DE102005005260B4

DE102005005260B4 - Circuit, in particular for simulating a frequency-dependent resistor, and method for operating the circuit

Info

Publication number: DE102005005260B4
Application number: DE102005005260A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Erdl
Original assignee: PULS GmbH
Current assignee: PULS GmbH
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2025-02-05
Also published as: DE102005005260A1

Abstract

Stromversorgung mit powerfaktor-korrigierender Schaltung zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands, der mit steigender Frequenz des durch ihn fließenden Stroms hochohmiger wird,
– mit einem Eingang (111, 207, 307, 403) und einem Ausgang (112, 208, 308, 404),
– mit einem regelbaren Widerstand (V1),
– mit einer Regelung (120), die den regelbaren verlustbehafteten Widerstand (V1) mit steigender Frequenz des durch ihn fließenden Stroms in Richtung hochohmiger verstellt,
– mit einer ersten Impedanz (Z) umfassend einen ersten Anschluss (116) und einen zweiten Anschluss (117),
– wobei der Eingang (111, 207, 307, 403) über den regelbaren Widerstand (V1) und die erste Impedanz (Z) mit dem Ausgang (112, 208, 308, 404) verbunden ist,
– wobei der erste Anschluss (116) der ersten Impedanz (Z) und der zweite Anschluss (117) der ersten Impedanz (Z) mit dem Eingang der Regelung (120) verbunden sind,
– wobei der Ausgang der Regelung (120) mit dem...Power supply with power factor correction circuit for simulating a frequency-dependent resistance, which becomes higher impedance with increasing frequency of the current flowing through it,
With an input (111, 207, 307, 403) and an output (112, 208, 308, 404),
- with a variable resistor (V1),
- With a control (120) which adjusts the controllable lossy resistor (V1) with increasing frequency of the current flowing through it in the direction of high impedance,
Having a first impedance (Z) comprising a first terminal (116) and a second terminal (117),
- wherein the input (111, 207, 307, 403) via the variable resistor (V1) and the first impedance (Z) to the output (112, 208, 308, 404) is connected,
- wherein the first terminal (116) of the first impedance (Z) and the second terminal (117) of the first impedance (Z) are connected to the input of the controller (120),
- wherein the output of the control (120) with the ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Schaltung.The invention relates to a circuit, in particular for simulating a frequency-dependent resistor, and a method for operating this circuit.

Stromversorgungen, insbesondere Schaltnetzgeräte, Schaltnetzteile, primär und sekundär getaktete Schaltregler sind bekannt aus [1]. Jeder elektrische Verbraucher benötigt zu seiner Versorgung elektrische Leistung, die anhand einer Stromversorgung bzw. eines Netzteils zur Verfügung gestellt wird. Weltweit werden Netzleitungen als Stromleitungen eingesetzt, um über Steckdosen nahezu beliebige elektrische Geräte mit Strom bzw. Spannung zu versorgen. Hierzu werden über die Netzleitungen genormte Wechselspannungen, z. B. 120 Volt in den U. S. A. und 230 Volt in Deutschland zur Verfügung gestellt.Power supplies, in particular switched-mode power supplies, switched-mode power supplies, primary and secondary switched-mode switching regulators are known from [1]. Each electrical load requires electrical power for its supply, which is provided by means of a power supply or a power supply unit. Power lines are used worldwide as power lines to supply almost any electrical device with power or voltage via sockets. For this purpose, standardized AC voltages, eg. B. 120 volts in the US and 230 volts in Germany provided.

Bei der Powerfaktorkorrektur sollen Verbraucher im Schaltkreis, insbesondere Kapazitäten und Induktivitäten eines Schaltkreises, durch entsprechende Beschaltung kompensiert werden. Insofern werden prinzipiell Kapazitäten bzw. Induktivitäten bereitgestellt, die den kapazitiven bzw. induktiven Komponenten des Schaltkreises entgegenwirken und somit weitgehend eine Kompensation derselben herstellen. Zum Thema Powerfaktorkorrektur wird z. B. verwiesen auf [2].When power factor correction to consumers in the circuit, in particular capacitors and inductances of a circuit to be compensated by appropriate circuitry. In this respect, in principle, capacitances or inductances are provided which counteract the capacitive or inductive components of the circuit and thus largely produce a compensation for the same. On Power Factor Correction z. For example, refer to [2].

Es ist bekannt, eine Wechselspannung bspw. anhand eines Brückengleichrichters und eines Elektrolytkondensators in eine pulsierende Gleichspannung zu wandeln und damit einen Verbraucher zu betreiben. Betrachtet man die Form des Stromes in dieser Anordnung, so folgt aufgrund des begrenzten Stromöffnungswinkels ein kurzzeitiger Stromfluss, das Strom-Zeit-Diagramm zeigt spitze, zeitlich begrenzte, abgerundete Impulse. Ein derartiger Stromverlauf weist im Spektralbereich diverse (ungeradzahlige) Oberwellen auf. Gerade die 13., 15. und 17. Oberwelle sind jedoch unerwünscht und können insbesondere zur Schädigung elektrisch betriebener Maschinen führen.It is known to convert an AC voltage, for example, based on a bridge rectifier and an electrolytic capacitor in a pulsating DC voltage and thus to operate a consumer. Considering the shape of the current in this arrangement, so follows the short-term current flow due to the limited current opening angle, the current-time diagram shows peak, time-limited, rounded pulses. Such a current profile has various (odd) harmonics in the spectral range. However, the 13th, 15th and 17th harmonics are undesirable and can lead in particular to damage of electrically operated machines.

WO 96/09693 A1 betrifft einen aktiven Eingangsschaltkreis für ein Funkentstörfilter zum Einsatz in Verbindung mit einem Schaltkreis zur Powerfaktorkorrektur. WO 96/09693 A1 relates to an active input circuit for an RFI filter for use in conjunction with a power factor correction circuit.

EP 0 736 957 A1 betrifft ein Schaltnetzteil, das Mittel zur Reduktion von Oberwellen aufweist, die von einem Stromversorgungsnetzwerk stammen. EP 0 736 957 A1 relates to a switching power supply having harmonic reduction means derived from a power supply network.

EP 0 782 779 B1 betrifft eine Schaltung, die Stromwandler vor Überspannungen schützt. EP 0 782 779 B1 concerns a circuit that protects current transformers from overvoltages.

DE 28 54 929 A1 betrifft eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störsignalen in einem Antiblockiersystem. DE 28 54 929 A1 relates to a circuit arrangement for the suppression of interference in an anti-lock braking system.

AT 409 567 B betrifft Schaltungen zur Veränderung des Induktivitätswerts einer Induktivität mit elektronischen Mitteln. AT 409 567 B relates to circuits for changing the inductance value of an inductance with electronic means.

Beispielsweise ist bei Schaltnetzteilen ab einer Gerätenennleistung von 70 W die Oberwellennorm EN 61000-3-2 A einzuhalten, die Absolutwerte für die Amplitude von Oberwellen unterschiedlicher Ordnung vorgibt, die nicht überschritten werden dürfen.For example, with switched-mode power supplies starting from a rated power of 70 W, the harmonics standard EN 61000-3-2 A must be complied with, which specifies absolute values for the amplitude of harmonics of different order, which must not be exceeded.

Zur Reduzierung der Amplitude der beschriebenen Oberwellen ist es möglich, einen ohmschen Widerstand einzusetzen, der gleichermassen das gesamt Spektrum, also auch die Oberwellen, dämpft. Dies führt prinzipbedingt zu unerwünschten Verlusten.To reduce the amplitude of the harmonics described, it is possible to use an ohmic resistance, which equally attenuates the entire spectrum, including the harmonics. As a matter of principle, this leads to undesirable losses.

Alternativ ist es möglich, einen Heißleiter (NTC) einzusetzen, um Oberwellenströme höherer Ordnung zu begrenzen. Der NTC wird im Betrieb heiß und niederohmig, bei tiefen Temperaturen ist er hochohmig, was im Falle der tiefen Temperaturen zu Startschwierigkeiten der Schaltung, in der der NTC eingesetzt wird, führt. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung des NTC besteht darin, dass bei niedrigen Eingangsspannungen beträchtliche Verluste auftreten können.Alternatively, it is possible to use a thermistor (NTC) to confine higher order harmonic currents. The NTC becomes hot and low-ohmic during operation, it is high-impedance at low temperatures, which in the case of low temperatures leads to starting difficulties in the circuit in which the NTC is used. Another disadvantage of using the NTC is that at low input voltages, significant losses can occur.

Auch kann eine Drossel aus gefiedertem Eisenblech zur Oberwellenbegrenzung eingesetzt werden. Eine solche Drossel ist jedoch groß, teuer und schwer. Mitunter können in der Drossel auch störende Geräusche auftreten.Also, a choke made of feathered iron sheet can be used to limit the harmonic. However, such a throttle is large, expensive and heavy. Sometimes disturbing noises can occur in the throttle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile der bisherigen Lösungen zu vermeiden und dennoch eine kostengünstige und effiziente Lösung zur Begrenzung der Oberwellen anzugeben. The object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages of the previous solutions and yet to provide a cost-effective and efficient solution for limiting the harmonics.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung, insbesondere zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstandes, angegeben, umfassend einen Eingang, einen Ausgang, einen regelbaren Widerstand, eine Regelung und eine erste Impedanz mit einem ersten Anschluss und mit einem zweiten Anschluss. Der Eingang der Schaltung ist über den regelbaren Widerstand und die erste Impedanz mit dem Ausgang verbunden, der erste Anschluss der Impedanz und der zweite Anschluss der Impedanz sind mit der Regelung verbunden und die Regelung ist mit dem regelbaren Widerstand verbunden.To achieve the object, a circuit, in particular for simulating a frequency-dependent resistor, specified, comprising an input, an output, a variable resistor, a regulator and a first impedance having a first terminal and a second terminal. The input of the circuit is connected to the output via the variable resistor and the first impedance, the first terminal of the impedance and the second terminal of the impedance are connected to the controller and the controller is connected to the variable resistor.

Somit ist es möglich, an Hand der Impedanz einen Stromfluss durch die Impedanz zu ermitteln und die Information über diesen Stromfluss durch die Impedanz an die Regelung weiterzuleiten. Die Regelung greift auf den regelbaren Widerstand derart ein, dass abhängig von dem Stromfluss durch die Impedanz der regelbare Widerstand eingestellt wird. Hierbei kann die Impedanz einen ohmschen und/oder eine frequenzabhängige Reaktanz umfassen. Auch beliebige Kombinationen von ohmschen und/oder frequenzabhängige Reaktanzen können in der ersten Impedanz enthalten sein.Thus, it is possible to determine a current flow through the impedance on the basis of the impedance and to forward the information about this current flow through the impedance to the control. The regulation acts on the controllable resistance in such a way that, depending on the current flow through the impedance, the controllable resistance is set. In this case, the impedance may comprise an ohmic and / or a frequency-dependent reactance. Any combinations of ohmic and / or frequency-dependent reactances may also be included in the first impedance.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass an Hand der Schaltung eine Powerfaktorkorrektur durchführbar ist. Insbesondere kann eine Harmonischenkorrektur durchgeführt werden, d. h. in einem vorgegebenen Frequenzbereich erfolgt bevorzugt die Dämpfung bestimmter Oberwellen. Eine Weiterbildung ist es, dass die 13., 15. und 17, Oberwelle gedämpft werden.A further development is that a power factor correction can be carried out on the basis of the circuit. In particular, a harmonic correction can be performed, i. H. in a given frequency range is preferably the attenuation of certain harmonics. A further development is that the 13th, 15th and 17th harmonics are damped.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der regelbare Widerstand mindestens einen Bipolartransistor und/oder mindestens einen Mosfet und/oder mindestens einen IGBT umfasst. Auch Kombinationen aus den vorstehend genannten Bauelementen sind möglich.One embodiment is that the controllable resistor comprises at least one bipolar transistor and / or at least one mosfet and / or at least one IGBT. Combinations of the above-mentioned components are possible.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass die erste Impedanz mindestens einen ohmschen Widerstand umfasst. Auch kann die erste Impedanz eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Induktivität enthalten. Ferner kann die erste Impedanz eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität enthalten.Another development is that the first impedance comprises at least one ohmic resistance. Also, the first impedance may include a series connection of an ohmic resistor and an inductor. Furthermore, the first impedance may include a parallel connection of an ohmic resistor and a capacitor.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Regelung eine zweite Impedanz aufweist. Dabei kann die zweite Impedanz eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität sein. Eine Ausgestaltung besteht auch darin, dass entweder die erste Impedanz oder die zweite Impedanz eine frequenzabhängige Impedanz ist.A further development is that the control has a second impedance. In this case, the second impedance may be a parallel circuit of an ohmic resistor and a capacitor. An embodiment is also that either the first impedance or the second impedance is a frequency-dependent impedance.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass zusätzlich die Regelung mit dem Eingang verbunden ist und ein Soll-Ist-Vergleich zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schaltung an Hand der Regelung durchführbar ist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der frequenzabhängige Widerstand anhand der Schaltung unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals regelbar ist.Another development is that in addition the control is connected to the input and a target-actual comparison between the input and the output of the circuit on the basis of the scheme is feasible. In this case, it is advantageous that the frequency-dependent resistor can be regulated independently of the amplitude of the input signal on the basis of the circuit.

Eine Weiterbildung ist es, dass der Schaltung eine Gleichrichterschaltung vorangestellt ist.A further development is that the circuit is preceded by a rectifier circuit.

Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass die Schaltung zum Einsatz in einer Stromversorgung, insbesondere in einem Netzteil bzw. einem Schaltnetzteil Anwendung findet.Another embodiment is that the circuit for use in a power supply, in particular in a power supply or a switching power supply is used.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Stromversorgung auf einer Hutschiene und/oder in einem Schaltschrank montierbar ist.It is also a development that the power supply can be mounted on a DIN rail and / or in a control cabinet.

Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren angegeben zum Betrieb oder zur Ansteuerung oder zur Regelung der vorstehend beschriebenen Schaltung, wobei insbesondere anhand der Schaltung eine Powerfaktorkorrektur durchgeführt wird.Furthermore, to solve the problem, a method is given for operation or for controlling or regulating the circuit described above, wherein in particular based on the circuit, a power factor correction is performed.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass Oberwellen, insbesondere die 13., die 15. und die 17. Oberwelle, anhand der Schaltung gedämpft werden.A development is that harmonics, in particular the 13th, 15th and 17th harmonic, are attenuated by the circuit.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass anhand der ersten Impedanz ein Strom durch die Impedanz und/oder eine Änderung dieses Stroms pro Zeit von der Regelung ausgewertet wird und dadurch insbesondere der frequenzabhängige Widerstand derart beeinflusst wird, dass bei höheren Frequenzen der Widerstand hochohmiger als bei niedrigen Frequenzen ist. It is also a development that on the basis of the first impedance, a current through the impedance and / or a change of this current per time is evaluated by the control and thus in particular the frequency-dependent resistance is influenced such that at higher frequencies, the resistance high impedance than at low Frequencies is.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated and explained below with reference to the drawings. Show it:

1 Ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands; 1 A block diagram of a circuit for simulating a frequency-dependent resistor;

2 eine Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands zur Powerfaktorkorrektur; 2 a circuit of a frequency-dependent resistor for power factor correction;

3 eine alternative Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands; 3 an alternative circuit of a frequency-dependent resistor;

4 eine weitere alternative Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands; 4 another alternative circuit of a frequency-dependent resistor;

5 eine Detailschaltung eines frequenzabhängigen Widerstands; 5 a detail circuit of a frequency-dependent resistor;

6 eine Kennlinie des frequenzabhängigen Widerstands gemäß 5; 6 a characteristic of the frequency-dependent resistor according to 5 ;

7 eine Kennlinie der Oberwellenströme mit einem frequenzabhängigen Widerstand gemäß 5 und mit einem Festwiderstand. 7 a characteristic of the harmonic currents with a frequency-dependent resistor according to 5 and with a fixed resistor.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung 110 zur Nachbildung eines frequenzabhängigen Widerstands. Die Schaltung 110 umfasst einen Eingang 111, einen Ausgang 112, einen regelbaren Widerstand V1 (mit Anschlüssen 113, 114 und 115), eine Regelung 120 (mit Anschlüssen 121, 122, 123 und 124) und eine (erste) Impedanz Z (mit Anschlüssen 116 und 117). 1 shows a block diagram of a circuit 110 to reproduce a frequency-dependent resistor. The circuit 110 includes an entrance 111 , an exit 112 , a variable resistor V1 (with connections 113 . 114 and 115 ), a regulation 120 (with connections 121 . 122 . 123 and 124 ) and a (first) impedance Z (with terminals 116 and 117 ).

Der Eingang 111 der Schaltung 110 ist mit dem Anschluss 113 des regelbaren Widerstands verbunden. Der Anschluss 114 des regelbaren Widerstands ist mit dem Anschluss 116 der Impedanz Z und mit dem Anschluss 122 der Regelung 120 verbunden. Der Anschluss 117 der Impedanz Z ist mit dem Ausgang 112 und mit dem Anschluss 123 der Regelung 120 verbunden. Der Anschluss 121 der Regelung 120 ist mit dem Anschluss 115 des regelbaren Widerstands V1 verbunden. Optional kann der Eingang 111 der Schaltung 110 (verbunden mit dem Anschluss 113 des regelbaren Widerstandes V1) mit dem Anschluss 124 der Regelung 120 verbunden sein.The entrance 111 the circuit 110 is with the connection 113 connected to the variable resistor. The connection 114 of variable resistor is connected to the terminal 116 the impedance Z and with the connection 122 the regulation 120 connected. The connection 117 the impedance Z is with the output 112 and with the connection 123 the regulation 120 connected. The connection 121 the regulation 120 is with the connection 115 connected to the variable resistor V1. Optionally, the entrance 111 the circuit 110 (connected to the connection 113 of the variable resistor V1) with the connection 124 the regulation 120 be connected.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß Fig. 1:FUNCTIONING OF THE CIRCUIT ACCORDING TO FIG. 1:

Die Regelung 120 wertet über ihre Anschlüsse 122 und 123 den Strom aus, der durch die Impedanz Z fließt. Abhängig davon wird über den Anschluss 121 der Regelung 120 der regelbare Widerstand V1 (über seinen Anschluss 115) derart angesteuert, dass die Oberwellen, insbesondere die 13., die 15, und die 17. Oberwelle, geeignet gedämpft werden. Vorzugsweise kann die Impedanz Z einen frequenzabhängigen Widerstand umfassen, so dass der Strom durch den frequenzabhängigen Widerstand an Hand der Regelung 120 auswertbar ist und somit auf den regelbaren Widerstand V1 entsprechend Einfluss nimmt. Enthält die Impedanz Z lediglich eine ohmsche Komponente, so ist vorzugsweise in der Regelung 120 ein frequenzabhängiger Einfluss des am Eingang 111 anliegenden Signals auf die Ansteuerung des regelbaren Widerstands V1 realisiert.The regulation 120 evaluates about their connections 122 and 123 the current flowing through the impedance Z. Depending on this is about the connection 121 the regulation 120 the variable resistor V1 (via its connection 115 ) are controlled such that the harmonics, in particular the 13th, the 15th, and the 17th harmonic, are suitably damped. Preferably, the impedance Z may comprise a frequency-dependent resistor, so that the current through the frequency-dependent resistor on the basis of the scheme 120 can be evaluated and thus has an influence on the variable resistor V1. Contains the impedance Z only an ohmic component, it is preferably in the scheme 120 a frequency-dependent influence of the input 111 applied signal to the control of the variable resistor V1 realized.

Durch die optionale Verbindung des Eingangs 111 mit dem Anschluss 124 der Regelung 120 ist es möglich, einen Soll-Ist-Vergleich vorzunehmen derart, dass eine Regelungsabweichung des regelbaren Widerstands V1 feststellbar wird und dadurch die Regelung 120 über den Anschluss 121 auf den regelbaren Widerstand V1 über dessen Anschluss 115 diese Regelungsabweichung ausgleichen kann.Due to the optional connection of the input 111 with the connection 124 the regulation 120 it is possible to make a target-actual comparison such that a control deviation of the variable resistor V1 is detected and thereby the scheme 120 over the connection 121 on the variable resistor V1 via its connection 115 this control deviation can compensate.

2 zeigt eine Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands zur Powerfaktorkorrektur. 2 shows a circuit of a frequency-dependent resistor for power factor correction.

2 umfasst einen Operationsverstärker OPV, eine Referenzspannungsquelle Uref (mit Anschlüssen 201 (positiver Pol) und 202), einen n-Kanal Mosfet V1, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 205 und 206), eine Induktivität L1 (mit Anschlüssen 203 und 204), einen Eingang 207 und einen Ausgang 208. 2 comprises an operational amplifier OPV, a reference voltage source Uref (with terminals 201 (positive pole) and 202 ), an n-channel mosfet V1, a resistor R1 (with connections 205 and 206 ), an inductance L1 (with terminals 203 and 204 ), an entrance 207 and an exit 208 ,

Der positive Pol 201 der Referenzspannung Uref ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Anschluss 206 des Widerstands R1 und mit dem Source-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Drain-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Eingang 207 verbunden. Der Anschluss 205 des Widerstands R1 ist mit dem Anschluss 204 der Induktivität L1 verbunden. Der Anschluss 203 der Induktivität L1 ist mit dem Anschluss 202 der Referenzspannung und mit dem Ausgang 208 verbunden.The positive pole 201 the reference voltage Uref is connected to the noninverting input of the operational amplifier OPV. The inverting input of the operational amplifier OPV is connected to the connection 206 of resistor R1 and connected to the source terminal of mosfet V1. The output of the operational amplifier OPV is connected to the gate terminal of the MOSFET V1. The drain connection of the Mosfet V1 is with the input 207 connected. The connection 205 of resistor R1 is connected to the terminal 204 connected to the inductance L1. The connection 203 the inductance L1 is connected to the terminal 202 the reference voltage and the output 208 connected.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß Fig. 2:FUNCTIONING OF THE CIRCUIT ACCORDING TO FIG. 2:

Die Serienschaltung aus Widerstand R1 und Induktivität L1 stellt eine frequenzabhängige Impedanz dar. Anhand der Referenzspannung Uref wird ein absoluter Schwellwert an dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV vorgegeben. Dabei kann der Schwellwert so dimensioniert werden, dass beispielsweise während eines Nominalbetriebs bei 230 VAC eine optimale Harmonischendämpfung bei minimaler Verlustleistung erreicht wird. Im Teillastbereich ist die Schaltung gemäß 2 (nahezu) ohne Einfluss, d. h. der Mosfet V1 ist dauerhaft durchgeschaltet. In diesem Betriebsmodus ist eine Korrektur (Dämpfung) der Oberwellen nicht erforderlich ist, da die Amplituden der Spektralkomponenten ohnehin niedriger als im Nominalbetrieb sind, es werden also die Verluste minimiert.The series connection of resistor R1 and inductance L1 represents a frequency-dependent impedance. Based on the reference voltage Uref, an absolute threshold value is set at the noninverting input of the operational amplifier OPV. In this case, the threshold value can be dimensioned so that, for example, during nominal operation at 230 VAC, optimum harmonic damping is achieved with minimal power loss. In the partial load range, the circuit is according to 2 (almost) without influence, ie the Mosfet V1 is permanently switched through. In this operating mode, a correction (attenuation) of the harmonics is not required, since the amplitudes of the spectral components are anyway lower than in the nominal mode, so the losses are minimized.

Im Fall der Überlast oder bei Unterspannung, d. h. bei ansteigender Stromamplitude, übt die Schaltung gemäß 2 einen stärkeren Einfluss auf den Eingangsstrom aus, was gegenüber dem Nominalbetrieb zu deutlich höheren Verlusten führt.In the case of overload or under-voltage, ie with increasing current amplitude, the circuit exercises according to 2 a stronger influence on the input current, which compared to the nominal operation leads to significantly higher losses.

Anhand des Messwiderstands R1 wird der Strom durch die Impedanz (ohmscher Anteil) gemessen, wobei anhand der Induktivität L1 (zusätzlich zu dem ohmschen Anteil des Widerstands R1) zeitliche Veränderungen des Stroms ermittelt werden. Bei starker Stromänderung, z. B. schnell ansteigendem Stromsignal (bezogen auf das Strom-Zeit-Diagramm) aufgrund kleinem Stromöffnungswinkel wird der regelbare Widerstand V1 über den Operationsverstärker OPV hochohmiger angesteuert.On the basis of the measuring resistor R1, the current through the impedance (resistive component) is measured, whereby based on the inductance L1 (in addition to the ohmic portion of the resistor R1) temporal changes of the current are determined. For strong current change, z. B. rapidly increasing current signal (based on the current-time diagram) due to small current opening angle of the variable resistor V1 is controlled via the operational amplifier OPV high impedance.

Ergänzend sei angemerkt, dass anstelle Mosfets als regelbarer Widerstand auch ein IGBT oder ein Bipolartransistor eingesetzt werden können. Auch verschiedene Kombinationen der vorstehend genannten Bauelemente können als regelbarer Widerstand wirken.In addition, it should be noted that instead of MOSFETs as a variable resistor, an IGBT or a bipolar transistor can be used. Also, various combinations of the aforementioned components may act as a variable resistor.

3 zeigt eine Schaltung eines frequenzabhängigen Widerstands mit einem npn-Bipolartransistors V2. Darüber hinaus umfasst die Schaltung von 3 eine Versorgungsspannung Uh (mit Anschlüssen 301 (positiver Pol) und 302), einen n-Kanal Mosfet V1, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 305 und 306), eine Induktivität L1 (mit Anschlüssen 303 und 304), einen Widerstand R2 (mit Anschlüssen 309 und 310), einen Eingang 307 und einen Ausgang 308. 3 shows a circuit of a frequency-dependent resistor with an npn bipolar transistor V2. In addition, the circuit includes 3 a supply voltage Uh (with terminals 301 (positive pole) and 302 ), an n-channel mosfet V1, a resistor R1 (with connections 305 and 306 ), an inductance L1 (with terminals 303 and 304 ), a resistor R2 (with connections 309 and 310 ), an entrance 307 and an exit 308 ,

Der positive Pol 301 der Versorgungsspannung Uh ist mit dem Anschluss 309 des Widerstandes R2 verbunden. Der Anschluss 310 des Widerstands R2 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 und mit dem Kollektor des Transistors V2 verbunden. Die Basis des Transistors V2 ist mit dem Source-Anschluss des Mosfets V1 und mit dem Anschluss 306 des Widerstands R1 verbunden. Der Anschluss 305 des Widerstands R1 ist mit dem Anschluss 304 der Induktivität L1 verbunden. Der Anschluss 303 der Induktivität L1 ist mit dem Emitter des Transistors V2, mit dem Ausgang 308 und mit dem Anschluss 302 der Referenzspannung verbunden. Der Drain-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Eingang 307 verbunden.The positive pole 301 the supply voltage Uh is connected to the terminal 309 connected to the resistor R2. The connection 310 of the resistor R2 is connected to the gate terminal of the MOSFET V1 and to the collector of the transistor V2. The base of the transistor V2 is connected to the source terminal of the MOSFET V1 and to the terminal 306 connected to the resistor R1. The connection 305 of resistor R1 is connected to the terminal 304 connected to the inductance L1. The connection 303 the inductance L1 is connected to the emitter of the transistor V2, to the output 308 and with the connection 302 connected to the reference voltage. The drain connection of the Mosfet V1 is with the input 307 connected.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß Fig. 3:FUNCTIONING OF THE CIRCUIT ACCORDING to FIG. 3:

Entsprechend der Regelung beschrieben in 2, erfolgt hier eine Regelung über den Transistor V2 (anstelle des Operationsverstärkers OPV aus 2), wobei wiederum die Impedanz aus Widerstand R1 und Induktivität L1 eine frequenzabhängige Komponente aufweist und somit die Frequenz des am Eingang 307 anliegenden Signals bei der Einstellung des regelbaren Widerstands, hier des Mosfets V1, berücksichtigt wird. Die Versorgungsspannung Uh dient der Ansteuerung des Mosfets V1.According to the regulation described in 2 , a regulation takes place via the transistor V2 (instead of the operational amplifier OPV) 2 ), wherein again the impedance of resistor R1 and inductance L1 has a frequency-dependent component and thus the frequency of the input 307 applied signal in the adjustment of the variable resistor, here the Mosfets V1. The supply voltage Uh is used to control the Mosfets V1.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines frequenzabhängigen Widerstands. 4 shows an alternative embodiment of a frequency-dependent resistor.

4 umfasst einen Operationsverstärker OPV, einen n-Kanal Mosfet V1, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 401 und 402), einen Widerstand R2 (mit Anschlüssen 409 und 410), einen Widerstand R3 (mit Anschlüssen 405 und 406), einen Kondensator C1 (mit Anschlüssen 407 und 408), einen Eingang 403 und einen Ausgang 404. 4 comprises an operational amplifier OPV, an n-channel MOSFET V1, a resistor R1 (with terminals 401 and 402 ), a resistor R2 (with connections 409 and 410 ), a resistor R3 (with terminals 405 and 406 ), a capacitor C1 (with terminals 407 and 408 ), an entrance 403 and an exit 404 ,

Der Anschluss 405 des Widerstands R3 ist mit dem Eingang 403 und mit dem Drain-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Anschluss 406 des Widerstands R3 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV, mit dem Anschluss 407 des Kondensators C1 und mit dem Anschluss 409 des Widerstands R2 verbunden. Der Anschluss 408 des Kondensators C1 ist mit dem Anschluss 410 des Widerstands R2, mit dem Anschluss 402 des Widerstands R1 und mit dem Ausgang 404 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Source-Anschluss des Mosfets V1 und mit dem Anschluss 401 des Widerstands R1 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. The connection 405 of resistor R3 is connected to the input 403 and connected to the drain of the Mosfet V1. The connection 406 of the resistor R3 is connected to the non-inverting input of the operational amplifier OPV, to the terminal 407 of the capacitor C1 and to the terminal 409 connected to the resistor R2. The connection 408 of the capacitor C1 is connected to the terminal 410 of resistor R2, with the connection 402 of resistor R1 and with the output 404 connected. The inverting input of the operational amplifier OPV is connected to the source terminal of the MOSFET V1 and to the terminal 401 connected to the resistor R1. The output of the operational amplifier OPV is connected to the gate terminal of the MOSFET V1.

FUNKTIONSBESCHREIBUNG DER SCHALTUNG GEMÄß Fig. 4:FUNCTIONAL DESCRIPTION OF THE CIRCUIT ACCORDING TO FIG. 4: FIG.

In 4 ist die (erste) Impedanz zwischen dem Eingang 403 und dem Ausgang 404 der ohmsche Widerstand R1, wohingegen die (zweite) Impedanz eine Kombination der Kapazität C1 mit dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 umfasst. Im Gegensatz zu den Darstellungen der 2 und der 3 erfolgt in 4 kein Vergleich mit einer Referenzspannung Uref, stattdessen ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OPV über den Widerstand R3 mit dem Eingang 403 verbunden. Dadurch kommt es zu einer Rückkoppelung mit dem Eingangsstrom, so dass in 4 ein Soll-Ist-Vergleich stattfinden kann. Die Impedanz aus dem Kondensator C1, (ohmschen) Widerstand R2 und dem (ohmschen) Widerstand R3 wird verwendet, um innerhalb der Regelung eine Frequenzabhängigkeit herzustellen.In 4 is the (first) impedance between the input 403 and the exit 404 the ohmic resistor R1, whereas the (second) impedance comprises a combination of the capacitance C1 with the resistor R2 and the resistor R3. In contrast to the representations of 2 and the 3 takes place in 4 no comparison with a reference voltage Uref, instead, the non-inverting input of the operational amplifier OPV is via the resistor R3 to the input 403 connected. This results in a feedback with the input current, so that in 4 a target-actual comparison can take place. The impedance from capacitor C1, resistor (Ohm) R2 and resistor (Ohm) R3 is used to establish frequency dependence within the controller.

Alternativ zu dieser Impedanz (aus dem Kondensator C1 und den Widerständen R2 und R3) könnte der Widerstand R3 ersetzt werden durch eine Reihenschaltung aus einem (ohmschen) Widerstand und einer Induktivität, wobei in diesem Fall der Kondensator C1 entfällt, so dass über diesen Zweig der Frequenzanteil ermittelt und somit die Regelung abhängig von der Frequenz derart erfolgen kann, dass die Oberwellen gedämpft werden.As an alternative to this impedance (from the capacitor C1 and the resistors R2 and R3), the resistor R3 could be replaced by a series circuit of an (ohmic) resistor and an inductance, in which case the capacitor C1 is omitted, so that via this branch Determined frequency component and thus the control can be done depending on the frequency such that the harmonics are attenuated.

5 zeigt eine Detailschaltung eines frequenzabhängigen Widerstands. 5 shows a detail circuit of a frequency-dependent resistor.

5 umfasst eine Wechselspannungsquelle U1 (mit Anschlüssen 501 und 502), Dioden D1, D2, D3, D4, einen Widerstand R1 (mit Anschlüssen 503 und 504), einen n-Kanal Mosfet V1, einen Kondensator C1 (mit Anschlüssen 505 und 506), einen Lastwiderstand Rlast (mit Anschlüssen 507 und 508), einen Widerstand R2 (mit Anschlüssen 509 und 510), einen Widerstand R4 (mit Anschlüssen 511 und 512), einen Kondensator C2 (mit Anschlüssen 513 und 514), einen Widerstand R5 (mit Anschlüssen 515 und 516), einen Widerstand R3 (mit Anschlüssen 517 und 518), einen Operationsverstärker OPV (mit einem positiven und einem negativen Versorgungsspannungseingang) und eine Versorgungsspannung U2 (mit Anschlüssen 519 (positiver Pol) und 520). 5 includes an AC voltage source U1 (with terminals 501 and 502 ), Diodes D1, D2, D3, D4, a resistor R1 (with terminals 503 and 504 ), an n-channel MOSFET V1, a capacitor C1 (with connections 505 and 506 ), a load resistor Rlast (with connections 507 and 508 ), a resistor R2 (with connections 509 and 510 ), a resistor R4 (with terminals 511 and 512 ), a capacitor C2 (with terminals 513 and 514 ), a resistor R5 (with terminals 515 and 516 ), a resistor R3 (with terminals 517 and 518 ), an operational amplifier OPV (with a positive and a negative supply voltage input) and a supply voltage U2 (with connections 519 (positive pole) and 520 ).

Der Anschluss 501 der Spannung U1 ist mit der Kathode der Diode D4 und mit der Anode der Diode D1 verbunden. Der Anschluss 502 der Spannung U1 ist mit der Anode der Diode D2 und mit der Kathode der Diode D3 verbunden. Die Kathode der Diode D1 ist mit der Kathode der Diode D2, mit dem Anschluss 505 des Kondensators C1 und mit dem Anschluss 507 des Lastwiderstands Rlast verbunden. Der Anschluss 508 des Lastwiderstands Rlast ist mit dem Anschluss 506 des Kondensators C1, mit dem Drain-Anschluss des Mosfets V1, mit dem Anschluss 509 des Widerstands R2 und mit einem Massepotential verbunden. Der Source-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Anschluss 504 des Widerstands R1 und mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Anschluss 503 des Widerstands R1 ist mit der Anode der Diode D3, der Anode der Diode D4, dem Anschluss 516 des Widerstands R5, dem Anschluss 518 des Widerstands R3, dem Anschluss 520 der Spannung U2 und dem negativen Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Anschluss 519 der Spannung U2 ist mit dem positiven Versorgungsspannungseingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Anschluss 510 des Widerstands R2 ist mit dem Anschluss 512 des Widerstands R4 und mit dem Anschluss 517 des Widerstands R3 verbunden. Der Anschluss 511 des Widerstands R4 ist mit dem Anschluss 513 des Kondensators C2 und mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV verbunden. Der Anschluss 514 des Kondensators C2 ist mit dem Anschluss 515 des Widerstands R5 verbunden.The connection 501 the voltage U1 is connected to the cathode of the diode D4 and to the anode of the diode D1. The connection 502 the voltage U1 is connected to the anode of the diode D2 and to the cathode of the diode D3. The cathode of the diode D1 is connected to the cathode of the diode D2, to the terminal 505 of the capacitor C1 and to the terminal 507 connected to the load resistor Rlast. The connection 508 load resistance Rlast is connected to the terminal 506 of the capacitor C1, with the drain of the MOSFET V1, with the terminal 509 of the resistor R2 and connected to a ground potential. The source connector of the Mosfet V1 is with the connector 504 of the resistor R1 and connected to the inverting input of the operational amplifier OPV. The connection 503 of the resistor R1 is connected to the anode of the diode D3, the anode of the diode D4, the terminal 516 of resistor R5, the connection 518 of resistor R3, the connector 520 the voltage U2 and the negative supply voltage input of the operational amplifier OPV connected. The connection 519 the voltage U2 is connected to the positive supply voltage input of the operational amplifier OPV. The output of the operational amplifier OPV is connected to the gate terminal of the MOSFET V1. The connection 510 of resistor R2 is connected to the terminal 512 of resistor R4 and to the terminal 517 connected to the resistor R3. The connection 511 of resistor R4 is connected to the terminal 513 of the capacitor C2 and connected to the non-inverting input of the operational amplifier OPV. The connection 514 of the capacitor C2 is connected to the terminal 515 connected to the resistor R5.

FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄß Fig. 5:FUNCTIONING OF THE CIRCUIT ACCORDING TO FIG. 5:

Zwischen einem Anschluss 530, verbunden u. a. mit dem Anschluss 503 des Widerstands R1, und einem Anschluss 531, verbunden beispielsweise mit dem Massepotential, liegt die Schaltung zur Nachbildung des frequenzabhängigen Widerstands.Between a connection 530 , connected among other things with the connection 503 of resistor R1, and a connector 531 connected, for example, to the ground potential, the circuit is located to simulate the frequency-dependent resistor.

Dieser Schaltung ist ein Gleichrichter aus den Dioden D1 bis D4 vorgeschaltet, anhand des Kondensators C1 wird für den Verbraucher, hier angegeben durch den Lastwiderstand Rlast eine pulsierende Gleichspannung bereitgestellt. Die Schaltung zwischen den Anschlossen 530 und 531 funktioniert in der oben zu 4 beschriebenen Art und Weise: Bei geeigneter Dimensionierung werden die höheren Frequenzen stärker bedämpft als die niedrigen Frequenzen, wobei gleichzeitig ein Soll-Ist-Vergleich erfolgt. Die Schaltung zwischen den Anschlüssen 530 und 531 ist (nahezu) unabhängig von der Amplitude der gleichgerichteten Wechselspannung.This circuit is preceded by a rectifier of the diodes D1 to D4, based on the capacitor C1, a pulsating DC voltage is provided for the consumer, here indicated by the load resistor Rlast. The circuit between the connected 530 and 531 works in the above too 4 With suitable dimensioning, the higher frequencies are attenuated more strongly than the lower frequencies, whereby at the same time a desired-actual comparison takes place. The circuit between the terminals 530 and 531 is (almost) independent of the amplitude of the rectified AC voltage.

Eine vorteilhafte Dimensionierung der Schaltung gemäß 5 ist wie folgt: R1 = 0,074 Ohm C1 = 330 μF R2 = 68 k1 C2 = 33 nF R3 = 10 k OPV = LM358 R4 = 56 k2 U1 = 230 VAC, 50 Hz R5 = 6 k81 U2 = 10 V Rlast = Konstantleistungslast 88 W
Mosfet Rdson < 0,58 Ohm, 400 VAn advantageous dimensioning of the circuit according to 5 is as follows: R1 = 0.074 ohms C1 = 330 μF R2 = 68 k1 C2 = 33 nF R3 = 10 k OPV = LM358 R4 = 56 k2 U1 = 230 VAC, 50 Hz R5 = 6 k81 U2 = 10V Rlast = constant load 88 W
Mosfet Rdson <0.58 ohms, 400V

6 zeigt den frequenzabhängigen Widerstand 600 (in Ohm) der Schaltung aus 5 mit den vorstehend angegebenen Dimensionierungen. 6 shows the frequency dependent resistor 600 (in ohms) of the circuit 5 with the dimensions given above.

7 zeigt Oberwellenströme bei Einsatz eines Festwiderstands zwischen den Punkten 530 und 531 (siehe Signalverlauf 710 für den Wert R = 0,58 Ohm) und bei Einsatz des aktiven Oberwellenfilters gemäß 5 (siehe Signalverlauf 720). Im Bereich der besonders kritischen Oberwellen der Zahlen 13, 15 und 17 reduziert der aktive Oberwellenfilter die Amplitude signifikant. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die beschriebene Schaltung auch bei tiefen Temperaturen einsetzbar ist. 7 shows harmonic currents when using a fixed resistor between the points 530 and 531 (see signal curve 710 for the value R = 0.58 ohms) and when using the active harmonic filter according to 5 (see signal curve 720 ). In the area of particularly critical harmonics of numbers 13 . 15 and 17 the active harmonic filter significantly reduces the amplitude. Another advantage is that the circuit described can also be used at low temperatures.

Literaturverzeichnis:Bibliography:

[1] Tietze, Schenk: Semiconductor Circuit Technology, 8th Edition, Springer Verlag, ISBN 3-540-16720-x, pages 538-562.
[2] Power Factor Correction, see: www.tpub.com/neets/book2/4k.htm

Claims

Power supply with power-factor-correcting circuit for simulating a frequency-dependent resistance, which becomes higher impedance with increasing frequency of the current flowing through it, - with an input ( 111 . 207 . 307 . 403 ) and an output ( 112 . 208 . 308 . 404 ), - with a controllable resistor (V1), - with a regulation ( 120 ), which adjusts the controllable lossy resistance (V1) with increasing frequency of the current flowing through it in the direction of high-impedance, - having a first impedance (Z) comprising a first terminal ( 116 ) and a second port ( 117 ), - the input ( 111 . 207 . 307 . 403 ) via the variable resistor (V1) and the first impedance (Z) to the output ( 112 . 208 . 308 . 404 ), the first connection ( 116 ) of the first impedance (Z) and the second terminal ( 117 ) of the first impedance (Z) with the input of the control ( 120 ), the output of the control system ( 120 ) is connected to the variable resistor (V1), - wherein the power factor correction by an attenuation of a predetermined frequency range is feasible, - wherein at least one of the 13th, 15th and 17th harmonics is attenuatable.

The circuit of claim 1, wherein the variable resistor comprises at least one bipolar transistor and / or at least one mosfet and / or at least one IGBT.

A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the first impedance comprises an ohmic resistor.

A circuit according to any one of claims 1 or 2, wherein the first impedance comprises a series connection of an ohmic resistance and an inductance.

A circuit according to one of claims 1 or 2, wherein the first impedance comprises a parallel connection of an ohmic resistor and a capacitor.

A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the control has a second impedance.

The circuit of claim 6, wherein the second impedance comprises a parallel connection of an ohmic resistor and a capacitor.

A circuit according to claim 6 or 7, wherein the first impedance and / or the second impedance is / are a frequency dependent impedance.

Circuit according to one of the preceding claims, in which in addition the control is connected to the input and a desired-actual comparison between the input and the output of the circuit by means of the control is feasible.

Circuit according to one of the preceding claims, which is preceded by a rectifier circuit.

Circuit according to one of the preceding claims for use in a power supply or a switched-mode power supply.

Circuit according to Claim 11, in which the power supply can be mounted on a DIN rail and / or in a control cabinet.

Method for operating the circuit according to one of Claims 1 to 12, - in which the controllable lossy resistor (V1) increases as the frequency of the current flowing through it increases (cf. 120 ) is adjusted in the direction of high impedance, - wherein at least one of the 13th, 15th and 17th harmonics is attenuated.

The method of claim 13, wherein on the basis of the first impedance, a current through the impedance and / or a change of this current per time is evaluated by the controller.