damit keine Überlastung der Bauelemente auf.

Da die Schaltelemente S1 und S2 des Schalters nicht am Eingang der Schaltungsanordnung angeordnet sind, führen die Sicherung SI, der Gleichrichter G, der Widerstand W1 und der Kondensator C ständig eine hohe Spannung und zur Vermeidung einer gegebenenfalls vorhandenen Berührungsgefahr werden diese Bauteile entsprechend sicher isoliert.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung lediglich dadurch, daß an dem anderen Anschluß des Kondensators C ein weiteres Schaltelement S3 vorgesehen ist. Dieses Schaltelement S3 ist dann erforderlich, falls durch Sicherheitsvorschriften eine strenge zweipolige Trennung von der Wechselspannung U1 gefordert wird. Der Schalter ist dann mit den drei Schaltelementen S1 bis S3 dreipolig ausgebildet, wobei allerdings das Schaltelement S3, das den Widerstand W1 überbrückt nur für eine sehr kleine Leistung ausgelegt sein muß.

In den Fig. 3 und 4 dargestellte Schaltungsanordnung läßt sich auch in vorteilhafter Weise bei der Reparatur von älteren Schwarz-Weiß-Fernsehgeräten mit Röhrenbestückung verwenden. Die Fig. 5 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung, die bei diesen Fernsehgeräten verwendet wird. Der Heizkreis für die Röhren und die Bildröhre des Fernsehgerätes ist über die Schaltelemente S1 und S2 des Schalters sowie über die Sicherung SI, einen Vorwiderstand W2, einen Heizfaden F der Bildröhre und die Heizfäden F1 der übrigen Röhren sowie gegebenenfalls über einen Heißleiter H an der Wechselspannung U1 angeschlossen. Über den Gleichrichter G und den Kondensator C wird die Gleichspannung U2 erzeugt. Wenn nun die Bildröhre schwach geworden ist, wird bekanntermaßen die Bildröhre aus dem Heizkreis genommen und eine entsprechende Drahtverbindung eingesetzt und dann wird der Heizfaden F der Bildröhre, wie gestrichelt angedeutet in Serie mit den Schaltelementen S1 und S2, der Sicherung SI, dem Gleichrichter G und dem Heißleiter H angeschlossen. Zusätzlich wird parallel zu dem Heizfaden F ein Widerstand W3 angeschlossen, mit dem eine definierte Überheizung der Bildröhre eingestellt werden kann. Durch diese Schaltungsanordnung wird das Bild an der Bildröhre wesentlich heller und die Bildröhre wird noch mehrere Jahre brauchbar. Es ist jedoch erforderlich, dann den Heißleiter H vorzusehen, um den Einschaltstrom zu begrenzen. Abgesehen von den Kosten des Heißleiters H und der oft nicht leichten Beschaffbarkeit verlängert es sich dadurch die Aufheizzeit des Fernsehgeräts, die ohnehin nicht klein ist, erheblich.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 wird wie die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Schaltungsanordnung in vorteilhafter Weise auch bei derartigen älteren Schwarz-Weiß-Farbfernsehgeräten eingesetzt. In entsprechender Weise wie bei den Fig. 3 und 4 wird aus der Wechselspannung U1 die Gleichspannung U2 erzeugt. In Serie mit dem Widerstand W1 bzw. dem Schaltelement S2 ist bei der Schaltungsanordnung jedoch der Heizfaden F der Bildröhre angeordnet, falls die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit dem in Verbindung mit Fig. 5 beschriebenen Reparaturverfahren für Fernsehgeräte benutzt wird. Parallel zu dem Heizfaden F ist wiederum der Widerstand W3 angeschlossen.

Beim Einstecken des Netzsteckers wird der Kondensator C über den Widerstand W1, die Parallelschaltung aus dem Heizfaden F und dem Widerstand W3 sowie die Sicherung SI und den Gleichrichter G aufgeladen. Beim Schließen des Netzschalters werden dann die Schaltelemente S1, S2 und S3 geschlossen, so daß einerseits über das Schaltelement S1 die Gleichspannung U2 dem Verbraucher zugeführt wird und andererseits durch das Schaltelement S2 der Widerstand W1 überbrückt wird und außerdem über das Schaltelement S3 und den Widerstand W2 den Heizfäden F1 der übrigen Röhren der Heizstrom zugeführt wird.

Damit kann auch unter Verwendung der in den Fig. 3 und 4 beschriebenen Schaltungsanordnung bei den Fernsehgeräten der Einschaltstrom auf einfache Weise begrenzt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zum Begrenzen eines Einschaltstroms beim Erzeugen einer Gleichspannung aus einer Wechselspannung, wobei die Wechselspannung über einen Gleichrichter einem Kondensator zugeführt wird, an dem die Gleichspannung abgegriffen und einem Verbraucher zugeführt wird, und wobei in Reihe mit dem Gleichrichter eine Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem ersten Schaltelement eines Schalters angeordnet sind und der Kondensator nach der Einschaltphase ständig geladen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung (U2) dem Verbraucher über ein zweites Schaltelement des Schalters (S1) zugeführt wird und das erste und das zweite Schaltelement des Schalters gleichzeitig öffnen bzw. schließen.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Schaltelement (S3) des Schalters vorgesehen ist und daß das erste Schaltelement (S1) und das dritte Schaltelement (S3) zwischen den beiden Anschlüssen des Kondensators (C) und dem Verbraucher angeordnet sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Gleichrichter (G) und der Parallelschaltung aus dem Widerstand (W1) und dem zweiten Schaltelement (S1) eine Sicherung (SI) angeordnet ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Parallelschaltung aus dem Widerstand (W1) und dem zweiten Schaltelement (S1) eine Parallelschaltung aus dem Heizfaden (F) einer Bildröhre und einem Parallelwiderstand (W3) und über ein weiteres Schaltelement (S3) des Schalters ein Vorwiderstand (W2) und Heizfäden (F1) von Röhren an der Wechselspannung (U1) angeschlossen sind.






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