DE19736264C2

DE19736264C2 - Energiespargerät für Haushalt und Industrie

Info

Publication number: DE19736264C2
Application number: DE1997136264
Authority: DE
Inventors: Klemens Viernickel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2017-08-16
Also published as: DE19736264A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Energieeffizienz elektrischer Geräte.

Gemäß dem heutigen Stand der Technik wird vielfach bei elektrischen Geräten in Haushalt und Industrie häufig aus Kostengründen, selten aus technischen Gründen, auf einen Netzschalter auf der Primärseite verzichtet; sie werden nur sekundärseitig ausgeschaltet. Resultat ist, daß diese Geräte selbst im unbenutzten Zustand Energie verbrauchen. Ursache dafür sind vor allem die Leerlaufverluste der Netztransformatoren. Viele Transformatoren von Steckernetzteilen und ähnlichen Klein- Netzgeräten besitzen bereits im Leerlauf eine Verlustleistung von etwa 2-10 Watt.

Das sind zum Beispiel Kofferradios, Kassettendecks, Telefonanlagen, Halogenlampen, Ladegeräte usw.

Zur Reduzierung der Energieverluste sind Netzfreischaltungsgeräte bekannt, die mit einer möglichst kleinen Gleichspannung den ohmschen Widerstand des Verbrauchers messen und nur bei einer deutlichen Veränderung des Gleichspannungswiderstandes das Netz dem Verbraucher zu- oder abschalten. Die Geräte sind jedoch für die meisten Anwendungen ungeeignet, da die Messung nicht mit Netzspannung erfolgt und damit die Unterschiede in der Wechselstromleistung nicht erfaßt werden.

Bekannt sind auch Stromsparschaltungen für "Standby"-Geräte, wie in Druckschrift WO 93/09 634 A1 angeführt, die jedoch sehr aufwendig und mit speziellen Meßbedingungen zum Ein- und Ausschalten versehen und deshalb nur für obige Geräte geeignet sind.

Desweiteren sind nach DE 196 28 767 A1 in das Netzteil selber integrierte Stromsparschaltungen bekannt, welche die Information zum primärseitigen An- und Abschalten des Gerätes aus einem Spannungsspeicher nach dem Gleichrichter beziehen. Von Nachteil ist jedoch die erforderliche Integration der Schaltung in das Netzteil und der damit verbundene relativ große Schaltungsaufwand.

Nach DE 27 57 203 B1 wird ein Shuntwiderstand als Indikator mit einer nachgeschalteten Kette von Operationsverstärkern zur Erkennung des Nullstromdurchganges und Erzeugung von Steuerimpulsen für Thyristoren aufgeführt. Diese Schaltung reduziert jedoch nicht den Stromverbrauch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiesparschaltung zu schaffen, welche bei geringem technischen Aufwand dafür geeignet ist, die Leerlaufverluste von beliebigen elektrischen Geräten ohne Netzschalter (auf der Primärseite) deutlich zu verringern.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Energiesparschaltung in kurzen Zeitintervallen und nur für eine sehr kurze Meßzeit den Verbraucher an das Netz legt, wenn dieser sekundär abgeschaltet ist. Als effizient hat sich ein Zeitintervall von 5-10 Sekunden bei einer Meßzeit von 0,1- 0,2 Sekunden herausgestellt. Sobald der Verbraucher sekundär eingeschaltet wird, bleibt er nach der nächsten Meßzeit bis zum Ausschalten dauernd am Netz.

Damit wird der Durchschnittsstrom im ausgeschalteten Zustand um den Faktor 25-100 vermindert. Ein hoher Spareffekt wird erzielt, wenn der Energieverbrauch des Vorsatzgerätes selber minimal ist. Der technische Aufwand ist insgesamt gering, damit die Amortisationszeit kurz ist.

Das Energiespargerät braucht nicht in den Verbraucher integriert zu sein; es arbeitet aufgrund seiner Funktionsweise selbständig und unabhängig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Das Prinzip des Energiespargerätes zeigt Fig. 1 als Blockschaltbild.

Das Gerät [1] ist zwischen Netz und Verbraucher [2] geschaltet. Wenn der Verbraucher- Lastwiderstand [4] mittels Schalter [5] sekundär hinter dem Transformator [3] ausgeschaltet ist, schaltet die Steuerung [10] alle 5 bis 10 Sekunden für einen Zeitraum von 0,1-0,2 Sekunden den elektronischen Schalter [6] ein. Am Verbraucher liegt über dem Meßwiderstand R_m [7] die volle Netzspannung. Die an R_m liegende Spannung hängt vom Lastwiderstand des Verbrauchers [2] ab. Wird der Verbraucher-Lastwiderstand [4] eingeschaltet, sinkt der Gesamtwiderstand und die Spannung an R_m [7] überschreitet bei der nächsten Meßphase einen Schwellwert. Der elektronische Schalter [6] schaltet daraufhin ein und der Verbraucher bleibt am Netz bis der Spannungsschwellwert an R_m [7] beim Ausschalten des Verbrauchers durch den Schalter [5] unterschritten wird. Die Schaltung befindet sich erneut im Anfangszustand.

In Fig. 2 ist das Übersichtsschaltbild gezeigt:

Zwischen Netz und Verbraucher liegt das Energiespargerät [1], bestehend aus einem elektronischen Schalter [6] (Mos-Schalttransistor [8], läßt sich annähernd leistungslos schalten) mit vorgeschalteter Gleichrichterbrücke [9], dem Meßwiderstand R_M [7] und der Steuerung [10], bestehend aus zwei Teilen. Teil 1 bewirkt die Intervallsteuerung, wenn der Verbraucher sekundär ausgeschaltet ist. Teil 2 mißt über R_M [7] den Innenwiderstand des Verbrauchers und bewirkt das Dauereinschalten in der Zeit, bei welcher der Verbraucher sekundär eingeschaltet ist. Er schaltet den Transistor [8] wieder aus, sobald der Verbraucher [4] über Schalter [5] ausgeschaltet wird.

In Fig. 3 ist das Detailschaltbild des Ausführungsbeispiels dargestellt:

Der OP 1, entsprechend Teil 1, wirkt als Impulsgenerator (Tastverhältnis ca. 1 : 22). Während der Impulszeit wird der Transistor über den OP 2 durchgeschaltet (Meßzeit).

Der OP 2, entsprechend Teil 2, vergleicht die durch den Tiefpaß [12] geglättete Spannung des Meßwiderstandes R_M [7] mit einer Vergleichsspannung U_V am Potentiometer [11]. Beim Überschreiten dieser Spannung aufgrund eines eingeschalteten Verbrauchers bleibt der Transistor [8] nach der Meßphase weiter durchgeschaltet.

Beim Ausschalten des Verbrauchers [2] sinkt die Meßspannung unter die Vergleichsspannung und der Transistor [8] schaltet ab. Die Vergleichsspannung wird mittels des Potentiometers [11] an den jeweiligen Verbraucher (Lastwiderstand [4]) angepaßt.

Zur Störunterdrückung muß im zeitlichen Stromminimum, bei induktive Lasten, wie in der Anwendung vorhanden, also im Spannungsmaximum geschaltet werden. Die Schwellwertspannungen sind so dimensioniert, daß die Schaltvorgänge netzsynchron im Stromminimum erfolgen.

Die Betriebsspannung für die Schaltung wird durch die Elemente R₂, D₁, R₃, C₂, ZD₁ gewonnen.

Die am Meßwiderstand R_m abfallende Leistung ist zu vernachlässigen.

Da die speziellen Operationsverstärker nur geringe Leistungen benötigen, liegt die Eigenstromaufnahme des Vorschaltgerätes parallel zum Verbraucher unter 0,1 W.

Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

Bezugszeichenliste

1

Energiespargerät

2

Verbraucher

3

Transformator

4

Verbraucher-Lastwiderstand

5

Schalter

6

Elektronischer Schalter

7

Meßwiderstand

8

Schalttransistor

9

Gleichrichterbrücke

10

Steuerung

11

Tiefpaß

12

Potentiometer

Claims

1. Energiespar-Gerät welches einen elektrischen Verbraucher [2] mit einem Netztransformator [3] nur dann primärseitig automatisch mit Betriebsenergie versorgt, wenn dieser sekundärseitig eingeschaltet ist [5], wobei der Verbraucher, wenn er sekundärseitig ausgeschaltet ist, zyklisch kurz an das Netz gelegt wird und der Innenwiderstand überwacht wird.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß die getaktete Messung an einem Meßwiderstand [7], der in Reihe mit dem Verbraucher bei voller Netzwechselspannung liegt, erfolgt.

3. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter [6] ein Halbleiterelement, wie z. B. Mosfet, Optodiac, Thyristor oder Triac benutzt wird, um folgende Eigenschaften zu erzielen:

- Ein geringer Eigenverbrauch.
- Ein netzsynchrones Schalten annähernd im Stromnulldurchgang zur Verminderung von Störungen.

4. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitige Ansteuerung mehrerer Verbraucher über eine Mehrfachsteckdosenleiste möglich und sinnvoll ist.