Netzteil zur Erzeugung einer niedrigen Gleichspannung

Die Erfindung betrifft ein Netzteil zur Erzeugung einer niedrigen Gleichspannung aus einer hohen Wechselspannung, deren Amplitude um mindestens eine Größenordnung größer ist als die der niedrigen Gleichspannung.

Ein derartiges Netzteil ist beispielsweise Bestandteil eines Differenzstromschutzschaltgeräts oder eines Fehlerstrom ^¬ schutzschalters. Das Anwendungsfeld umfasst die Installati ^¬ onstechnik im Gebäudebau und im industriellen Anlagenbau. Das Netzteil versorgt die elektronischen Einheiten der genannten Geräte mit einer Versorgungsspannung im Bereich von einigen wenigen Volt. Diese niedrigen Gleichspannungen werden aus dem Wechselspannungsnetz mittels Gleichrichtung und anschließender Reduzierung des Spannungspegels gewonnen.

Bei einem ersten bekannten Netzteil erfolgt die Pegelreduzie ^¬ rung mittels einer der Glättungskapazität des Gleichrichters parallel geschalteten Reihenschaltung eines ohmschen Vorwiderstands und einer Ausgangskapazität. Die Ladespannung der Ausgangskapazität wird durch die Zenerspannung einer parallel geschalteten Zenerdiode bestimmt. Am Vorwiderstand fällt der größte Spannungsanteil ab, wodurch eine relativ hohe Verlust ^¬ leistung bedingt ist. Sie wird üblicherweise mittels eines gesonderten Kühlkörpers abgeführt. Um die Verlustleistung und auch das Bauvolumen des Netzteils zu beschränken, ist der am Ausgang verfügbare Versorgungsstrom auf einen Wert von etwa 0,5 mA beschränkt.

Bei einem weiteren bekannten Netzteil ist der ohmsche Vorwiderstand durch einen Haupttransistor ersetzt. Weicht die La- despannung an der Ausgangskapazität von dem gewünschten Wert der Ausgangsspannung ab, steuert ein Hilfstransistor den Haupttransistor so an, dass der über diesen Haupttransistor

zugeführte Ladestrom der Ausgangskapazität entsprechend ange- passt wird. Der Haupttransistor wird als stufenlos veränderbares Stellglied für den Ladestrom betrieben. Der kontinuierlich fließende Ladestrom ruft im Haupttransistor eine Ver- lustleistung hervor, die je nach Auslegung des Netzteils auch mittels eines Kühlkörpers abgeführt werden muss. Aus thermi ^¬ schen Gründen und aufgrund des begrenzten Platzes ist der am Ausgang verfügbare Versorgungsstrom bei diesem Netzteil auf etwa 1 mA beschränkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Netzteil zur Erzeugung einer niedrigen Gleichspannung aus einer hohen Wechselspannung anzugeben, das einen höheren Ausgangsstrom liefert und einen kleinen Platzbedarf hat.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Netzteil umfasst min ^¬ destens a) einen Gleichrichter mit einem Gleichrichtereingang für die hohe Wechselspannung und einem Gleichrichterausgang, b) ein Schaltelement mit einem ersten und einem zweiten Hauptanschluss und einem Steueranschluss, wobei der Gleichrichterausgang an den ersten Hauptanschluss geführt ist, c) ein Speicherelement, das zwischen den zweiten Hauptanschluss und Masse geschaltet ist und dem über das Schaltelement eine am Gleichrichterausgang verfügbare Energie zuführbar ist, d) eine an den zweiten Hauptanschluss und den Steueranschluss angeschlossene Regeleinheit zum Zu- und Abschalten des

Speicherelements je nach dessen Ladezustand und e) eine parallel zum Speicherelement an den zweiten Hauptan ^¬ schluss geschaltete Nachbearbeitungseinheit zur Erzeugung der niedrigen Gleichspannung aus der dem Speicherelement entnehmbaren Energie.

Das erfindungsgemäße Netzteil zeichnet sich dadurch aus, dass das Schaltelement nicht kontinuierlich betrieben wird, sondern nur dann, wenn der Ladezustand im Speicherelement unter einen unteren Schwellwert sinkt. Bei Erreichen eines oberen Schwellwerts wird das Schaltelement wieder geöffnet und damit die Energiezufuhr vom Gleichrichter zum Speicherelement unterbrochen. Dadurch fällt nur während der verhältnismäßig kurzen Zeitspannen, während derer das Schaltelement geschlos ^¬ sen ist und das Speicherelement geladen wird, Verlustleistung im Schaltelement an. Diese lässt sich ohne einen gesonderten Kühlkörper aus dem Netzteil abführen. Eine am Speicherelement insbesondere abgreifbare Zwischenspannung hat einen in etwa sägezahnförmigen Verlauf. Aus ihr wird in der Nachbearbei ^¬ tungseinheit, die beispielsweise als nachgeschalteter Span- nungsregler ausgebildet ist, die niedrige Gleichspannung er ^¬ zeugt. Dabei ist keine wesentliche Reduzierung der Spannungs ^¬ pegel mehr erforderlich, sodass in diesem Zusammenhang keine nennenswerte Verlustleistung anfällt. Insgesamt weist das Netzteil aufgrund des nicht erforderlichen Kühlkörpers ein sehr geringes Bauvolumen auf.

Die bedarfsgesteuerte Zu- und Abschaltung des Speicherele ^¬ ments mittels des Schaltelements trägt auch dazu bei, dass am Ausgang ein vergleichsweise hoher Versorgungsstrom von bis zu 5 mA zur Verfügung steht. Außerdem ermöglicht die bedarfsorientierte Ansteuerung des Schaltelements einen Betrieb des Netzteils an sehr unterschiedlichen Wechsel-Netzspannungen. Deren Amplitudenwerte können sich insbesondere zwischen 50 Volt (einphasige Einspeisung) und 400 Volt (dreiphasige Ein- Speisung) bewegen. Auch noch höhere Spannungsamplituden der Wechselspannung sind durchaus möglich. Das Netzteil lässt sich somit sehr flexibel einsetzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Netzteils ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche .

Günstig ist eine Variante, bei der das Schaltelement einen hochspannungsfesten Transistor, insbesondere einen MOSFET o- der einen IGBT mit einer maximalen Sperrspannung von vorzugsweise mindestens 1000 V, umfasst. Ein derartiger Transistor ist als Standard-Bauelement verfügbar. Das Schaltelement kann neben dem Transistor auch weitere Bauelemente zur Beschaltung und Arbeitspunkteinstellung enthalten.

Weiterhin kann das Speicherelement eine Kapazität umfassen, an der je nach Ladezustand eine am zweiten Hauptanschluss abgreifbare Zwischenspannung ansteht. Eine Kapazität eignet sich gut zur Energiespeicherung, lässt sich gut an die jeweilige Anwendung anpassen und hat außerdem ein geringes Bauvolumen. Grundsätzlich wäre aber auch ein anderes Speicherele- ment wie eine Induktivität möglich.

Gemäß einer anderen Variante umfasst die Regeleinheit einen Zweipunktregler, der ebenfalls als Standard-Bauelement ver ^¬ fügbar und damit einfach zu realisieren ist. Er ist insbeson- dere mittels eines Komparators aufgebaut und wirkt vorzugs ^¬ weise wie ein hysteresebehafteter Schwellwertschalter.

Vorzugsweise umfasst die Regeleinheit weiterhin Anpassmittel, über die der Zweipunktregler an den zweiten Hauptanschluss angeschlossen ist. Insbesondere sind die Anpassmittel ausge ^¬ legt, um Eingangsgrößen des Zweipunktreglers, wie eine Be ^¬ triebsspannung, eine Referenzspannung und eine Vergleichsspannung, aus einer Zwischenspannung abzuleiten, wobei die Zwischenspannung am Speicherelement entsprechend dessen Lade- zustand abgreifbar ist. Es werden also insbesondere sämtliche für den Zweipunktregler benötigte Signale und auch die Energieversorgung aus der Ausgangsgröße des Speicherelements ab ^¬ geleitet. Dadurch resultiert ein sehr effizienter Schaltungs ^¬ aufbau .

Vorzugsweise ist zur Ableitung der Betriebsspannung und der Referenzspannung aus der Zwischenspannung ein an das Spei-

cherelement angeschlossenes RC-Glied vorgesehen ist, wobei insbesondere eine zusätzlich stabilisierende Zenerdiode pa ^¬ rallel zu einer RC-Glied-Kapazität geschaltet ist. Dadurch wird mit einfachen Mitteln eine Pegelstabilität der beiden genannten Spannungen erreicht .

Zur Ableitung der Vergleichsspannung aus der Zwischenspannung ist vorzugsweise ein parallel zum Speicherelement geschalte ^¬ ter insbesondere ohmscher Teiler vorgesehen. Die Vergleichs- Spannung hat praktisch den gleichen zeitlichen Verlauf, also die gleiche Signalform, wie die Zwischenspannung. Sie ist ein abgesehen von der Amplitude im Wesentlichen identisches Abbild der Zwischenspannung und eignet sich daher bestens als Regelgröße des Zweipunktreglers.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist ein zweiteiliger Überspannungsschutz vorgesehen, von dem eine erste Überspannungs- schutzteileinheit dem Gleichrichter vorgeschaltet und eine zweite Überspannungsschutzteileinheit dem Gleichrichter nach- geschaltet ist. Die zweiteilige Ausgestaltung ermöglicht ei ^¬ nen sehr guten Schutz des Netzteils und der mittels des Netzteils versorgten Einheit (en) vor einer Beschädigung durch Stoß-/Blitzspannungen . Die erste Überspannungsschutzteileinheit schützt den Gleichrichter und die zweite Überspannungs- schutzteileinheit die übrigen Komponenten des Netzteils, ins ^¬ besondere das Schaltelement, sowie die an das Netzteil ange ^¬ schlossene (n) Einheit (en) .

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er- geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

FIG 1 ein Ausführungsbeispiel eines Differenzstromschutz ^¬ geräts als Blockschaltbild,

FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines beim Differenzstrom ^¬ schutzgerät gemäß FIG 1 eingesetzten Netzteils als Blockschaltbild,

FIG 3 ein schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel des Netzteils gemäß FIG 2

FIG 4 Signalverläufe einer Verlustleistung, einer Zwischenspannung und eines Ladestroms des Netzteils gemäß FIG 3 und

FIG 5 Signalverläufe einer Betriebsspannung, einer Referenzspannung und einer Vergleichsspannung des Netzteils gemäß FIG 3.

Einander entsprechende Teile und Signale sind in den FIG 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In FIG 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Differenzstrom- schutzgeräts 1 in Blockschaltbilddarstellung wiedergegeben. Es enthält einen Summenstromwandler 2, eine Auswerteelektro ^¬ nik 3, einen Schalt-Auslöser 4 sowie ein Netzteil 5 und dient der Überwachung eines dreiphasigen Spannungsnetzes mit drei Außenleitern Ll, L2 und L3 sowie einem Neutralleiter N. Diese vier Leiter sind als Primärleiter durch den Summenstromwandler 2 geführt. In einer Sekundärwicklung des Summenstromwand- lers 2 wird eine Spannung induziert, wenn die phasenrichtige Addition der in den vier Primärleitern fließenden Ströme einen von Null verschiedenen Wert ergibt. Die Sekundärwicklung des Summenstromwandlers 2 ist an die Auswerteelektronik 3 an ^¬ geschlossen ebenso wie der Schalt-Auslöser 4, der je nach Auswerteergebnis von der Auswerteelektronik angesprochen wird, um einen Schaltkontakt 6 in den Außenleitern Ll, L2, L3 und dem Neutralleiter N zu öffnen.

Das Netzteil 5 wandelt eine hohe Netz-Wechselspannung U _AC in eine gleichgerichtete Kleinspannung, nämlich in eine niedrige

Gleichspannung U _DCL um. Das Netzteil 5 versorgt die Auswerte ^¬ elektronik 3 mit elektrischer Energie. Diese Stromversorgung erfolgt auf dem Pegel der niedrigen Gleichspannung U _DCL und mit einem Versorgungsstrom I _v .

In FIG 2 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für das Netzteil 5 dargestellt. Neben einem Gleichrichter 7 mit einem Gleichrichtereingang 8 und einem Gleichrichterausgang 9 enthält das Netzteil 5 einen zweigeteilten Überspan- nungsschutz, von dem eine erste Überspannungsschutzteilein- heit 10 dem Gleichrichter 7 vorgeschaltet ist, also an den Gleichrichtereingang 8 angeschlossen ist, und von dem eine zweite Überspannungsschutzteileinheit 11 dem Gleichrichter 7 nachgeschaltet ist, also am Gleichrichterausgang 9 ange- schlössen ist.

Parallel zum Gleichrichterausgang 9 liegt eine Serienschal ^¬ tung aus einem Schaltelement 12 und einem Speicherelement 13. Das Schaltelement 12 hat einen ersten und einen zweiten Hauptanschluss 14 bzw. 15 sowie einen Steueranschluss 16. Der erste Hauptanschluss 14 ist an den Gleichrichterausgang 9 angeschlossen. Der zweite Hauptanschluss 15 ist außer an das Speicherelement 13 auch an eine Regeleinheit 17 sowie an eine Nachbearbeitungseinheit 18 angeschlossen. Der elektrische Zu- sammenschluss des zweiten Hauptanschlusses 15 sowie der Ein ^¬ gänge des Speicherelements 13, der Regeleinheit 17 und der Nachbearbeitungseinheit 18 bilden einen Schaltungsknoten 19. Ein Ausgang der Regeleinheit 17 ist mit dem Steueranschluss 16 elektrisch verbunden. Die Regeleinheit 17 enthält am Ein- gang Anpassmittel 20 sowie diesen nachgeschaltet einen Zwei ^¬ punktregler 21, der als hysteresebehafteter Schwellwertschalter ausgebildet ist.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des Netzteils 5 unter Bezugnahme auf FIG 2 näher beschrieben. Das Netzteil erzeugt aus der an einem Eingang 22 anstehenden hohen Wechselspannung U _AC die an einem Ausgang 23 abgreifbare niedrige Gleichspan-

nung U _00Lf die zur Energieversorgung der Auswerteelektronik 3 bestimmt ist. Die Amplitudenwerte der hohen Wechselspannung U _AC können sich ein einem Bereich zwischen 50 Volt und 400 Volt bewegen. Die niedrige Gleichspannung U _DCL kann Werte von -6, +6 und +8 Volt bei einer Stromstärke von bis zu 5 mA des Versorgungsstroms I _v annehmen.

Die hohe Wechselspannung U _AC wird im Gleichrichter 7 in eine hohe Gleichspannung U _DCH gewandelt, die Spannungswerte von bis zu über 500 Volt annehmen kann. Die erste Überspannungs- schutzteileinheit 10 dient dem Schutz des Gleichrichters 7 vor hohen Blitz- oder Stoßspannungen. Die zweite Überspan- nungsschutzteileinheit 11 verhindert dagegen eine Beschädi ^¬ gung der dem Gleichrichter nachgeschalteten Einheiten inner- halb des Netzteils 5 und auch der Auswerteelektronik 3 durch hohe Blitz- oder Stoßspannungen.

Bei geschlossenem Schaltelement 12 wird das Speicherelement 13 aufgeladen. Der aktuelle Ladezustand wird durch eine am Speicherelement 13 zwischen dem Anschlussknoten 19 und Masse anstehende Zwischenspannung U _DCM wiedergegeben. Diese Zwi ^¬ schenspannung U _DCM dient der Regeleinheit 17 als Eingangsgrö ^¬ ße. Je nach aktuellem Ladezustand des Speicherelements 13 öffnet oder schließt der Zweipunktregler 21 das Schaltelement 12. Aufgrund der Hysterese erfolgt das Öffnen bei Überschrei ^¬ ten eines oberen Schwellwerts und das Schließen bei Unter ^¬ schreiten eines unteren Schwellwerts. Die Anpassmittel 20 er ^¬ zeugen aus der Zwischenspannung U _DCM insgesamt drei Eingangs ^¬ größen des Zweipunktreglers 21, nämlich eine Betriebsspannung U _B , eine Referenzspannung U _R sowie eine Vergleichsspannung U _v .

Der Wert der Zwischenspannung U _DCM ist deutlich niedriger als der der hohen Gleichspannung U _DCH • Im Ausführungsbeispiel be ^¬ wegt er sich in einem sägezahnförmigen Verlauf zwischen 15 Volt und 22 Volt.

Die als nachgeschalteter Spannungsregler ausgebildete Nachbearbeitungseinheit 18 erzeugt aus der sägezahnförmigen Zwi ^¬ schenspannung U _DCM die niedrige Gleichspannung U _DCL mit den vorstehend angegebenen Spannungswerten.

Der größte Anteil der hohen Gleichspannung U _DCH fällt am Schaltelement 12 ab, sodass dort im geschlossenen, also stromführenden Zustand aufgrund des Stromkanalwiderstands ei ^¬ ne elektrische Verlustleistung anfällt. Diese Verlustleistung ist vorteilhafterweise jedoch auf die Zeitspannen begrenzt, während derer das Schaltelement 12 geschlossen ist. Im offe ^¬ nen Zustand fällt dagegen keine Verlustleistung an. Die Regeleinheit 17 steuert das Öffnen und Schließen des Schaltele ^¬ ments 12 bedarfsorientiert. So bleibt das Schaltelement 12 für eine längere Zeit geschlossen, wenn im Netzteil 5 selbst und vor allem am Ausgang 23 ein hoher Energiebedarf besteht. Reduziert sich dieser Energiebedarf, öffnet die Regeleinheit 17 das Schaltelement 12 wieder für einen längeren Zeitraum. Aufgrund der bedarfsgesteuerten Stromführung innerhalb des Schaltelements 12 reduziert sich die insgesamt anfallende

Verlustleistung. Dadurch kann auf einen gesonderten Kühlkörper zum thermischen Abtransport der Verlustleistung verzichtet werden, sodass das Bauvolumen des Netzteils 5 klein aus ^¬ fällt.

Trotzdem ermöglicht die bedarfsorientierte Zu- und Abschal ^¬ tung des Speicherelements 13 einen vergleichsweise hohen Ver ^¬ sorgungsstrom I _v am Ausgang 23. Das Netzteil 5 hat einen ho ^¬ hen Wirkungsgrad. Außerdem lässt es sich mit Standard- Komponenten aufbauen. Insbesondere ist kein spezieller

Schaltregel-IC erforderlich. Dies wirkt sich kostensenkend aus .

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf FIG 3 ein schaltungs- technisches Realisierungsbeispiel der wesentlichen Komponen ^¬ ten des Netzteils 5 gemäß FIG 2 beschrieben. Die dem Gleichrichter 7 vorgeschaltete Überspannungsschutzteileinheit 10

enthält seriell in die Außenleiter Ll, L2, L3 und den Neut ^¬ ralleiter N geschaltete spannungsbegrenzende Widerstände 24 sowie zwischen die Leiter Ll, L2, L3 und N geschaltete Va ^¬ ristoren 25. Der Gleichrichter ist mittels Gleichrichterdio- den 26, die in einer Brückenanordnung zusammen geschaltet sind, sowie mittels einer nachgeschalteten Glättungskapazität 27 aufgebaut. Die an den Gleichrichterausgang 9 parallel angeschlossene Überspannungsschutzteileinheit 11 enthält eine Serienschaltung aus einem hochohmigen Widerstand 28 und zwei Suppressordioden 29.

Das Schaltelement 12 enthält einen als IGBT ausgeführten spannungsfesten Haupttransistor 30, einen als MOSFET ausgeführten Hilfstransistor 31 sowie weitere ohmsche und kapazi- tive Beschaltungselemente, die unter anderem zur Arbeits ^¬ punkteinstellung der beiden Transistoren 30 und 31 dienen. Der Widerstand 28 erfüllt eine Doppelfunktion. Er ist sowohl Bestandteil der zweiten Überspannungsschutzteileinheit 11 als auch des Schaltelements 12. Ein Kollektor-Anschluss des Haupttransistors 30 ist mittels eines optionalen Widerstands 32 und des Widerstands 28 an den Gleichrichterausgang 9 angeschlossen. Die Serienschaltung der zweiten Überspannungsschutzteileinheit 11 enthält nach dem Widerstand 28 einen Ab ^¬ griff, der mittels des optionalen Widerstands 32 an den KoI- lektoranschluss des Haupttransistors 30 geführt ist.

Der Gleichrichterausgang 9 ist mittels eines Widerstands 33 und eines Widerstands 34 an einen Gate-Anschluss des Haupt ^¬ transistors 30 geführt. Außerdem ist der Gate-Anschluss des Haupttransistors 30 mittels einer Kapazität 35 an Masse ge ^¬ legt. Zwischen den Gate-Anschluss und einen Emitter-Anschluss des Haupttransistors 30 ist zur Begrenzung der Gate-Emitter- Spannung eine als Schutzdiode wirkende Zenerdiode 36 geschal ^¬ tet. Der Emitter-Anschluss des Haupttransistors 30 bildet zugleich den zweiten Hauptanschluss 15 des Schaltelements 12 sowie den Schaltknoten 19.

Zwischen den beiden Widerständen 33 und 34 ist ein Abgriff vorgesehen, der mittels eines weiteren Widerstands 37 an ei ^¬ nen Drain-Anschluss des Hilfstransistors 31 geführt ist. Ein Source-Anschluss des Hilfstransistors 31 liegt an Masse und ist außerdem mittels einer Kapazität 38 mit einem Gate- Anschluss des Hilfstransistors 31 verbunden. Vom Gate- Anschluss führt eine mit einem Widerstand 39 versehene Ver ^¬ bindungsleitung zu einem Ausgang des Zweipunktreglers 21.

Das Speicherelement 11 ist im Realisierungsbeispiel als Aus ^¬ gangskapazität 40 ausgebildet, die zwischen den Schaltungs ^¬ knoten 19 und Masse geschaltet ist.

Die Anpassmittel 20 enthalten einen zwischen den Knoten 19 und Masse geschalteten Teiler aus einem oberen Teilerwiderstand 41 und einer dazu in Serie geschalteten Parallelschal ^¬ tung aus einem unteren Teilerwiderstand 42 und einer Kapazität 43. An der genannten Parallelschaltung fällt die Vergleichsspannung Uy ab, die an einen Vergleichseingang des Zweipunktreglers 21 geführt ist.

Die Anpassmittel 20 enthalten weiterhin ein RC-Glied mit ei ^¬ nem RC-Glied-Widerstand 44 und einer mittels einer Zenerdiode 45 stabilisierten RC-Glied-Kapazität 46. Der RC-Glied- Widerstand 44 ist mit seinem einen Ende an den Schaltungskno ^¬ ten 19 und mit seinem anderen Ende an einen weiteren Schaltungsknoten 47 angeschlossen. Die Zenerdiode 45 und die RC- Glied-Kapazität 46 sind zwischen den Schaltungsknoten 47 und Masse geschaltet. Am Schaltungsknoten 47 steht die Betriebs- Spannung U _B an.

Außerdem ist zwischen den Schaltungsknoten 47 und Masse ein weiterer Teiler mit einem oberen Teilerwiderstand 48 und ei ^¬ ner Parallelschaltung aus einem unteren Teilerwiderstand 49 und einer Kapazität 50 geschaltet. An der genannten Parallel ^¬ schaltung steht die Referenzspannung U _R an, die auf einen Referenzeingang des Zweipunktreglers 21 geführt ist.

Der Zweipunktregler 21 umfasst einen Komparator 51, der an seinem Minus-Eingang mit einem Widerstand 52 und an seinem Plus-Eingang mit einem Widerstand 53 beschaltet ist. Der Aus- gang des Komparators 51 ist mittels einer Parallelschaltung aus einem Widerstand 54 und einer Kapazität 55 auf den Plus- Eingang zurückgekoppelt. Die Widerstände 52 bis 54 sowie die Kapazität 55 sind so dimensioniert, dass der Zweipunktregler 21 ein Hysterese-Verhalten aufweist. Mittels dieser Bauele- mente lassen sich auch der obere und untere Schwellwert ein ^¬ stellen. Ein Versorgungsanschluss des Komparators 51 ist mit dem Schaltungsknoten 47 verbunden, sodass dem Komparator 51 die Betriebsspannung U _B als Energieversorgung zur Verfügung steht.

Im Folgenden wird auch unter Bezugnahme auf die FIG 4 und 5 die Funktionsweise des schaltungstechnischen Realisierungs ^¬ beispiels gemäß FIG 3 beschrieben. Beim Einschalten des Netzteils 5 ist die Ausgangskapazität 40 ungeladen. Außerdem sind der Haupttransistor 30 und der Hilfstransistor 31 nichtleitend, also ausgeschaltet. Beim Zuschalten der Wechselspannung U _AC wird diese zunächst mittels der Gleichrichterdioden 26 gleichgerichtet. Aufgrund der integrierenden Wirkung der Glättungskapazität 27 baut sich am Gleichrichterausgang 9 die hohe Gleichspannung U _DCH auf. Über die Widerstände 33 und 34 stellt sich ein Stromfluss ein, der eine Gate-Emitter- Kapazität des Haupttransistors 30 auflädt, bis eine Schwell ^¬ spannung erreicht ist und der Haupttransistor 30 leitend wird. Dann fließt ein Ladestrom I _L durch den Haupttransistor 30 und lädt die Ausgangskapazität 40 auf. Der Wert des Lade ^¬ stroms I _L wird mittels des Widerstands 28 und gegebenenfalls mittels des optionalen Widerstands 32 eingestellt. Aufgrund des Ladestroms I _L steigt die an der Ausgangskapazität 40 an ^¬ stehende Zwischenspannung U _DCM an.

Ein Teil der ansteigenden Zwischenspannung U _DCM fällt auch am unteren Teilerwiderstand 42 des ersten Spannungsteilers ab

und steht als Vergleichsspannung U _v am Vergleichseingang des Zweipunktreglers 21 an.

Das RC-Glied unterzieht die Zwischenspannung U _DCM einer Tief- passfilterung, sodass am Schaltungsknoten 47 eine auch aufgrund der Zenerdiode 45 stabilisierte Betriebsspannung U _B an ^¬ steht. Aus dieser stabilisierten Betriebsspannung U _B wird mittels des zweiten Spannungsteilers die am unteren Teilerwi ^¬ derstand 49 anstehende Referenzspannung U _R abgeleitet.

Erreicht die Vergleichsspannung U _v am Plus-Eingang des Kompa- rators 51 den Wert der Referenzspannung U _R am Minus-Eingang, steigt der Pegel am Ausgang des Komparators 51 auf den Wert der Betriebsspannung U _B (= High) .

Der Pegelanstieg am Ausgang des Zweipunktreglers 21 führt zu einem Einschalten des Hilfstransistors 31, wodurch das Potential am Schaltungsknoten zwischen den Widerständen 33, 34 und 37 absinkt. Folglich sinkt auch das Potential am Gate- Anschluss des Haupttransistors 30, sodass der Haupttransistor 30 in seinen nicht-leitenden, also ausgeschalteten Zustand übergeht. Dann fließt kein Ladestrom I _L mehr über den Haupttransistor 30 und der Ladevorgang der Ausgangskapazität 40 wird gestoppt. Während des Ausschaltvorgangs steigt der Ka- nalwiderstand des Haupttransistors 30 an, bis der Ladestrom I _L schließlich auf Null zurückgeht.

Mittels einer entsprechenden Dimensionierung der Widerstände 34, 37 und 39 sowie der Kapazitäten 35 und 38 lässt sich die Ausschaltzeit des Haupttransistors 30 einstellen. Darüber hinaus beeinflusst auch eine interne Rückwirkungskapazität des Haupttransistors 30 die Ausschaltzeit. Die Einschaltzeit des Haupttransistors 30 wird durch die Widerstände 33 und 34 sowie durch die Kapazität 35 und eine Eingangskapazität des Haupttransistors 30 bestimmt.

Sowohl die Komponenten des Netzteils 5 als auch die ange ^¬ schlossene Auswerteelektronik 3 entziehen der Ausgangskapazität 40 Energie, sodass die an der Ausgangskapazität anstehen ^¬ de Zwischenspannung U _DCM sinkt. Dementsprechend fällt auch die Vergleichsspannung U _v am Plus-Eingang des Komparators 51. Unterschreitet sie den unteren Schwellwert des Komparators 51, wird der Pegel am Ausgang des Komparators 51 auf Masse gezo ^¬ gen. Dadurch wird der Hilfstransistor 31 ausgeschaltet und der Haupttransistor 30 eingeschaltet. Es beginnt ein neuer Ladezyklus.

In den Diagrammen von FIG 4 ist der zeitliche Verlauf des La ^¬ destroms I _L , der Zwischenspannung U _DCM und einer Verlustleis ^¬ tung P _v , die am Haupttransistor 30 anfällt, beginnend mit dem Einschalten des Netzteils 5 und für zwei darauf folgende Ent ^¬ lade- und Ladezyklen wiedergegeben. Den Zeitverläufen ist zu entnehmen, dass nur während der vergleichsweise kurzen Zeit ^¬ dauer des Ladezyklus eine Verlustleistung im Haupttransistor 30 anfällt. Dadurch resultiert eine niedrige mittlere Ver- lustleistung, die aus dem Netzteil 5 auch ohne gesonderten Kühlkörper abgeführt werden kann.

In das Diagramm von FIG 5 sind die zeitlichen Verläufe der Betriebsspannung U _B , der Vergleichsspannung U _v sowie der Re- ferenzspannung U _R unmittelbar nach dem Einschalten des Netzteils 5 eingetragen. Die Anpassmittel 20 sind so ausgelegt, dass die Referenzspannung U _R ihren Endwert, der im Ausführungsbeispiel bei etwa 8 Volt liegt, früher erreicht, als die Vergleichsspannung U _v den oberen Schwellwert, der im Ausfüh- rungsbeispiel bei etwa 10,5 Volt liegt. Dadurch wird sicher ^¬ gestellt, dass der allererste Ladevorgang stattfindet und die Schaltung anläuft. Die jeweils maßgeblichen Zeitkonstanten für die Vergleichsspannung U _v und die Referenzspannung U _R lassen sich mittels der Kapazitäten 43 bzw. 50 einstellen.

Den Zeitverläufen von FIG 5 ist außerdem zu entnehmen, dass die Betriebsspannung U _B und die Referenzspannung U _R aufgrund

der stabilisierenden Wirkung des RC-Glieds und der Zenerdiode 45 nach Erreichen ihres jeweiligen Endwerts nicht wieder absenken. Im Gegensatz hierzu weist die Vergleichsspannung U _v den gleichen sägezahnförmigen Zeitverlauf wie die im zweiten Diagramm von FIG 4 wiedergegebene Zwischenspannung U _DCM -

Die Regelung des Netzteils 5 arbeitet sehr schnell, sodass 10 ms nach Einschalten des Netzteils 5 die niedrige Gleichspan ^¬ nung U _DCL am Ausgang 23 verfügbar ist. Wie aus den Diagrammen gemäß FIG 4 und 5 ersichtlich, werden die jeweiligen Zielpegel der maßgeblichen internen Größen deutlich früher, nämlich bereits nach etwa 2,5 ms (siehe FIG 5) erreicht.