DD267848A1

DD267848A1 - Schutzschaltung gegen ueberspannungen

Info

Publication number: DD267848A1
Application number: DD30992087A
Authority: DD
Inventors: Olaf Haertel
Original assignee: Komb Veb Elektro Apparate Werk
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1989-05-10

Abstract

Einsetzbar in Dualstromversorgungseinrichtungen, die zwei Versorgungsspannungen - meist symmetrisch zu einem Mittenpotential - erzeugen, soll die Erfindung mit den ohnehin vorhandenen Bauelementen auch die Eingangsgleichspannung ueberwachen. Hierzu wird der ueber einem serienstabilisierenden Spannungsregler sich einstellende Spannungsabfall benutzt, der proportional zur Erhoehung der Eingangsspannung ansteigt. Fig. 2

Description

Dio Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist durch die nachfolgenden Merkmale gekennzeichnet. Zwischen dem für die Referenzspannung bestimmten Eingang des Anlautkomparators und dem Eingang eines der beiden Spannungsregler ist die Quelle einer separaten Referenzspannung angeordnet. An den Ausgang dieses Spannungsreglers ist derjenige Betriebsspannungsanschluß dos Untorspannungskomparators angeschlossen, dessen Spoisung aus demselben Stromkreis erfolgt.

Die Wirkung der Erfindung boruht darauf, daß die separate Referenzspannung und der über dem Spannungsregler stattfindende Spannungsabfall einander entgegengesetzt gerichtet sind, wodurch sich dieenr Spannungabfall, wenn er ansteigt, wie eine geringer werdende Referenzspannung am Eingang des Anlaufkomparators auswirkt. Bei unzulässig hoch ansteigender Eingangsgleichspannung wird somit infolge des dazu proportional über dem Spannungsregler ansteigenden Spannungsabfalls ein resultierender Spannungszustand am Anlaufkomparntor erreicht, bei dem dieser umschaltet, wart zur Erkennung des unzulässigen Zustandes genutzt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1: den sokundarsaitigon Teil einer Dualstromversorgung, die mit Lösungen nach dem Stand der Technik reolisioi t ist; Fig. 2: dun sekundärseitigen Teil einer Dualstromversorgung, in der die Erfindung zur Anv. dndung kommt. Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Dualstromversorgung ist gewöhnlich als Schnltnetzteil mit einer Regeleinrichtung zur Grobstabilisierung der Sekundärspannung ausgeführt. Alle hierzu erforderlichen Schaltelemente, die sich auf der Primärseite befinden, sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Dor Übertrager der Stromversorgung besitzt zwei symmetrische Sekundärwicklungen Ws 1 und Ws2. Mi' den beiden GlolcrHchterdioden D1 und D2 werden beideSekundärwechselspannungen gleichgerichtet, und an den beiden Ladekondensatoren C1 und C2 steht eine gegenübet dem Mittenunschluß M symmetrische Speisegleichspannung Ue zur Verfügung. Mit je einem programmierbaren integrierten Spanungregler SR1 und SR2 werden die beiden Speisegleichspannungen auf den erforderlichen Betrag der Ausgangsspannungen +Ua und -Ua geregelt. Die Programmiörwlderstände der Spannungsregler und weitero erforderliche Schaltelemente wurden, da sie keinen Einfluß auf die Erfindung haben, aus Gründon der Übersichtlichkeit nicht dargestollt. Die Dualstromversorgung in Fig. 1, die nun näher betrachtet wird, enthält drei Komparatoren Kl, K2undK3, die zur Überwachung der Ausgangsspannung Ua dienen. Alle Komparatoren, auch dio in Fig.2, auf die später eingegangen wild, sind mit Operationsverstärkern ausgeführt, die einen offenen Kollektorausgang besitzen. Jeweils dem invertierenden Eingang Ei 1, Ei 2 und Ei3 wird eine Referenzspannung Ur zugeführt.

Am Beispiel des Unterspannungskomparators K 2 soll das an sich bekannte Vorhalten des offenen Kollektorausgangs betrachtet werden. Ist die Spanung am invertierenden Eingang Ei2 positiver als dio Referenzspannung Ur am nichtinvertierenden Eingang En2m, dann tritt zwischen Ausgang A2 und negativem Betriebsspannungsanschluß B2 nur die Restspannung des Ausgangstransistors im Komparator K2 auf. Mit anderen Worten, der Ausgang A2 ist praktisch niederohmig zum negativen Betriebspannungsanschluß B2 durchgeschaltet. Ist die resultierende Spannung zwischen den Eingängen Ei2 und En3 umgekehrt gepolt, dann nimmt der Ausgang A2 einen hochohmigon Zustand ein und übt damit keinen Einfluß auf die übrigen Schaltelemente aus.

Der Ausgangsspannungsteiler mit den Widerständen R2, R3 und R4 ist so dimensioniert, daß die Teilspannung am invertierenden Eingang Ei 2 positiver als die Referenzspannung Ur ist, wenn sich die Ausgangsspannung Ua übor der unteren Toleranzgrenze befindet. Am Ausgang A2 des Unterspannungskomparators K2 tritt demzufolge annähernd die Spannung nuf, die der negative Botriebsspannunsanschluß B2 führt, dies ist die Ausgangsspannung -Ua. Über den invertierenden Eingang Ei 1 wird damit der Anlaufkomparator K1 angesteuert, und dessen Ausgang A1 bleibt daraufhin hochohmig, so daß in der LED des Optokopplers OK kein Strom fließt. Hierbei wird angenommen, daß auch der Ausgang A3 hochohmig ist. Darauf wird weiter unten noch eingegangen.

Sinkt die Ausgangsspannung Ua unter die Toleranzgrenze, dann wird die Spunnung am invertierenden Eingang Ei 2 negativer als die Referenzspannung Ur. Dadurch wird der Ausgang A2 dos Unterspannungskomparators K2 hochohmig. Über den Anlaufwiderstand R1 steigt daraufhin die Spannung am invertierenden Eingang Ei 1 an, und in dem Moment, in dem sie positiver als die Referenzspannung Ur ist, schaltet der Anlaufkomparator K1, und durch die LED des Optokopplers OK fließt ein Strom. Der Empfangsteil des Optokopplers OK, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, befindet iich auf der Primärseite und steuert dort eine Abschaltvorrichtung, dio nun die Energieübertragung zur Sekundärseite unterbricht.

Bei jedem Einschalten der Dualstromversorgung nach einer Betriebspause oder nach Wegfall einor Störung befindet sich die Ausgangsspannung Ua während ihres Ansteigens zeitweise unterhalb des Toleranzbereiches. Darauf reagiert der Unterspannungskomparator K2 in der beschriebenen Weise mit elnom hochohmigen Ausgang A2, was ein Ansprechen der primärseitigen Anschalteinrichtung zur Folge hätte. Dies muß aber während einer Anlauf phase verhindert werden, weil sonst ein ordnungsgemäßer Anlauf nicht möglich wäre. Aus diesem Grunde wild das Ansteigen der Spannung am invertierenden Eingang Ei 1 dos Anlaufkomparators K1 mit einem Anlaufkondensator C3 in Verbindung mit dem Anlaufwiderstand R1 verzögert. Die Zeitkonstante ist so gewählt, daß bei einem fehlerfreien Anlauf der Unterspannungskomparator K2 durchschaltet, bevor der Anlaufkomparator K1 durchschalten kann, so daß die LED des Optokopplers OK stromlos bleibt. Soll bei der Ausgangsspannung Ua auch ein Überschreiten der oberen Toleranzgrenze erkannt und damit die primärseitige Abschalteinrichtung zum Ansprechen gebracht werden, dann läßt sich dies mit einem Überspnnnungskomparators K3 erreichen. So lange die Ausgangsspannung Ua nicht unzulässig hoch ansteigt, sondern unterhalb der oberen Toleranzgronze liegt, ist dio Spannung am invertierenden Eingang Ei3 negativer als die Referenzspannung Ur. Der Ausgang A3 ist dadurch hochohmig, und durch die LED des Optokopplers OK fließt kein Strom. Bei zu hoher Ausgangsspannung Ua kehrt sich die resultierende Eingangsspannung am Überspannungskomparator K3 um, er schaltet durch und löst über don Optokoppler OK dio primärseitige Abschalteinrichtung aus. Dies orfolgt unverzögert, da der Anlaufkondensator C3 keinen Einfluß auf diesen Signalweghat.

Übersteigt jedoch die Eingangsgleichspannung Ue die zulässige Grenze, beispielsweise durch Fehler der primärseitigen Regeleinrichtung, dann läßt sich dies mit dem Überspannungskomparator K3 nicht erkennen. Ein Ansteigen der Eingangsgleichspannung Ue wird nämlich zunächst einmal durch die Spannungsregler SR1 und SR 2 ausperepelt. Erst, wonn diese dabei überlastet und schließlich zerstört werden, macht sich der Fehler bemerkbar.

Die Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, ermöglicht es, ein unzulässiges Ansteigen der Eingangsgleichspannung Uo zu erkennen, ohne einen weiteren Komparator hierzu einzusetzen. Da der Überepannungskomparator K3 für die Funktionsweise der Erfindung nicht erforderlich ist, wurde er in Fig. 2 nicht dargestellt. Die Referenzspannung für den Anlaufkomparator K1 und den Unterspannungskomparator K 2 wird getrennt erzeugt und, was für die Funktion entscheidend ist, die Bezugspunkte für dio Referenzspannung Ur 1 und für den 8etriebsspannungsanschluß B2 liegen auf unterschiedlichem Potential, nämlich am Eingang ER 2 und am Ausgang AR 2 eines Spannungsreglers, hier SR 2.

Die Wirkungsweise der Spannungsregler SR Ί und SR 2 besteht darin, daß sie den Spannungsüberschuß ühernehernen, um den die Eingangsgleichspannung Ue größer als die Ausgangsspannung Ua ist. Dabei teilt sich dieser Überschuß etwa zur Hälfto auf beide Spannungregler SR1 und SR2 auf, wovon wegen der gewählten Anordnung nur der letztere für die Wirkungsweise bedeutsam ist. Bei konstant bleibender Ausgangsspannung Ua ändert sich somit der Spannungabfall über dem Spannungsregler SR2, solange dieser im Regelbereich betrieben wird, proportional ;ur Eingangsgleichspannung Ue. Bei dnn als Beispiel gewählten Polaritäten ist das Potential am Eingang ER2 des Spannungsreglers SR2 negativer als an seinem Ausgang AR 2.

Wenn die Ausgangsspannung Ua über der unteren Toleranzgrenze liegt, ist, wie bereits gezeigt wurde, der Unterspannungskomparator K2 durchgeschaltet. Sein Ausgang A2 führt dann praktisch dac Potential des Ausgangs AR 2 des Spannungsreglers SR 2, das dann auch am invertierenden Eingang Ei 1 des Anlaufkomparators K1 anliegt. Ds die Referenzspannung Ur 1 zwischen dem nichtinvertierenden Eingang En 1 des Anlaufkomparators K1 und dem Eingang ER 2 des Spannungsreglers SR 2 liegt, ergibt sich als resultierende Eingangsspannung für den Anlaufkomparator K1 die Summe aus der Referenzspannung Ur 1 und dem Spannungsabfall über dem Spannungsregler SR 2. Die resultierende Eingangsspannung des Anlauftomparators K1 ändert sich somit in voller Größe mit der Änderung der über dem Spannungsregler SR 2 abfallenden Spannung, und wegen der entgegengesutzten Polarität beider Spannungsanteilo hat ein ansteigender Spannungsabfall über dem Spannungsregler SR ? eine Verringerung der resultierenden Eingangsspannung zur Folge, so lange der zulässige Regelbereich des Spannungsreglers SR2 nicht überschritten ist. Bei entsprechender Dimensionierung ist damit auch der maximal zulässige Wert der Eingangsgleichspannung Ue festgelegt.

Steigt die Eingangsgleichspannung Ue unzulässig hoch an, dann übertrifft der Spannungsabfall am Spannungsregler SR 2 betragsmäßig die Referenzspannung Ur 1, und als Folge davon wird das Potential des nichtinvertierenden Eingangs En 1 negativer als das des invertierenden Eingangs Ei 1 des Anlaufkomparators K1. Daraufhin schaltet dieser durch, und über die nun stromführende LED des Optokopplers OK wird die primärsnitige Abschalteinrichtung betätigt. Auch bei diesem Vorgang übt der Anlaufkondensator C3 keinen verzögernden Einfluß aus, da sich das Potential dos invertierenden Eingangs Ei 1 dabei nicht ändert.

Claims

Schutzschaltung gegen Überspannung der Speisegleichspannung von Di'alstromversorgungseinrichtungen, die zwei Stromzweige entgegengesetzter Polarität enthalten, in de^en je ein serienstabilisierender Spannungsregler angeordnet ist, die weiterhin einen Unterspannungskomparator und einen von diesem gesteuerten Anlaufkomparator enthalten, deren Betriebsspannungsanschlüsse an ja einen Stromzweig angeschlossen sind und wobei jeweils einem Komparatoreingang eine Referenzspannung zugeführt wird, gekennzeicr net dadurch, daß iwis'jhen dem für die Referenzspannung bestimmten Eingang (En 1) des Anlaufkomparators (K 1) und dem Eingang (ER2) eines der beiden Spannungsregler (SR2) die Quelle einer separaten Referenzspannung (Ur 1) angeordnet ist und daß an den Ausgang (AR 2) dieses Spannungsreglers (SR2) derjenige Betriebsspannungsanschluß (B2) des Unterspannungskomparators (K2) angeschlossen ist, dessen Speisung aus demselben Stromzweig erfolgt.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in elektronisch geregelten Dualstromversorgungen anwondbar, die zwei, vorzugsweise symmetrisch zu einem Mittenpotential liegende, Versorgungsspannungen erzeugen und beispielsweise zur Speisung von Operationsverstärkern vorgesehen sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das Erzeugen von Speisespannungen für elektronische Geräte, die aus dem Netz versorgt werden, erfolgt gegenwärtig in hohem Maß? mit Schaltnetzteilen Zum Konstanthalten der Ausgangsspannung werden integrierte Spannungsregler eingesetzt. In dieser Weise sind auch Dualstromversorgungseinrichtungen realisierbar, da integrierte Spannungsregler sowoh¹ für den Einsatz im postitiven als auch im negativen Stromzweig erhältlich sind. Um die Verluste in diesen Längsregelpliedern minimal zu halten, wird ihnen bereits eine vorstabilisierte Speisegleichspannung zugeführt. Wegen der Anfälligkeit elektronischer Bauelemente gegen Überspannung und wegen des Datenverlustes bei Unterspani lungen werden Überwachungs- bzw. Schutzschaltungen sowohl gegen Über· als auch gegen Unterspannung vorgesehen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Überwachungsschaltungen mit Komparatoren, deren einem Eingang eine Referonzschaltung und deren anderem Eingang ein herabgetollter Teil der zu überwachenden Spannung zugeführt wird. Boim Über- bzw. Unterschreiten eines maximal bzw. minimal zulässigen Wertes der zu überwachenden Spannung schaltet der jeweilige Komparator und löst entsprechende Reaktionen aus, die meist ein Abschalten der Energiezufuhr bewirken. Unterspannungsschutzschaltungen benötigen stets zusätzliche Schaltungsmaßnahmen, die das Ansprechen der Abschalteinrichtung für den Zeitabschnitt verhindern, in dem sich boim Einschalten der Stromversorgungseinrichtung die zu überwachende Spannung noch unterhalb des minimal zulässigen Wertes befindet. Hierzu kann eine der Unterspannungsüberwachung nachgeschalteto Schaltstufe eingesetzt werden, die ebenfalls als Komparator ausgeführt ist, und deren Umschalten für den kritischen Zeitabschnitt mit Hilfe eine RC-Gliedes verzögert wird. Eine Einrichtung zum Schutz gegen Überspannung der Ausgangsspannung schützt zwar die als Last angeschlossenen Bauelemente, ist aber nicht in der Lage, ein unzulässig hohes Ansteigen der Speisegleichspannung zu erkennen, das bei Störungen der Vorstabilisierung auftritt, die üblicherweise primärseitig vorgenommen wird. Ein Ansteigen der Speisegleichspannung macht sich nämlich so lange nicht bei der überwachten Ausgangsspannung bemerkbar, wie der fehlerhafte Überschuß von den Längsreglern ausgeregelt wird. Erst, wenn diese überlastet und zerstört werden, wirkt sich dies auf die Ausgangsspannung aus und wird durch deren Überwachung erkannt. Auch, wenn die Speisegleichspannung wegen eines Fehlers innerhalb des Schaltreglerteils nur so weit ansteigt, daß ein Ausregeln in den Längsreglern noch ohne Schaden möglich ist, ergeben sich höhere und unbemerkt bleibende Dauerverluste.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung soll die Überlastung und den Ausfall von Bauelementen sowie fehlerhaft bedingte Dauerveruste vermeiden.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugunde, Dualstromversorgungseinrichtungen, die zwei Stromzweige entgegengesetzter Polarität enthalten, in denen je ein serienstabilibisierender Spannungsregler angeordnet ist und in denen ein Unterpannungskomparator mit einem Anlaufkomparator sowie ein Überspannungskomparator zur Überwachung der Ausgangsspannungen auf Unter- und Überspannung vorgesehen ist, dahingehend zu verbessern, daß auch eine Überwachung der Eingangsgleichspannung auf Überschreitung eines vorgegebenen Maximalwertes möglich wird.