Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung. Derartige Schaltungen sind dem Fachmann schon aus der Praxis bekannt, welche häufig in Netzteilen untergebracht sind. Diese Schaltungen weisen einen Brücken gleichrichter auf, welcher den Ladestrom von einem Wechselspannungs eingang hin zu einem Gleichspannungsausgang mit einem Ausgangskonden sator gleichrichtet. Wäre der nicht geladene Ausgangskondensator direkt mit dem Gleichrichter verbunden, so würde gleich zu Beginn des Anlegens der Wechselspannung ein unerwünscht hoher Strom zum Ausgangskondensator fließen.

Zur Begrenzung von Einschaltströmen ist es aus der Praxis bekannt, zwischen den Gleichrichter und den Ausgangskondensator einen Heißleiter zu schalten. Bei Anlegen der Wechselspannungsquelle ist der Heißleiter zunächst noch kalt und weist daher einen hohen ohmschen Widerstand auf. Aufgrund des Strom flusses durch den Heißleiter erwärmt sich dieser zunehmend, so dass der ohmsche Widerstand des Heißleiters zunehmend geringer wird. Gleichzeitig zieht der Ausgangskondensator zunehmend weniger Strom, weil er zunehmend mehr Ladung trägt. Folglich kompensieren sich hinsichtlich des Stromflusses die Effekte des zunehmend wärmeren Heißleiters und des zunehmend stärker geladenen Ausgangskondensators, so dass der Stromfluss vergleichmäßigt wird. Hierdurch wird sowohl das Spannungsnetz geschont sowie v.a. die beteiligten Schaltungen und damit i.d.R. zumindest das Netzteil selbst sowie der daran angeschlossene Verbraucher. Der Verbraucher ist naturgemäß dann besonders betroffen, wenn es sich bei diesem um eine überwiegend kapazitive Last handelt. Nachteilig an einer solchen Schaltung ist, dass am Heißleiter eine nicht uner hebliche Wärme entsteht und damit Verlustleistung in Kauf genommen wird. Außerdem fließt auch dann noch Strom durch den Heißleiter, wenn dieser zur Strombegrenzung gar nicht mehr benötigt wird, weil der Ladevorgang des Aus gangskondensators schon entsprechend weit fortgeschritten ist. Schließlich treten hohe Einschaltströme immer dann noch auf, wenn der Ausgangskonden sator entladen und der Heißleiter noch heiß ist. Als Beispiel mag ein Netzteil dienen, welches mit einer Last (z. B. ein Mobiltelefon) und einer Wechsel spannungsquelle verbunden ist. Wird das Netzteil von der Spannungsquelle nach einer Weile getrennt und dann sofort wieder mit ihr verbunden, so kann der Ausgangskondensator entladen und der Heißleiter heiß sein, so dass hohe Ströme auftreten.

Um diesem Problem entgegenzuwirken wird ein Steuerelement parallel zum Heißleiter angeordnet, welches in diesem Fall ein spannungsgesteuerter Schalter in Form eins Thyristors ist. Der Thyristor schließt bei einer ausreichend hohen Spannung am Ausgangskondensator den Heißleiter kurz, wie dies etwa in DE 69623394 T2 vorgeschlagen wird. Dann fließt der Strom praktisch ver lustfrei über den Thyristor während gleichzeitig der Heißleiter schon zu einem frühen Zeitpunkt auskühlen kann. Hierdurch werden sowohl die Wärmeverluste sowie die Wahrscheinlichkeit von hohen Einschaltströmen - insbesondere bei kurz aufeinanderfolgenden Verbindungen mit der Spannungsquelle - verringert.

Dennoch treten aufgrund des erforderlichen Heißwerdens des Heißleiters noch immer unnötig hohe Wärmeverluste auf. Auch kann es z.B. leicht passieren, dass ein Netzteil in der Sonne oder einer sonstwie heißen Umgebung (im Fahr zeug, auf einer heißen Fensterbank etc.) liegen gelassen wird. Dann fließt bei der Verbindung des Netzteils mit der Spannungsquelle ein hoher Einschalt- ström, der unter Umständen bis zur sofortigen Zerstörung der beteiligten Schaltungen führen, aber in jedem Fall deren Lebensdauer beeinträchtigen kann.

Aus diesem Grunde schlägt DE 102006014297 A1 vor, auf den Heißleiter zu verzichten. Hierzu wird auf eine Steuergruppe zurückgegriffen, welche als "Steuereinheit ST" bezeichnet wird, umfasst und eine Phasenschnittsteuerung ermöglicht. Die Steuergruppe bzw. Steuereinheit steuert einen Steuereingang eines Steuerelements in Form eines MOSFET-Schalters S1 (=V1), so dass sich dieser gemäß der Phasenschnittsteuerung zu bestimmten Zeiten öffnet und schließt. Die Phasenschnittsteuerung lässt ausweislich von Fig. 2 kurzeitige, nadelförmige Stromspitzen zu, die allerdings einen definierten Maximalwert nicht überschreiten. Insbesondere die Elemente D1 und T1 aus Fig. 4.

Wird die an D1 aus Fig. 4 abfallende Spannung zu groß und übersteigt die Durchbruchspannung, so wird D1 leitend, die Spannung an der Basis von T1 steigt an, T1 schaltet dann durch und S1 bzw. V1 sperrt aufgrund des Spannungsabfalls am Gate von V1. Der Schalter T1 ist somit ein Stellelement der Steuergruppe für das Steuerelement S1 bzw. V1, wohingegen D1 ein Sensorelement der Steuergruppe bildet. Während der Ausgang des Sensor elementes D1 mit dem Eingang des Stellelementes T1 verbunden ist, liegt der Eingang des Sensorelementes an einem Sensorknoten, welcher seinerseits zwischen dem Spannungseingang und dem Steuerelement S1 angeordnet ist.

Eine Auswerteeinheit 130 schließt nach Fig. 5 einen Schalter S2, wenn die Ausgangskondensatoren C1 und C2 vollständig geladen sind, um die Steuer gruppe ST nebst Steuerelement (Schalter S1) zu überbrücken. Im Ergebnis entfallen die Verluste des vermiedenen Heißleiters vollständig. Ebenso entfällt das Risiko von zufällig hohen Einschaltströmen bei hoher Umgebungs temperatur.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden die gesetzlichen Vorschriften betreffend den Wirkungsgrad von Netzteilen, u.a. hinsichtlich des Klima wandels, zunehmend verschärft. Eine maßgebliche Serie dieser Vorschriften ist die vom US Department of Energy erlassene Vorschriftenserie der "Energy Conservation Standards", deren jüngster Standard die sogenannte Level-Vl- Spezifikation ist. Die Level Vl-Spezifikation trat Anfang 2016 in Kraft und ist eine der strengsten Vorschriften weltweit. Aufgrund der Tendenz zur Harmonisierung werden weitere staatliche und überstaatliche Vorschriften dem Beispiel der USA folgen. Beispielsweise hat die Level-Vl-Spezifikation bereits Einfluss auf den derzeit laufenden EU-Gesetzgebungsprozess genommen. Darüber hinaus werden sich Hersteller von Netzteilen stets v.a. an den strengsten Vorschriften orientieren, um größtmögliche Absatzmärkte zu erschließen.

Die Level-Vl-Spezifikation verlangt in Abhängigkeit von der Nennleistung und der Nennspannung des Netzteils die Überschreitung eines minimalen, durch schnittlichen Wirkungsgrades bei angeschlossener Last sowie die Unter- schreitung einer maximalen Leerlaufleistung. Mit "Leerlaufleistung" ist gemeint, dass das Netzteil zwar an das Spannungsnetz, nicht aber an eine Last - z.B. an ein elektronisches Endgerät - angeschlossen ist. Gemäß Level-Vl-Spezifikation müssen handelsübliche Netzteile für, beispielsweise, Smartphones mit einer Nennleistung von z.B. 22, 5W und einer Nennspannung von 5V einen durch schnittlichen Wirkungsgrad > 83% aufweisen. Die maximale Leerlaufleistung ("Stand-by-Modus") für diese Geräteklasse liegt bei 0,1W. Insbesondere die maximale Leerlaufleistung stellt die Hersteller von Netzteilen schon heute vor Herausforderungen. Außerdem ist abzusehen, dass staatliche und Überstaat- liehe Behörden aufgrund des Klimawandels weitere, über die Level-Vl- Spezifikation hinausgehende Verschärfungen der Vorschriften anstreben werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Einschaltströme von elektro nischen bzw. elektrischen Geräten - insbesondere von Netzteilen - zu begrenzen und damit einhergehende Verluste zu verringern. Es ist bevorzugt angestrebt, den durchschnittlichen Wirkungsgrad von Netzteilen bei ange schlossener Last zu erhöhen und/oder die Leerlaufleistung von Netzteilen zu verringern.

Diese Aufgabe wird bzw. diese Aufgaben werden gelöst durch eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung, umfassend einen Spannungseingang, einen Spannungsausgang für eine Last sowie einen Gleichrichter, wobei eine Ein gangsseite des Gleichrichters mit dem Spannungseingang und eine Ausgangs seite des Gleichrichters mit dem Spannungsausgang verbunden ist, wobei ein Ausgangskondensator zwischen einem ersten Pol und einem zweiten Pol des Spannungsausgangs bzw. der Ausgangsseite des Gleichrichters ange ordnet ist, wobei die Schaltung eine Steuergruppe umfasst, wobei die Steuer gruppe ein Steuerelement zur Begrenzung des Ladestroms des Ausgangs kondensators aufweist, wobei das Steuerelement wenigstens einen Steuer eingang sowie einen zweipoligen Leistungspfad aufweist, wobei die Steuer gruppe ein Stellelement zur Beeinflussung des Steuerelements aufweist, wobei das Stellelement mit dem Steuereingang verbunden ist, wobei die Steuergruppe ein Sensorelement aufweist, wobei ein Ausgang des Sensorelementes mit einem Eingang des Stellelementes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang des Sensorelementes der Ausgangsseite des Gleichrichters zuge ordnet ist.

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass das ständige Schalten des Leistungsschalters der bekannten Phasenschnittsteuerung unter voller Stromlast größere Energieverluste verursacht. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass das Sensorelement möglichst nah am Aus gangskondensator angeordnet sein sollte, damit die Regelung der Einschalt ströme besonders zielgerichtet ausgebildet sein kann. Es wurde gefunden, dass dann sowohl die Messung der Regelgröße als auch die Einstellung der Stell größe in der Nähe und vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Ausgangs kondensators stattfinden können und so die Regelung besonders effektiv gestaltet werden kann.

Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass sich mit derartigen Schaltungen nahezu lineare Verläufe der Aufladung des Ausgangskonden sators bewerkstelligen lassen, so dass die Einschaltströme in bisher uner reichter Weise vergleichmäßigt werden. Wie gefunden wurde, ist die starke Vergleichmäßigung zugleich eine wesentliche Grundlage dafür, dass ein Minimum an Energie verbraucht wird. Bei entsprechender Dimensionierung der Bauteile der Regelgruppe für, beispielsweise, ein Netzteil eines Smartphones liegt die Leistungsaufnahme dieser Bauteile während der Einschaltstrom begrenzung im Nanowattbereich. Nach der Aufladung ist ein Stromverbrauch bzw. eine Energieaufnahme praktisch nicht mehr messbar. Diese Einsparungen sind so groß, dass z.B. der Wirkungsgrad von ent sprechenden Netzteilen gleich um mehrere Prozentpunkte erhöht wird. Somit kann allein durch Integration der Steuergruppe in ein entsprechendes Netzteil dieses Netzteil vorschriftenkonform gemacht werden. Die Leerlaufleistung wird in noch größerem Maße von der erfindungsgemäßen Steuergruppe positiv beeinflusst, so dass insbesondere die kritische Hürde der geforderten, niedrigeren Leerlaufleistung leichter genommen werden kann.

Weiterhin ist die Vergleichmäßigung der Einschaltströme an sich bereits von Vorteil, weil hierdurch die nadelförmigen Ströme aus DE 102006014297 A1 vermieden werden. Die nadelförmigen Stromspitzen erzeugen zunächst harmonische Oberwellen, welche sich negativ auf einige nachgeschaltete Elemente auswirken. Als Beispiele seien insbesondere Transformatoren genannt (welche auch in Schaltnetzteilen Verwendung finden), welche aufgrund der Oberwellen stärker thermisch belastet werden und so Verluste verursachen. In einigen Fällen können durch die nadelförmigen Ströme aber auch Bauteile beschädigt oder sogar zerstört werden. Außerdem werden durch Vermeidung nadelförmiger Ströme unerwünschte Verzerrungsblindleistungen verringert, welche aufgrund der Vielzahl an Netzteilen in nennenswertem Umfang die Niederspannungsnetze belasten würden. Nach alledem werden durch die erfin dungsgemäße Schaltung die eingangs genannten Aufgaben gelöst und darüber hinaus auch noch die Nachteile durch nadelförmige Ströme vermieden.

Der Begriff „Spannungseingang“ meint vorzugsweise zwei einzelne elektrische Anschlüsse, wobei jeder der beiden Anschlüsse einem Pol zugeordnet ist. Der Spannungseingang kann beispielsweise ein Stecker mit zwei Stiften sein, welche zur Verbindung mit Steckdosen des Niederspannungsnetzes ausge bildet sind. Der Spannungseingang bzw. die Schaltung kann Bestandteil eines Gerätes sein. Bei dem Gerät kann es sich insbesondere um ein Netzteil, vor zugsweise um ein Schaltnetzteil, für ein elektronisches Endgerät handeln. Das elektronische Endgerät mag beispielsweise ein Smartphone oder ein Tablet sein. Bei dem Gerät kann es sich allerdings auch um einen Gleichspannungs wandler oder um einen Frequenzumrichter handeln. Der Frequenzumrichter kann beispielsweise für den Betrieb von Elektromotoren ausgebildet sein, so dass die erfindungsgemäße Schaltung in dem Gerät, also beispielsweise in dem Schaltnetzteil oder dem Gleichspannungswandler oder dem Frequenz umrichter, ganz unterschiedlich dimensioniert sein kann. Das bedeutet, dass die Schaltung in unterschiedlichsten Leistungsbereichen funktioniert und die Bauteile nahezu beliebig skalierbar sind, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Das Wort „Spannungsausgang“ meint vorzugsweise einen Zweipol innerhalb des Gerätes. Beispielsweise innerhalb eines Schaltnetzteiles kann der Spannungsausgang der Schaltung vor einem Schaltmodul mit Schaltern zum Zerhacken der Gleichspannung befindlich sein. Es liegt im Rahmen der Erfin dung, dass der Spannungsausgang der Schaltung nicht identisch ist mit dem Ausgang des Gerätes. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung den ersten Abschnitt innerhalb des Gerätes aus macht. Der Begriff „Spannungsausgang“ bezieht sich bevorzugt auf den Ausgang des Gleichrichters bzw. den Ausgang der erfindungsgemäßen Schaltung. Der Ausdruck „erster Pol“ meint vorzugsweise den Pluspol. Der Ausdruck „zweiter Pol“ meint vorzugsweise den Minuspol. Gemäß einer Ausfüh rungsform kann aber auch der erste Pol den Minuspol und der zweite Pol den Pluspol darstellen. Das Wort „verbunden“ meint vorzugsweise eine mittelbare oder unmittelbare Verbindung. Das Steuerelement ist vorzugsweise ein stromgesteuerter und/oder ein spannungsgesteuerter Schalter. Das Steuerelement umfasst sehr bevorzugt einen Transistor bzw. Feldeffekttransistor (FET) bzw. einen Metall- Oxid-Flalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Es ist bevorzugt, dass der Steuereingang dem Gate bzw. der Basis entspricht. Es ist zweckmäßig, dass der Leistungspfad der Source-Drain-Strecke bzw. der Kollektor-Emitter-Strecke entspricht. Das Steuerelement umfasst bevorzugt einen Vorwiderstand am Steuereingang.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Leistungspfad des Steuerelements der Ausgangsseite des Gleichrichters zugeordnet. Es ist besonders bevorzugt, dass der Leistungspfad zwischen dem ersten Pol und dem zweiten Pol des Spannungsausgangs angeordnet bzw. der Ausgangsseite des Gleichrichters zugeordnet ist. Vorzugsweise ist der Steuereingang der Ein gangsseite des Gleichrichters zugeordnet. Es ist von Vorteil, dass der Steuer eingang mit der Eingangsseite des Gleichrichters bzw. mit dem Spannungs eingang verbunden ist. Es ist bevorzugt, dass das Steuerelement zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang bzw. zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Gleichrichters angeordnet ist.

Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Leistungs pfad des Steuerelements in Reihe zum Ausgangskondensator geschaltet. Vorzugsweise ist der Leistungspfad mit dem Ausgangskondensator, insbeson dere unmittelbar, verbunden. Es ist sehr bevorzugt, dass der Ausgangskonden sator gemeinsam mit dem Leistungspfad parallel zu der Ausgangsseite des Gleichrichters angeordnet ist. Besonders vorzugsweise bilden das Sensorelement und das Stellelement gemeinsam mit dem Steuerelement eine geschlossene Regelschleife. Die Regelschleife ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass das Sensorelement einen Zustand des Leistungspfades erfasst. Es ist von Vorteil, dass das Sensor element den erfassten Zustand des Leistungspfades gemäß einer Sensor funktion umsetzt und ein Sensorsignal an das Stellelement übergibt. Es ist sehr bevorzugt, dass das Stellelement das Sensorsignal gemäß einer Stellfunktion umsetzt und ein Stellsignal an den Steuereingang des Steuerelements ausgibt. Vorzugsweise erlaubt der von dem Sensorelement erfasste Zustand des Leistungspfades einen Rückschluss auf den Strom im Leistungspfad. Es ist von großem Vorteil, wenn das Stellsignal eine Spannung bzw. einen Strom am Steuereingang des Steuerelements bestimmt. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass die Regelschleife so ausgebildet ist, dass das Stellsignal gegenläufig auf den Zustand des Steuerelements reagiert. Steigt beispielsweise der Strom im Leistungspfad an, so ist es von besonders großem Vorteil, dass das Stell element ein Stellsignal ausgibt, welches das Steuerelement den Strom im Leistungspfad verringern lässt. Zweckmäßigerweise ist die Regelschleife so ausgebildet, dass bei einem sinkenden Strom bzw. Zustandsparameter das Stellelement ein Stellsignal ausgibt, welches das Steuerelement den Strom bzw. den Zustandsparameter ansteigen lässt. Besonders vorzugsweise ist die Regelschleife so ausgebildet, dass der Ladestrom des Ausgangskondensators linear bzw. im Wesentlichen linear verläuft.

Gemäß einer Ausführungsform sind das Sensorelement und das Stellelement Bestandteile eines Trennverstärkers und vorzugsweise eines Optokopplers. Es ist von Vorteil, wenn das Sensorelement eine lichtemittierende Diode, insbe sondere eine Leuchtdiode oder Laserdiode, ist. Es ist von Vorteil, wenn das Stellelement ein Fototransistor oder eine Fotodiode ist. Es ist bevorzugt, dass der Optokoppler ein Darlington-Optokoppler ist bzw. eine Darlington-Schaltung aufweist. Der Trennverstärker kann aber auch die Signale induktiv oder kapazitiv übertragen. Darüber hinaus ist es möglich, dass zwei Transistoren, insbesondere zwei Bipolartransistoren bzw. zwei MOSFETs, das Sensor element und das Stellelement bilden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuer gruppe einen Hilfskondensator, wobei der Hilfskondensator parallel zum Aus gangskondensator geschaltet ist. Zweckmäßigerweise ist ein erster Anschluss des Hilfskondensators mit dem ersten Pol verbunden. Vorzugsweise ist ein zweiter Anschluss des Hilfskondensators mit dem Leistungspfad bzw. mit dem Sensorelement verbunden. Es ist sehr bevorzugt, dass der Hilfskondensator und der Ausgangskondensator steuerelementseitig über eine Synchro nisationsdiode miteinander verbunden sind. Die Orientierung der Synchroni sationsdiode ist abhängig davon, ob der erste Pol der Pluspol oder der Minus pol ist. Ist der erste Pol der Pluspol, so ist die Diode kathodenseitig mit dem Hilfskondensator verbunden. Ist hingegen der erste Pol der Minuspol, so ist die Synchronisationsdiode kathodenseitig mit dem Ausgangskondensator ver bunden. Es ist von Vorteil, dass der Hilfskondensator in Reihe zu dem Sensorelement geschaltet ist. Vorzugsweise ist ein Begrenzungswiderstand in Reihe zu dem Hilfskondensator bzw. zu dem Begrenzungswiderstand geschaltet, um vorzugsweise die Zeitkonstante der Aufladung des Hilfskonden sators mitzubestimmen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Sensorschalter mit dem Sensorelement verbunden, wobei der Sensorschalter ausgebildet ist, das Sensorelement zu deaktivieren. Der Begriff „deaktivieren“ meint vorzugs weise ein Ausschalten bzw. Überbrücken des Sensorelements. Es ist sehr bevorzugt, dass der Sensorschalter ein Transistor und vorzugsweise ein Feld- effektransistor und besonders vorzugsweise ein MOSFET ist. Es ist bevorzugt, dass ein Leistungspfad des Sensorschalters parallel zu dem Sensorelement geschaltet ist. Vorzugsweise ist ein Steuereingang des Sensorschalters, insbe sondere über einen Sperrwiderstand, mit dem Steuereingang des Steuer elements verbunden. Es ist bevorzugt, dass der Steuereingang des Sensor schalters mit einem Schalterkondensator und/oder mit einer Schalterdiode ver bunden ist. Zweckmäßigerweise ist der Leistungspfad des Sensorschalters mit dem Schalterkondensator und/oder der Schalterdiode verbunden. Der Sensor schalter und der Schalterkondensator und/oder die Schalterdiode können als Sensorschaltgruppe bezeichnet werden. Es ist zweckmäßig, wenn der Schalterkondensator parallel zu der Schalterdiode angeordnet ist. Die Schalter diode ist vorzugsweise eine Durchbruchdiode und insbesondere eine Zener diode oder eine Suppressordiode. Es ist bevorzugt, dass die Schalterdiode und/oder der Schalterkondensator mit dem Leistungspfad des Steuerelements und/oder mit dem Sensorelement und/oder mit dem Ausgangskondensator ver bunden sind. Es ist besonders bevorzugt, dass die Steuergruppe bzw. der Sensorschalter bzw. die Sensorschaltergruppe so ausgebildet ist, dass der Sensorschalter geöffnet wird, wenn der Ausgangskondensator einen bestimmten Ladezustand, beispielsweise wenigstens 50 % oder wenigstens 70 % oder wenigstens 90 % der vollständigen Ladung des Ausgangskonden sators erreicht hat. Es ist von besonderem Vorteil, wenn der geöffnete Leistungspfad des Sensorschalters das Sensorelement kurzschließt, so dass die Regelschleife außer Kraft gesetzt wird.

Es ist besonders bevorzugt, dass die Steuergruppe einen Steuerkondensator zur Bereitstellung einer Steuerspannung am Steuereingang des Steuer elements umfasst. Es ist bevorzugt, dass der Steuerkondensator mit dem Steuereingang verbunden ist. Es ist bevorzugt, dass der Steuerkondensator mit dem Leistungspfad bzw. dem zweiten Pol verbunden ist. Es ist vorteilhaft, dass der Steuerkondensator parallel zur Strecke „Steuereingang - zweiter Pol“ ange ordnet ist. Es ist besonders bevorzugt, dass der Steuerkondensator parallel zum Stellelement angeordnet ist. Der Steuerkondensator weist zweckmäßiger weise eine Steuerseite und eine Polseite auf, wobei die Steuerseite mit dem Steuereingang und die Polseite mit dem zweiten Pol verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltung einen Aus gangsspannungssensor auf. Der Ausgangsspannungssensor umfasst bevor zugt ein Durchbruchselement, welches insbesondere in Form einer Zenerdiode oder einer Suppressordiode ausgebildet sein kann. Der Ausgangsspannungs sensor ist bevorzugt zwischen dem Steuereingang des Steuerelements und dem zweiten Pol angeordnet. Es ist von Vorteil, wenn der Ausgangssensor parallel zu dem Steuerkondensator und/oder zu dem Stellelement geschaltet ist. Es ist von Vorteil, wenn der Ausgangssensor steuereingangsseitig mit der Rückflusssperre und/oder mit dem Vorwiderstand bzw. dem Steuerelement verbunden ist. Der Ausgangsspannungssensor umfasst vorteilhafterweise einen Durchbruchschalter, welcher bevorzugt ein Halbleiterbauelement, weiter bevor zugt ein Transistor und besonders bevorzugt ein Bipolartransistor ist. Der Durchbruchschalter weist einen Steuereingang auf, welcher vorzugsweise mit dem Durchbruchelement verbunden ist. Der Durchbruchschalter umfasst vor zugsweise einen Leistungspfad, welcher einenends mit dem zweiten Pol und anderenends mit einem Signalausgang für ein Power-Good-Signal verbunden ist. Es ist bevorzugt, dass der Ausgangssensor bzw. das Durchbruchelement den Spannungspegel am Steuereingang des Steuerelements auf einen Maxi malwert begrenzt. Es ist von Vorteil, dass der Ausgangssensor bzw. der Durch bruchschalter bei Vorliegen des Maximalwerts des Spannungspegels am Steuereingang des Steuerelements ein Power-Good-Signal am Signalausgang liefert. Das Power-Good-Signal kann ein Startsignal für nachfolgende Schaltungssektionen des Geräts sein. Beispielsweise kann das Power-Good-Signal einen Betrieb des Schaltmoduls eines Schaltnetzteiles zum Zerhacken der Gleichspannung auslösen.

Es ist sehr bevorzugt, wenn die Schaltung einen Eingangsblock aufweist. Der Eingangsblock umfasst vorteilhafterweise einen Eingangsspannungssensor und/oder eine Rückflusssperre. Es ist sehr bevorzugt, dass die Rückflusssperre in Form einer Diode ausgebildet ist. Die Rückflusssperre ist bevorzugt zwischen dem Spannungseingang und dem Steuereingang angeordnet. Die Rückfluss sperre ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass die eingangsseitig anliegende Wechselspannung bevorzugt zu einer Aufladung des Steuerkondensators führt, so dass vorzugsweise das Steuerelement bei Überschreiten eines Grenzwertes der Spannung am Steuerkondensator den Leistungspfad öffnet. Ist beispiels weise ein N-Kanal MOSFET (Anreicherungstyp) das Steuerelement und ist der Source-Anschluss mit dem zweiten Pol in Form des Minuspols verbunden, so bedarf es am Steuereingang einer ansteigenden Spannung über eine Schwellspannung bzw. einen Schwellwert hinweg, damit das Steuerelement den Leistungspfad öffnet und den Ausgangskondensator mit dem zweiten Pol bzw. dem Minuspol verbindet. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, dass die Rückflusssperre in Form der Diode kathodenseitig mit dem Steuereingang und anodenseitig mit dem Spannungseingang verbunden ist.

Der Eingangsspannungssensor umfasst vorzugsweise einen Eingangsschalter und/oder einen Eingangswiderstand und/oder einen Eingangskondensator. Der Eingangsschalter ist vorzugsweise ein Transistor und weiter vorzugsweise ein Bipolartransistor. Es ist sehr bevorzugt, dass ein Leistungspfad des Eingangs- Schalters parallel zu dem Steuerkondensator angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein Steuereingang des Eingangsschalters mit dem Spannungseingang und/oder mit der Rückflusssperre verbunden. Es ist bevorzugt, dass der Leistungspfad des Eingangsschalters mit der Rückflusssperre verbunden ist. Es ist zweck mäßig, dass der Eingangswiderstand und der Eingangskondensator zueinander parallel geschaltet sind und ein Zeitglied des Eingangsspannungssensors bilden. Das Zeitglied des Eingangsspannungssensors ist zwischen den Steuer eingang des Eingangsschalters und den zweiten Pol geschaltet. Es ist sehr bevorzugt, dass der Eingangsspannungssensor so ausgebildet ist, dass ein Spannungsabfall am Spannungseingang den Leistungspfad des Eingangs schalters öffnet, so dass der Steuerkondensator über den Eingangsschalter entladen wird.

Es ist bevorzugt, dass die Schaltung einen Eingangsspannungsteiler aufweist, wobei der Eingangsspannungsteiler der Eingangsseite des Gleichrichters zuge ordnet ist und vorzugsweise ein Abgriff des Eingangsspannungsteilers mit dem Steuereingang des Steuerelements verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist der Eingangsspannungsteiler bzw. der Abgriff zwischen dem Spannungseingang und der Rückflusssperre angeordnet. Es ist von Vorteil, wenn der Eingangs spannungsteiler zwei Widerstände aufweist, wobei die beiden Widerstände zweckmäßigerweise gleich groß sind. Es ist bevorzugt, dass der Abgriff zwischen den beiden Widerständen des Spannungsteilers angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Abgriff mit der Rückflusssperre bzw. mit dem Steuerein gang des Steuerelements bzw. mit dem Steuereingang des Eingangsschalters verbunden. Der Spannungsteiler ist bevorzugt so ausgebildet, dass er vor einem elektrischen Schlag schützt, wenn die Anschlüsse des Spannungs eingangs des Gerätes bzw. der Schaltung berührt werden. Es ist sehr bevor zugt, dass der Spannungsteiler zwischen dem Spannungseingang und dem Gleichrichter angeordnet ist. Es ist von Vorteil, dass der Spannungsteiler zwischen die beiden Pole des Spannungseingangs geschaltet ist.

Es ist möglich, dass die Schaltung einen Kondensator oder mehrere Konden satoren auf der Eingangsseite und/oder auf der Ausgangsseite des Gleich richters zur Funkentstörung aufweist. Es ist bevorzugt, dass zur Funkentstörung zwei Kondensatoren auf der Eingangsseite des Gleichrichters und zwei Kondensatoren auf der Ausgangsseite des Gleichrichters befindlich sind. Es ist möglich, dass auf der Ausgangsseite des Gleichrichters eine stromkompen sierte Drossel zur Schwingungsdämpfung angeordnet ist. Die Schwingungs dämpfung der stromkompensierten Drossel ist besonders bei einem Schaltnetz teil von Vorteil, bei welchem das Schaltmodul mit den Leistungsschaltern zum Zerhacken der Gleichspannung unerwünschte Schwingungen erzeugt.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe bzw. Aufgaben lehrt die Erfindung ein Gerät, insbesondere ein Netzteil bzw. Schaltnetzteil, umfassend eine erfin dungsgemäße Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung. Das Netzteil umfasst vorzugsweise einen Transformator. Das Netzteil weist bevorzugt ein Schalt modul Zerhacken einer Gleichspannung zwecks Übertragung mittels eines Transformators auf. Das Netzteil bzw. Schaltnetzteil kann einen Mikrocontroller umfassen. Das Netzteil bzw. Schaltnetzteil besitzt vorzugsweise einen Anschluss zur Verbindung mit einem Endgerät.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe bzw. Aufgaben lehrt die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung in einem Netzteil, insbe sondere Schaltnetzteil, und/oder in einem Frequenzumrichter und/oder in einem Gleichspannungswandler. Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele über mehrere Schaltpläne und Blockdiagramme näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Schaltung in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, Fig. 3 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels und

Fig. 5 einen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung anhand eines detaillierten Schaltplans veran schaulicht. Die Schaltung nach Fig. 1 mag beispielsweise Bestandteil eines Netzteiles für ein Smartphone sein und entspricht einer Eingangssektion des Netzteiles. Zwei Wechselspannungsanschlüsse AC bilden gemeinsam einen Spannungseingang 1 in Form zweier herkömmlicher Stifte zur Einführung in eine Steckdose. Die erfindungsgemäße Schaltung zur Einschaltstrom begrenzung umfasst außerdem einen Spannungsausgang 2 mit einem ersten Pol 2a (Pluspol) und einem zweiten Pol 2b (Minuspol). In diesem Ausführungs beispiel folgt in Leserichtung auf den Spannungseingang 2 ein weiteres, hier nicht dargestelltes, Modul des Schaltnetzteiles und vorzugsweise ein Schalt- modul zum Zerhacken der Gleichspannung zwecks nachfolgender Trans formierung. In einem anderen Ausführungsbeispiel mag die erfindungsgemäße Schaltung in einem Frequenzumrichter integriert oder mit diesem verbunden sein, wobei der Frequenzumrichter beispielsweise der Versorgung eines Dreh strommotors dient.

Der erste Abschnitt der erfindungsgemäßen Schaltung nach dem ersten Aus führungsbeispiel umfasst in Leserichtung ein erstes Funkentstörungsmodul 10, einen Spannungsteiler 9, einen Gleichrichter 3 sowie ein zweites Funkent störungsmodul 11. Mit Ausnahme des Spannungsteilers 9 sind die Module 10, 3, 11 bekannt. Im Falle des Gleichrichters 3 mag es sich um einen Brückengleichrichter handeln, welcher pulsierende positive Halbwellen erzeugt. Diese Halbwellen werden durch Kondensatoren C3, C4 bereits etwas geglättet. Im Übrigen dienen die Kondensatoren C3, C4 - ebenso wie Kondensatoren C1 und C2 sowie eine stromkompensierte Drossel L - in bekannter Weise der Funkentstörung. Diese Funkentstörung ist insbesondere mit Blick auf das in Fig. 1 nicht abgebildete Schaltmodul zum Zerhacken der Gleichspannung zweckmäßig, um die Belastung von Frequenzbändern des Funkverkehrs (insbesondere Rundfunk- und Fernsehübertragungen) zu verringern. Während das erste Funkentstörungsmodul 10 in Leserichtung zwischen den Spannungs eingang 1 und den Gleichrichter 3 geschaltet ist, befindet sich das zweite Funk entstörungsmodul 11 in Leserichtung zwischen dem Gleichrichter 3 und dem Spannungsausgang 2.

Vorzugsweise ist in Leserichtung zwischen dem Spannungseingang 1 und dem Gleichrichter 3 der Spannungsteiler 9 mit Widerständen R1 und R2 geschaltet, wobei die Widerstände R1 und R2 zweckmäßigerweise gleich groß sind. Zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 befindet sich ein Mittenabgriff, welcher der Bereitstellung einer Hilfsspannung für die erfindungsgemäße Schaltung darstellt. Der Spannungsteiler 9 hat außerdem die Aufgabe, einen Schutz vor elektrischen Schlägen bei Berührung der Anschlüsse des Spannungseingangs 1 zu bieten.

Auf den Mittenabgriff des Spannungsteilers 9 folgen in diesem Ausführungs beispiel ein Eingangsblock 8, eine Steuergruppe 4, ein Ausgangsspannungs sensor 7, ein Steuerelement T3 nebst Vorwiderstand R5 sowie ein Ausgangs kondensator C9. Der Eingangsblock 8 umfasst eine Rückflusssperre D1 in Form einer Diode und einen Eingangsspannungssensor. Der Eingangs spannungssensor weist einen Eingangsschalter T1 in Form eines Bipolar transistors, einen Eingangswiderstand R3 sowie einen Eingangs kondensator C5 auf. Der Ausgangsspannungssensor 7 weist ein Durch bruchelement D2 in Form einer Suppressordiode, einen Durchbruchschalter T2 in Form eines Bipolartransistors sowie einen Signalausgang 15 für ein Power- Good-Signal auf.

Die Steuergruppe 4 umfasst einen Steuerkondensator C6 sowie einen Trenn verstärker 5, 6 in Form eines Optokopplers mit einem Stellelement 5 umfassend einen Fototransistor sowie mit einem Sensorelement 6 in Form einer Leucht diode. Die Steuergruppe 4 dieses Ausführungsbeispieles umfasst ferner eine Sensorschaltgruppe 12 mit einem Sensorschalter T4 in Form eines MOSFETs, einen Schalterkondensator C7 sowie Durchbruchelement D3 in Form einer Suppressordiode. Darüber hinaus umfasst die Steuergruppe 4 gemäß des Aus führungsbeispieles nach Fig. 1 von oben nach unten einen Hilfskonden sator C8, ein Synchronisationselement D4 in Form einer Diode, einen Begrenzungswiderstand R6 sowie einen Sperrwiderstand R4. Die einzelnen Elemente bzw. Bauteile aus Fig. 1 lassen sich auch in Blöcken gemäß Fig. 2 darstellen. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltung nach dem Ausführungs beispiel der Fig. 1 ist wie folgt. Die Rückflusssperre D1 lässt nur die positiven Flalbwellen durch, so dass der Steuerkondensator C6 aufgeladen wird und das Potenzial des Steuereingangs 14 ansteigt. Sobald das Potenzial des Steuer eingangs 14 den Schwellenwert von T3 am Gate übersteigt wird der Leistungs pfad von T3 in Form der Drain-Source-Strecke geöffnet, wodurch die Aufladung des Ausgangskondensators C9 in Form eines Elektrolytkondensators beginnt. Parallel dazu fließt ein deutlich kleinerer Strom vom zweiten Pol 2b durch das Sensorelement 6 hindurch, wodurch auch der Hilfskondensator C8 geladen wird. Aufgrund des Synchronisationselementes D4 geschieht die Ladung von C8 und C9 synchron.

Zu Beginn der Ladungsphase von C9 wird verhältnismäßig viel Strom von dem Ausgangskondensator C9 gezogen. Hierdurch ist auch der Strom durch das Sensorelement 6 bzw. durch die Leuchtiode entsprechend groß, weswegen verhältnismäßig viel Licht emittiert wird. Hierdurch empfängt das Stellelement 5 in Form des Fototransistors relativ viel Licht, wodurch die Kollektor-Emitter-Strecke des Stellelementes 5 gut leitet. Dies hat zur Folge, dass die Aufladungsgeschwindigkeit des Steuerkondensators C6 von Beginn an gebremst wird. Der zeitliche Verlauf dieses Stromflusses ist nahezu linear, so dass insbesondere keine Stromspitzen entstehen. Das Potenzial des Steuer eingangs 14 steigt nach Erreichen des Schwellenwertes des Steuer elementes T3 weiterhin leicht, so dass das Steuerelement T3 zunehmend geöffnet, und der nicht lineare Verlauf der Ladungssättigung des Ausgangs kondensators C9 kompensiert und ein nahezu linearer Verlauf des Ladestroms erreicht wird. Dabei ist noch hervorzuheben, dass insbesondere das Zeitglied aus dem Hilfskondensator C8 und dem Begrenzungswiderstand R6 über das Sensorelement 6 die Zeitkonstante der Ladung des Ausgangskondensators C9 bestimmt, wodurch dessen Ladegeschwindigkeit praktisch frei wählbar ist. Das Durchbruchelement D2 des Ausgangsspannungssensors 7 bricht oberhalb eines Grenzwertes bzw. Maximalwertes des Potenzials des Steuereingangs 14 durch, so dass der Durchbruchschalter T2 geöffnet wird. Dann ist der Kollektor ausgang des Durchbruchschalters T2 offen und liefert das Power-Good-Signal für nachfolgende Abschnitte des Schaltnetzteils. Diese sind nun darüber informiert, dass am Spannungsausgang 2 die Soll-Spannung erreicht wurde und können nun ihren Betrieb aufnehmen.

Parallel zu den Kondensatoren C8 und C9 wird auch der Schalterkonden sator C7 geladen, wobei die Zeitkonstante für diesen Vorgang von der Kapazität des Schalterkondensators C7 selbst sowie auch von dem Sperr widerstand R4 abhängt. Hierdurch steigt die Spannung am Gate des Sensor schalters T4, bis auch hier der Schwellenwert erreicht wird. Dann wird das Sensorelement 6 aufgrund der geöffneten Drain-Source-Strecke des Sensor schalters C4 kurzgeschlossen, so dass zukünftig kein Strom mehr über das Sensorelement 6 fließen wird. In der Folge ist dadurch auch sichergestellt, dass das Stellelement 5 keinerlei Licht mehr vom Sensorelement 6 empfangen wird, so dass das Stellelement zukünftig stets geschlossen bleibt und die Regel schleife aus dem Steuerelement T3, dem Sensorelement 6 und dem Stellelement 5 inaktiviert ist. Dadurch wird erreicht, dass der Steuerkonden sator C6 nicht mehr über das Stellelement 5 entladen werden kann, so dass das Potenzial des Steuereingangs 14 stets dem Wert der Durchbruchspannung des Durchbruchelementes D2 entspricht. Die Durchbruchspannung des Durch bruchelementes D2 ist größer als der Schwellenwert des Steuerelementes T3, so dass das Steuerelement T3 dauerhaft geöffnet ist und der Ausgangskonden sator C9 dauerhaft mit dem zweiten Pol 2b verbunden ist. Träten beispielsweise Versorgungsspannungsschwankungen oder einzelne Wellenausfälle im Wechselstromnetz auf, so bliebe das Potenzial des Steuereingangs 14 aufgrund der Rückflusssperre D1 und des Durchbruchelementes D2 konstant in Höhe der Durchbruchspannung des Durchbruchelementes D2.

Erst, wenn der Spannungseingang 1 von der Steckdose getrennt wird entlädt sich der Eingangskondensator C5 über den Eingangswiderstand R3, wodurch das Potenzial an der Basis des Eingangsschalters T1 des Spannungseingangs sensors sinkt. Hierdurch wird der Steuerkondensator C6 entladen, so dass das Potenzial des Steuereingangs 14 absinkt und die erfindungsgemäße Schaltung in den Startzustand versetzt wird. Durch das Abfallen des Potenzials des Steuereingangs 14 wird zugleich die Durchbruchspannung des Durchbruch elementes D2 unterschritten, so dass der Durchbruchschalter T2 sperrt und ein Power-Good-Signal nicht mehr vorliegt. Hierdurch werden nachfolgende Schaltungsabschnitte, beispielsweise das Schaltmodul, inaktiviert. Durch den Abfall des Potenzials des Steuereingangs 14 wird außerdem die Drain-Source- Strecke des Steuerelementes T3 gesperrt, so dass der aktuelle Ladezustand des Ausgangskondensators C9 konserviert wird und bei Wiederanlegen der Wechselstromquelle nicht erst entladen werden muss, sondern von seinem aktuellen Ladezustand wieder aufgeladen werden kann.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel abgebildet, welches potenzialver kehrt zu dem erstem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ausgestaltet ist. In diesem Fall ist der zweite Pol 2b der Pluspol, während der erste Pol 2a der Minuspol ist. Das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weitgehend, unterscheidet sich aber hinsicht lich der Spannungsquelle. Demzufolge ist der Spannungseingang 1 der Schaltung nach Fig. 4 an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, so dass der Spannungsteiler 9 dieses Ausführungsbeispiels lediglich einen Widerstand R aufweist. Der Gleichrichter 3 dieses Ausführungsbeispiels ist nicht als Brückengleichrichter, sondern als einfache Diode ausgebildet.

In Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, welches zu dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit Ausnahme des Stellelementes 5 und des Sensorelementes 6 identisch ist. So ist in Fig. 5 das Sensorelement 6 über einen MOSFET T5, eine Suppressordiode D5 und einen Gate-Widerstand R7 realisiert. Das Stellelement 5 hingegen ist gebildet aus einem Bipolar transistor D6 sowie zwei Widerständen R8 und R9.

Sobald das Steuerelement T3 auf bereits beschriebene Weise geöffnet wird, wird auch der spannungsgesteuerte Transistor T5 über die ansteigende Spannung an R7 geöffnet. Dadurch fällt eine Spannung an den Wider ständen R8 und R9 ab, so dass der stromgesteuerte Transistor T6 geöffnet wird, hierdurch das Potenzial am Steuereingang 14 abfällt und der Ladestrom begrenzt wird. Die Suppressordiode D5 beschränkt die Gate-Spannung des spannungsgesteuerten Transistors T5 auf einen Maximalwert. Der spannungs gesteuerte Transistor T5 in Form eines MOSFETs kann beispielsweise auch durch einen Bipolartransistor ersetzt werden. Ebenso kann der Bipolar- transistorT6 durch einen MOSFET ausgetauscht werden. Hierdurch wird ersichtlich, dass es nicht unbedingt eines Trennverstärkers bzw. Optokopplers für die Regelschleife bedarf. Bezugszeichenliste: