DD148917A3 - Schaltungsanordnung fuer ueberstrombegrenzung bei impulsbreitegeregelten stromversorgungseinheiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ueberlastschutz fuer impulsbreitegeregelte Stromversorgungseinheiten, die sich nach dem Sperrwandler-, Durchfluszwandler-, oder Schaltreglerprinzip arbeiten.Im Fall des Ueberstromes wird ueber einen ohmschen Strommeszwiderstand 1 eine Torschaltung 2 durchgesteuert, worauf eine nachfolgende Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung im Ueberstromfall 3 in den Regelmechanismus des im normalen Betriebsfall wirksamen Regelteils der Stromversorgungseinheit eingreift, derart, dasz die Ansteuerimpulsbreite fuer den Leistungstransistor bei Erhoehung des Laststromes geringer wird bis zu einem definierten Minimalwert im Kurzschluszfall.Die Erfindung ist fuer elektronische Stromversorgungsgeraete der Geraete und Anlagen der Nachrichtentechnik,der Rechentechnik,der Mesz- und Regeltechnik usw. anwendbar.

Description

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Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung für Oberstrombegrenzung bei impulsbreitegeregelten Stromversorgungseinheiten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Oberlastschutz für impulsbreitegeregelte Stromversorgungseinheiten, die nach dem Sperrwandler-, Durchflußwandler- oder Schaltreglerprinzip arbeiten. Die Schaltungsanordnung stellt eine Überstrombegrenzung für die Stromversorgungseinheit selbst und für die an sie angeschlossenen Verbraucher dar·

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

In Stromversorgungseinheiten, die nach dem Sperrwandler-, Durchflußwandler oder Schaltreglerprinzip arbeiten, wird-die Ausgangsspannung mittels Impulsbreiteregelung stabilisiert· Bei konstanter Ausgangsspannung und Eingangsspannung und ansteigendem Ausgangsstrom erzeugt die Regelschaltung einen breiteren Ansteuerimpuls für das im Schalterprinzip arbeitende Stellglied, so daß dessen Einschaltzeit größer wird· Die Größe der Einschaltzeit darf die halbe Periodendauer der Arbeitsfrequenz der geschalteten Stromversorgungseinheit nicht überschreiten·

Eine weitere Vergrößerung der Einschaltzeit wurde dem Gleichspannungswandler- bzw· dem Schaltreglerprinzip widersprechen und zur Zerstörung des als Stellglied arbeitenden Leistungsschalttransistors führen.

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Aus diesem Grund ist in Stromversorgungseinheiten ein Oberlast- bzw· Kurzschlußschutz notwendig, derart, daß beim Erreichen eines bestimmten maximalen Ausgangsstromes entweder die Stromversorgungseinheit durch eine Schmelzsicherung im Primärkreis abgeschaltet oder durch eine Schaltungsanordnung derart in den Regelkreis eingegriffen wird, daß sich die Impulsbreite des Ansteuerimpulses für das Stellglied ab eines bestimmten maximalen Ausgangsstromes verringert· Eine solche Schaltungsanordnung muß bewirken, daß bei ausgangsseitigem

LO Kurzschluß die Einschaltzeit des Stellgliedes minimal klein wird und somit die Ausgangsspannung gegen den Wert Null geht, wobei ein maximal zulässiger Kurzschlußstrom nicht überschritten werden darf· Bisher sind überwiegend technische Lösungen bekannt geworden,

L5 die nach dem Prinzip der Überstromabschaltung arbeiten. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß im Primärkreis oder im Sekundärkreis des Wandlers oder Schaltreglers ein Strommeßwiderstand angeordnet ist, der im Basiskreis einer Transistorstufe liegt, die ihrerseits einen Thyristor ansteuert, der beim Überschreiten des maximalen Ausgangsstromes die Eingangssicherung abschmilzt. Diese Lösungen haben den Nachteil, daß in jedem Fall einer ausgangsseitigen Überlast bzw* eines Kurzschlusses die Stromversorgungseinheit erst nach dem Auswechseln der Schmelzsicherung wieder betriebsbereit ist· Für diese Art des Oberlastschutzes sind außerdem genaue Verzögerungsschaltungsanord-. nungen notwendig, die im Einschaltmoment der Stromversorgungseinheit und beim sprunghaften Zuschalten kapazitiver Lasten einerseits den überlastschutz noch nicht auslösen, andererseits aber im stationären Betriebsfall die Stromve rsorgungseinheit sicher vor Oberlast und Kurzschluß schützt.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Leistungsschalttransistor so gewählt werden muß, daß er nicht in der Nähe seiner maximalen Impulsverlustleistung betrieben wird, da er die im Einschaltmoment auftretenden Verlustleistungsspitzen noch verkraften muß.

In den Patentschriften DE-OS 24 16 985 und DE-AS 22 42 278 sind Überlastschutzschaltungen angegeben, die nach dem Prinzip der

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Überstrombegrenzung arbeiten. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrom der Schaltung über einen Stromwandler mit Bürdenwiderstand auf einen Schmitt-Trigger gegeben wird· Wenn der Primärstrom über den zulässigen Wert ansteigt, wird die Schwelle des Schmitt-Triggers überschritten und damit ein Gatter gesperrt, was seinerseits das Sperren des Leistungstransistors bewirkt und den Primärstrom gegen Null gehen läßt· Die Realisierung dieser Schaltungsanordnung bedarf allerdings eines relativ hohen Bauelemente- und Fertigungsaufwandes (Stromwandlertransformator)·

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung für die Überstrombegrenzung in impulsbreitegeregelten Stromversorgungseinheiten, die nach dem Sperrwandler-, Durchflußwandler- oder Schaltreglerprinzip arbeiten, anzugeben, die mit minimalem schaltungstechnischen Aufwand alle erforderlichen technischen Funktionen erfüllt·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Um alle Funktionen der Überstrombegrenzung bei den Strornversorgungseinheiten, die nach dem Sperrwandler-, Durchflußwandler- und Schaltreglerprinzip arbeiten, realisieren zu können, ist es notwendig, den Primärstrom zu messen und bei Überschreitung seines maximal zulässigen Wertes derart in die Regelschaltung einzugreifen, daß die Impulsbreite des Ansteuerimpulses für das Stellglied geringer wird und bei kontinuierlicher Erhöhung des Laststromes bei Kurzschluß ihren minimalen Viert erreicht· Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Primärstrom mit einem Strommeßwiderstand gemessen und der Meßwert auf eine Torschaltung gegeben wird· Der Torschaltung ist eine Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung im Oberstromfall nachgeschaltet, die direkt in die Regelschaltung der Stromversorgungseinheit eingreift·

Für die Wirkungsweise der Erfindung müssen zwei verschiedene Betriebszustände betrachtet werden, der stationäre Betriebs-

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fall der Stromversorgungseinheit und der Obers tromfall der Stromversorgungseinheit. Im stationären Betriebsfall ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unwirksam. Die Stromversorgungseinheit zeigt ihr normales Regelverhalten, das heißt, die Änsteuerimpulsbreite für das Stellglied ist eine Funktion des ausgangsseitigen Laststromes bei konstanter Äusgangsspannung und Eingangsspannung·

Im Überstromfall unterdrückt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung das normale Regelverhalten der Stromversorgungseinheit, indem das von der Torschaltung abgegebene Signal die Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung in Betrieb setzt und diese so die Regelschaltung ansteuert, daß eine Verringerung der Ansteuerimpulsbreite für das Stellglied bis hin zum Minimalwert im Kurzschlußfall erfolgt.

Ausf ührungsbeispiel

Die Schaltungsanordnung der Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Oberlastschutzschaltung bei einer Stromversorgungseinheit nach dem Sperrwandlerprinzip.

Für Stromversorgungseinheiten nach dem Durchflußwandlerprinzip und Sperrwandlerprinzip ist analog zu verfahren. Die Stromversorgungseinheit besteht aus einer eingangsseitigen Siebung und Funkentstörung SF, einer Hilfsspannungserzeugung H und einem die Schaltfrequenz üer Stromversorgungseinhext bestimmenden Rechteckgenerator G und einem Leistungsteil aus Regelschaltung R , Leistungstransistor T 3 mit Ansteuerstufe A und Impulsübertrager 0. Auf der Sekundärseite sind die ausgangsseitige Gleichrichtung, Siebung und Funkentstörung GSF angeordnet«.

Am Verbraucherwiderstand R, liegt die Ausgangsspannung U · Die Erfindung selbst wird aus den Funktionsgruppen Meßwiderstand 1, Torschaltung 2 und Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung im Überstromfall 3 gebildet. Der Meßwiderstand 1 besteht aus der Parallelschaltung des sehr niederohmigen Widerstandes R 1 und des hochohmigen

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variablen Widerstandes R 2 und liegt im Primärkreis der Stromversorgungseinheit in Reihe mit dem Leistungstransistor T 3 und der Primärwicklung des Leistungsübertragers 0. Der Basisvorividerstand R 3 des Transistors T 1 dient zu seiner Basisstrombegrenzung und liegt zwischen der Anzapfung des variablen Widerstandes R 2 und der Basis vom Transistor T 1« Am Kollektor von Transistor T 1 ist der Kollektorwiderstand R 4 geschaltet, der wiederum mit der Parallelschaltung, der Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung im Oberstromfall3,bestehend aus Z-Diode D 1, deren Katode an Masse liegt, Kondensator C 1, Widerstand R 5 und der Reihenschaltung von der Diode D 2, deren Anode mit dem Gate des Feldeffekttransistors T 2 verbunden ist und der Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T 2 in Reihe gegen Masse geschaltet ist· Der Feldeffekttransistor T 2 gehört noch zur Regelschaltung. An seinem Gate erfolgt die Zusammenschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und der Regelschaltung· Die in der Figur 1 dargestellten Verbindungen zwischen Drain des Feldeffekttransistors T 2 und Regelschaltung sowie zwischen Gate des FeIdeffekttransistors T 2 sind als interne Verbindungen der Regelschaltung zu betrachten·

Der Feldeffekttransistor T 2 arbeitet als veränderlicher Widerstand und bildet zusammen mit einem Kondensator in der Regelschaltung eine Zeitkonstante, die den Zeitpunkt des Durch-Schaltens der nachfolgenden Transistorstufe in der Regelschaltung und damit die Breite des Ansteuerimpulses für den Leistungstransistor T 3 bestimmt·

Der Primärstrom erzeugt über dem Widerstand R 1 einen Spannungsabfall, der im stationären Betriebsfall der Stromversorgungseinheit unterhalb der mit dem variablen Widerstand R 2 einstellbaren Schwelle liegt· Der Transistor T 1 ist gesperrt, an der Katode der Z-Diode D 1 liegt Massepotential· Die Diode D 2 ist in Sperrichtung gepolt. Die Regelschaltung zeigt das normale Regelverhalten und erzeugt eine Ansteuerimpulsbreite für das Stellglied mit Leistungstransistor T 3, die bei konstanter Eingangs- und Äusgangsspannung nur von der Größe des -Laststrotnes abhängig ist.

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Steigt der Primärstrom über seinen zulässigen Maximalwert an (Oberstromfall), wird der Transistor T 1 leitend und durch die Z-Diode D 1 kann der durch den Widerstand R 4 festgelegte Strom fließen. An der Anode der Z-Diode D 1 liegt dann ein negatives Potential, das negativ größer als das im stationären Betriebsfall am Gate des Feldeffekttransistors T 2 liegende negative Potential ist· Das Anodenpotential der Z-Diode D 1 greift über die jetzt leitende Diode D 2 auf das Gate des Feldeffekttransistors T 2 durch, womit dessen Drain-Source-Widerstand kleiner

LO wird, was eine Verringerung der Ansteuerimpulsbreite für den Leistungstransistor T 3 bewirkt· Ist der Überstromfall aufgehoben, arbeitet die Stromversorgungseinheit in ihrem stationären Betriebsfall· Der Kondensator C 1 muß so dimensioniert werden, daß die Regelschaltung einerseits im Überstromfall nicht schwingt und andererseits der Überlastschutz schnell genug anspricht· Der Widerstand R 5 ist der Entladewiderstand für den Kondensator C 1.

Bei geeigneter Dimensionierung des Spannungsteilers R 4, R 5 und Wegfall der Z-Diode D 1 läßt sich am Gate des Feldeffekttransistors T 2 genau das Potential einstellen, was notwendig ist, um die Ansteuerimpulsbreite für den Leistungstransistor T 3 konstant zu halten. Die Stromversorgungseinheit liefert in diesem Sonderfall einen konstanten Ausgangsstrom·

Claims (2)

~7- 207579 Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung zum Oberlastschutz für impulsbreitegeregelte Stromversorgungseinheiten, die nach dem Sperrwandler-, Durchflußvvandler oder Schaltreglerprinzip arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststrom über einen aus einer Parallelschaltung von einem festen (R 1) und einem variablen (R 2) ohmschen Widerstand bestehenden Meßwiderstand fließt, im Fall des Überstromes eine Torschaltung (2), bestehend aus einem Transistor (T 1) mit Basisvorvviderstand (R 3) und Kollektorwiderstand (R 4) durchgesteuert wird und eine nachfolgende Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung im Überstromfall (3), bestehend aus einer Parallelschaltung einer Z-Diode (D 1), deren Katode an_c Masse liegt, einem Kondensator (C 1), einem Widerstand (R 5) und einer Reihenschaltung von einer Diode (D 2), deren Anode mit dem Gate des Feldeffekttransistors (T 2) des im normalen Betriebsfall wirksamen Regelteils (R ) der Strom-Versorgungseinheit verbunden ist und über der Gate-Source-Strekke des Feldeffekttransistors (T 2) gegen Masse geschaltet ist, wirksam wird·

2, Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geeigneter Dimensionierung des Spannungsteilers (R 4, R 5) zwischen Kollektor des Transistors (T 1) der Torschaltung (2) und Masse und Wegfall der Z-Diode (D 1) in der Steuerschaltung zur Impulsbreiteregelung im Überstromfall (3) sich das Potential am Gate des Feldeffekttransistors (T 2) der Regelschaltung einstellt, derart, daß die Änsteuerimpulsbreite für den Leistungstransistor (T 3) und somit der Äusgangsstrom der Stromversorgungseinheit konstant bleibt·

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