DD210793A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE OVERLOAD PROTECTION OF POWER TRANSISTORS IN SWITCHING POWER SUPPLIES - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE OVERLOAD PROTECTION OF POWER TRANSISTORS IN SWITCHING POWER SUPPLIES Download PDFInfo
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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.Such power supplies are becoming increasingly more powerful, e.g. used as a DC converter in electronic assemblies. The aim is to ensure sufficient protection of the power transistor with unimpaired control behavior. Task is to capture the problem of short-term and long-lasting short-circuit case. For this purpose, a circuit arrangement is specified in which the collector-emitter voltage is monitored in the switched-on state of the power transistor. This voltage increases with increasing current load. When a threshold value is exceeded, the drive pulse of the power transistor is switched off. In addition, the symbols increase with increasing current load. This effect is also exploited and leads to the abort of the drive pulse after the expiry of the permitted delay time. For safe protection, a further time stage is connected downstream, which completely blocks the activation of the power transistor for a certain length of time after reaching the overload detection.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Schaltungsanordnung zum überlastschutz von LeistungstransistorenCircuit arrangement for overload protection of power transistors
in Schaltnetzteilenin switching power supplies
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überlastschutz von Leistungstransistoren in Scb.altnetzteilen? die in immer stärkerem Maße zur Stromversorgung von elektronischen Baugruppen eingesetzt werden«The invention relates to a circuit arrangement for overload protection of power transistors in Scb.altnetzteilen ? which are increasingly being used to power electronic assemblies «
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 undCharacteristics of the known technical solutions From the known control circuits for switching power supplies shows that the control and Hegelschaltung can be arranged both on the primary »and on the secondary side of the switching power supply« In the secondary-side overcurrent detection is the disadvantage of the additional Hilfsspanniangserzeugung and
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*to call the required hunt separation in the Begelschleif ©. In the case of the primary-side control, the current measurement is carried out via a resistor, which is generally located in the emitter circuit of the power transistor (see Mg 1). This current measurement at the resistor is associated with high losses, especially 9 if low input voltages is worked 9 as it is z. As is the case with DG converters *
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 desBy the FRG-OS 30 01 632, a transistor protection circuit has become known »To protect the transistor at a Kursschluss here, the course of the collector ^ smitter voltage is detected and its level with the control signal of the basis of
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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·Transistors compared. When occurring. Short circuit is blocked by a trigger of the transistor driving the oscillator · Provided "further a thyristor, which can short-circuit the transistor directly, and a fast fuse, which is in the power circuit · These additional safeguards are unsuitable for the use of this circuit in power supplies can not use the circuit in high-frequency working switching power supplies, since the circuit is effective only after a delay time, which can lead to the destruction of power semiconductors "The circuit of the above-mentioned document works in the low-frequency range, and in that the AND gate a Delay stage is followed, short overload cases are not evaluated during the conduction phase, which 9 as already mentioned, sensitive power semiconductors can be destroyed ·
Ziel der ErfindungObject of the invention
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 absinkteThe aim of the invention is to ensure adequate protection of the power transistor overload or short circuit of the switching power supply, the control behavior is maintained and the efficiency of the switching power supply did not sink
Wesen der ErfindungEssence of the invention
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*The object of the invention is to modify the known monitoring circuits so that no additional losses occur, whereby the problem of short-term and long-lasting short circuit is detected *
Die Merkmale der Erfindung sind aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruches zu entnehmen·The features of the invention can be gathered from the characterizing part of the claim.
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«,The essence of the invention is that the power transistor is monitored during its conduction phase so that its 3 lLußspannung (emitter-collector voltage) at any time exceeds a predetermined value "If exceeded, the Basisansteuerung the transistor is turned off,"
ONW OONW O
2/ Λ R /» «ε /2 / Λ R / »« ε /
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 wirds welche einerseits den Meßzeitraum (Leitphase) der Flußspannung festlegt und andererseits die Einseheltzeiten des Endstufenkomplexes berücksichtigt·In addition, it is ensured via a timing element if the short-circuit or "the overload remains, that the basic control is completely blocked over a longer period of time. As monitoring path finds an And ~ connection use whose first input is adapted via a diode adaptation to the respective power transistor and whose second input is occupied by a time-delayed test voltage s on the one hand determines the measurement period (conduction phase) of the Flußspannung and on the other hand takes into account the Einseheltzeiten the final stage complex ·
Der Vorteil der Erfindung ist besonders darin zu sehen8 daß äußerst geringe Verlustleistungen auftreten·The advantage of the invention can be seen in the fact 8 that extremely low power losses occur ·
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*The invention will be explained below with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show? Fig. 1s a known circuit of the primary-side control ^ Fig · 2ί a principle circuit diagram of the proposed circuit ,, Pig, 3s the circuit according to the invention for overload protection 8 Fig. 4s is a diagram of the voltage or * current courses *
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, he der !Paktgenerator und Impulsbreitenmodulator, wird über die Treiberschaltung 2 auf den Leistungstransistor 3 geführt« Der Kollektor des Leistungstransistörs 3 liegt am Leistungsübertrager 4e 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 aufThe principle of the known primary-side control is shown in FIG. 1. The current taken off via the emitter circuit is conducted to the control circuit 1, which drives the power transistor 3 via a driver circuit 2 The auxiliary voltage generator 9 displays the arrangement of the power transformer 4 and the structure of the secondary side are clearly indicated "They are not needed for further understanding", Fig. 2 shows the block circuit of the proposed circuit. "The control circuit 1 9 d, h e the! Paktgenerator and pulse width modulator, is connected via the driver circuit 2 to the power transistor The collector of the power transistor 3 is connected to the power transformer 4 e At the same time, it is guided to a controlled threshold value switch 5 whose second input is connected to the driver circuit via a delay circuit 6. The output of the threshold value switch 5 opens
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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»the driver circuit 2 fed back and connected via a diode 7 and an integrator 8, consisting of capacitor and resistor, to a threshold value switch 9, whose output is also connected to the driver circuit 2 »
,In STg, 3 wird die vorgeschlagene Schaltung zum Überlastschutz vorgestellt·, In STg, 3 the proposed circuit for overload protection is presented ·
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 Uß 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.In the control circuit 1 not described in more detail, the pulses required to drive the power transistor 3 are generated. In the downstream Nand gate 21, the switching off of these pulses in response to the overload detection, Ih the Nand-GIied 21 downstream driver circuit 2, the pulses are processed to drive the power transistor 3, via the collector downstream diodes 51; 53 and resistors 52; 54, the collector voltage of the power transistor 3 is connected to an input of a second Nand gate 55. The first diode 51 keeps the overshoot of the collector voltage from the input of the hand-element 55 , and the diode 53 is used for level adjustment «, The first resistor is between the operating voltage U ß and the two diodes 51 connected in opposite directions; 53 »the second resistor 54 is between the cathode of the diode 53 and ground. The other input of the NAND gate 55 receives the via an RG member 61; 62 delayed pulses from the 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*When overloaded (threshold Ug-), the output of the Nand gate 55 switches to low. This level is connected via a third Nand element 56 to an inverter 57 and switched from there to the first Nand element 21. Thus, this is done by switching off the current pulse *
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.The collector voltage of the Leistungsstransistörs 3 thereby continues to increase. Because of the RG member 61; 62, the second NAND gate is kept open, the lock remains for the power transistor 3 until the end of the given by the control part 1 current pulse consist »An impairment of the next pulse does not occur.
Gleichzeitig wird über einen Widerstand 71» der dem zweiten Nand-Glied 55 nachgeschaltet ist, ein Transistor 72 gesperrt«,At the same time, a resistor 71 "which is connected downstream of the second Nand element 55, a transistor 72 is blocked",
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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 hate 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 dieThe collector resistor 73 of this transistor 72 is connected to the operating voltage Ug. With the collector voltage, the capacitor 81 of the integrator 8 is charged via the diode 7 with a certain number of pulses, which are essentially dependent on the magnitude of the overload (width of the pulses from the overload detection). , is determined by the size of the collector resistor 73 and the capacitor 81 and the switch-on threshold U "," of the downstream threshold switch 9, the threshold switch 9 turns on · At its output high level · This turns on a downstream (transistor 92, thereby he, since he is connected to the second Nand gate 56, the pulses blocks · The base and the collector of the transistor 92 are above resistors 91, 93 bxl the operating voltage Ug, and the input of the threshold switch 9 is connected via a resistor 82 with Ground connected · A diode 74 connected between the collectors of transistors 72 and 92 , now prevents further charging of the capacitor 81 · This state is maintained ^ until the capacitor 81 has discharged so far through the resistor 82 and the input resistance of the threshold switch 9 that the threshold value switch 9 has switched back e This circuit can also be operated without Use more effort in a push-pull converter. In this case, connect two diodes to the collectors of the two power transistors for the diode. The division of the pulses on the two power transistors must be done behind the first Nand-element 21. FIG. 4 shows a diagram of the voltage or current paths for illustration. At point A, an overload occurs, the effects of which only take effect in the next conducting phase of the power transistor 3 show. At point B, the threshold Ug of the detection circuit (NAND gate 55) is exceeded, and there is a shutdown of the current pulse «. The charging of the capacitor 81 begins and continues with each successive pulse, as long as the overload is applied. At point C, the voltage Ugyj at the capacitor 81 reaches the value for the switch-on threshold Ug ,, the threshold value switches it s 9 <Pulse-lock occurs until the capacitor 81 is switched on
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AusschaItschwelle Ug2 entladen hat· Die weitere Aufladung wird durch die Diode 74 verhinderteAusschaItschwelle Ug 2 has discharged · The further charging is prevented by the diode 74
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*At point D, the threshold value switch 9 releases the pulses again. · If there is still an overload 9 , the nand element 55 responds again (point E), and the sequence behaves analogously to point B · At point 3? is shown in the same way as point O that the switch-on threshold Ug has been reached again *
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 entladenePoint G shows that after falling below the switch-off threshold Lp of the threshold value switch 9, the pulses are released again. Since there is no more overload, the capacitor 81 can continue to discharge
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD24372082A DD210793A1 (en) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE OVERLOAD PROTECTION OF POWER TRANSISTORS IN SWITCHING POWER SUPPLIES |
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Publications (1)
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|---|---|
| DD210793A1 true DD210793A1 (en) | 1984-06-20 |
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ID=5541560
Family Applications (1)
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| DD24372082A DD210793A1 (en) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE OVERLOAD PROTECTION OF POWER TRANSISTORS IN SWITCHING POWER SUPPLIES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD210793A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3908338A1 (en) * | 1989-03-15 | 1990-09-20 | Hella Kg Hueck & Co | Method and device for controlling a load, especially in motor vehicles |
| DE3937447A1 (en) * | 1989-11-10 | 1991-05-16 | Hanning Elektro Werke | PROTECTIVE DEVICE FOR FREQUENCY INVERTER |
| DE102008036534A1 (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | Woodward Gmbh | Direct voltage or direct current supplying device i.e. switch-mode power supply, for control device operating e.g. diesel generator in wind power plant, has switch controller providing direct voltage or direct current at output in intervals |
-
1982
- 1982-10-01 DD DD24372082A patent/DD210793A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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| DE102008036534A1 (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | Woodward Gmbh | Direct voltage or direct current supplying device i.e. switch-mode power supply, for control device operating e.g. diesel generator in wind power plant, has switch controller providing direct voltage or direct current at output in intervals |
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Legal Events
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