DD210793A1

DD210793A1 - Schaltungsanordnung zum ueberlastschutz von leistungstransistoren in schaltnetzteilen

Info

Publication number: DD210793A1
Application number: DD24372082A
Authority: DD
Inventors: Klaus Brueckner; Siegfried Grande
Original assignee: Robotron Zft Veb
Priority date: 1982-10-01
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1984-06-20

Abstract

Solche Netzteile werden in immer staerkerem Masse z.B. als DC-Wandler in elektronischen Baugruppen eingesetzt. Ziel ist es, einen ausreichenden Schutz des Leistungstransistors bei unbeeintraechtigtem Regelverhalten zu gewaehrleisten. Aufgabe ist es, dass Problem des kurzzeitigen und des laenger anliegenden Kurzschlussfalles zu erfassen. Es wird hierzu eine Schaltungsanordnung angegeben, in der die Kollektor-Emitter-Spannung im eingeschalteten Zuztand des Leistungstransistors ueberwacht wird. Diese Spannung steigt mit zunehmender Strombelastung an. Bei Ueberschreitung eines Schwellwertes wird der Ansteuerimpuls des Leistungstransistors abgeschaltet. Ausserdem steigen mit zunehmender Strombelastung die Schaltzeichen. Dieser Effekt wird ebenfalls ausgenutzt und fuehrt zum Abbruch des Ansteuerimpulses nach dem Ablauf der zugelassenen Verzoegerungszeit. Zum sicheren Schutz wird noch eine weitere Zeitstufe nachgeschaltet, die eine bestimmte Zeit nach dem Erreichen der Ueberlasterkennung die Ansteuerung des Leistungstransistors fuer eine laengere Zeit voellig sperrt.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zum überlastschutz von Leistungstransistoren

in Schaltnetzteilen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überlastschutz von Leistungstransistoren in Scb.altnetzteilen_? die in immer stärkerem Maße zur Stromversorgung von elektronischen Baugruppen eingesetzt werden«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Aus den bekannten Regelschaltungen für Schaltnetzteile geht hervor, daß die Steuer- und Hegelschaltung sowohl auf der Primär» seite als auch auf der Sekundärseite des Schaltnetzteils angeordnet werden kann« Bei der sekundärseitigen Überstromerkennung ist als Nachteil die zusätzliche Hilfsspanniangserzeugung und

die erforderliche Hetztrennung in der Begelschleif© zu nennen» Bei der primärseitigen Regelung erfolgt die Strommessung über einen Widerstand,der allgemein im Emitterkreis des Leistungstransistors liegt (siehe Mg«, 1)» Diese Strommessung am Widerstand ist mit hohen Verlusten verbunden insbesondere dann₉ wenn mit niedrigen Eingangsspannungen gearbeitet wird₉ wie es z. B. bei DG-Wandlern der Fall ist*

Durch die BRD-OS 30 01 632 ist eine Transistor-Schutzschaltung bekannt geworden» Um hier den Sransistor bei einem Kursschluß zu schützen, wird der Verlauf der Kollektor^Smitter-Spannung erfaßt und ihr Niveau mit dem Steuersignal der Basis des

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Transistors verglichen. Bei auftretendem. Kurzschluß wird über einen Trigger der den Transistor ansteuernde Oszillator gesperrt· Vorgesehen ist "weiterhin ein Thyristor, der den Transistor direkt kurzschließen kann,und eine schnelle Sicherung, die im Leistungskreis liegt· Diese zusätzlichen Sicherungsmaßnahmen sind für den Einsatz dieser Schaltung in Schältnetzteilen ungeeignet· Außerdem läßt sich die Schaltung nicht in hochfrequent arbeitenden Schaltnetzteilen einsetzen, da die Schaltung erst nach einer Verzögerungszeit wirksam wird, was zur Zerstörung der Leistungshalbleiter führen kann« Die Schaltung nach der oben genannten Schrift arbeitet im niederfrequenten Bereich,und dadurch, daß dem Und-Glied eine Verzögerungsstufe nachgeschaltet ist, werden kurze überlastfälle während der Leitphase nicht ausgewertet, wodurch₉ wie bereits erwähnt, empfindliche Leistungshalbleiter zerstört werden können·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen ausreichenden Schutz des Leistungstransistörs bei Überlastung bzw· Kurzschluß des Schaltnetzteiles zu gewährleisten, wobei das Regelverhalten erhalten bleibt und der Wirkungsgrad des Schaltnetzteiles nicht absinkte

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Überwachungsschaltungen so zu verändern, daß keine zusätzlichen Verluste entstehen, wobei das Problem des kurzzeitigen und des länger anhaltenden Kurzschlusses erfaßt wird*

Die Merkmale der Erfindung sind aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches zu entnehmen·

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß der Leistungstransistor während seiner Leitphase so überwacht wird, daß seine 3?lußspannung (Emitter-Kollektorspannung) zu keinem Zeitpunkt einen vorgesehenen Wert überschreitet» Falls eine Überschreitung vorliegt, wird die Basisansteuerung des Transistors abgeschaltet«,

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Über ein Zeitglied wird zusätzlich sichergestellt, wenn der Kurzschluß bzw» die Überlast bestehen bleibt, daß die Basisansteuerung über einen längeren Zeitraum vollkommen gesperrt wird. Als überwachungspfad findet eine Und~Verknüpfung Verwendung, deren erster Eingang über eine Diodenanpassung an den jeweiligen Leistungstransistor angepaßt wird und deren zweiter Eingang mit einer zeitv erzögerten Testspannung belegt wird_s welche einerseits den Meßzeitraum (Leitphase) der Flußspannung festlegt und andererseits die Einseheltzeiten des Endstufenkomplexes berücksichtigt·

Der Vorteil der Erfindung ist besonders darin zu sehen₈ daß äußerst geringe Verlustleistungen auftreten·

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen? Fig« 1s eine bekannte Schaltung der primärseitigen Regelung^ Fig· 2ί ein Prinzip schaltbild der vorgeschlagenen Schaltung,, Pig, 3s die erfindungsgemäße Schaltung zum Überlastschutz₈ Fig. 4s ein Diagramm der Spannungs- bzw* Stromverläufe*

In Fig. 1 wird das Prinzip der bekannten primärseitigen Hegelung gezeigt* Der über den im Emitterkreis liegenden lüüderstand abgenommene Strom wird in die Regelschaltung 1 geführt, die über eine !Treiberschaltung 2 den Leistungstransi stör 3 ansteuert« Die Hilfsspannungserzeugung₉ die Anordnung des Leistungsübertragers 4 und der Aufbau der Sekundärseite sind übersichtsmäßig angegeben« Sie werden für das weitere Verständnis nicht benötigt«, Fig· 2 zeigt die Blockschaltung der vorgeschlagenen Schaltung» Die Regelschaltung 1₉ d, h_e der !Paktgenerator und Impulsbreitenmodulator, wird über die Treiberschaltung 2 auf den Leistungstransistor 3 geführt« Der Kollektor des Leistungstransistörs 3 liegt am Leistungsübertrager 4_e Gleichzeitig wird er auf einen gesteuerten Schwellwertschalter 5 geführt^ dessen zweiter Eingang über eine Verzögerungsschaltung 6 mit der Treiberschaltung verbunden ist« Der Ausgang des Schwellwertschalters 5 wird auf

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die Treiberschaltung 2 zurückgeführt und über eine Diode 7 und einen Integrator 8, bestehend aus Kondensator und Widerstand, auf einen Schwellwertschalter 9 geschaltet, dessen Ausgang ebenfalls mit der Treiberschaltung 2 verbunden ist»

,In STg, 3 wird die vorgeschlagene Schaltung zum Überlastschutz vorgestellt·

In der nicht näher beschriebenen Regelschaltung 1 werden die zur Ansteuerung des Leistungstransistors 3 benötigten Impulse erzeugt. In dem nachgeschalteten Nand-Glied 21 erfolgt die Abschaltung dieser Impulse beim Ansprechen der Überlasterkennung, Ih der dem Nand-GIied 21 nachgeschalteten Treiberschaltung 2 werden die Impulse zur Ansteuerung des Leistungstransistors 3 aufbereitet, über dem Kollektor nachgeschaltete Dioden 51; 53 sowie Widerstände 52; 54 wird die Kollektorspannung des Leistungstransistors 3 auf einen Eingang eines zweiten Nand-Gliedes 55 geschaltet. Die erste Diode 51 hält das Überschwingen der Kollektorspannung vom Eingang des Hand-Gliedes 55 fern, und die Diode 53 dient zur Pegelanpassung«, Der erste Widerstand liegt zwischen der Betriebsspannung U_ß und den beiden gegensinnig geschalteten Dioden 51; 53» der zweite Widerstand 54 liegt zwischen Katode der Diode 53 und Masse. Der andere Eingang des Nand-Gliedes 55 erhält die über ein RG-Glied 61; 62 verzögerten Impulse aus der Begelschaltung 1.

Bei Überlastung (Schwelle Ug-) schaltet der Ausgang des Nand-Gliedes 55 auf Low. Dieser Pegel wird über ein drittes Nand-Glied 56 auf einen Negator 57 geschaltet und von dort auf das erste Nand-Glied 21 geschaltet. Damit erfolgt durch dieses die Abschaltung des laufenden Impulses*

Die Kollektorspannung des Leistungstransistörs 3 steigt dadurch weiter an. Da über das RG-Glied 61; 62 das zweite Nand-Glied weiter offen gehalten wird, bleibt die Sperre für den Leistungstransistor 3 auch bis zum Ende des vom Regelteil 1 gegebenen laufenden Impulses bestehen» Eine Beeinträchtigung des nächstfolgenden Impulses findet nicht statt.

Gleichzeitig wird über einen Widerstand 71» der dem zweiten Nand-Glied 55 nachgeschaltet ist, ein Transistor 72 gesperrt«,

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Der Kollektorwiderstand 73 dieses Transistors 72 liegt an der Betriebsspannung Ug · Mit der Kollektorspannung wird über die Diode 7 der Kondensator 81 des Integrators 8 aufgeladene Wach einer gewissen Anzahl von Impulsen, die im wesentlichen von der Größe der Überlastung (Breite der Impulse aus der Überlasterkennung), von der Größe des Kollektorwiderstandes 73 und des Kondensators 81 sowie der Einschaltschwelle U«,,» des nachgeschalteten Schwellwertschalters 9 bestimmt wird, schaltet der Schwellwertschalter 9 ein· An seinem Ausgang erscheint High-Pegel· Damit schaltet ein nachgeschalteter (Transistor 92 ein, wodurch er, da er auf das zweite Nand-Glied 56 geschaltet ist, die Impulse sperrt· Die Basis und der Kollektor des Transistors 92 liegen über Widerstände 91; 93 bxl der Betriebsspannung Ug,und der Eingang des Schwellwert schalters 9 ist über einen Widerstand 82 mit Masse verbunden· Eine Diode 74,die zwischen die Kollektoren der Transistoren 72 und 92 geschaltet ist, verhindert jetzt ein weiteres Aufladen des Kondensators 81· Dieser Zustand bleibt erhalten^ bis sich der Kondensator 81 über den Widerstand 82 und den Eingangs-» widerstand des Schwellwertschalters 9 soweit entladen hat, daß der Schwellwertschalter 9 zurückgeschaltet hat_e Diese Schaltung läßt sich auch ohne größeren Aufwand in einem Gegentaktwandler einsetzen· In diesem Fall sind für die Diode zwei Dioden zu den Kollektoren der beiden Leistungstransistoren zu schalten. Die Aufteilung der Impulse auf die beiden Leistungstransistoren muß hinter dem ersten Nand-Glied 21 erfolgen· Die Fig. 4 zeigt zur Veranschaulichung ein Diagramm der Spannungs- bzw· Stromverlaufe· Beim Punkt A setzt eine überlast ein, deren Auswirkungen sich erst in der nächsten Leitphase des Leistungstransistors 3 zeigen. Im Punkt B wird die Schwelle Ug der Erkennungsschaltung (Nand-Glied 55) überschritten,und es erfolgt eine Abschaltung des laufenden Impulses«. Die Aufladung des Kondensators 81 beginnt und wird mit jedem folgenden Impuls fortgesetzt, und zwar solange, wie die Überlast anliegt. Im Punkt C erreicht die Spannung Ugyj am Kondensator 81 den Wert für die Einschalt schwelle Ug,, des Schwellwert schalt er s 9< Es erfolgt eine Impulssperre, bis sich der Kondensator 81 auf die

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AusschaItschwelle Ug₂ entladen hat· Die weitere Aufladung wird durch die Diode 74 verhinderte

Am Punkt D gibt der Schwellwertschalter 9 die Impulse wieder frei· Liegt noch eine Überlast an₉ spricht das Nand-Glied 55 wieder an (Punkt E), und der Ablauf verhält sich analog Punkt B· Im Punkt 3? wird analog Punkt O dargestellt daß die Einschaltschwelle Ug^ wieder erreicht ist*

Punkt G zeigt, daß nach dem Unterschreiten der Ausschaltschwelle Lp des Schwellwertschalters 9 die Impulse wieder freigegeben werden. Da keine Überlastung mehr anliegt, kann sich der Kondensator 81 weiter entladene

Claims

Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung zum überlastschutz von Leistungstransistoren in Schaltnetzteilen, wobei dem Leistungstransistör eine Schwellwertstufe nachgeschaltet ist, die die Kollektor·» Bnitter-Spannung auswertet und deren Ausgang auf ein Und-Glied geführt ist, dessen zweiter Eingang -vom gleichen Oszillator beaufschlagt wird, der den Leistungstransistor ansteuert, und wobei das aufgesteuerte Und-Glied eine Rückwirkung auf den Oszillator bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (1) auf ein erstes dein Leistungstransistor (3) vorgeschaltetes Nand-Glied (21) und über eine Verzögerung sschaltung (6) auf ein zweites mit seinem anderen Eingang am Kollektor des Leistungstransistörs (3) liegendes Nand-Glied (55) geschaltet ist, dessen Ausgang über ein drittes Nand-Glied (56) mit dem ersten Nand-Glied (21) verbunden ist, wobei der Ausgang des zweiten Nand-Gliedes (55) gleichzeitig über eine Diode (7) und über einen Integrator (8) auf eine zweite Schwellwertstufe (9) geschaltet ist, deren Ausgang mit dem dritten Nand-Glied (56) verbunden ist, wobei die Schwellwertstufe (9) gleichzeitig über eine Diode (74) auf den Integrator (8) zurückgeschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des Leistungstransistors (3) und dem zweiten Nand-Glied (55) eine Anpaßstufe (51 β_ββ geschaltet ist.

Hierzu

3 Blatt Zeichnungen.