DD142776A1

DD142776A1 - Schaltung zur begrenzung von einschaltstroemen in durchflusswandlern

Info

Publication number: DD142776A1
Application number: DD21206879A
Authority: DD
Inventors: Harald Schmiedchen; Dietmar Meyer; Wolfram Maeder; Hans-Juergen Schmidt; Peter Lange
Original assignee: Harald Schmiedchen; Dietmar Meyer; Wolfram Maeder; Schmidt Hans Juergen; Peter Lange
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1979-04-06
Publication date: 1980-07-09
Also published as: DD142776B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur verlustarmen Begrenzung von Einschaltströmen und zum verlustarmen Betrieb kapazitiv belasteter Netzgleichrichter in geschalteten Durchflusswandlern. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß ein bekannter Schutz- oder Begrenzungswiderstand von einem Schalter überbrückt wird, der in dem Moment geschlossen wird, wenn der Schalttransistor des Durchflusswandlers in seine Sperrphase übergeht. Hierzu ist der Schalter mit der den Entmagnetisierungsstrom führenden Wicklung des Leistungsübertragers verbunden. Der Schalter verbleibt während der gesamten Betriebszeit nunmehr im leitenden Zustand, da die Schaltzeit des Schalters größer als die Frequenz des Schalttransistors gehalten wird. - Figur -

Description

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Titel der Erfindung

Schaltung zur Begrenzung von Einschaltströmen in Durchflußwandlern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur verlustarinen Begrenzung von Eins ehalt strömen und zum verlustarmen Betrieb kapazitiv belasteter Netzgleichrichter in geschalteten Durchflußwandlern,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß in kapazitiv belasteten Netzgleichrichtern impulsartige Aufladeströme entstehen, deren Scheitelwerte um ein beträchtliches Vielfaches über den entnommenen Gleichströmen liegen« Da Halbleitergleichrichter infolge ihrer nahezu konstanten Durchlaßspannung keine strombegrenzende Wirkung haben, kann der im Einschaltmoment entstehende hohe Strom zur Zerstörung des Gleichrichters führen. Aus diesem Grund wird in die Schaltung ein sogenannter Begrenzungs- oder Schutzwiderstand eingefügt, der so bemessen ist, daß er den maximal zulässigen Spitzenstrom nicht überschreitet (Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte, R. v_o Decker's Verlag G. Schenk, Hamburg 1964).

Nachteilig an diesen kapazitiv belasteten Netzgleichrichtern ist der Umstand, daß der Schutzwiderstand lediglich im Einschaltmoment benötigt wird, aber ansonsten ständig in der Schaltungsanordnimg verbleibto Er vermindert nicht

nur die Spannung am Ladekondensator um das Produkt aus dem Laststrom und dem Wert des Begrenzungswiderstandes, sondern er setzt auch, ständig die an ihm abfallende Spannung in Yerlustwärme um und vermindert somit den Wirkungsgrad des gesamten Netzgleichrichters. Nachteilig an den bisher bekannten Netzgleichrichtern ist ferner die Tatsache, daß trotz eingefügten Begrenzungswiderstandes Sicherheitsgründe zu einer Überdimensionierung der gefährdeten Bauelemente zwingen.

Das Problem der Begrenzung der Einsehaltströme und der Vermeidung der damit verbundenen und oben aufgeführten Nachteile entsteht auch bei der Konzipierung von Schaltnetzteilen, denen bei der Ablösung herkömmlicher Netztransformatoren, eine immer größere Bedeutung zugemessen wird« Gleichspannungswandler für Schaltnetzteile weisen u.a.» das Merkmal auf_} daß zunächst die Netzspannung über eine Gleichrichterdiode gleichgerichtet wird und auf einen Kondensator mit relativ hohem Kapazitätswert gelangt. Im Gegensatz zu der Gleichrichtung auf der Sekundärseite eines Netztransformators_s wo sich der Begrenzungswider·-» stand außer dem ohmschen Serienwiderstand auch aus dem ohmschen Widerstand der Sekundärwicklung und dem Produkt aus dem ohmschen Widerstand der Primärwicklung und dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses zusammensetzt, fehlen bei Gleichspannungswandlern diese zusätzlichen, den Einschaltstrom begrenzenden Teilwiderstände_β Dies bedeutet $ daß ein relativ hochohmiger Widerstand mit hoher Belastbarkeit als Schutzwiderstand mit allen seinen Nachteilen benutzt v/erden muß« Ein bekannter Durchflumwandler sieht aus diesen Gründen zur Begrenzung des Einschaltstromes einen Heißleiter vor (Elektronik 1977» Heft 6, S. 9'+ u„ S. 95 Bild 2)_e

Auch die Anwendung eines Heißleiters kann, die bereits aufgeführten Nachteile nicht umgehen. Der Heißleiter verbleibt stets in der Schaltung und setzt den Wirkungsgi'ad herab* Ein weiterer bekannter Nachteil des Heißlei-

ters ist die Dauer seiner Wiederbereitschafts- oder Erholungszeit zwischen dem Aus- und Wiedereins ehalten, die in der Größenordnung von zwei Minuten liegt» Dies bedeutet beispielsweise, daß Anlagen der EDV, die nach Ablauf einer bestimmten Programmfolge auch ihre Stromversorgung abschalten, nicht unmittelbar von einer Datenfernüber- ' tragung angerufen werden können, wodurch weitere aufwendige Sicherheitsmaßnahmen zur Einhaltung der Wiederbereitschaftszeit innerhalb der EDVA erforderlich wären.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die beschriebenen Nachteile in erheblichem Maße zu mindern bzw„ zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einschaltstrom von kapazitiv belasteten Retzgleichrichtern in geschalteten Durchflußwandlern verlustarm zu begrenzen, nach Beendigung des Einschaltvorganges auf wenig aufwendige Weise einen verlustarmen Betrieb des Durchflußwandlers zu erreichen und eine zeitunabhängige Wiedereinschältbarkeit des Durchflußwandlers zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Begrenzungswiders t and von einem Schalter überbrückt wird, dessen Leitfähigkeit in der Sperrphase eines Schalttransistors durch seine Verbindung mit einer einen Entmagnetisierungsstrom führenden Wicklung eines Leistungsübertragers erfolgt, und daß ferner die Schaltzeit des Schalters größer als die Frequenz des Sehalttransistors ist. Zur Erzielung einer zeitunabhängigen Wiedereins ehaltung des Durchflußwandlers besteht der Begrenzungswiderstand aus einem weitgehendst temperaturunabhängigen Widerstand. Die Steuerspaniiung für den Schalter wird durch den Spannungsabfall an einem Widerstand erzeugt, der zwischen der

den Entmagnetisierungsstrom führenden Wicklung und einem Ladekondensator geschaltet ist, oder durch an seine Stelle tretende Dioden»

AusführungsbeispieI

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel gemäß der zugehörigen Figur beschrieben werden.

Der kapazitiv belastete Netzgleichrichter besteht in bekannter Weise aus einer Gleichrichterdiode 1, einem Be- · grenzungswiderstand 2 und einem Ladekondensator 3» Dem Netzgleichrichter ist der eigentliche Durchflußwandler nachgeschaltet. In dem PrimärStromkreis eines Leistungsübertragers 4- befindet sich ein Schalttransistor 5· Der SekundärStromkreis besteht in bekannter Weise aus Dioden, einer Speicherdrossel, einem Kondensator und einem Lastwiderstand, an dem eine gewünschte Ausgangsspannung IK anliegto Der Leistungsübertrager 4 weist eine Entmagnetisierungswicklung 6 auf, mittels der ein Entniagnetisierungsstrom J-p über eine Diode 7 auf den Ladekondensat or 3 zurückfließen kann» Gemäß der Erfindung ist die Entmagnetisier ungswickl ung 6 mit einem Schalter 8 verbunden, der zweckmäßigere is e einen Thyristor darstellt. Der Schalter 8 überbrückt den Begrenzungswiderstand 2, ist diesem also parallelgeschaltete Zwischen der Diode 7 und. dem Ladekondensator 3 ist ferner ein Widerstand 9 geschaltet, an dem beim Fließen des Entmagnetisierungsstromes JV, eine Steuerspannung abfällt.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt:

Dem kapazitiv belasteten Netzgleichrichter wird in bekannter Weise die Netzwechselspannung tL·- zugeschaltet, die mittels der Gleichrichter diode 1 gleichgerichtet ?;ird. Der bekannte hohe Einsehaltstrom, der durch den Ladekondensator 3 verursacht wird, erfährt mittels des Begrenzungswiders tandes 2 eine Wertbegrenzung, so daß der maximal

zu3.ässige Spitzenstrom nicht überschritten wird. Der Schalttransistor 5 schaltet nun mit einer bestimmten Frequenz die an dem Ladekondensator 3 anstehende Spannung auf den Leistungsübertrager 4 des Durchflußwandlers. Die während der Sperrphase des Schalttransis tors 5 in dem Leistungsübertrager 4 vorhandene magnetische Energie ist bekanntlich in Durchflußwandlern nicht erwünscht. Sie wird daher als Entmagnetisierungsstrom 1™ mittels der sogenannten Entmagnetisierungswicklung 6 über die Diode 7 an den Ladekondensator 3 zurückgeliefert_o Gemäß der Er- " findung gelangt nun der Entmagnetisierungsstrom L™ nicht direkt, sondern über den Y/iderstand 9 auf den Ladekondensator 3· Dadurch fällt eine Steuerspannung für den Schalter 8 über dem Widerstand 9 ^b₀ Da der Schalter 8 mit der den Entmagnetisierungsstrom I_, führenden Ent- · magnetisierungswicklung 6 verbunden ist, wird der dem Begrenzungswiderstand 2 parallelgeschaltete Schalter 8 geschlossen. Bei den üblichen Schaltfrequenzen von Durchflußwandlern bedeutet dies, daß lediglich in der ersten, kritischen und kurzen Phase des EinsehaltStromstoßes der Begrenzungswiderstand 2 wirksam ist, während in der zweiten und längeren Phase des Einschaltvorganges der Stromfluß hauptsächlich über den Schalter 8 erfolgt. Aus diesem Grund braucht der Begrenzungswiderstand 2 nicht für die volle Verlustleistung dimensioniert zu werden. Es ergibt sich somit, da die Verlustleistung des Schalters 8 äußerst gering ist, eine besonders verlustarme Begrenzung von Einschaltströmen, Ein weiterer sich hieraus ergebender Vorteil besteht darin, daß dem Begrenzungswiderstand ein höherer Widerstandswert zugeordnet werden kann, wodurch an die Eontakte des zentralen Netzschützes geringere Anforderungen gestellt werden können.

Der Schalter 8 erhält stets nach dem Abschalten des Schalttransistors 5 eine Steuerspannung. Da die Schaltzeit des Schalters 8, der vorzugsweise einen Thyristor darstellt, größer als die Frequenz des Sehalttr ensistors 5 ist, wird der Schalter 8 stets nach dem (ersten Takt

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des Schälttransistors 5 gezündet und verbleibt somit wäh~ rend der gesamten Zeit des belasteten Durchfliißwandlers im leitenden Zustand. Der Ladekondensator 3 wird somit stets auf die volle Spannung aufgeladen, die lediglich um den geringen Betrag des Spannungsabfalls über dem Schalter 8 gemindert ist. Da die Verlustleistung des Schalters 8 wesentlich unter der eines ständig in der Schaltungsanordnung verbleibenden Begrenzungs— oder Schutzwiderstandes liegt, erhöht sich somit der Wirkungsgrad der gesamten Schaltungsanordnung ohne größeren Aufwände Die Erfindung beschränkt sich nicht allein auf Durchflußwandleran.ordnuD.gen mit einer Entmagnetisier ungswicklung, sondern sie schließt auch solche Durchflußwandler ein, bei denen der Entmagnetisierungsstrom nicht über eine separate Entmagnetisier ungswicklung, sondern über die Primärwicklung und Begrenzungsdioden zu der Spannungsquelle zurückgeleitet oder über Stromwendekondensatoren aus dem Leistungsübertrager herausgeführt wird· Ferner ist die Erzeugung der Steuerspannung für den Schalter 8 nicht an das Vorhandensein des Widerstandes 9 gebunden» Dieser läßt sich mit gleicher Wirkung durch Dioden ersetzen«,

Claims

Erfindungsanspruch

1, Schaltungsanordnung zur verlustarmen Begrenzung von Eins ehaltströmen kapazitiv belasteter Netzgleichrichter in geschalteten Durchflußwandlern mit einem Begrenzungswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand (2) von einem Schalter (8) überbrückt wird, dessen Leitfähigkeit in der Sperrphase eines Sehalttransistors (5) durch seine Verbindung mit einer einen Entmagnetisierungsstrom (Ip)

führenden Wicklung eines Leistungsübertragers (4) erfolgt, und daß die Schaltzeit des Schalters (8) grosser als die Frequenz des Sehalttransistors (5) ist_e

2, Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand (2) ein weitgehendst temperaturunabhängiger Widerstand ist«

3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der den Entmagnetisierungsstrom (Ig) führenden Wicklung des Leistungsübertragers (4) und einem Ladekondensator (3) ein Widerstand (9) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß der'Widerstand (9) durch Dioden ersetzbar ist«

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