AT399067B - Netz-überspannungs-schutzschaltung für ein primärgetaktetes geregeltes schaltnetzgerät - Google Patents

Description

AT 399 067 B

Die Erfindung betrifft eine Netz-Überspannungs-Schutschaltung für ein primärgetaktetes geregeltes Schaltnetzgerät, insbesondere Schweiß-Schaltnetzgerät zum Lichtbogenschweißen, das einen Netzgleichrichter mit Ladekondensator, eine von einem Analogregler über vorzugsweise einen Pulsbreitenmodulator gesteuerte Halbleiter-Schaltstufe, einen Wechseirichtertransformator, einen Sekundärgleichrichter und gegebenenfalls eine Glättungsdrossel enthält, wobei dem Analogregler Soll- und Istwertsignale des Ausgangsstroms und/oder der Ausgangsspannung zugeführt sind und mit einem in einer der Verbindungsleitungen zwischen dem Netzgleichrichter und dem Ladekondensator angeordneten Schalter, der durch eine Steuerschaltung beim Überschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung ausgeschaltet und beim Unterschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung eingeschaltet ist. Bei primärgetakteten geregelten Schaltnetzgeräten werden an die unmittelbar an der gleichgerichteten Netzspannung liegenden Bauteile hohe Anforderungen hinsichtlich Spannungsfestigkeit beim Auftreten von kurzzeitigen Netz-Überspannungen, sogenannten Transienten-Störspannungen gestellt, die zur Zerstörung der Bauteile führen können.

Aus der US-PS 4 605 981 sowie der GB-OS 2 070 352 sind Netz-Überspannungs-Schutzschaltungen bekannt, die eine Steuerschaltung aufweisen, die beim Überschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung die Verbindung zwischen Netz und Last trennen und diese beim Unterschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung wieder hersteilen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schutzschaltung, welche die nach dem Netzgleichrichter angeordneten Bauteile vor Netz-Überspannungen wirksam schützt.

Diese Aufgabe wird bei einem Schaltnetzgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schalter ein Schalttransistor ist, der von der Steuerschaltung über eine Treiberstufe angesteuert ist, und dessen Kollektor-Ermitterstrecke mit einem Widerstand überbrückt ist, wobei der Ermitter mit Masse als Bezugspotential Null verbunden ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen Fig.1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzschaltung, und Fig.2 eine Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schutzschaltung.

In Fig.1 bezeichnet 1 einen ein- oder mehrphasigen Netzanschluß und 2 den Netzgleichrichter eines Schaltnetzgerätes, welches primärgetaktet und geregelt ist. Zwischen dem Netzgleichrichter 2 und dem nachgeschalteten Ladekondensator 3 ist ein Schalter 4 angeordnet, der von einer Steuerschaltung 5 angesteuert wird. An den Ladekondensator 3 ist eine Wechselrichterschaltung 6 angeschlossen, welche aus einer Halbleiter-Schaltstufe 7, einem Wechselrichtertransformator 8, einem Analogregler 9 und einem Pulsbreitenmoduiator 10 besteht, der die Halbleiter-Schaltstufe 7 ansteuert. Am Ausgang des Wechselrichtertransformators 8 ist ein Sekundärgleichrichter 11 und, falls erforderlich, eine Glättungsdrossel 12 angeschlossen. Dem Analogregler 9 werden Soll- und Istwertsignale lson, list des Ausgangsstroms und/oder die Soll- und Istwertsignale Uson, Uist der Ausgangsspannung zugeführt. Die Steuerschaltung 5 ist eingangsseitig an den Ausgang des Netzgleichrichters 2 angeschlossen, um den Schalter 4 beim Auftreten einer vorbestimmten Netzüberspannung auszuschalten und beim Unterschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung wieder einzuschalten.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird als Schalter 4 ein Schalttransistor 14 eingesetzt, dessen Basis über eine Treiberstufe 15 von der Steuerschaltung 5 angesteuert wird. Der Kollektor ist mit dem Pluspol + des Netzgleichrichters 2 verbunden, während der Emitter mit dem Pluspol des Ladekondensators 3 und mit Masse als Bezugspotential Null verbunden ist. Die Steuerschaltung 5 umfaßt einen ersten Komparator 16, dessen erster Eingang 17 einerseits über einen Widerstand 18 mit dem Minuspol- des Netzgleichrichters 2 und anderseits über einen Widerstand 19 mit dem ersten Ausgang 20 einer Bezugsspannungsquelle 21 verbunden ist. Der zweite Eingang 22 des ersten Komparators 16 ist direkt mit dem zweiten Ausgang 23 der Bezugsspannungsquelle 21 verbunden. Der Ausgang des ersten Komparators 16 ist an den Eingang 24 der Treiberstufe 15 angeschlossen. Die Werte der Widerstände 18,19 und die Spannungswerte der Ausgänge 20,23 der Bezugsspannungsquelle 21 sind so festgelegt, daß der erste Komparator 16 beim Überschreiten des vorzugsweise 1,1-fachen Sinus-Scheitelwertes der Netzspannung den Schalttransistor 14 über die Treiberstufe 15 ausschaltet. Beim Unterschreiten des vorzugsweise 1,1-fachen Sinus-Scheitelwertes der Netzspannung wird der Schalttransistor 14 wieder eingeschaltet. Des weiteren ist ein zweiter Komparator 25 in der Steuerschaltung 5 vorgesehen, dessen erster Eingang 26 einerseits über einen Widerstand 27 mit dem Minuspol- des Netzgieichrichters 2 und anderseits über einen Widerstand 28 mit dem ersten Ausgang 20 der Bezugsspannungsquelle 21 verbunden ist. Der zweite Eingang 29 des Komparators 25 ist direkt mit dem zweiten Ausgang 23 der Bezugsspannungsquelle 21 verbunden. Der Ausgang des zweiten Komparators 25 ist an einen Steuereingang 30 der Wechselrichterschaltung 6 angeschlossen. Die Werte der Widerstände 27, 28 und die Spannungswerte der Bezugsspannungsquelle 21 sind so festgelegt, daß der zweite Komparator 25 beim Überschreiten des vorzugsweise 1,2-fachen Sinus-Scheitelwertes der Netzspannung die Wechselrichterschaltung 6 ausschaltet, bzw. beim 2

Claims (5)

1. AT 399 067 B Unterschreiten vorzugsweise dieses Wertes wieder einschaltet. Zusätzlich ist zum Schutz des Schalttansistors 14 gegen Überstrom ein dritter Komparator 31 in der Steuerschaltung 5 vorgesehen, dessen erster Eingang 32 am Schleifer eines Potentiometers 33 liegt, welches einerseits mit Masse und anderseits über einen Widerstand 34 mit dem Pluspol + des Netzgleichrichters verbunden ist. Der zweite Eingang 35 des Komparators 31 ist direkt mit dem zweiten Ausgang 23 der Bezugsspannungsquelle 21 verbunden. Der Ausgang des dritten Komparators 31 ist einerseits an den Steuereingang 30 der Wechselrichterschaltung 6 und anderseits über eine Entkopplungsdiode 36 an den Eingang 24 der Treiberstufe 15 angeschlossen. Der Wert des Widerstandes 34 und der des Potentiometers 33 bzw. dessen Einstellung sowie der Spannungswert des zweiten Ausgangs 23 der Bezugsspannungsquelle 21 sind so festgelegt, daß beim Überschreiten einer bestimmten Kollektor-Emitterspannung, welche einen für den Schalttransistor 14 gefährlichen Kollektor-Überstrom zur Folge hat (die Höhe dieses Stromes und der Spannung ist aus dem Datenblatt des jeweiligen Transistors zu entnehmen), das Einschalten des Schalttransistors 14 verhindert (er ist ausgeschaltet), sowie die Wechseirichterschaltung 6 ausschaltet bzw. beim Unterschreiten dieses bestimmten Spannungswertes wieder einschaltet. Die Bezugsspannungsquelle 21 besteht vorzugsweise aus zwei in Serie geschalteten 5V-Zenerdioden 37, 38, die einerseits mit Masse und anderseits über einen Widerstand 39 mit einer Versorgungsspannung + Uv verbunden sind, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 39 und der einen Zenerdiode 38 den ersten Ausgang 20 und der Verbindungspunkt zwischen den Zenerdioden 37, 38 den zweiten Ausgang 23 bildet. Um den Schalttransistor 14 selbst gegen Überspannung zu schützen, ist seine Kollektor-Emitterstrecke durch eine Serienschaltung von vorzugsweise drei Zenerdioden 40, 41, 42 von z.B. je 180 V überbrückt. In an sich bekannter Weise ist die Kollektor- Emitterstrecke des Schaltertransistors 14 zusätzlich mit einer RCD-Schaltung überbrückt' die aus einer Parallelschaltung einer Diode 43 mit einem Widerstand 44 und einem dazu in Serie liegenden Kondensator 45 besteht, damit der Schalttransistor 14 beim Ausschaltvorgang geschützt wird. Um bei einem längeren Auftreten einer Netz-Überspannung den Ladekondensator 3 zumindest teilweise aufzuladen, ist die Kollektor-Emitterstrecke außerdem mit einem Widerstand 46 überbrückt, der auch das Hochlaufen des Schaltnetzgerätes ermöglicht. Der Wechselrichterschaltung 6 bzw. deren Analogregler 9 werden in üblicher Weise die Signale Uson, lSOii. Uist und list zugeführt, wobei letzteres Signal, z.B. von einem Shunt 47 abgenommen wird. Es versteht sich, daß anstelle des Schalttransistors 14 als Schalter 4 auch ein ein- und ausschaltbarer Thyristor oder ein Relais, vorzugsweise ein Reed-Relais, eingesetzt werden kann. Der Shunt 47 kann auch durch eine Hallsonde ersetzt werden. Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für ein Schweiß-Schaltnetzgerät der eingangs genannten Art erläutert. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung kann jedoch auch bei primärgetakteten geregelten Schaltnetzgeräten jeder Anwendungsart eingesetzt werden, beispielsweise für Batterieladegeräte, Netzgeräte für Laser, Computer etc. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird die Spannung nach dem Netzgleichrichter 2 der Steuerschaltung 5 zugeführt. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Spannung vor dem Netzgleichrichter 2 abzuleiten und direkt oder gleichgerichtet der Steuerschaltung 5 zuzuführen. Patentansprüche 1. ’ Netz-Überspannungs-Schutzschaltung für ein primärgetaktetes geregeltes Schaltnetzgerät, insbesonde re Schweiß-Schaltnetzgerät zum Lichtbogenschweißen, das einen Netzgleichrichter mit Ladekondensator, eine von einem Analogregler über vorzugsweise einen Pulsbreitenmodulator gesteuerte Halbleiter-Schaltstufe, einen Wechselrichtertransformator, einen Sekundärgleichrichter und gegebenenfalls eine Glättungsdrossel enthält, wobei dem Analogregler Soll- und Istwertsignale des Ausgangsstroms und/oder der Ausgangsspannung zugeführt sind und mit einem in einer der Verbindungsleitungen zwischen dem Netzgleichrichter und dem Ladekondensator angeordneten Schalter, der durch eine Steuerschaltung beim Überschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung ausgeschaltet und beim Unterschreiten einer vorbestimmten Netz-Überspannung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein Schalttransistor (14) ist, der von der Steuerschaltung (5) über eine Treiberstufe (15) angesteuert ist, und dessen Kollektor-Ermitterstrecke mit einem Widerstand (46) überbrückt ist, wobei der Ermitter mit Masse als Bezugspotential Null verbunden ist.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Ermitterstrecke des Schalttransistors (14) mit einer Serienschaltung von Zenerdioden (40,41,42) überbrückt ist. 3 AT 399 067 B
3. 3. Schuteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) einen ersten Komparator (16) enthält, dessen erster Eingang (17) einerseits über einen Widerstand (18) mit dem Minuspol (-) des Netzgleichrichters (2) und anderseits über einen Widerstand (19) mit dem ersten Ausgang (20) einer Bezugsspannungsquelle (21) verbunden ist, und dessen zweiter Eingang (22) direkt mit dem zweiten Ausgang (23) der Bezugsspannungsquelle (21) verbunden ist, wobei der Ausgang des ersten Komparators (16) an den Eingang (24) der Treiberstufe (15) angeschlossen ist und die Werte der Widerstände (18,19) sowie die Spannungswerte der Ausgänge (20,23) der Bezugsspannungsquelle (21) so festgelegt sind, daß der erste Komparator (16) beim Überschreiten des 1, 1-fachen Sinus-Scheitelwertes der Netzspannung den Schalttransistor (14) über die Treiberstufe (15) ausschaltet und beim Unterschreiten dieses Wertes wieder einschaltet.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) einen zweiten Komparator (25) enthält, dessen erster Eingang (26) einerseits über einen Widerstand (27) mit dem Minuspol (-) des Netzgleichrichters (2) und anderseits über einen Widerstand (28) mit dem ersten Ausgang (20) der Bezugsspannungsquelle (21) verbunden ist, und dessen zweiter Eingang (29) direkt mit dem zweiten Ausgang (23) der Bezugsspannungsquelle (21) verbunden ist, wobei der Ausgang des zweiten Komparators (25) an einen Steuereingang (30) der Wechselrichterschaltung (6) angeschlossen ist und die Werte der Widerstände (27, 28) sowie die Spannungswerte der Ausgänge (20, 23) der Bezugsspannungsquelle (21) so festgelegt sind, daß der zweite Komparator (25) beim Überschreiten des 1, 2-fachen Sinus-Scheitelwertes der Netzspannung die Wechselrichterschaltung (6) ausschaltet und beim Unterschreiten dieses Wertes wieder einschaltet.
5. 5. Schuteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) einen dritten Komparator (31) enthält, dessen erster Eingang (32) am Schleifer eines Potentiometers (33) liegt, welches einerseits mit Masse und andererseits über einen Widerstand (34) mit dem Pluspol ( + ) des Netzgleichrichters (2) verbunden ist, und dessen zweiter Eingang (35) direkt mit dem zweiten Ausgang (23) der Bezugsspannungsquelle (21) verbunden ist, wobei der Ausgang des dritten Komparators (31) einerseits an den Steuereingang (30) der Wechselrichterschaltung (6) und anderseits über eine Entkopplungsdiode (36) an den Eingang (24) der Treiberstufe (15) angeschlossen ist und die Werte des Widerstandes (34) und des Potentiometers (33) bzw. dessen Einstellung sowie der Spannungswert des zweiten Ausgangs (23) der Bezugsspannungsquelle (21) so festgelegt sind, daß der dritte Komparator (31) beim Überschreiten einer vorbestimmten Kollektor-Emitterspannung das Einschalten des Schalttransistors (14) verhindert, sowie die Wechselrichterschaltung (6) ausschaltet und beim Unterschreiten dieser vorbestimmten Spannung wieder einschaltet. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4