PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005005260A1 17.08.2006
Titel Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands, und Verfahren zum Betrieb der Schaltung
Anmelder Puls GmbH, 81925 München, DE
Erfinder Erdl, Bernhard, 81925 München, DE
Vertreter FROHWITTER Patent- und Rechtsanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 04.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005005260
Offenlegungstag 17.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.08.2006
IPC-Hauptklasse G05F 1/70(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Es wird eine Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstandes, angegeben, umfassend einen Eingang, einen Ausgang, einen regelbaren Widerstand, eine Regelung und eine erste Impedanz mit einem ersten Anschluss und mit einem zweiten Anschluss. Der Eingang der Schaltung ist über den regelbaren Widerstand und die erste Impedanz mit dem Ausgang verbunden, der erste Anschluss der Impedanz und der zweite Anschluss der Impedanz sind mit der Regelung verbunden und die Regelung ist mit dem regelbaren Widerstand verbunden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Schaltung.

Stromversorgungen, insbesondere Schaltnetzgeräte, Schaltnetzteile, primär und sekundär getaktete Schaltregler sind bekannt aus [1]. Jeder elektrische Verbraucher benötigt zu seiner Versorgung elektrische Leistung, die anhand einer Stromversorgung bzw. eines Netzteils zur Verfügung gestellt wird. Weltweit werden Netzleitungen als Stromleitungen eingesetzt, um über Steckdosen nahezu beliebige elektrische Geräte mit Strom bzw. Spannung zu versorgen. Hierzu werden über die Netzleitungen genormte Wechselspannungen, z.B. 120 Volt in den U.S.A. und 230 Volt in Deutschland zur Verfügung gestellt.

Bei der Powerfaktorkorrektur sollen Verbraucher im Schaltkreis, insbesondere Kapazitäten und Induktivitäten eines Schaltkreises, durch entsprechende Beschaltung kompensiert werden. Insofern werden prinzipiell Kapazitäten bzw. Induktivitäten bereitgestellt, die den kapazitiven bzw. induktiven Komponenten des Schaltkreises entgegenwirken und somit weitgehend eine Kompensation derselben herstellen. Zum Thema Powerfaktorkorrektur wird z.B. verwiesen auf [2].

Es ist bekannt, eine Wechselspannung bspw. anhand eines Brückengleichrichters und eines Elektrolytkondensators in eine pulsierende Gleichspannung zu wandeln und damit einen Verbraucher zu betreiben. Betrachtet man die Form des Stromes in dieser Anordnung, so folgt aufgrund des begrenzten Stromöffnungswinkels ein kurzzeitiger Stromfluss, das Strom-Zeit-Diagramm zeigt spitze, zeitlich begrenzte, abgerundete Impulse. Ein derartiger Stromverlauf weist im Spektralbereich diverse (ungeradzahlige) Oberwellen auf. Gerade die 13., 15. und 17. Oberwelle sind jedoch unerwünscht und können insbesondere zur Schädigung elektrisch betriebener Maschinen führen.

Beispielsweise ist bei Schaltnetzteilen ab einer Gerätenennleistung von 70W die Oberwellennorm EN 61000-3-2 A einzuhalten, die Absolutwerte für die Amplitude von Oberwellen unterschiedlicher Ordnung vorgibt, die nicht überschritten werden dürfen.

Zur Reduzierung der Amplitude der beschriebenen Oberwellen ist es möglich, einen ohmschen Widerstand einzusetzen, der gleichermassen das gesamt Spektrum, also auch die Oberwellen, dämpft. Dies führt prinzipbedingt zu unerwünschten Verlusten.

Alternativ ist es möglich, einen Heißleiter (NTC) einzusetzen, um Oberwellenströme höherer Ordnung zu begrenzen. Der NTC wird im Betrieb heiß und niederohmig, bei tiefen Temperaturen ist er hochohmig, was im Falle der tiefen Temperaturen zu Startschwierigkeiten der Schaltung, in der der NTC eingesetzt wird, führt. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung des NTC besteht darin, dass bei niedrigen Eingangsspannungen beträchtliche Verluste auftreten können.

Auch kann eine Drossel aus gefiedertem Eisenblech zur Oberwellenbegrenzung eingesetzt werden. Eine solche Drossel ist jedoch groß, teuer und schwer. Mitunter können in der Drossel auch störende Geräusche auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile der bisherigen Lösungen zu vermeiden und dennoch eine kostengünstige und effiziente Lösung zur Begrenzung der Oberwellen anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstandes, angegeben, umfassend einen Eingang, einen Ausgang, einen regelbaren Widerstand, eine Regelung und eine erste Impedanz mit einem ersten Anschluss und mit einem zweiten Anschluss. Der Eingang der Schaltung ist über den regelbaren Widerstand und die erste Impedanz mit dem Ausgang verbunden, der erste Anschluss der Impedanz und der zweite Anschluss der Impedanz sind mit der Regelung verbunden und die Regelung ist mit dem regelbaren Widerstand verbunden.

Somit ist es möglich, an Hand der Impedanz einen Stromfluss durch die Impedanz zu ermitteln und die Information über diesen Stromfluss durch die Impedanz an die Regelung weiterzuleiten. Die Regelung greift auf den regelbaren Widerstand derart ein, dass abhängig von dem Stromfluss durch die Impedanz der regelbare Widerstand eingestellt wird. Hierbei kann die Impedanz einen ohmschen und/oder eine frequenzabhängige Reaktanz umfassen. Auch beliebige Kombinationen von ohmschen und/oder frequenzabhängige Reaktanzen können in der ersten Impedanz enthalten sein.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass an Hand der Schaltung eine Powerfaktorkorrektur durchführbar ist. Insbesondere kann eine Harmonischenkorrektur durchgeführt werden, d.h. in einem vorgegebenen Frequenzbereich erfolgt bevorzugt die Dämpfung bestimmter Oberwellen. Eine Weiterbildung ist es, dass die 13., 15. und 17. Oberwelle gedämpft werden.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der regelbare Widerstand mindestens einen Bipolartransistor und/oder mindestens einen Mosfet und/oder mindestens einen IGBT umfasst. Auch Kombinationen aus den vorstehend genannten Bauelementen sind möglich.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass die erste Impedanz mindestens einen ohmschen Widerstand umfasst. Auch kann die erste Impedanz eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Induktivität enthalten. Ferner kann die erste Impedanz eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität enthalten.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Regelung eine zweite Impedanz aufweist. Dabei kann die zweite Impedanz eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität sein. Eine Ausgestaltung besteht auch darin, dass entweder die erste Impedanz oder die zweite Impedanz eine frequenzabhängige Impedanz ist.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass zusätzlich die Regelung mit dem Eingang verbunden ist und ein Soll-Ist-Vergleich zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schaltung an Hand der Regelung durchführbar ist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der frequenzabhängige Widerstand anhand der Schaltung unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals regelbar ist.

Eine Weiterbildung ist es, dass der Schaltung eine Gleichrichterschaltung vorangestellt ist.

Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass die Schaltung zum Einsatz in einer Stromversorgung, insbesondere in einem Netzteil bzw. einem Schaltnetzteil Anwendung findet.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Stromversorgung auf einer Hutschiene und/oder in einem Schaltschrank montierbar ist.

Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren angegeben zum Betrieb oder zur Ansteuerung oder zur Regelung der vorstehend beschriebenen Schaltung, wobei insbesondere anhand der Schaltung eine Powerfaktorkorrektur durchgeführt wird.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass Oberwellen, insbesondere die 13., die 15. und die 17. Oberwelle, anhand der Schaltung gedämpft werden.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass anhand der ersten Impedanz ein Strom durch die Impedanz und/oder eine Änderung dieses Stroms pro Zeit von der Regelung ausgewertet wird und dadurch insbesondere der frequenzabhängige Widerstand derart beeinflusst wird, dass bei höheren Frequenzen der Widerstand hochohmiger als bei niedrigen Frequenzen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:

1 Ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands;

2 eine Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands zur Powerfaktorkorrektur;

3 eine alternative Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands;

4 eine weitere alternative Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands;

5 eine Detailschaltung eines frequenzabhängigen Widerstands;

6 eine Kennlinie des frequenzabhängigen Widerstands gemäß 5;

7 eine Kennlinie der Oberwellenströme mit einem frequenzabhängigen Widerstand gemäß 5 und mit einem Festwiderstand.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung 110 zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands. Die Schaltung 110 umfasst einen Eingang 111, einen Ausgang 112, einen regelbaren Widerstand V1 (mit Anschlüssen 113, 114 und 115), eine Regelung 120 (mit Anschlüssen 121, 122, 123 und 124) und eine (erste) Impedanz Z (mit Anschlüssen 116 und 117).

Der Eingang 111 der Schaltung 110 ist mit dem Anschluss 113 des regelbaren Widerstands verbunden. Der Anschluss 114 des regelbaren Widerstands ist mit dem Anschluss 116 der Impedanz Z und mit dem Anschluss 122 der Regelung 120 verbunden. Der Anschluss 117 der Impedanz Z ist mit dem Ausgang 112 und mit dem Anschluss 123 der Regelung 120 verbunden. Der Anschluss 121 der Regelung 120 ist mit dem Anschluss 115 des regelbaren Widerstands V1 verbunden. Optional kann der Eingang 111 der Schaltung 110 (verbunden mit dem Anschluss 113 des regelbaren Widerstandes V1) mit dem Anschluss 124 der Regelung 120 verbunden sein.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß 1:

Die Regelung 120 wertet über ihre Anschlüsse 122 und 123 den Strom aus, der durch die Impedanz Z fließt. Abhängig davon wird über den Anschluss 121 der Regelung 120 der regelbare Widerstand V1 (über seinen Anschluss 115) derart angesteuert, dass die Oberwellen, insbesondere die 13., die 15. und die 17. Oberwelle, geeignet gedämpft werden. Vorzugsweise kann die Impedanz Z einen frequenzabhängigen Widerstand umfassen, so dass der Strom durch den frequenzabhängigen Widerstand an Hand der Regelung 120 auswertbar ist und somit auf den regelbaren Widerstand V1 entsprechend Einfluss nimmt. Enthält die Impedanz Z lediglich eine ohmsche Komponente, so ist vorzugsweise in der Regelung 120 ein frequenzabhängiger Einfluss des am Eingang 111 anliegenden Signals auf die Ansteuerung des regelbaren Widerstands V1 realisiert.

Durch die optionale Verbindung des Eingangs 111 mit dem Anschluss 124 der Regelung 120 ist es möglich, einen Soll-Ist-Vergleich vorzunehmen derart, dass eine Regelungsabweichung des regelbaren Widerstands V1 feststellbar wird und dadurch die Regelung 120 über den Anschluss 121 auf den regelbaren Widerstand V1 über dessen Anschluss 115 diese Regelungsabweichung ausgleichen kann.

2 zeigt eine Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands zur Powerfaktorkorrektur.

2 umfasst einen Operationsverstärker OPV, eine Referenzspannungsquelle Uref (mit Anschlüssen 201 (positiver Pol) und 202), einen n-Kanal Mosfet V1, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 205 und 206), eine Induktivität L1 (mit Anschlüssen 203 und 204), einen Eingang 207 und einen Ausgang 208.

Der positive Pol 201 der Referenzspannung Uref ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Anschluss 206 des Widerstands R1 und mit dem Source-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Drain-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Eingang 207 verbunden. Der Anschluss 205 des Widerstands R1 ist mit dem Anschluss 204 der Induktivität L1 verbunden. Der Anschluss 203 der Induktivität L1 ist mit dem Anschluss 202 der Referenzspannung und mit dem Ausgang 208 verbunden.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß 2:

Die Serienschaltung aus Widerstand R1 und Induktivität L1 stellt eine frequenzabhängige Impedanz dar. Anhand der Referenzspannung Uref wird ein absoluter Schwellwert an dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV vorgegeben. Dabei kann der Schwellwert so dimensioniert werden, dass beispielsweise während eines Nominalbetriebs bei 230VAC eine optimale Harmonischendämpfung bei minimaler Verlustleistung erreicht wird. Im Teillastbereich ist die Schaltung gemäß 2 (nahezu) ohne Einfluss, d.h. der Mosfet V1 ist dauerhaft durchgeschaltet. In diesem Betriebsmodus ist eine Korrektur (Dämpfung) der Oberwellen nicht erforderlich ist, da die Amplituden der Spektralkomponenten ohnehin niedriger als im Nominalbetrieb sind, es werden also die Verluste minimiert.

Im Fall der Überlast oder bei Unterspannung, d.h. bei ansteigender Stromamplitude, übt die Schaltung gemäß 2 einen stärkeren Einfluss auf den Eingangsstrom aus, was gegenüber dem Nominalbetrieb zu deutlich höheren Verlusten führt.

Anhand des Messwiderstands R1 wird der Strom durch die Impedanz (ohmscher Anteil) gemessen, wobei anhand der Induktivität L1 (zusätzlich zu dem ohmschen Anteil des Widerstands R1) zeitliche Veränderungen des Stroms ermittelt werden. Bei starker Stromänderung, z.B. schnell ansteigendem Stromsignal (bezogen auf das Strom-Zeit-Diagramm) aufgrund kleinem Stromöffnungswinkel wird der regelbare Widerstand V1 über den Operationsverstärker OPV hochohmiger angesteuert.

Ergänzend sei angemerkt, dass anstelle Mosfets als regelbarer Widerstand auch ein IGBT oder ein Bipolartransistor eingesetzt werden können. Auch verschiedene Kombinationen der vorstehend genannten Bauelemente können als regelbarer Widerstand wirken.

3 zeigt eine Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands mit einem npn-Bipolartransistors V2. Darüber hinaus umfasst die Schaltung von 3 eine Versorgungsspannung Uh (mit Anschlüssen 301 (positiver Pol) und 302), einen n-Kanal Mosfet V1, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 305 und 306), eine Induktivität L1 (mit Anschlüssen 303 und 304), einen Widerstand R2 (mit Anschlüssen 309 und 310), einen Eingang 307 und einen Ausgang 308.

Der positive Pol 301 der Versorgungsspannung Uh ist mit dem Anschluss 309 des Widerstandes R2 verbunden. Der Anschluss 310 des Widerstands R2 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 und mit dem Kollektor des Transistors V2 verbunden. Die Basis des Transistors V2 ist mit dem Source-Anschluss des Mosfets V1 und mit dem Anschluss 306 des Widerstands R1 verbunden. Der Anschluss 305 des Widerstands R1 ist mit dem Anschluss 304 der Induktivität L1 verbunden. Der Anschluss 303 der Induktivität L1 ist mit dem Emitter des Transistors V2, mit dem Ausgang 308 und mit dem Anschluss 302 der Referenzspannung verbunden. Der Drain-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Eingang 307 verbunden.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß 3:

Entsprechend der Regelung beschrieben in 2, erfolgt hier eine Regelung über den Transistor V2 (anstelle des Operationsverstärkers OPV aus 2), wobei wiederum die Impedanz aus Widerstand R1 und Induktivität L1 eine frequenzabhängige Komponente aufweist und somit die Frequenz des am Eingang 307 anliegenden Signals bei der Einstellung des regelbaren Widerstands, hier des Mosfets V1, berücksichtigt wird. Die Versorgungsspannung Uh dient der Ansteuerung des Mosfets V1.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines frequenzabhängigen Widerstands.

4 umfasst einen Operationsverstärker OPV, einen n-Kanal Mosfet V1, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 401 und 402), einen Widerstand R2 (mit Anschlüssen 409 und 410), einen Widerstand R3 (mit Anschlüssen 405 und 406), einen Kondensator C1 (mit Anschlüssen 407 und 408), einen Eingang 403 und einen Ausgang 404.

Der Anschluss 405 des Widerstands R3 ist mit dem Eingang 403 und mit dem Drain-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Anschluss 406 des Widerstands R3 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV, mit dem Anschluss 407 des Kondensators C1 und mit dem Anschluss 409 des Widerstands R2 verbunden. Der Anschluss 408 des Kondensators C1 ist mit dem Anschluss 410 des Widerstands R2, mit dem Anschluss 402 des Widerstands R1 und mit dem Ausgang 404 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Source-Anschluss des Mosfets V1 und mit dem Anschluss 401 des Widerstands R1 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden.

FUNKTIONSBESCHREIBUNG DER SCHALTUNG GEMÄß 4:

In 4 ist die (erste) Impedanz zwischen dem Eingang 403 und dem Ausgang 404 der ohmsche Widerstand R1, wohingegen die (zweite) Impedanz eine Kombination der Kapazität C1 mit dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 umfasst. Im Gegensatz zu den Darstellungen der 2 und der 3 erfolgt in 4 kein Vergleich mit einer Referenzspannung Uref, stattdessen ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OPV über den Widerstand R3 mit dem Eingang 403 verbunden. Dadurch kommt es zu einer Rückkoppelung mit dem Eingangsstrom, so dass in 4 ein Soll-Ist-Vergleich stattfinden kann. Die Impedanz aus dem Kondensator C1, (ohmschen) Widerstand R2 und dem (ohmschen) Widerstand R3 wird verwendet, um innerhalb der Regelung eine Frequenzabhängigkeit herzustellen.

Alternativ zu dieser Impedanz (aus dem Kondensator C1 und den Widerständen R2 und R3) könnte der Widerstand R3 ersetzt werden durch eine Reihenschaltung aus einem (ohmschen) Widerstand und einer Induktivität, wobei in diesem Fall der Kondensator C1 entfällt, so dass über diesen Zweig der Frequenzanteil ermittelt und somit die Regelung abhängig von der Frequenz derart erfolgen kann, dass die Oberwellen gedämpft werden.

5 zeigt eine Detailschaltung eines frequenzabhängigen Widerstands.

5 umfasst eine Wechselspannungsquelle U1 (mit Anschlüssen 501 und 502), Dioden D1, D2, D3, D4, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 503 und 504), einen n-Kanal Mosfet V1, einen Kondensator C1 (mit Anschlüssen 505 und 506), einen Lastwiderstand Rlast (mit Anschlüssen 507 und 508), einen Widerstand R2 (mit Anschlüssen 509 und 510), einen Widerstand R4 (mit Anschlüssen 511 und 512), einen Kondensator C2 (mit Anschlüssen 513 und 514), einen Widerstand RS (mit Anschlüssen 515 und 516), einen Widerstand R3 (mit Anschlüssen 517 und 518), einen Operationsverstärker OPV (mit einem positiven und einem negativen Versorgungsspannungseingang) und eine Versorgungsspannung U2 (mit Anschlüssen 519 (positiver Pol) und 520).

Der Anschluss 501 der Spannung U1 ist mit der Kathode der Diode D4 und mit der Anode der Diode D1 verbunden. Der Anschluss 502 der Spannung U1 ist mit der Anode der Diode D2 und mit der Kathode der Diode D3 verbunden. Die Kathode der Diode D1 ist mit der Kathode der Diode D2, mit dem Anschluss 505 des Kondensators C1 und mit dem Anschluss 507 des Lastwiderstands Rlast verbunden. Der Anschluss 508 des Lastwiderstands Rlast ist mit dem Anschluss 506 des Kondensators C1, mit dem Drain-Anschluss des Mosfets V1, mit dem Anschluss 509 des Widerstands R2 und mit einem Massepotential verbunden. Der Source-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Anschluss 504 des Widerstands R1 und mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Anschluss 503 des Widerstands R1 ist mit der Anode der Diode D3, der Anode der Diode D4, dem Anschluss 516 des Widerstands R5, dem Anschluss 518 des Widerstands R3, dem Anschluss 520 der Spannung U2 und dem negativen Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Anschluss 519 der Spannung U2 ist mit dem positiven Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Anschluss 510 des Widerstands R2 ist mit dem Anschluss 512 des Widerstands R4 und mit dem Anschluss 517 des Widerstands R3 verbunden.

Der Anschluss 511 des Widerstands R4 ist mit dem Anschluss 513 des Kondensators C2 und mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Anschluss 514 des Kondensators C2 ist mit dem Anschluss 515 des Widerstands RS verbunden.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß 5:

Zwischen einem Anschluss 530, verbunden u.a. mit dem Anschluss 503 des Widerstands R1, und einem Anschluss 531, verbunden beispielsweise mit dem Massepotential, liegt die Schaltung zur Nachbildung des frequenzabhängigen Widerstands.

Dieser Schaltung ist ein Gleichrichter aus den Dioden D1 bis D4 vorgeschaltet, anhand des Kondensators C1 wird für den Verbraucher, hier angegeben durch den Lastwiderstand Rlast eine pulsierende Gleichspannung bereitgestellt. Die Schaltung zwischen den Anschlüssen 530 und 531 funktioniert in der oben zu 4 beschriebenen An und Weise: Bei geeigneter Dimensionierung werden die höheren Frequenzen stärker bedämpft als die niedrigen Frequenzen, wobei gleichzeitig ein Soll-Ist-Vergleich erfolgt. Die Schaltung zwischen den Anschlüssen 530 und 531 ist (nahezu) unabhängig von der Amplitude der gleichgerichteten Wechselspannung.

Eine vorteilhafte Dimensionierung der Schaltung gemäß 5 ist wie folgt: R1 = 0,074 Ohm C1 = 330 &mgr;F R2 = 68k1 C2 = 33nF R3 = 10k OPV = LM358 R4 = 56k2 U1 = 230VAC, 50Hz R5 = 6k81 U2 = 10V
Rlast = Konstantleistungslast 88W

Mosfet Rdson < 0,58 Ohm, 400V

6 zeigt den frequenzabhängigen Widerstand 600 (in Ohm) der Schaltung aus 5 mit den vorstehend angegebenen Dimensionierungen.

7 zeigt Oberwellenströme bei Einsatz eines Festwiderstands zwischen den Punkten 530 und 531 (siehe Signalverlauf 710 für den Wert R = 0,58 Ohm) und bei Einsatz des aktiven Oberwellenfilters gemäß 5 (siehe Signalverlauf 720). Im Bereich der besonders kritischen Oberwellen der Zahlen 13, 15 und 17 reduziert der aktive Oberwellenfilter die Amplitude signifikant. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die beschriebene Schaltung auch bei tiefen Temperaturen einsetzbar ist.

Literaturverzeichnis:
  • [1] Tietze, Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, 8.Auflage, Springer Verlag, ISBN 3-540-16720-x, Seiten 538-562.
  • [2] Powerfaktorkorrektur, siehe: www.tpub.com/neets/book2/4k.htm

Anspruch[de]
  1. Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands,

    – mit einem Eingang (111, 207, 307, 403) und einem Ausgang (112, 208, 308, 404),

    – mit einem regelbaren Widerstand (V1),

    – mit einer Regelung (120),

    – mit einer ersten Impedanz (Z) umfassend einen ersten Anschluss (116) und einen zweiten Anschluss (117),

    – wobei der Eingang über den regelbaren Widerstand und die erste Impedanz mit dem Ausgang verbunden ist,

    – wobei der erste Anschluss der ersten Impedanz und der zweite Anschluss der ersten Impedanz mit der Regelung verbunden sind,

    – wobei die Regelung mit dem regelbaren Widerstand verbunden ist.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der eine Powerfaktorkorrektur durchführbar ist.
  3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der die Powerfaktorkorrektur durch eine Dämpfung eines vorgegebenen Frequenzbereichs durchführbar ist.
  4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der die 13., 15. und 17. Oberwelle dämpfbar ist.
  5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der regelbare Widerstand mindestens einen Bipolartransistor und/oder mindestens einen Mosfet und/oder mindestens einen IGBT umfasst.
  6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Impedanz einen ohmschen Widerstand umfasst.
  7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste Impedanz eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Induktivität umfasst.
  8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste Impedanz eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität umfasst.
  9. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Regelung eine zweite Impedanz aufweist.
  10. Schaltung nach Anspruch 9, bei der die zweite Impedanz eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität umfasst.
  11. Schaltung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die erste Impedanz und/oder die zweite Impedanz eine frequenzabhängige Impedanz ist/sind.
  12. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich die Regelung mit dem Eingang verbunden ist und ein Soll-Ist-Vergleich zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schaltung anhand der Regelung durchführbar ist.
  13. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Gleichrichterschaltung vorgeschaltet ist.
  14. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einsatz in einer Stromversorgung, insbesondere in einem Netzteil bzw. einem Schaltnetzteil.
  15. Schaltung nach Anspruch 13, bei dem die Stromversorgung auf einer Hutschiene und/oder in einem Schaltschrank montierbar ist.
  16. Verfahren zum Betrieb oder zur Ansteuerung oder zur Regelung der Schaltung gemäß einem Ansprüche 1 bis 15, bei dem eine Powerfaktorkorrektur durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem Oberwellen, insbesondere die 13., die 15. und die 17. Oberwelle, gedämpft werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem anhand der ersten Impedanz ein Strom durch die Impedanz und/oder eine Änderung dieses Stroms pro Zeit von der Regelung ausgewertet wird.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com