DD148917A3 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OVERCURRENT LIMITATION ON PULSE-WIDE POWER SUPPLY UNITS - Google Patents
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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.In the case of overcurrent over a resistive current resistance 1, a gate circuit 2 is controlled by, followed by a subsequent control circuit for pulse width control in the overcurrent case 3 in engages the control mechanism of the effective in normal operation case control part of the power supply unit, so dasz the Ansteuerimpulsbreite for the power transistor with increase of the load current is less up to a defined minimum value in Shortschluszfall.Die invention is for electronic power supply devices and equipment of communications engineering, computing, the Mesz- and control technology, etc. applicable.
Description
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Titel der Erfindung Tit el de r invention
Schaltungsanordnung für Oberstrombegrenzung bei impulsbreitegeregelten StromversorgungseinheitenCircuit arrangement for upper current limit in pulse width regulated power supply units
Anwendungsgebiet der Erfindung Area of application of the invention
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·The invention relates to a circuit arrangement for upper load protection for pulse width regulated power supply units that operate on the flyback converter, Durchflußwandler- or switching regulator principle. The circuit arrangement represents an overcurrent limitation for the power supply unit itself and for the consumers connected to it.
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·In power supply units which operate according to the flyback converter, forward converter or switching regulator principle, the output voltage is stabilized by means of pulse width control. With constant output voltage and input voltage and increasing output current, the control circuit generates a broader drive pulse for the switch-type actuator, so that its turn-on time increases. The size of the switch-on time must not exceed half the period of the operating frequency of the switched power supply unit ·
Eine weitere Vergrößerung der Einschaltzeit wurde dem Gleichspannungswandler- bzw· dem Schaltreglerprinzip widersprechen und zur Zerstörung des als Stellglied arbeitenden Leistungsschalttransistors führen.A further increase in the turn-on time would contradict the Gleichspannungswandler- or the switching regulator principle and lead to the destruction of working as an actuator power switching transistor.
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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 ausgangsseitigemFor this reason, in power supply units a Oberlast- or · short-circuit protection necessary so that when reaching a certain maximum output current either the power supply unit is shut down by a fuse in the primary circuit or intervened by a circuit arrangement in the control loop so that the pulse width of the drive pulse for reduces the actuator from a certain maximum output current · Such a circuit arrangement must cause that at the output side
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,LO short circuit, the turn-on of the actuator is minimally small and thus the output voltage goes to zero, with a maximum allowable short-circuit current must not be exceeded · So far, mainly technical solutions have become known
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.L5 working on the principle of overcurrent shutdown. They are characterized in that a current measuring resistor is arranged in the primary circuit or in the secondary circuit of the converter or switching regulator, which is in the base circuit of a transistor stage, which in turn drives a thyristor, which melts the input fuse when the maximum output current is exceeded. These solutions have the disadvantage that in each case an output-side overload or * a short circuit, the power supply unit only after the replacement of the fuse is ready for operation again · For this type of Oberlastschutzes are also precise Verzögerungsschaltungsanord-. Necessary that at the moment of the power supply unit and the sudden connection of capacitive loads on the one hand not trigger the overload protection, but on the other hand, in stationary operation, the Stromve supply unit safely protects against overload and short circuit.
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.Another disadvantage is that the power switching transistor must be chosen so that it is not operated in the vicinity of its maximum peak power dissipation, since it still has to cope with the power loss peaks occurring at the moment of switch-on.
In den Patentschriften DE-OS 24 16 985 und DE-AS 22 42 278 sind Überlastschutzschaltungen angegeben, die nach dem Prinzip derIn the patent documents DE-OS 24 16 985 and DE-AS 22 42 278 overload protection circuits are given, which according to the principle of
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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)·Overcurrent limiting work. They are characterized in that the primary current of the circuit is applied to a Schmitt trigger via a load current transformer. When the primary current rises above the allowable value, the threshold of the Schmitt trigger is exceeded, thereby turning off a gate which, in turn, disables the blocking The realization of this circuit arrangement, however, requires a relatively high component and manufacturing effort (current transformer transformer) · causes the power transistor and the primary current can go to zero
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·The invention has the object, a circuit arrangement for the overcurrent limiting in pulse width regulated power supply units, which operate on the flyback converter, Durchflußwandler- or switching regulator principle to specify that met with minimal circuit complexity all the necessary technical functions ·
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·In order to realize all the functions of the overcurrent limiting in the power supply units, which operate on the flyback converter, Durchflußwandler- and switching regulator principle, it is necessary to measure the primary current and intervene in excess of its maximum allowable value in the control circuit such that the pulse width of drive pulse for the actuator is low and reaches its minimum Fourth with continuous increase of the load current at short · the invention achieves this object in that the primary current measured by a current measuring resistor and the measured value is applied to a gate · the gate circuit is a control circuit for pulse width control in the Downstream case downstream, which engages directly into the control circuit of the power supply unit ·
Für die Wirkungsweise der Erfindung müssen zwei verschiedene Betriebszustände betrachtet werden, der stationäre Betriebs-For the operation of the invention, two different operating conditions must be considered, the stationary operating
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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·case of the power supply unit and the upper tromfall the power supply unit. In stationary operation, the circuit arrangement according to the invention is ineffective. The power supply unit shows its normal control behavior, that is, the Änsteuimpulsbreite for the actuator is a function of the output side load current at a constant output voltage and input voltage ·
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.In the case of overcurrent, the circuit arrangement according to the invention suppresses the normal control behavior of the power supply unit by the signal output from the gate circuit, the control circuit for pulse width control in operation and this controls the control circuit that a reduction of the drive pulse width for the actuator up to the minimum value in the case of short circuit occurs.
Ausf ührungsbeispielEmbodiment
Die Schaltungsanordnung der Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The circuit arrangement of the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Oberlastschutzschaltung bei einer Stromversorgungseinheit nach dem Sperrwandlerprinzip.Fig. 1 shows the upper load protection circuit according to the invention in a power supply unit according to the flyback converter principle.
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«.For power supply units according to the Durchflußwandlerprinzip and flyback converter principle is analogous to proceed. The power supply unit consists of an input-side screening and interference suppression SF, an auxiliary voltage generation H and a switching frequency üer power supply Einhext determining rectangular generator G and a power unit of control circuit R, power transistor T 3 with control stage A and pulse transformer 0. On the secondary side, the output rectification, screening and Radio interference suppression GSF arranged «.
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 hochohmigenAt the load resistance R, is the output voltage U · The invention itself is formed from the function groups measuring resistor 1, gate 2 and control circuit for pulse width control in the event of overcurrent 3. The measuring resistor 1 consists of the parallel connection of the very low-resistance resistor R 1 and the high-impedance
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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·variable resistance R 2 and lies in the primary circuit of the power supply unit in series with the power transistor T 3 and the primary winding of the power transformer 0. The base pre-resistor R 3 of the transistor T 1 is used for its base current limit and lies between the tap of the variable resistor R 2 and the base of Transistor T 1 "The collector of transistor T 1, the collector resistor R 4 is connected, in turn, with the parallel circuit, the control circuit for pulse width control in Oberstromfall3, consisting of Zener diode D 1, whose cathode is grounded, capacitor C 1, resistor R 5 and the series connection of the diode D 2, whose anode is connected to the gate of the field effect transistor T 2 and the gate-source path of the field effect transistor T 2 is connected in series to ground · The field effect transistor T 2 still belongs to the control circuit. The connections between the drain of the field effect transistor T 2 and the control circuit and between the gate of the field effect transistor T 2 shown in FIG. 1 are to be considered as internal connections of the control circuit.
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·The field effect transistor T 2 operates as a variable resistor and, together with a capacitor in the control circuit, forms a time constant which determines the instant of turn-on of the subsequent transistor stage in the control circuit and thus the width of the drive pulse for the power transistor T 3.
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.The primary current generates a voltage drop across the resistor R 1, which in steady-state operation of the power supply unit is below the threshold which can be set with the variable resistor R 2. The transistor T 1 is blocked, the cathode of the Zener diode D 1 is grounded. The diode D 2 is poled in the reverse direction. The control circuit shows the normal control behavior and generates a drive pulse width for the actuator with power transistor T 3, which is dependent only on the size of the -Laststrotnes at constant input and Äusgangsspannung.
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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 kleinerIf the primary current rises above its permissible maximum value (upper current case), the transistor T 1 becomes conductive and the current set by the resistor R 4 can flow through the Zener diode D 1. At the anode of the Zener diode D 1 there is then a negative potential that is negatively greater than the negative potential lying in the stationary operating case at the gate of the field effect transistor T 2. The anode potential of the Zener diode D 1 reaches over the now conducting diode D 2 to the gate of the field effect transistor T 2, whereby the drain-source resistance is smaller
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.LO, which causes a reduction of the drive pulse width for the power transistor T 3 · If the overcurrent case is removed, the power supply unit operates in its steady state operation · The capacitor C 1 must be dimensioned so that the control circuit does not oscillate on the one hand in overcurrent case and on the other hand, the overload protection quickly sufficiently responsive · The resistor R 5 is the discharge resistor for the capacitor 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·With suitable dimensioning of the voltage divider R 4, R 5 and omission of the Zener diode D 1 can be set at the gate of the field effect transistor T 2 exactly the potential, which is necessary to keep the Ansteuerimpulsbreite for the power transistor T 3 constant. The power supply unit delivers a constant output current in this special case.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD20757978A DD148917A3 (en) | 1978-08-31 | 1978-08-31 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OVERCURRENT LIMITATION ON PULSE-WIDE POWER SUPPLY UNITS |
Applications Claiming Priority (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| DD (1) | DD148917A3 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4133225A1 (en) * | 1990-10-08 | 1992-04-09 | Fuji Electric Co Ltd | SWITCHING POWER SUPPLY WITH OVERCURRENT PROTECTION CIRCUIT |
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1978
- 1978-08-31 DD DD20757978A patent/DD148917A3/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4133225A1 (en) * | 1990-10-08 | 1992-04-09 | Fuji Electric Co Ltd | SWITCHING POWER SUPPLY WITH OVERCURRENT PROTECTION CIRCUIT |
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