DE10105201A1 - Elektrische Schaltungsanordnung - Google Patents

Elektrische Schaltungsanordnung

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Abstract

Durch die Erfindung kann beispielhaft eine Schaltungsanordnung (11) geschaffen werden, die folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A Ein Schaltnetzteil mit einem Übertrager (12), ein Gleichrichterteil mit anliegender Eingangswechselspannung, ein Schaltregel-IC (13), einen ersten Regelkreis (15) mit einem ersten Optokoppler (OK1), wobei der erste Regelkreis mit dem Schaltregel-IC (13) verbunden ist und mittels einer Zener-Diode (ZD1) eine bestimmte Arbeitsspannung einstellt, eine Überwachungsschaltung (17) mit einem zweiten Optokoppler (OK2) und einer Einrichtung (R2, ZD2) zur Detektierung eines Spannungsgrenzwertes aufweist. Die Überwachungsschaltung ist parallel zu dem ersten Regelkreis geschaltet und davon getrennt angesteuert; außerdem ist sie an das Schaltregel-IC (13) angeschlossen und bei einem von dem ersten Regelkreis durch einen Fehlerfall erzeugten Überschreiten der Arbeitsspannung über einen bestimmten Spannungsgrenzwert schaltet die Überwachungsschaltung den ersten Regelkreis über einen Anschluss (BP) am Schaltregel-IC ab. Als Vorteil ergibt sich hier vor allem, dass durch den fehlerhaften ersten Regelkreis keine Beschädigung von Bauteilen mehr durch Überspannung erfolgen kann.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um eine Schaltungsanordnung für die Energieversorgung einer Steuerungsschaltung eines Haushaltsgeräts.
Bei Schaltungsanordnungen dieser Art können Fehler auftre­ ten, die sich vor allem bei dem ersten Regelkreis fatal auswirken können. Wie bei allen Schaltnetzteilen besteht die Gefahr der ausgangsseitigen Überspannung im Falle einer offenen Ausgangs-Regelschleife. Eine offene Ausgangs-Regel­ schleife kann entstehen durch Lötfehler, schlechte Lötstellen oder durch Bauteilfehler. Im Falle einer offenen Ausgangs- Regelschleife erreicht die Ausgangsspannung gefährlich hohe Werte, weil das Schaltnetzteil - bedingt durch die fehlerhaf­ te Regelgröße - dauernd versucht, den Ausgangs-Spannungswert zu erreichen und aus diesem Grund mit seiner größtmöglichen Leistung arbeitet. Bei einem Fehlerfall kann es vorkommen, dass beispielsweise durch einen Bauteilfehler ein Optokoppler im ersten Regelkreis eine höhere Spannung als die vorgesehene Arbeitsspannung einzustellen versucht über das Schaltregel-IC. Ein solcher Fehler kann zur Folge haben, dass die für Schutzkleinspannungen maximal zulässige Spannung überschritten wird, Elkos oder Bauteile der versorgten Schaltung oder Steuerung beschädigt werden und dass Brand­ gefahr besteht.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungs­ anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Gefahr einer Überspannung in der Schaltungsanordnung bzw. der ausgangsseitigen Arbeitsspannung beseitigt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Schal­ tungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhaf­ te Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche und werden im Folgenden näher beschrieben.
Erfindungsgemäß wird somit eine Überwachungsschaltung vor­ gesehen, die vorteilhaft eine Einrichtung oder Bauteilgruppe zur Detektierung des Spannungswerts bzw. Spannungsgrenzwerts im Hinblick auf eine Überspannung aufweist. Dabei kann die Überwachungsschaltung vorteilhaft von dem ersten Regelkreis getrennt und parallel zu ihm geschaltet sowie an das Schalt­ regel-IC angeschlossen sein. Beim Überschreiten der von dem ersten Regelkreis mit dem Schaltregel-IC eingestellten Arbeitsspannung an der Sekundärseite des Übertragers durch einen beliebigen Fehlerfall detektiert die entsprechende Einrichtung der Überwachungsschaltung dieses. Daraufhin wird die Überwachungsschaltung aktiviert und stoppt die Energie­ übertragung über den Übertrager. Dazu gibt es erfindungs­ gemäss mehrere Möglichkeiten. Bei einer davon schaltet die Überwachungsschaltung den ersten Regelkreis über das Schalt­ regel-IC bzw. den Anschluss des ersten Regelkreises daran ab. Auf diese Weise wird der erste Regelkreis daran gehindert, die Überspannung der Arbeitsspannung zu erzeugen. Bei einer weiteren Möglichkeit wird das Schaltregel-IC durch die Überwachungsschaltung abgeschaltet, so dass auch keine Energieübertragung über den von dem Schaltregel-IC ange­ steuerten Übertrager erfolgt. Die gesamte Schaltungsanordnung sowie vor allem die nachgeschaltete Schaltung ist vor Über­ spannung oder daraus resultierender Störung geschützt. Zur Reparatur der gesamten Schaltungsanordnung braucht nur das defekte Bauteil oder die entsprechende defekte Baugruppe ausgetauscht zu werden.
Des weiteren kann durch die Abschaltung der Spannungsversor­ gung mittels der Überwachungsschaltung ein Bediener auf den Fehlerfall aufmerksam gemacht werden. Es ist möglich, andere Anzeigen, wie optische oder akustische, zu aktivieren.
Bevorzugt kann der erste Regelkreis, insbesondere auch die Überwachungsschaltung, ein Schaltelement zur galvanischen Trennung der beiden Stromkreise des Übertragers aufweisen. Dies kann beispielsweise ein Optokoppler sein.
Eine Möglichkeit zur Feststellung des Überspannungsfalles besteht darin, Zener-Dioden zu verwenden. Diese können auch für die Einstellung des Wertes der gewünschten Arbeitsspan­ nung an der Sekundärseite des Übertragers verwendet werden. Durch die Wahl der entsprechenden Zener-Diode, vorteilhaft zusammen mit einem Widerstand in der Überwachungsschaltung, kann der Spannungsgrenzwert festgelegt werden.
Bevorzugt schaltet die Überwachungsschaltung den ersten Regelkreis dauerhaft ab. Besonders bevorzugt weist die Überwachungsschaltung einen eigenen Spannungsanschluss auf, um selbsthaltend betrieben werden zu können. Beispielsweise kann die Überwachungsschaltung einen Optokoppler mit einem Thyristor oder Triac aufweisen. Der selbsthaltende Betrieb kann durch eine Speisung des Haltestroms des Thyristors oder Triacs aus dem Schaltregel-IC erfolgen. Der Schaltungsbau­ stein kann vorteilhaft im spannungslosen Zustand weiterhin leitend bleiben und so den ersten Regelkreis beim Schaltre­ gel-IC ausgeschaltet halten. Auf diese Weise kann sicherge­ stellt werden, dass die Abschaltung des ersten Regelkreises sicher und von Dauer ist. Beispielsweise kann so nach einem Aus- und Einschalten oder einem Steckerziehen des Gerätes nicht der gleiche Fehlerfall erneut Schaden anrichten. Somit bleibt der Fehler-Zustand in der Überwachungsschaltung aufrechterhalten gespeichert und sie hält den ersten Regel­ kreis dauerhaft abgeschaltet. Ein Schutzwiderstand, bei­ spielsweise zwischen Schaltregel-IC und Optokoppler in der Überwachungsschaltung, kann eine Verlustleistung im Schaltre­ gel-IC begrenzen.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun­ gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die
Fig. 1 eine mögliche Schaltungsanordnung zur Energie­ versorgung der Steuerung eines Haushaltsge­ räts.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In der Fig. 1 ist eine beispielshafte erfindungsgemäße Schal­ tungsanordnung 11 dargestellt. Links ist darin ein Gleich­ richter an Netzeingangsspannung, in der Regel 230 Volt, angeschlossen. Darauf folgt ein Zwischenkreis mit einem Elko und einem Kondensator zur Spannungsglättung. Es folgt ein Freilaufkreis mit einem Widerstand und einem Kondensator, welche auch durch eine Zener-Diode ersetzt werden könnten. Der Freilaufkreis weist zusätzlich eine normale Diode auf.
An den Freilaufkreis schließt sich ein Übertrager 12 mit seiner Primärseite an. Des weiteren ist ein Schaltregel-IC 13 vorgesehen. Das Schaltregel-IC 13 ist vorteilhaft in diesem Beispiel ein TNY254P oder TNY255P. Die Sekundärseite des Übertragers 12 ist über eine Diode, die eine schnelle Diode sein sollte, und einen weiteren Elko mit zwei Versor­ gungsanschlüssen für eine Steuerelektronik oder dgl. verbun­ den. Einer davon ist ein Masseanschluss.
Über einen Widerstand R1 und eine Zener-Diode ZD1 ist ein erster Optokoppler OK1 an die Sekundärseite des Übertragers 12 angeschlossen. Diese Bauteile bilden in diesem Schaltungs­ beispiel den ersten Regelkreis 15, der selbstverständlich auch anders ausgeführt sein kann. Der Ausgang des Optokopp­ lers OK1 ist mit einem Anschluss EN und einem internen Masseanschluss des Schaltregel-ICs 13 verbunden.
Die Erzeugung der Spannung an der Sekundärseite erfolgt dadurch, dass die Primärseite des Übertragers 12 mittels des Schaltregel-ICs 13 jeweils mit Energie aufgeladen wird und diese mit übersetztem Spannungsverhältnis an der Sekundärsei­ te abgibt. Über die Zener-Diode ZD1 wird die sekundärseitige Arbeitsspannung auf einen gewünschten Wert, festgelegt durch die Schwellspannung der Zener-Diode ZD1, begrenzt. Dies geschieht dadurch, dass die Zener-Diode ZD1 bei Überschreiten der Schwellspannung durchschaltet und über den Optokoppler OK1 das Schaltregel-IC 13 herunterregelt. Der Optokoppler wird vor allem wegen der galvanischen Trennung zwischen den Kreisen des Übertragers 12 verwendet. So wird die sekundäre Spannung des Übertragers 12 auf einen bestimmten Wert der Arbeitsspannung für die angeschlossene Steuerelektronik oder dgl. gehalten bzw. stabilisiert.
Als erfindungsgemäße Überwachungsschaltung 17 ist hier beispielhaft ein Widerstand R2, eine Zener-Diode ZD2 und ein Optokoppler OK2 vorgesehen. Ein Ausgang des Optokopplers OK2 ist mit einem Anschluss BP (Bypass) und ein anderer Ausgang mit internen Anschlüssen S1 bis S5 des Schaltregel-ICs 13 verbunden. Zusätzlich ist noch ein Widerstand R3 als Schutz­ widerstand zur Verluststrombegrenzung im Schaltregel-IC 13 vorgesehen.
Als Optokoppler können solche mit einem Thyristor- bzw. Triac-Ausgang, beispielsweise TLP 3052, verwendet werden. Anstelle der Zener-Dioden ZD1 und ZD2 können Unijunction- Transistoren oder Diacs verwendet werden. Angaben über die anderen Vorteile sind nebensächlich und werden der Kürze halber erspart, da der Fachmann diese nach Verwendung aus seinem Fachwissen heraus wählt.
FUNKTION
Bei der beispielhaften Schaltungsanordnung 11 ist durch die Zener-Diode ZD1 und den Widerstand R1 die Arbeitsspannung auf 12 Volt, also 11 Volt und 1 Volt intern für den Optokopp­ ler OK1, eingestellt. Auf diesen Spannungswert stabilisiert der Optokoppler OK1 im normalen Betriebsfall die Arbeitsspan­ nung, so dass das Schaltregel-IC 13 beim Aufladen des Über­ tragers 12 keine höhere Arbeitsspannung einstellt. Die Werte für die Ausgangsleistung der Schaltungsanordnung 11 liegen im Bereich einiger weniger VA, beispielsweise 5 bis 10 VA.
Im Fehlerfall, beispielsweise im ersten Regelkreis 15, kann der Optokoppler OK1 ausfallen und daraufhin das Schaltregel- IC 13 versuchen, maximal viel Energie über den Übertrager 12 zu übertragen und so eine zu hohe Sekundärspannung einzu­ stellen. Somit steigt die Arbeitsspannung an. Als Grenzwert kann durch die Wahl von ZD2 und R2 beispielsweise 15 Volt eingestellt sein. Überschreitet die Arbeitsspannung diesen Grenzwert, wird die Überwachungsschaltung 17 bzw. der Opto­ koppler OK2 aktiviert. Festgestellt wird die Überspannung durch Durchschalten der Zener-Diode ZD2. Daraufhin schaltet der Optokoppler OK2 den ersten Regelkreis 15 ab, indem er über den Anschluss BP die Spannung vom Anschluss EN des Schaltregel-ICs 13 wegnimmt und so der erste Regelkreis bzw. der Anschluss EN abgeschaltet wird. Nun kann das Schaltregel- IC 13 mittels des Übertragers 12 keine Energie mehr auf die Sekundärseite bringen.
Dabei wird der Spannungszustand am Optokoppler OK2 über den Anschluss BP selbsthaltend betrieben. Dies ist eine Art Selbstspeicherung des Schaltzustandes der Überwachungsschal­ tung 17, wodurch der erste fehlerhafte Regelkreis 15 dauer­ haft abgeschaltet bleibt.

Claims (9)

1. Elektrische Schaltungsanordnung (11), insbesondere für die Energieversorgung einer Steuerung eines Haushaltsge­ rätes, mit:
einem Schaltnetzteil mit einem Übertrager (12) mit Primärseite und Sekundärseite,
einem Gleichrichterteil, an dem eine Eingangswech­ selspannung anliegt,
einem Schaltregel-IC (13),
einem ersten Regelkreis (15),
wobei der erste Regelkreis (15) mit dem Schalt­ regel-IC (13) verbunden ist und diese über den Übertrager (12) eine bestimmte Arbeitsspannung an der Sekundärseite des Übertragers einstellen,
gekennzeichnet durch:
eine Überwachungsschaltung (17), die Schaltungs­ mittel (R2, ZD2) zur Detektierung eines Spannungs­ grenzwertes aufweist,
die Überwachungsschaltung (17) ist an das Schalt­ regel-IC (13) angeschlossen und
wobei bei einem von dem ersten Regelkreis (15) durch einen Fehlerfall erzeugten Übersteigen der Arbeitsspannung über einen bestimmten Spannungs­ grenzwert die Überwachungsschaltung (17) die Energieübertragung über den Übertrager (12) ab­ schaltet.
2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) den ersten Regelkreis (15) über einen Anschluss am Schalt­ regel-IC (13) abschaltet.
3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) parallel zu dem ersten Regelkreis (15) geschaltet ist.
4. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (15) ein Schaltelement aufweist, insbesondere ein Schaltelement mit einer galvanischen Trennung, vorzugsweise einen Optokoppler (OK1).
5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) ein Schaltelement aufweist, vorzugsweise mit galvanischer Trennung, insbesondere einen zweiten Optokoppler (OK2).
6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) den ersten Regelkreis (15) dauerhaft abschaltet.
7. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) einen eigenen Spannungsanschluss (BP) aufweist und selbsthaltend betreibbar ist, wobei sie vorzugsweise auch im spannungslosen Zustand aktiviert bleibt.
8. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) durch einen eigenen Span­ nungsanschluss (BP) auch nach zwischenzeitlichem Ab­ trennen vom Netz beim erneuten Einschalten durch den vorherigen Fehlerfall aktiviert bleibt und bei erneutem Überschreiten der Arbeitsspannung über einen bestimmten Spannungsgrenzwert den ersten Regelkreis (15) ausschal­ tet.
9. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gleichrichterteil ein Zwischenkreis und ein Freilauf­ kreis nachgeschaltet ist.
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