Schaltungsanordnung mit einem Netzeingang und Arbeitsverfahren zum Ansteuern einer Netzeingangsschaltung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Netzeingang und wenigstens einem Netzteil zum Erzeugen einer Gleichspannung zum Betrieb eines elektronisches Geräts. Die Anmeldung betrifft des Weiteren ein Arbeitsverfahren zum An- steuern einer Netzeingangsschaltung, die zur Integration in eine derartige Schaltungsanordnung geeignet ist.

Schaltungsanordnungen mit einem Netzeingang und wenigstens einem Netzteil zum Erzeugen einer Gleichspannung zum Betrieb eines elektronischen Gerätes sind vielfach bekannt. Insbesondere benotigen eine immer größere Anzahl von Geraten der Kom- mumkations- und Unterhaltungselektronik wenigstens ein Netzteil, um aus der üblichen Netzwechselspannung von 230 Volt eine gleichgerichtete Niederspannung im Bereich von ein bis 24 Volt zu erzeugen. Dabei müssen die verwendeten Netzteile unterschiedlichen, sich teilweise widersprechenden Anforderungen genügen.

Zum Einen sollen die Netzteile elektronisch, das heißt ohne Betätigung eines mechanischen Netzschalters ein- und ausschaltbar sein. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass auf hochspannungsfeste, verhältnismäßig teure Netzschalter und aufwandige Verkabelungen und elektromagnetische Schirmung in einem Gerategehause verzichtet werden kann. Des Weiteren ist ein Einschalten eines solchen Gerätes auch über eine Zeituhr oder einer andere elektronische Steuerung möglich. Zum Zweiten sollen das Netzteil und das daran angeschlossene Gerat m einem ausgeschalteten oder Bereitschaftszustand möglichst wenig Strom aus dem Stromnetz aufnehmen, um einem unnötigen Energieverbrauch entgegenzuwirken. Derzeitige Gerate verbrauchen in so genannten Bereitschafts- oder Standby-

Betriebsarten m der Regel einige Watt Leistung, die zur unnötigen Emission von Treibhausgasen bei der Stromerzeugung fuhrt.

Zum Dritten sollen sowohl der Wirkungsgrad des Netzteils möglichst groß und die von ihm ms Netz eingespeiste Storleis- tung möglichst gering ausfallen. Hierzu muss das Netzteil immer strengeren Anforderungen von Regulierungsbehorden und Netzbetreibern genügen.

Zum Versorgen verhältnismäßig großer und sich schnell ändern ^¬ der Lasten werden m der Regel Schaltnetzteile mit vorgeschalteten Netzfiltern und Schaltungen zur Leistungsfaktorkorrektur verwendet. Zur Steuerung der Last wird in der Regel eine Taktfrequenz oder ein Tastverhaltnis eines Steuersignals durch eine Steuerschaltung geregelt. Nachteilig an solchen Schaltungen ist, dass sie insbesondere im so genannten Stand- by-Betπeb, einer Betriebsart mit sehr geringer Ausgangsleistung, eine verhältnismäßig große Verlustleitung aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu beschreiben, die die oben genannten Anforderungen besonders gut erfüllt. Insbesondere sollen eine Schaltungsanordnung und ein Arbeitsverfahren zum Ansteuern einer Netzeingangsschaltung beschrieben werden, deren Leistungsaufnahme aus einem Stromnetz in einem Energiesparzustand möglichst gering ist. Bevorzugt soll die Anordnung in dem E- nergiesparzustand überhaupt keine elektrische Energie aus dem Stromnetz aufnehmen. Darüber hinaus soll die Schaltungsanord ^¬ nung nach Möglichkeit keine mechanischen oder elektromechani- schen Schaltelemente enthalten und verhältnismäßig einfach aufgebaut sein.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine gattungs- gemaße Schaltungsanordnung eine zwischen den Netzeingang und das wenigstens eine Netzteil geschaltete Netzeingangsschaltung zum wahlweisen Trennen oder Gleichrichten einer über den Netzeingang bereitgestellten Wechselspannung für das wenigstens eine Netzteil auf. Dabei weist die Netzeingangsschaltung wenigstens ein erstes Halbleiterschaltelement zum Schalten eines ersten elektrischen Lastpfades mit einem Strombegrenzungselement von dem Netzeingang zu dem wenigstens einen Netzteil und wenigstens ein zweites Halbleiterschaltelement zum Schalten eines zweiten elektrischen Lastpfads von dem Netzeingang zu dem wenigstens einen Netzteil auf.

Dadurch dass die Netzeingangsschaltung das wenigstens eine Netzteil wahlweise von der Netzspannung trennen kann, kann eine Verlustleistung in dem Energiesparzustand des wenigstens einen Netzteils vermieden werden. Durch wahlweises Gleichrichten der bereitgestellten Wechselspannung durch die Netzeingangsschaltung kann auf den Einsatz eines zusatzlichen Gleichrichters in oder vor dem wenigstens einen Netzteil verzichtet werden.

Dabei fließt ein Laststrom für das wenigstens eine Netzteil alternativ in einem ersten elektrischen Lastpfad mit einem Strombegrenzungselement oder einem zweiten elektrischen Lastpfad von dem Netzeingang zu dem Netzteil. Durch die Verwen ^¬ dung eines Strombegrenzungselementes in dem ersten Lastpfad kann eine Überlastung der bereitgestellten Wechselspannung durch das Netzteil beim Einschalten vermieden werden. Durch Schalten des zweiten elektrischen Lastpfades kann eine Verlustleistung durch das Strombegrenzungselement im normalen Betrieb des Netzteiles vermieden werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das wenigstens eine Halbleiterschaltelement und/oder das wenigstens zweite Halbleiterschaltelement ein Thyristor. Die Verwendung eines Thyristors ermöglicht eine wahlweise Trennung oder Gleich- πchtung einer bereitgestellten Wechselspannung durch einen verhältnismäßig einfachen Schaltungsaufbau.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Netzeingangsschaltung wenigstens eine Gleichrichterschaltung mit ei- nem Halbleiterbruckengleichrichter und das wenigstens eine zweite Halbleiterschaltelement bildet einen Teil des Halblei- terbruckengleichπchters . Durch Kombination der Funktionen des wahlweisen Trennens oder Gleichrichtens in dem zweiten Halbleiterschaltelement wird die Verlustleistung der Netzein- gangsschaltung reduziert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung durch ein Netzeingangsfilter gekennzeichnet, wobei das Netzeingangsfilter eine zwischen dem Netzein- gang und der Netzeingangsschaltung angeordnete erste Filterschaltung und eine zwischen der Netzeingangsschaltung und dem wenigstens einen Netzteil angeordnete zweite Filterschaltung umfasst. Durch Aufteilen eines Netzeingangsfilters in eine eingangs bzw. netzseitig angeordnete erste Filterschaltung und eine ausgangs- bzw. netzteilseitig angeordnete zweite Filterschaltung kann eine Blind- oder Verlustleistung der Schaltungsanordnung im Energiesparzustand weiter reduziert werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung durch ein Uberspannungsfilter gekennzeichnet, wobei das Uberspannungsfilter zwischen der Netzein- gangsschaltung und dem wenigstens einen Netzteil angeordnet ist. Durch die Anordnung des Uberspannungsfllters hinter der Netzeingangsschaltung verbraucht dieser im Energiesparzustand der Schaltungsanordnung keine elektrische Energie.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die

Schaltungsanordnung durch eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des wenigstens einen ersten Halbleiterschaltelementes und des wenigstens einen zweiten Halbleiterschaltelementes ge ^¬ kennzeichnet, wobei die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet ist, in einem Energiesparzustand das erste Halbleiterschalt- element und das zweite Halbleiterschaltelement zu offnen, in einem Betriebszustand wenigstens das zweite Schaltelement zumindest zeitweise zu schließen und in einer Ubergangsphase von dem Energiesparzustand in den Betriebszustand nur das erste Halbleiterelement zumindest zeitweise zu schließen, wo ^¬ bei das zweite Halbleiterschaltelement geöffnet bleibt.

Durch Offnen bzw. Ausschalten beider Halbleiterschaltelemente in dem Energiesparzustand kann die Leistungsaufnahme der Schaltungsanordnung vollständig oder fast vollständig vermieden werden. Durch Schließen bzw. Einschalten nur des ersten Halbleiterschaltelementes und Offenlassen des zweiten Halb ^¬ leiterschaltelementes in einer Ubergangsphase wird ein Strom ^¬ stoß beim Schalten der Schaltungsanordnung in den Betriebszu- stand durch das Strombegrenzungselement begrenzt. Durch

Schließen des zweiten Schaltelementes in einem Betriebszu ^¬ stand wird ein Entstehen einer unerwünschten Verlustleistung an dem Strombegrenzungselement vermieden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet, die Ansteuerschaltung in dem Energiesparzustand und/oder der Ubergangsphase durch einen bevorzugt in dem elektronischen Gerat angeordneten E- nergiespeicher mit Energie zu versorgen. Durch die Versorgung der Ansteuerschaltung in der Ubergangsphase und/oder dem E- nergiesparzustand aus dem Energiespeicher kann auf die Entnahme elektrischer Leistung in diesen Zustanden aus dem Netz- eingang verzichtet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet, die Ansteuerschaltung im Betriebs ^¬ zustand durch das wenigstens eine Netzteil mit Energie zu versorgen. Durch Versorgung der Ansteuerschaltung im Betriebszustand durch das wenigstens eine Netzteil kann die Be ^¬ lastung eines Energiespeichers reduziert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Ansteuerschaltung wenigstens ein drittes Halbleiterschaltele- ment, durch das eine erste Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des wenigstens einen ersten Halbleiterschaltelementes und eine zweite Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des wenigstens einen zweiten Halbleiterschaltelementes miteinander koppelbar sind. Durch selektive Kopplung einer ersten Ansteuerschaltung und einer zweiten Ansteuerschaltung kann die schaltungstechnische Ansteuerung des ersten und des zweiten Halbleiterele ^¬ mentes vereinfacht werden.

Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Arbeitsverfahren zum Ansteuern einer Netzeingangsschaltung mit we ^¬ nigstens einem ersten Halbleiterschaltelement zum Schalten eines ersten elektrischen Lastpfades mit einem Strombegren- zungselement von einem Netzeingang zu wenigstens einem Netz ^¬ teil und wenigstens einem zweiten Halbleiterschaltelement zum Schalten eines zweiten elektrischen Lastpfads von dem Netzeingang zu dem Netzteil beschrieben. Das Arbeitsverfahren um- fasst die Schritte:

Offnen des ersten und des zweiten Halbleiterschaltele- mentes in einem Energiesparzustand, zumindest zeitweise Schließen des ersten Halbleiter- schaltelementes und Offenlassen des wenigstens einen zweiten Halbleiterschaltelementes in einer Ubergangspha- se von dem Energiesparzustand in einen Betriebszustand und zumindest zeitweise Schließen wenigstens des zweiten Halbleiterschaltelementes in dem Betriebszustand.

Durch ein solches Arbeitsverfahren wird in einem Energiespar ^¬ zustand zunächst eine elektrische Verbindung zwischen dem Netzeingang und dem Netzteil unterbrochen, um eine Leistungs- aufnähme zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren. In einem weiteren Schritt wird zunächst das erste Halbleiterschaltele ^¬ ment geschlossen, um einen anfanglichen Betriebsstrom über den ersten elektrischen Lastpfad an das Netzteil bereitzustellen, wobei das Strombegrenzungselement ein Ansteigen der Stromaufnahme begrenzt. In dem Betriebszustand wird schließ ^¬ lich durch Schließen des zweiten Halbleiterschaltelementes eine durch das Strombegrenzungselement verursachte Verlustleistung vermieden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen und der nachfolgenden Beschreibung offenbart. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Ausfuhrungsbei ^¬ spiele anhand der nachfolgenden Figuren naher erläutert. In den Figuren zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanord- nung mit einer Netzeingangsschaltung,

Figur 2 eine konventionelle Netzeingangsschaltung,

Figur 3 eine Netzeingangsschaltung gemäß einem ersten Aus- fuhrungsbeispiel der Erfindung,

Figur 4 ein Zustandsdiagramm für ein Arbeitsverfahren zur Ansteuerung einer Netzeingangsschaltung, und

Figur 5 eine Netzeingangsschaltung gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung 1 zur Versorgung eines elektronischen Gerätes mit einer Betriebsspannung. Die Schaltungsanordnung 1 gemäß Figur 1 umfasst einen Netzeingang 2, eine Netzeingangsschaltung 4 und ein erstes und ein zweites Netzteil 3A und 3B.

Der Netzeingang 2 dient zur Kopplung der Schaltungsanordnung 1 mit einer Wechselspannung eines Stromversorgungsnetzes, beispielsweise eines Wechselstromnetzes mit einer Spannung von 230 Volt. Die Netzeingangsschaltung 4 dient zur Aufberei ^¬ tung und Filterung der von dem Netzeingang 2 empfangenen Wechselspannung für die nachgeschalteten Netzteile 3A und 3B.

In der Figur 1 ist eine Anordnung mit zwei Netzteilen 3A und 3B dargestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Netzteil 3A um ein Hilfsnetzteil zur Versorgung des elektro- nischen Gerätes in einer Betriebsart mit reduzierter Leis ^¬ tungsaufnahme und bei dem zweiten Netzteil 3B um ein Haupt- netzteil für den normalen Betrieb des elektronischen Gerätes. Optional ist das erste Netzteil 3A elektrisch mit dem zweiten Netzteil 3B verbunden, beispielsweise um einen Startvorgang zum Starten des zweiten Netzteils 3B durch das ersten Netzteil 3A zu ermöglichen.

Die Verwendung zweier unterschiedlich dimensionierter Netz- teile weist den Vorteil auf, dass auch in einer Betriebsart mit einer verminderten Leistungsaufnahme ein verhältnismäßiger großer Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung erzielt werden kann. Selbstverständlich eignet sich die hierin beschriebene Netzeingangsschaltung auch für solche Anordnungen mit nur einem einzelnen Netzteil.

In der schematischen Darstellung gemäß Figur 1 umfasst die Netzeingangsschaltung 4 ein Netzeingangsfilter 5 und eine Gleichπchterschaltung 6. Das Netzeingangsfilter filtert Sto- rungen des Stromversorgungsnetzes und/oder durch die Netztei ^¬ le 3A und 3B verursachte Störungen. Insbesondere bei der Verwendung von Schaltnetzteilen treten durch deren Schaltbetrieb verhältnismäßig große, hochfrequente Eingangsstrome an den Netzteilen 3A und 3B auf, die zu einer Störung des Stromver- sorgungsnetzes fuhren konnten. Daher umfasst das Netzein- gangsfilter 5 beispielsweise ein Tiefpassfilter .

Bevor auf die verschiedenen Ausfuhrungsbeispiele zur Losung des zugrunde liegenden Problems eingegangen wird, wird zu- nächst eine konventionelle Schaltungsanordnung erläutert.

Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung 1' gemäß des Stands der Technik. Die Schaltungsanordnung 1' umfasst einen Netz- eingang 2 in Form eines Phaseneingangs LINE und eines Null ^¬ leiters NEUTRAL, die über ein Netzeingangsfilter 5 mit einer Gleichrichterschaltung 6 in Form eines Bruckengleichπchters BDI gekoppelt sind. Das Netzeingangsfilter 5 umfasst zwischen dem Phaseneingang LINE und dem Nulleiter NEUTRAL angeordnete x-Kondensatoren CxI und Cx2, zwischen dem Phasenanschluss LINE beziehungsweise dem Nullleiter NEUTRAL und elektrischer Masse angeordnete y-Kondensatoren CyI, Cy2, Cy3 und Cy4, in der Phasenleitung LINE beziehungsweise dem Nullleiter NEUTRAL angeordnete Entstordrosseln Ll beziehungsweise L2 sowie einen zwischen die Phasenleitung LINE und den Nullleiter NEUTRAL geschalteten Widerstand Rdis. Der Bruckengleichrichter BDI umfasst vier Dioden, die in einer so genannten Graetz-Brucke angeordnet sind und die eine Wechselspannung an den Anschlus- sen ACl und AC2 in eine pulsierende Gleichspannung an den Anschlüssen + und - umwandeln. Das eigentliche Netzteil ist in der Figur 2 nicht dargestellt. In der Schaltungsanordnung 1' der Figur 2 wurde es parallel zu dem mit Cl bezeichneten Speieherkondensator angeschlossen .

Um einen großen Ladestrom beim Einschalten des Netzteiles durch den Schalter Sw in der Phasenleitung LINE zu vermeiden, ist zwischen dem Gleichrichter BDI und den Speicherkondensator Cl ein Strombegrenzungselement in Form eines Heißleiters Rntc geschaltet. Der NTC-Widerstand begrenzt den Ladestrom des Kondensators Cl beim Einschalten. Um die parasitäre Last des NTC-Widerstandes Rntc im Betrieb der Schaltungsanordnung 1 zu vermeiden, ist ein monostabiles Relais REL vorgesehen. Durch Anlegen einer Spannung von beispielsweise zwölf Volt zwischen den Steueranschlussen A und B des Relais REL kann das Strombegrenzungselement Rntc überbrückt werden. Em Nachteil der in der Figur 2 dargestellten Schaltungsan ^¬ ordnung 1' besteht darin, dass das Relais REL im Betπebszu- stand standig mit einer Versorgungsspannung versorgt werden muss, um das Strombegrenzungselement zu überbrücken. Em wei- terer Nachteil besteht darin, dass das Netzeingangsfilter 5 und der Speicherkondensator Cl bei geschlossenem Schalter Sw stets mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist. Selbst wenn ein Netzteil somit keine Ladung aus dem Speicherkondensator Cl entnähme, wurde das Netzeingangsfilter 5 zu einer Schein- und Verlustleistung durch die Schaltungsanordnung 1 fuhren. Auch der Entladewiderstand Rdis des Netzemgangsfilters 5 tragt zur Verlustleistung der Schaltungsanordnung 1' in einem abgeschalteten oder Energiesparzustand des Netzteils 3 bei. Er ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, um die netzseiti- gen x-Kondensatoren CxI bis Cx2 des Netzemgangsfilters 5, die beispielsweise eine Kapazität von mehr als 100 nF aufwei ^¬ sen, bei einer Netztrennung kontrolliert zu entladen. Schließlich muss der Schalter Sw stromstoßfest ausgestaltet sein, um ein sicheres und wiederholtes Em- und Ausschalten der Schaltungsanordnung 1' zu gewahrleisten.

Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst wiederum einen Netzeingang 2 mit einer Phasenleitung LINE und einem Nullleiter NEUTRAL. Zusatzlich weist der Netzeingang 2 zwei sehr klein dimensionierte Filterelemente Ll und Ll' auf. Beispielsweise handelt es sich hierbei um ringförmige Ferrit ^¬ elemente, durch die eine Netzeingangsleitung der Schaltanord ^¬ nung 1 gefuhrt ist. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanord- nung 1 eine Netzeingangsschaltung 4 umfassend vier Dioden BRl bis BR4 sowie drei Thyristoren SCRl bis SCR3. Die Netzein ^¬ gangsschaltung 4 umfasst des Weiteren ein Strombegrenzungselement in Form eines Heißleiters Rntc sowie einen Taster SwI zum Überbrücken des Thyristors SCRl. Der Taster SwI dient zur kurzzeitigen Umschaltung zwischen dem Energiesparzustand ohne Leistungsentnahme aus dem Stromversorgungsnetz und einem konventionellen Standby- oder Bereitschaftszustand, in dem eine Leistung aus dem Stromversorgungsnetz entnommen wird. Diese Uberbruckung kann beispielsweise dazu verwendete werden, den Speicherkondensator Cl aufzuladen und so den Start eines Netzteiles 3 auch dann noch zu ermöglichen, wenn eine Aktivierung des Thyristors SCRl sekundarseitig nicht mehr möglich ist, beispielsweise weil eine dazu vorgesehene Batteπezelle vollständig entladen wurde.

Am Ausgang der Netzeingangsschaltung 4 ist ein Uberspannungs- filter 7 in Form eines spannungsabhangigen Widerstands VDR angeordnet. Der Widerstand VDR ist für die Funktion der

Schaltungsanordnung 1 jedoch nicht erforderlich. Schließlich umfasst die Schaltungsanordnung 1 ein Netzeingangsfilter 5, der zwischen der Netzeingangsschaltung 4 und einem Speicherkondensator Cl angeordnet ist. Parallel zu dem Speicherkon- densator Cl ist ein in der Figur 3 nicht dargestelltes Netz ^¬ teil 3 angeschlossen.

Die Netzeingangsschaltung 4 wird durch zwei Übertrager Tl und T2 angesteuert. Die hierfür benotigte Ansteuerschaltung ist in der Figur 3 jedoch nicht dargestellt.

Die Funktion der Schaltung gemäß Figur 3 wird unter Zuhilfe ^¬ nahme des Zustandsdiagramms gemäß Figur 4 naher erläutert.

In einem ausgeschalteten oder Energiesparzustand ZO sperren die Thyristoren SCRl bis SCR3. Somit gibt es keinen elekt ^¬ risch leitenden Pfad vom Netzeingang LINE zum Nulleiter NEUTRAL, so dass in der Figur 3 kein Strom fließt und weder eine Verlustleistung noch eine Schemleistung auftreten.

Durch Anlegen einer Signalfolge von Pulsen an den Übertrager Tl wird eine Pulsfolge an den Steueranschluss des Thyristors SCRl übertragen. Da in der Schaltung gemäß Figur 3 keine netzseitige Nulldurchgangserkennung durchgeführt wird, kann gemäß einer ersten Ausgestaltung eine dauerhafte Gleichspannung als Steuersignal an den Thyristor SCRl angelegt werden. Zur Funktion der Schaltung ist es bei einer Netzfrequenz von 50 Hz jedoch ausreichend, circa alle 2ms einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, so dass der Thyristor etwa zehnmal pro Netzwelle gezündet wird. Dies fuhrt dazu, dass der Thyristor SCRl in einer ersten Richtung leitfahig wird und somit als Halblei- terschaltelement wirkt. Dies ist in der Figur 4 als Schritt 31 dargestellt.

Liegt an der Phasenleitung LINE eine positive Halbwelle an, fließt in der Schaltung gemäß Figur 3 der Strom von dem Pha- seneingang LINE über das Filterelement Ll, die Diode BR3, das Strombegrenzungselement Rntc, den Thyristor SCRl zu dem Netz- emgangsfilter 5 und dem Speicherkondensator Cl. Der Ruck- fluss von dem Netzeingangsfilter 5 und dem Speicherkondensator Cl erfolgt über die Diode BR2 und das Filterelement Ll ' zum Nullleiter NEUTRAL. Im umgekehrten Fall, das heißt bei negativer Halbwelle am Phaseneingang LINE, fließt ein Strom von dem Nullleiter NEUTRAL über das Filterelement Ll', die Diode BRl, den Heißleiter Rntc, den Thyristor SCRl zu dem Netzeingangsfilter 5 und den Speicherkondensator Cl und von dort zurück über die Diode BR4 und das Filterelement Ll zu dem Phaseneingang LINE. Durch die Verschaltung der Phasenleitung LINE und des Null ^¬ leiter NEUTRAL über die Dioden BRl, BR2, BR3 und BR4 kann der Thyristor SCRl somit in beiden Halbwellen zum Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Schaltungsanordnung 1 einge- setzt werden. Somit ist zum Aufladen des Speicherkondensators Cl nur ein einzelnes Schaltelement in der Schaltungsanordnung 1 erforderlich.

Ist der Speicherkondensator Cl geladen und hat ein daran an- geschlossenes Netzteil 3 den Betrieb aufgenommen, werden in einem weiteren Schritt 32a auch die Thyristoren SCR2 und SCR3 angesteuert. Dies erfolgt gemäß Figur 3 durch Anlegen eines zweiten Steuersignals an den zweiten Übertrager T2. Der Ausgang des zweiten Übertragers T2 ist mit beiden Thyristoren SCR2 und SCR3 verbunden, so dass diese im dargestellten Aus- fuhrungsbeispiel gemeinsam angesteuert werden. Optional kann gleichzeitig oder nachfolgend der Thyristor SCRl in einem Schritt 32b geöffnet werden, beispielsweise indem keine weiteren Steuersignale an den ersten Übertrager Tl übermittelt werden. Dies ist für die Funktion und den Wirkungsgrad der

Schaltungsanordnung 1 jedoch unwesentlich, weil der Strom bei gezündeten Thyristoren SCR2 bzw. SCR3 stets den Pfad des geringsten elektrischen Widerstands wählt.

Vorteilhafterweise erfolgt die Ansteuerung der Thyristoren

SCR2 und SCR3 mit einer höheren Frequenz als die Ansteuerung des Thyristors SCRl, beispielsweise einer Frequenz von 1 kHz. Je noch Phasenlage der Netzspannung und Gute des Netzeingangsfilters kann es dabei jedoch zu verhältnismäßig großen Stromstoßen und/oder der Erzeugung von Pfeifgerauschen kommen. Um dies zu vermeiden empfiehlt sich daher eine Ansteuer ^¬ frequenz von etwa 3 kHz oder noch besser 5 kHz. Eine gegenüber der Frequenz des Stromversorgungsnetzes große Ansteuer- frequenz weist den Vorteil auf, dass keine großen Ladeunter ^¬ brechungen nach einem Nulldurchgang der Versorgungsspannung auftreten und so ein Störpegel der Schaltungsanordnung weiter reduziert wird. Zur weiteren Verbesserung der Ansteuerschal- tung kann das zur Ansteuerung des Übertragers T2 verwendete Tastverhaltnis gegenüber dem Tastverhaltnis des Übertragers Tl großer gewählt werden, um die kürzeren Ansteuerperioden auszugleichen und ein sicheres Zunder der Thyristoren SCR2 und SCR3 zu gewährleisten.

Bei einer positiven Halbwelle an der Phasenleitung LINE fließt ein Strom über das Filterelement Ll, den Thyristor SCR3 zu dem Netzeingangsfilter 5 und dem Speicherkondensator Cl. Von dort fließt der Strom zurück über die Diode BR2 und das Filterelement Ll' zu dem Nullleiter NEUTRAL. Im umgekehrten Fall, also bei negativer Halbwelle, fließt ein Strom von dem Nullleiter NEUTRAL über das Filterelement Ll' und den Thyristor SCR2 zu dem Netzeingangsfilter 5 und dem Speicherkondensator Cl. Der Strom fließt von dort zurück über die Di- ode BR4 und das Filterelement Ll zu dem Phaseneingang LINE.

In der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 mit einem ersten Netzteil 3a und einem zweiten Netzteil 3b kann auch ein mehrstufiges Einschaltverfahren Verwendung finden. Beispielsweise ist es möglich, nach dem anfänglichen Laden des Speicherkondensators Cl nur das erste Netzteil 3a, beispielsweise ein verhältnismäßig leistungsschwaches Hilfsnetzteil, zu starten und den Ausgangsstrom des ersten Netzteiles 3a dazu zu verwenden, die Thyristoren SCR2 und SCR3 anzusteuern. Erst dann wird durch eine entsprechende Steuervorrichtung, beispielsweise einen MikroController, auch das zweite Netzteil 3b, beispielsweise ein leitungsstarkeres Hauptnetzteil, gestartet. Wie in der Figur 4 des Weiteren dargestellt ist, kann auch beim Schalten des Schaltungsanordnung 1 von dem Betriebszustand Zl in den Energiesparzustand ZO ein im Wesentlichen um- gekehrter Schaltablauf angewendet werden. Dabei werden in ei ^¬ nem Schritt 33 zunächst die Thyristoren 33 geöffnet. Ist der Thyristor SCRl zu diesem Zeitpunkt noch geschlossen, fließt der Strom zum Betreib des Netzteiles 3 nun wieder über das Strombegrenzungselement Rntc. Ist er bereits geöffnet, wird ein Stromfluss sofort unterbunden. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Thyristor SCRl zeitgleich mit den Thyristoren SCR2 und SCR3 zu deaktivieren, beispielsweise in dem geeignete Ansteuersignale gemeinsam deaktiviert werden.

Das Schließen bzw. Geschlossenlassen des ersten Halbleiter- schaltelementes, beispielsweise durch Versorgung des Thy ^¬ ristors SCRl mit einem fortgesetzten Ansteuersignal, weist insbesondere bei einem Ausfall oder einer Störung eines mit dem Netzeingang 2 verbundenen Versorgungsnetzes Vorteile auf. Bricht eine Netzspannung nur kurzfristig zusammen, kann über den durch das Strombegrenzungselement Rntc gekennzeichneten Lastpfad ein Stromstoß beim Wiederbereitstellen der Versorgungsspannung vermieden werden. Gleichzeitig wird der kontinuierliche Betrieb des oder der Netzteile aufrechterhalten, wenn die Störung nur so kurz andauert, dass sie durch den Speicherkondensator Cl überbrückt werden kann.

In einem weiteren, optionalen Schritt 34 wird auch der Thyristor SCRl geöffnet bzw. nicht mehr angesteuert, so dass das Netzteil 3 und das Netzfilter 5 durch die Netzeingangsschaltung 4 vom Stromversorgungsnetz getrennt werden. Somit kehrt die Schaltungsanordnung in den Betriebszustand ZO zurück, in dem sie keine elektrische Leistung mehr verbraucht. Die Schaltungsanordnung 1 gemäß Figur 3 weist gegenüber der Schaltungsanordnung 1' gemäß Figur 2 mehrere Vorteile auf. Zum Einen kann auf den Einsatz eines Relais verzichtet wer- den. Durch die Verwendung von ausschließlich Halbleiterbau- elementen zum Trennen beziehungsweise Verbinden des Netzteils 3 von dem Netzeingang 2 wird die Betriebssicherheit der Schaltungsanordnung 1 erhöht.

Des Weiteren wird durch die Anordnung der Thyristoren SCR2 und SCR3 in einer Bruckenschaltung zugleich eine Gleichπch- terfunktion bewirkt. Durch die Vereinigung der Funktionen Netztrennung und Gleichrichtung wird der durch die Schaltungsanordnung 1 insgesamt erreichte Wirkungsgrad verbessert. Zwar fallt an den Thyristoren SCR2 und SCR3 eine geringfügig höhere Spannung ab als an den Dioden eines konventionellen Bruckengleichπchters, diese zusätzliche Verlustleistung wird durch Vermeidung des Relais zur Uberbruckung des Heißleiters Rntc bzw. eines zusätzlichen Gleichrichters jedoch mehr als ausgeglichen.

Beispielsweise tritt bei einer Gleichπchterschaltung aufweisend je einen Thyristor mit einem Spannungsabfall von 1,0 V und je eine Diode mit einem Spannungsabfall von 0,8 V pro Phase ein Spannungsabfall von 1,8 V auf. Bei einer Gleich- πchterschaltung mit zwei Dioden pro Phase tritt dagegen ein Spannungsabfall von nur 1,6 V auf. Bei einem durchschnittli ^¬ chen Laststrom von 0,5 A entspricht der zusätzliche Spannungsabfall von 0,2 V einem Mehraufwand von 0,1 W im Betrieb. Diesem Mehraufwand steht die Einsparung der Ansteuerung eines zusätzliches Relais im Betrieb und der zusätzlichen Energie ^¬ einsparung im Energiesparzustand gegenüber, so dass sich insgesamt eine positive Energiebilanz ergibt. Zudem weist die Schaltungsanordnung 1 gemäß Figur 3 primar- seitig, also zwischen Netzeingang 2 und der Netzeingangsschaltung 4 keine Entstorkondensatoren auf. Der zur Entladung des Speicherkondensators Cl eingesetzte Widerstand Rdis wird durch die Netzeingangsschaltung 4 ebenfalls vom Netzeingang 2 getrennt. Somit tritt bei geöffneten Thyristoren SCRl bis SCR3 an dem Netzeingang 2 keine Verlust- oder Blindleistung auf .

Schließlich entsteht kein wesentlich erhöhter Bauteilbedarf gegenüber konventionellen Schaltungsanordnungen zur Stromversorgung. Zwar bedarf die Schaltungsanordnung der Halbleiter- schaltelemente SCRl bis SCR3, dafür sind jedoch keine mecha- nischen Relais oder Schalter mehr notwendig. Zudem ersetzen die als Schaltelemente verwendete Thyristoren SCR2 und SCR3 teilweise die in konventionellen Schaltungen verwendeten Gleichπchterdioden .

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Schal ^¬ tungsanordnung 1 gemäß der Erfindung. Die Schaltungsanordnung 1 gemäß Figur 5 umfasst eine erste Filterschaltung 5A, die zwischen einem Netzeingang 2 und einer Netzeingangsschaltung 4 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanord- nung 1 ein Uberspannungsfilter 7 sowie eine zweite Filterschaltung 5B, die elektrisch hinter der Netzeingangsschaltung angeordnet sind. Zusammen bilden die Filterschaltungen 5A und 5B ein Netzeingangsfilter 5. Hinter dem zweiten Netzeingangs- filter 5B ist eine Schaltung zur aktiven Leistungsfaktorkor- rektur PFC angeordnet. Die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur PFC dient zur Verringerung von durch ein Schaltnetz ^¬ teil erzeugten Störungen in dem Stromversorgungsnetz. Hinter der Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur PFC ist ein Spei- cherkondensator Cb und ein in der Figur 5 nicht dargestelltes Schaltnetzteil 3 angeschlossen.

Die Netzeingangsschaltung 4 ist der in der Figur 3 darge- stellten Netzeingangsschaltung 4 sehr ähnlich. Sie umfasst wiederum drei Thyristoren SCRl bis SCR3 sowie vier Dioden Dl bis D4, die zusammen eine abschaltbare Gleichπchterschaltung 6 bilden. Zudem umfasst die Netzeingangschaltung 4 in einem ersten elektrischen Lastpfad ein Strombegrenzungselement in Form eines Heißleiters Rntc und in einem zweiten elektrischen Lastpfad über die Thyristoren SCR2 beziehungsweise SCR3 kein solches Strombegrenzungsmittel.

Zum Starten der Schaltung gemäß Figur 5 auch in dem Fall, dass eine sekundarseitige Ansteuerung des Thyristors SCRl nicht mehr möglich ist, beispielsweise weil ein Energiespei ^¬ cher eines nachgeschalteten Gerätes erschöpft ist, ist wiederum ein Taster SwI vorgesehen. Anders als in der Ausgestaltung gemäß Figur 3 überbrückt der Schalter SwI jedoch nicht den Thyristor SCRl von dessen Anode zu dessen Kathode, sondern stellt über einen Vorwiderstand R2 eine Ansteuerspannung an dessen Steueranschluss bzw. -gate bereit. Hierzu ist der Vorwiderstand R2 zwischen den Dioden D3 und D4 angeschlossen und stellt daher unabhängig der Phasenlage am Netzeingang 2 stets eine positive Ansteuerspannung bereit. Alternativ kann die Ansteuerspannung beispielsweise auch zwischen dem Heißleiter Rntc und dem ersten Thyristor SCRl abgegriffen werden. Dieser Schaltungsaufbau besitzt den Vorteil, dass der Taster SwI nicht stromstoßfest ausgestaltet werden muss. Insbesonde- re reicht zur Ansteuerung des Thyristors SCRl ein Steuerstrom mit wenigen Milliampere aus. Die Figur 5 zeigt zusätzlich eine Ansteuerschaltung 8 zur An ^¬ steuerung der Thyristoren SCRl bis SCR3. Die Ansteuerschaltung 8 weist im Unterschied zur Schaltungsanordnung in Figur 3 nur einen einzelnen Übertrager TO auf.

Der Übertrager TO wird von einem MOSFET-Transistor Ql mittels eines Steuersignals SCR mit einem Pulssignal versorgt. Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 5 dient der Übertrager TO zunächst zur Ansteuerung des ersten Thyristors SCRl mit Recht- eckimpulsen einer ersten Ansteuerfrequenz, beispielsweise 500 Hz. Alternativ kann auch eine variable, dichter werdende Folge von Ansteuerimpulsen erzeugt werden, um ein Zünden des Thyristors SCRl in jeder Phasenlage sicher zu gewährleisten. Eine solches, verhältnismäßig niederfrequentes Ansteuersignal kann durch eine sekundäre Spannungsquelle erzeugt werden.

Hierzu eignet sich beispielsweise eine in die Schaltungsan ^¬ ordnung 1 oder in ein daran angeschlossenes elektronisches Gerat eingebaute Batteriezeile wie etwa die CMOS-Batteπe eines Computers oder Laptops.

Durch Anlegen eines Rechteckimpulses an den Übertrager TO wird dieser zunächst aufmagnetisiert . Beim Abfallen der Anregungsspannung wird durch den Magnetisierungsstrom von TO der Kondensator C3 über Diode D5 und weiterhin der Kondensator Cl über die Diode D6 geladen. Über den Vorwiderstand Rl wird dann der Thyristor SCRl gezündet. Dadurch stellt sich am Kondensator C3 eine Spannung ein, die der Steuerspannung des Thyristors SCRl, dem Spannungsabfall am Widerstand Rl und der zusätzlichen Vorwartsspannung der Diode D6 entspricht, bei- spielsweise 1,4 bis 2 V.

Durch Schließen eines Transistors Q2 der Ansteuerschaltung 8 können zusätzlich auch die Thyristoren SCR2 und SCR3 durch den Übertrager TO angesteuert werden. Hierzu wird ein Steuer ^¬ eingang OPTO eines Optokoppler Ul auf Masse gezogen, um ein Steuersignal für den Transistor Q2 zu erzeugen. Dabei sind die Widerstände R35 und R36 so dimensioniert, dass der Tran- sistor Q2 mit reichlich Basisstrom versorgt wird und ein

Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke von Q2 gering ausfallt, beispielsweise 0,4 V.

Auf diese Weise wird das von dem Übertrager TO erzeugte PuIs- Signal auch für die Thyristoren SCR2 und SCR3 bereitgestellt. Wie oben beschrieben wird der Übertrager TO hierzu bevorzugt mit einer höheren Taktfrequenz, beispielsweise 1 kHz, und einem größeren Tastverhaltnis angesteuert. Die Diode D6 dient dazu, eine Ladespannung am Kondensator C3 gegenüber der Span- nung am Kondensator Cl künstlich anzuheben, um eine Spannungsreserve zur Ansteuerung der Thyristoren SCR2 und SCR3 gegenüber der Ansteuerung von SCRl zu haben. Auf diese Wiese ist sichergestellt, dass in dem normalen Betriebszustand Zl die Thyristoren SCR2 und SCR3 stets sicher zünden und durch Überbrücken des Strombegrenzungselements Rntc keine Verlust ^¬ leistung auftritt. Gleichzeitig wird der Thyristor SCRl nicht mehr angesteuert, da an seinem Steueranschluss nur noch eine verminderte Ansteuerspannung zur Verfugung steht.

Die Schaltungsanordnung 1 gemäß Figur 5 weist den Vorteil auf, dass eine besonders gute Entstörung eines Schaltnetztei- les ermöglicht wird. Dennoch ist nur ein Teil des dazu ver ^¬ wendeten Netzeingangsfilters 5 im Energiesparzustand ZO mit dem Stromversorgungsnetz verbunden. Dabei weist die erste Filterschaltung 5A keinen Widerstand und keine x-

Kondensatoren auf, so dass in ihm auch keine Wirkleistung sondern nur eine geringe Blindleistung auftritt. Der Wegfall eines Widerstandes wird unter anderem dadurch ermöglicht, dass zum Einen auf x-Kondensatoren in der ersten Filterschal- tung 5A verzichtet wird, zum Anderen die Kapazität der y- Kondensatoren in der Größenordnung von 1 nF liegt, so dass aus sicherheitstechnischen Anforderungen auf einen Entladewi- derstand verzichtet werden kann.

Zudem ist die Ansteuerschaltung 8 besonders einfach aufgebaut. Grundsätzlich muss jedes Halbleiterschaltelement SCRl bis SCR3 getrennt angesteuert werden. Da die Thyristoren SCR2 und SCR3 aber ohnehin nur in einer Vorzugsrichtung leiten, können diese beiden Thyristoren mit einem gemeinsamen Steuersignal angesteuert werden. Durch die optionale Kopplung der Ansteuerschaltungen für den Thyristor SCRl und die Thyristoren SCR2 und SCR3 wird der Bauteil- und Ansteueraufwand noch weiter reduziert.