DE102004041396A1 - Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage - Google Patents

Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage Download PDF

Info

Publication number
DE102004041396A1
DE102004041396A1 DE200410041396 DE102004041396A DE102004041396A1 DE 102004041396 A1 DE102004041396 A1 DE 102004041396A1 DE 200410041396 DE200410041396 DE 200410041396 DE 102004041396 A DE102004041396 A DE 102004041396A DE 102004041396 A1 DE102004041396 A1 DE 102004041396A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
short
output
converter
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE200410041396
Other languages
German (de)
Inventor
Frank Roeder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE200410041396 priority Critical patent/DE102004041396A1/en
Publication of DE102004041396A1 publication Critical patent/DE102004041396A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer

Abstract

A short-circuit protection circuit (SE) for a converter (UM) with an input voltage (UE) converted into an output DC voltage (UA) by a clocked electronic switching device (T) and at least one control input (SDE,SDA) for blocking the clocked electronic switching device (T).The short-circuit protection circuit (SE) has a comparator (0V) which on the input side (-,+) is connected the output DC voltage (UA) and to a significant, small reference DC voltage (UR) and on the output side with the control input (SDE,SDA). An independent claim is included for a converter with clocked electronic switch.

Description

Kurzschlussschutzschaltung für einen Umrichter, insbesondere für einen DC/DC-Wandler sowie Umrichter bzw. DC/DC-Wandler mit einer solchen Kurzschlussschutzschaltung Die Erfindung betrifft eine Kurzschlussschutzschaltung für einen Umrichter, welcher eine Eingangsspannung mittels getakteter elektronischer Schaltmittel in eine Ausgangsgleichspannung umrichtet und zumindest einen Steuereingang zur Sperrung der getakteten elektronischen Schaltmittel aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Umrichter, insbesondere einen DC/DC-Wandler, mit einer solchen Kurzschlussschutzschaltung.Short-circuit protection circuit for one Inverter, especially for a DC / DC converter and converter or DC / DC converter with a Such a short circuit protection circuit The invention relates to a short circuit protection circuit for one Inverter, which provides an input voltage by means of clocked electronic Switching means in a DC output voltage and at least a control input for blocking the clocked electronic switching means having. The invention further relates to a converter, in particular a DC / DC converter, with such a short-circuit protection circuit.

Umrichter dienen der elektrischen Versorgung von angeschlossenen Verbrauchern, wie z.B. von Telekommunikationseinrichtungen, Steuergeräten, Aktoren. Unter dem Begriff Umrichter werden im folgenden DC/DC-Wandler sowie AC/DC-Wandler verstanden. Eingangskreis und Ausgangskreis des Umrichters können hierzu auch potentialgetrennt ausgeführt sein. Dies geschieht vorzugsweise über einen Transformator, welcher insbesondere im kHz-Bereich getaktet betrieben wird. Je nachdem, ob die Eingangsspannung größer oder kleiner ist als die Ausgangsgleichspannung, handelt es sich um einen Tiefsetzsteller oder um einen Hochsetzsteller. Die Bereitstellung der elektrischen Leistung am Ausgang erfolgt vornehmlich durch getaktete elektronische Schaltmittel und Freilaufdioden, welche eine oder mehrere Induktivitäten zyklisch laden und entladen.inverter serve the electrical supply of connected consumers, such as. of telecommunications equipment, control devices, actuators. The term inverter will be used in the following DC / DC converter as well Understood AC / DC converter. Input circuit and output circuit of the inverter can For this purpose also be executed isolated. This is preferably done via a Transformer, which operated in particular clocked in the kHz range becomes. Depending on whether the input voltage is greater or less than the DC output voltage, it is a buck converter or a boost converter. The provision of electrical power at the output takes place primarily by clocked electronic switching means and freewheeling diodes, which cyclically charge and discharge one or more inductors.

Die Leistungshalbleiter im Umrichter sind für einen ausgangsseitigen möglichen Kurzschluss zu schützen. Dies kann z.B. über eine flinke Schmelzsicherung am Ausgang erfolgen. Hierzu ist eine schnelle Abschaltung innerhalb weniger als einer Sekunde notwendig, da schlagartig ein Vielfaches des Nennstroms durch die Leistungsbauelemente fließt. Hinzu kommt, dass gemäß der Beziehung P = I2 · R die elektrische Leistung, die am jeweiligen Leistungshalbleiter abfällt, sogar mit dem Quadrat der Stromzunahme steigt. Diese elektrische Leistung würde somit zu einer sofortigen Zerstörung der Leistungshalbleiter führen, sollte der Kurzschlussstrom nicht innerhalb der o.g. Zeit erfolgen.The power semiconductors in the inverter are to be protected for an output-side possible short circuit. This can be done, for example, via a nimble fuse at the output. For this purpose, a quick shutdown within less than a second is necessary because suddenly a multiple of the rated current flows through the power devices. In addition, according to the relationship P = I 2 · R, the electric power dropped at the respective power semiconductor increases even with the square of the current increase. This electrical power would thus lead to an immediate destruction of the power semiconductors, should the short-circuit current not occur within the above-mentioned time.

Nachteilig daran ist aber, dass nach Auslösen der Sicherung und Wegfall des Kurzschlussereignisses der Umrichter nicht mehr einsatzfähig ist.adversely but that is because after triggering the fuse and omission of the short circuit event of the inverter is no longer operational.

Auch der alternative Einsatz von sog. PolySwitch führt nicht zum Ziel, da diese erst nach einer gewissen Zeit auslösen, die jedoch zu lang ist, um einen sich bei Kurzschluss einstellenden Kurzschlussstrom noch wirksam begrenzen zu können.Also the alternative use of so-called PolySwitch does not lead to the goal since this only after a certain time trigger, which is too long, around a short-circuiting short-circuit current still effectively limit.

Nachteilig ist auch der Einsatz einer in Reihe zum Ausgang des Umrichters geschaltete Drossel oder Spule. Diese vermag zwar die Stromanstiegsgeschwindigkeit zu begrenzen, jedoch weist die Drossel oder Spule ein relativ großes Bauvolumen gegenüber dem sonstigen Schaltungsteil des Umrichters auf.adversely is also the use of a series connected to the output of the inverter Throttle or coil. Although this is the current slew rate to limit, however, the throttle or coil has a relatively large volume of construction over the Other circuit part of the inverter.

Bekannt ist auch die Verwendung einer ausgangsseitigen Stromerfassung mittels eines Shunt-Widerstands. Der Mindestwert eines Shunt-Widerstands sollte dabei den Wert von 1 mΩ nicht unterschreiten, so dass noch ein Strommesssignal mit einem noch tolerablem Signal-/Rauschabstand für eine nachfolgende Messschaltung generiert werden kann. Diesbezüglich ist in einem Nennstrombereich von ca. 25 bis 50 A ein Widerstandswert von z.B. 5 mΩ sogar vorteilhafter.Known is also the use of an output-side current detection means a shunt resistor. The minimum value of a shunt resistor should not the value of 1 mΩ fall below, so that still a current measurement signal with a still tolerable signal-to-noise ratio for a subsequent measurement circuit can be generated. In this regard, is a resistance value in a rated current range of approx. 25 to 50 A. from e.g. 5 mΩ even more advantageous.

Nachteilig bei der Verwendung eines Shunt-Widerstands ist, dass zum einen der Ausgangswiderstand, d.h. der Quellenwiderstand, des Umrichters erhöht wird. Zum anderen benötigt der Shunt-Widerstand ein i.Vgl. zur restlichen Schaltung großes Bauvolumen von etlichen Kubikzentimetern sowie eine Entwärmungsmöglichkeit der am Shunt-Widerstand abfallenden Verlustleistung wie z.B. einen Kühlkörper. So fällt bei einem bei spielhaften Nennstrom von 100 A und bei einem Widerstandswert von 1 mΩ eine ständige Verlustleistung von 100 A · 100 A 1 mΩ = 10 W ab. Zudem verringert sich nachteilig der Gesamtwirkungsgrad des Umrichters aufgrund der nicht unerheblichen Verlustleistung am Shunt-Widerstand.adversely when using a shunt resistor, that is one of the Output resistance, i. the source resistance of the inverter is increased. On the other hand needed the shunt resistance an i.Vgl. to the rest of the circuit large volume of a few cubic centimeters and a Entwärmungsmöglichkeit at the shunt resistor decreasing power dissipation such as a heat sink. So falls in a playful Rated current of 100 A and with a resistance of 1 mΩ a constant power loss of 100 A · 100 A 1 mΩ = 10 W down. In addition, adversely affects the overall efficiency of the inverter due to the not inconsiderable power loss on Shunt resistor.

Bekannt ist weiterhin die Verwendung eines Stromwandlers, wie z.B. von der Fa. LEM oder der Fa. MBS Sulzbach Messwandler GmbH.Known is the use of a current transformer, such as of the Fa. LEM or Fa. MBS Sulzbach Messwandler GmbH.

Nachteilig daran sind die sehr große Bauform sowie die sehr hohen Kosten. So beträgt bei einem beispielhaften 100 A-Stromwandler die Wandlerbreite ca. 6 cm.adversely they are very big Design as well as the very high costs. So is an exemplary 100 A current transformer the transducer width about 6 cm.

Alternativ ist es auch möglich, die Halbleiterbauelemente für einen ausgangsnahen dauerhaft anliegenden Kurzschluss auszulegen. In diesem Fall ist der maximal mögliche Strom um ein Vielfaches größer als der ausgangsseitige Nennstrom.alternative it is also possible the semiconductor devices for to design an output-related permanent short-circuit. In this case, the maximum possible Electricity many times larger than the output rated current.

Der damit verbundene Nachteil ist, dass die Baugröße des Umrichters aufgrund der notwendigen Entwärmung erheblich zunimmt.Of the associated disadvantage is that the size of the inverter due the necessary heat dissipation increases significantly.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die für diesen Fall zu verwendenden elektronischen Leistungshalbleiter erheblich teurer sind als die in den obigen kurzschlussbegrenzten Fällen. Zudem ist ein ausgangsseitiger Kurzschluss auf der Eingangsseite nicht mehr feststellbar, wenn die Kurzschlussleistung am Ausgang kleiner ist als die elektrische Leistung bei maximaler Last. Eine Stromüberwachungsschaltung im Eingangskreis würde im Kurzschlussfall nicht ansprechen. Eine aktive Begrenzung des Ausgangsstroms über die Ansteuerung der taktenden elektronischen Schaltmittel wäre folglich nicht möglich.Another disadvantage is that the electronic power semiconductors to be used for this case are considerably more expensive than those in the above short-circuit limited cases. In addition, an output-side short circuit on the input side can no longer be detected if the short-circuit power at the Output is less than the electrical power at maximum load. A current monitoring circuit in the input circuit would not respond in the event of a short circuit. An active limitation of the output current via the control of the clocking electronic switching means would not be possible.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung eine für einen Umrichter sowie einen Umrichter mit einer solchen Kurzschluss- schutzschaltung anzugeben, welche eine äußerst kompakte Bauform des Umrichters erlaubt.It Thus, an object of the invention is one for a converter and a To specify converter with such a short-circuit protection, which is an extremely compact Design of the inverter allowed.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad des Umrichters zu erhöhen.It is another object of the invention, the efficiency of the inverter to increase.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Kurzschlussschutzschaltung für einen Umrichter, welcher eine Eingangsspannung mittels getakteter elektronischer Schaltmittel in eine Ausgangsgleichspannung umrichtet und zumindest einen Steuereingang zur Sperrung der getakteten elektronischen Schaltmittel aufweist. Die Kurzschlussschutzschaltung weist einen Komparator auf, welcher eingangsseitig mit der Ausgangsgleichspannung und einer betragsmäßig signifikant kleineren Referenzgleichspannung und ausgangsseitig mit dem zumindest einen Steuereingang verbunden ist.The Task is solved with a short circuit protection circuit for an inverter, which has a Input voltage by means of clocked electronic switching means converted into a DC output voltage and at least one control input to block the clocked electronic switching means. The short-circuit protection circuit has a comparator, which on the input side with the output DC voltage and a significant amount smaller reference DC voltage and the output side with the at least a control input is connected.

Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Kurzschlussschutzschaltung ist, dass anstelle einer ausgangsseitigen Strommessung mit relativ großen und verlustleistungsbehafteten Bauelementen eine äußerst kompakte und hinsichtlich der Verlustleistung zu vernachlässigende Spannungsmessschaltung verwendet wird. Aus einem signifikanten Einbruch der Ausgangsspannung wird ein Steuersignal für den Steuereingang des Umrichters erzeugt, so das die taktenden elektronischen Schaltmittel unmittelbar sperren. Ein weiterer Anstieg des Ausgangsstroms des Umrichters wird begrenzt.Of the size Advantage of the short-circuit protection circuit according to the invention is that instead of an output-side current measurement with relative big and lossy components a very compact and in terms of negligible power loss Voltage measuring circuit is used. From a significant slump the output voltage becomes a control signal for the control input of the inverter generated, so that the clocking electronic switching means immediately lock. Another increase in the output current of the inverter is limited.

Insbesondere liegt das Verhältnis von Referenz- zu Ausgangsgleichspannung im Bereich von 0,3 bis 0,5 liegt. Dies bedeutet, dass z.B. bei einem Einbruch der Ausgangsspannung um mindestens die Hälfte eine sofortige Abschaltung des Umrichters erfolgt.Especially is the ratio from reference to DC output voltage in the range of 0.3 to 0.5 lies. This means that e.g. at a break in the output voltage by at least half An immediate shutdown of the inverter takes place.

Bei einer höheren Ausgangsspannung, wie z.B. von 30 V, kann der Komparator eingangsseitig über einen Spannungsteiler mit der Ausgangsgleichspannung verbunden sein. Dadurch können vorteilhaft kostengünstige Standardbauelemente verwendet werden, welche vorzugsweise einen Eingangsspannungsbereich von –15 V bis +15 V aufweisen.at a higher one Output voltage, e.g. of 30 V, the comparator input on one side Voltage divider to be connected to the DC output voltage. Thereby can be beneficial inexpensive Standard components are used, which preferably a Input voltage range of -15 V to +15 V have.

In einer besonderen Ausführungsform ist der Komparator eingangsseitig über ein Filterglied, insbesondere über einen Tiefpass, mit der Ausgangsgleichspannung verbunden. Dadurch können kurzzeitige Störsignale, d.h. sog. Spikes, auf der Ausgangsgleichspannung ausgefiltert werden. Dadurch wird vorteilhaft einer möglichen Fehlauslösung vorgebeugt.In a particular embodiment the comparator is the input side via a filter member, in particular via a Low-pass, connected to the DC output voltage. This can be short-term noise, i.e. so-called spikes are filtered out on the DC output voltage. This is advantageous one possible false triggering prevented.

Weiterhin kann die Zeitkonstante des Filterglieds auf die notwendige Abschaltzeit zur Sperrung der Leistungshalbleiter angepasst werden, so dass diese thermisch nicht zerstört werden. Die Zeitkonstante des Filterglieds weist dabei vorzugsweise eine Zeitkonstante im Bereich von 0,25 s bis 1 s auf.Farther the time constant of the filter element can be set to the necessary switch-off time be adapted to block the power semiconductors, so this thermally not destroyed become. The time constant of the filter member preferably has a time constant in the range of 0.25 s to 1 s.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Komparator eingangsseitig über einen Widerstand mit der Referenzgleichspannung und über einen weiteren Widerstand mit dem Ausgang des Komparators zur Erzeugung einer Schalthysterese verbunden ist. Durch die Rückkopplung des Ausgangs des Komparators wird vorteilhaft bei Detektion eines Spannungseinbruchs zugleich die Referenzspannung erhöht, so dass dauerhaft ein aktives Steuersignal zur Sperrung der elektronischen Schaltmittel des Umrichters erzeugt wird bzw. der Ausgang des Umrichters verriegelt abgeschaltet wird.In A particularly advantageous embodiment is the comparator on the input side via a resistor with the reference DC voltage and a further resistance with the output of the comparator to generate a switching hysteresis is connected. By the feedback of the output of the Comparator becomes advantageous upon detection of a voltage dip at the same time increases the reference voltage, so that permanently active Control signal for blocking the electronic switching means of the inverter is generated or the output of the inverter is locked off.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Umrichter mit getakteten elektronischen Schaltmitteln zur Umrichtung einer Eingangsspannung in eine hierzu potentialgetrennte Ausgangsgleichspannung. Der Umrichter weist zumindest einen Steuereingang zur Sperrung der getakteten elektronischen Schaltmittel sowie eine erfindungsgemäße Kurzschlussschutzschaltung auf.The Task is still solved with a converter with clocked electronic switching means for the conversion of an input voltage to a potential-isolated DC output voltage. The inverter has at least one control input to Blocking the clocked electronic switching means and a short-circuit protection circuit according to the invention on.

In vorteilhafter Weise kann die Kurzschlussschutzschaltung im Umrichter integriert sein, so dass dieser äußerst kompakt realisiert werden kann. Zugleich weist der erfindungsgemäße Umrichter i.Vgl. zum Stand der Technik einen verbesserten Wirkungsgrad auf.In Advantageously, the short-circuit protection circuit in the inverter be integrated, making this extremely compact can be realized. At the same time, the inverter according to the invention i.Vgl. to the prior art improved efficiency.

Vorzugsweise weist der Umrichter einen ausgangsseitigen Nennstrom von mindestens 25 A. Vorteilhaft entfällt für Umrichter ab diesem Stromwert die bauraumgreifende Unterbringung und Entwärmung eines Shunt-Widerstands. Ab diesem Stromwert steigt die Verlustleistung deutlich über einem Watt an, so dass eine konventionelle Montage des Shunt-Widerstands auf einer Leiterplatte ohne gesonderte Maßnahmen nicht mehr möglich ist.Preferably the inverter has an output side rated current of at least 25 A. Advantageously eliminated for converters from this current value, the space-consuming accommodation and heat dissipation of a Shunt resistor. From this current value, the power loss increases clearly over a watt, allowing a conventional mounting of the shunt resistor on a circuit board without separate measures is no longer possible.

Insbesondere weist der Umrichter eine maximale Ausgangsgleichspannung von 100 V. Besondere Maßnahmen hinsichtlich der Abstände zwischen spannungsführenden Bauteilen sind für derartige Umrichter nicht zu berücksichtigen.Especially the inverter has a maximum DC output voltage of 100 V. Special measures in terms of distances between live Components are for not to consider such converters.

Die getakteten elektronischen Schaltmittel des erfindungsgemäßen Umrichters sind insbesondere Leistungstransistoren wie MOSFET-Transistoren oder IGBT.The clocked electronic switching means of the inverter according to the invention are in particular power transistors such as MOSFET transistors or IGBT.

In einer Ausführungsform ist der Umrichter ein DC/DC-Wandler, welcher je nach Anwendung eine Potentialtrennung zwischen Ein- und Ausgangskreis aufweisen kann oder nicht.In an embodiment the inverter is a DC / DC converter, which depending on the application a Potential separation between input and output circuit may have or not.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigtThe The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. there shows

1: einen beispielhaften Aufbau eines DC/DC-Wandlers als Umrichter mit beispielhaft zwei Steuereingängen zur Sperrung der taktenden elektronischen Schaltmittel und mit einer Kurzschlussschutzschaltung gemäß der Erfindung, und 1 FIG. 2 shows an example of a construction of a DC / DC converter as an inverter with, for example, two control inputs for blocking the clocking electronic switching means and with a short-circuit protection circuit according to the invention, and FIG

2: eine beispielhafte Kurzschlussschutzschaltung gemäß der Erfindung, welche ein Steuersignal für die beiden Steuereingänge des Umrichters gemäß 1 erzeugt. 2 : an exemplary short-circuit protection circuit according to the invention, which a control signal for the two control inputs of the inverter according to 1 generated.

Dabei zeigt 1 einen beispielhaften Aufbau DC/DC-Wandlers als Umrichter UM mit beispielhaft zwei Steuereingängen SDE, SDA zur Sperrung der taktenden elektronischen Schaltmittel T und mit einer Kurzschlussschutzschaltung KS gemäß der Erfindung. Mit UM' ist ein Umrichter bzw. DC/DC-Wandler nach dem Stand der Technik bezeichnet, welcher die o.g. Steuereingänge SDE, SDA aufweist. Die Steuereingänge SDE, SDA sind beispielhaft separat für den Eingangs- und Ausgangskreis des Umrichters UM ausgeführt. Die elektronischen Schaltmittel sind vorzugsweise Leistungstransistoren, insbesondere MOSFET-Transistoren oder IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Im Beispiel der Figur ist das Schaltsymbol eines MOSFET-Transistors dargestellt. Des Weiteren ist den beiden MOSFET-Transistoren T je ein Treiberbaustein TR vorgeschaltet, welcher beispielhaft das jeweilige Steuersignal an den Steuereingängen SDE, SDA anpasst und ggf. verstärkt.It shows 1 an exemplary construction of DC / DC converter as a converter UM with example two control inputs SDE, SDA for blocking the clocking electronic switching means T and with a short-circuit protection circuit KS according to the invention. With UM 'is a converter or DC / DC converter referred to in the prior art, which has the above-mentioned control inputs SDE, SDA. The control inputs SDE, SDA are exemplified separately for the input and output circuit of the inverter UM executed. The electronic switching means are preferably power transistors, in particular MOSFET transistors or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In the example of the figure, the switching symbol of a MOSFET transistor is shown. Furthermore, the two MOSFET transistors T are each preceded by a driver module TR which, for example, adapts and, if necessary, amplifies the respective control signal at the control inputs SDE, SDA.

Eingangseitig sind der Eingangstrom IE sowie die Eingangsgleichspannung UE eingezeichnet. Mittels eines dargestellten Öffners k lässt sich nach Sperrung bzw. Verriegelung des Umrichters UM dieser nach kurzer Unterbrechung der Eingangsgleichspannung UE wieder einschalten. Ausgangsseitig sind der zugehörige Ausgangsstrom IA sowie die zugehörige Ausgangsspannung UA eingetragen. Die Eingangsgleichspannung UE beträgt für das vorliegende Beispiel +48 V, die Ausgangsgleichspannung UA beispielhaft +30 V. Dass Massesymbol kennzeichnet das Bezugspotential.On the input side are the input current IE and the input DC voltage UE drawn. through an illustrated opener k lets after blocking or locking the inverter UM this after short interruption of the input DC voltage UE turn on again. On the output side are the associated Output current IA and the associated Output voltage UA entered. The input DC voltage UE is for the present Example +48 V, the output DC voltage UA exemplarily +30 V. The earth symbol indicates the reference potential.

Das Bezugszeichen HS kennzeichnet eine Schaltung zur Erzeugung von Hilfsspannungen UR, U15, welche der elektrischen Versorgung der elektronischen Bauelemente der erfindungsgemäßen Kurzschlussschutzschaltung KS dienen. Die Hilfsspannungs schaltung HS kann auch in der Kurzschlussschutzschaltung KS integriert sein, ist aber zum besseren Verständnis separat dargestellt. UR bezeichnet eine Referenzgleichspannung, U15 eine Hilfsspannung in Höhe von 15 V, welche typisch für Standard-Operationsverstärker ist. Die Hilfsspannungen UR, U15 können z.B. über eine Reihenschaltung von Widerstand und Zenerdiode oder über einen Linearspannungsregler erzeugt werden, wobei die notwendige elektrische Leistung den Bruchteil eines Watts beträgt.The Reference symbol HS denotes a circuit for generating auxiliary voltages UR, U15, which is the electrical supply of the electronic components the short-circuit protection circuit according to the invention KS serve. The auxiliary voltage circuit HS can also in the short-circuit protection circuit KS is integrated, but is shown separately for better understanding. UR denotes a reference DC voltage, U15 an auxiliary voltage in height of 15 V, which is typical for Standard operational amplifier is. The auxiliary voltages UR, U15 may e.g. via a series circuit of resistor and zener diode or over a linear voltage regulator are generated, with the necessary electrical power is the fraction of a watt.

Am Ausgang der Kurzschlussschutzschaltung KS wird im Falle eines detektierten Kurzschlusses ein Steuersignal SIG aktiviert, welches gemäß der Erfindung über die Steuereingänge SDE, SDA des DC/DC-Wandlers UM diesen unmittelbar sperrt.At the Output of the short circuit protection circuit KS is detected in case of a Short circuit activates a control signal SIG, which according to the invention on the control inputs SDE, SDA of the DC / DC converter UM this immediately blocks.

2 zeigt eine beispielhafte Kurzschlussschutzschaltung KS gemäß der Erfindung, welche das Steuersignal SIG für die beiden Steuereingänge SDE, SDA des Umrichters bzw. des DC/DC-Wandlers UM gemäß 1 erzeugt. Im linken Teil der Figur ist eine an sich bekannte Komparatorschaltung mit einem Operationsverstärker 0V dargestellt. Die Widerstände R1 und R2 weisen beispielsweise einen Wert von 5,1 kΩ auf. Als Spannungsteiler R1, R2 setzten diese eine Ausgangsgleichspannung UA von beispielsweise 30 V in eine anteilige Spannung UA' von 15 V um, so dass diese vom nachgeschalteten Operationsverstärker 0V an dessen invertierendem Eingang (–) signaltechnisch weiterverarbeitet werden kann. Der Operationsverstärker 0V ist zur elektrischen Versorgung an die positive 15 V-Hilfsspannungsversorgung U15 sowie an Masse angeschlossen. Ein Kondensator C1 mit einer beispielhaften Kapazität von 100 nF dient der Entstörung von hochfrequenten Signalen auf der Ausgangsgleichspannung UA. 2 shows an exemplary short-circuit protection circuit KS according to the invention, which the control signal SIG for the two control inputs SDE, SDA of the inverter and the DC / DC converter UM according to 1 generated. In the left part of the figure, a comparator circuit known per se with an operational amplifier 0V is shown. The resistors R1 and R2 have, for example, a value of 5.1 kΩ. As a voltage divider R1, R2 they set a DC output voltage UA of, for example, 30 V in a proportionate voltage UA 'of 15 V, so that it can be further processed by the downstream operational amplifier 0V at its inverting input (-). The operational amplifier 0V is connected to the positive 15 V auxiliary voltage supply U15 and to ground for electrical supply. A capacitor C1 with an exemplary capacity of 100 nF serves to suppress high-frequency signals on the DC output voltage UA.

Gemäß der Erfindung ist diesem invertierendem Signaleingang (–) bereits ein Tiefpass R4, C2 vorgeschaltet, so dass die maximale Abschaltzeit auf die maximale kurzzeitige Verlustleistung der verwendeten Leistungshalbleiter T des Umrichters UM angepasst werden kann. Im Beispiel der Figur beträgt die Zeitkonstante gemäß der Beziehung T=1/RC ca. 0,47 s bei Verwendung eines beispielhaften Widerstands R4 von 100 kΩ und eines Kondensators C2 von 4,7 μF.According to the invention is already a low-pass R4 to this inverting signal input (-), C2 upstream, so that the maximum shutdown time to the maximum short-term power loss of the power semiconductors used T of the inverter UM can be adjusted. In the example of the figure is the Time constant according to the relationship T = 1 / RC about 0.47 s using an exemplary resistor R4 of 100 kΩ and of a capacitor C2 of 4.7 μF.

Eine Referenzgleichspannung UR in Höhe von 5 V ist weiterhin über einen Widerstand R3 mit einem Wert von 1 kΩ an dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 0V angeschlossen. Zugleich wirkt bereits gemäß der Erfindung der Ausgang des Operationsverstärkers 0V über einen Widerstand R5 mit einem Wert von 100 kΩ auf den nichtinvertierenden Eingang (+) zurück. Über diesen Mitkoppelzweig wird der bereits anteiligen Referenzgleichspannung UR' eine Hysteresespannung in Höhe von ca. 50 mV aufgeschaltet, so dass nach Sperrung des Umrichters UM dieser in Sperrung verleibt.A reference DC voltage UR in the amount of 5 V is further connected via a resistor R3 with a value of 1 kΩ at the non-inverting input (+) of the operational amplifier 0V sen. At the same time already works according to the invention, the output of the operational amplifier 0V via a resistor R5 with a value of 100 kΩ back to the non-inverting input (+). About this Mitkoppelzweig the already proportionate reference DC voltage UR 'a hysteresis voltage in the amount of about 50 mV is switched, so that after blocking the inverter UM this is in blocking.

Gemäß der Erfindung schaltet der Komparator 0V um, wenn die Ausgangsspannung UA unter einem Spannungswert von 10 V fällt. In diesem Fall liegen an den Eingängen (+, –) des Operationsverstärkers 0V die geteilte Ausgangsspannung UA' in Höhe von 5 V sowie die 5 V der Referenzgleichspannung UR' an. Über einen weiteren Spannungsteiler R6, R7 steuert der Ausgang des Operationsverstärkers 0V nun einen Schalttransistor PD an. Dieser wird leitend und „zieht" somit ein Steuersignal SIG zur Sperrung der taktenden elektronischen Schaltmittel T des Umrichters UM nach Masse. Im normalen Betrieb beträgt die Spannung des Steuersignals SIG am Pulldown-Widerstand R8 15 V, im Kurzschlussfall dagegen ca. 0 V. Die Steuereingänge SDE, SDE des Umrichters UM sind gemäß dem Beispiel der Figur folglich low-aktiv.According to the invention the comparator 0V switches when the output voltage UA is below a voltage of 10V falls. In this case, 0V are present at the inputs (+, -) of the operational amplifier the divided output voltage UA 'in Height of 5 V and the 5 V of the reference DC voltage UR 'on. About another voltage divider R6, R7, the output of the operational amplifier 0V now controls a switching transistor PD on. This becomes conductive and thus "pulls" a control signal SIG to block the clocking electronic switching means T of the inverter UM to ground. In normal operation is the Voltage of control signal SIG at pull-down resistor R8 15 V, in Short circuit, on the other hand, approx. 0 V. The control inputs SDE, SDE of the inverter UM are according to the example The figure thus low-active.

Claims (11)

Kurzschlussschutzschaltung (SE) für einen Umrichter (UM), welcher eine Eingangsspannung (UE) mittels getakteter elektronischer Schaltmittel (T) in eine Ausgangsgleichspannung (UA) umrichtet und zumindest einen Steuereingang (SDE, SDA) zur Sperrung der getakteten elektronischen Schaltmittel (T) aufweist, wobei die Kurzschlussschutzschaltung (SE) einen Komparator (0V) aufweist, welcher eingangsseitig (–, +) mit der Ausgangsgleichspannung (UA, UA') und einer betragsmäßig signifikant kleineren Referenzgleichspannung (UR, UR') und ausgangsseitig mit dem zumindest einen Steuereingang (SDE, SDE) verbunden ist.Short circuit protection circuit (SE) for one inverter (UM), which an input voltage (UE) by means of clocked electronic Switching means (T) converted into a DC output voltage (UA) and at least a control input (SDE, SDA) to block the clocked electronic Switching means (T), the short-circuit protection circuit (SE) a comparator (0V), which input side (-, +) with the DC output voltage (UA, UA ') and a magnitude significantly smaller reference DC voltage (UR, UR ') and output side to which at least one control input (SDE, SDE) is connected. Kurzschlussschutzschaltung (SE) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Referenz- (UR') zu Ausgangsgleichspannung (UA') im Bereich von 0,3 bis 0,5 liegt.Short-circuit protection circuit (SE) according to claim 1, the ratio from reference (UR ') to DC output voltage (UA ') in the range of 0.3 to 0.5. Kurzschlussschutzschaltung (SE) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Komparator (0V) eingangsseitig (–) über einen Spannungsteiler (R1, R2) mit der Ausgangsgleichspannung (UA) verbunden ist.Short circuit protection circuit (SE) according to claim 1 or 2, wherein the comparator (0V) on the input side (-) via a voltage divider (R1, R2) is connected to the DC output voltage (UA). Kurzschlussschutzschaltung (SE) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Komparator (0V) eingangsseitig (–) über ein Filterglied (R4, C2), insbesondere über einen Tiefpass mit der Ausgangsgleichspannung (UA) verbunden ist.Short circuit protection circuit (SE) according to one of the preceding Claims, wherein the comparator (0V) on the input side (-) via a filter member (R4, C2), especially about a low pass is connected to the DC output voltage (UA). Kurzschlussschutzschaltung (SE) nach Anspruch 4, wobei das Filterglied (R4, C2) eine Zeitkonstante im Bereich von 0,25 s bis 1 s aufweist.Short-circuit protection circuit (SE) according to claim 4, wherein the filter element (R4, C2) has a time constant in the range of 0.25 s to 1 s. Kurzschlussschutzschaltung (SE) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Komparator (0V) eingangsseitig (+) über einen Widerstand (R3) mit der Referenzgleichspannung (UR) und über einen weiteren Widerstand (R5) mit dem Ausgang des Komparators (0V) zur Erzeugung einer Schalthysterese verbunden ist.Short circuit protection circuit (SE) according to one of the preceding Claims, wherein the comparator (0V) on the input side (+) via a resistor (R3) with the reference DC voltage (UR) and another resistor (R5) with the output of the comparator (0V) to generate a switching hysteresis connected is. Umrichter (UM) mit getakteten elektronischen Schaltmitteln (T) zur Umrichtung einer Eingangsspannung (UE) in eine hierzu potentialgetrennte Ausgangsgleichspannung (UA) und mit zumindest einem Steuereingang (SDE, SDA) zur Sperrung der getakteten elektronischen Schaltmittel (T), gekennzeichnet durch eine Kurzschlussschutzschaltung (SE) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.Inverter (UM) with clocked electronic switching means (T) for converting an input voltage (UE) into a potential-isolated DC output voltage (UA) and with at least one control input (SDE, SDA) for blocking the clocked electronic switching means (T), characterized by a short circuit protection circuit (SE) after a of the preceding claims. Umrichter (UM) nach Anspruch 7 mit einem ausgangsseitigen Nennstrom von mindestens 25 A.Converter (UM) according to claim 7 with an output side Rated current of at least 25 A. Umrichter (UM) nach Anspruch 7 oder 8 mit einer maximalen Ausgangsgleichspannung von 100 V.Converter (UM) according to claim 7 or 8 with a maximum DC output voltage of 100 V. Umrichter (UM) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die getakteten elektronischen Schaltmittel (T) Leistungstransistoren wie MOSFET-Transistoren oder IGBT sind.Converter (UM) according to one of Claims 7 to 9, wherein the clocked electronic switching means (T) power transistors like MOSFET transistors or IGBTs. Umrichter (UM) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Umrichter ein DC/DC-Wandler ist.Converter (UM) according to one of Claims 7 to 10, wherein the inverter is a DC / DC converter.
DE200410041396 2004-08-26 2004-08-26 Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage Ceased DE102004041396A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410041396 DE102004041396A1 (en) 2004-08-26 2004-08-26 Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410041396 DE102004041396A1 (en) 2004-08-26 2004-08-26 Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004041396A1 true DE102004041396A1 (en) 2006-03-02

Family

ID=35745569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200410041396 Ceased DE102004041396A1 (en) 2004-08-26 2004-08-26 Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102004041396A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009032067A1 (en) * 2009-07-07 2011-01-27 Continental Automotive Gmbh Device for protecting a DC-DC converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0398420A (en) * 1988-10-24 1991-04-24 Fuji Electric Co Ltd Arm short-circuit detector for power converter
JPH07327316A (en) * 1994-05-31 1995-12-12 Hitachi Ltd Constant voltage power supply circuit
EP0780950A2 (en) * 1995-12-23 1997-06-25 Robert Bosch Gmbh Method for protecting a switching regulator, device and application

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0398420A (en) * 1988-10-24 1991-04-24 Fuji Electric Co Ltd Arm short-circuit detector for power converter
JPH07327316A (en) * 1994-05-31 1995-12-12 Hitachi Ltd Constant voltage power supply circuit
EP0780950A2 (en) * 1995-12-23 1997-06-25 Robert Bosch Gmbh Method for protecting a switching regulator, device and application

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungstechnik. 11 Aufl., 1999, S.613-614, Springer Verlag Berlin *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009032067A1 (en) * 2009-07-07 2011-01-27 Continental Automotive Gmbh Device for protecting a DC-DC converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006036569B4 (en) Driver circuit of a semiconductor power switching element
EP2340593B1 (en) Multi-staged overvoltage protection circuit, in particular for information-technology systems
DE102005002359B4 (en) Current limiting circuit and method of operating the circuit
EP3021444B1 (en) Circuit for protection against overvoltages
EP2920857A1 (en) Protective circuit for a current transformer and current transformer with a protection circuit
EP1374378A1 (en) Device for voltage conversion
EP3221943B1 (en) Protective circuit for overvoltage and/or overcurrent protection
DE102011053013A1 (en) Symmetrical device for balancing voltage division of serially-connected energy storage devices e.g. capacitors, has control unit that drives switch element of bypass circuit according to voltage requirement of energy storage device
DE102010031669B4 (en) Buck converter and method for providing a current to at least one LED
DE102004059455A1 (en) Overvoltage detection and protection arrangement for e.g. power supply unit, has filter connected with input, and transient detector connected with input, where filter is low pass filter
WO2020165215A1 (en) Electronic switch with current regulation
EP0339598A2 (en) Protection circuit for capacitives loads
DE102004041396A1 (en) Short-circuit protection circuit for converter e.g. for telecommunications equipment, has comparator connected to output DC voltage and to reference DC voltage
AT523936A4 (en) METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A SEMICONDUCTOR SWITCH
WO2021013922A1 (en) Overcurrent protection device for a direct current network
WO1995015608A1 (en) Voltage transformer
WO2015062902A1 (en) Overvoltage protection circuit for a power semiconductor and method for protecting a power semiconductor from overvoltages
EP3053270B1 (en) Inverter circuit with voltage limitation
DE102021128811B3 (en) Circuit arrangement with reliable detection of short circuits
DE69922495T2 (en) Circuit for connection between a car radio and a motor vehicle battery
EP3152823B1 (en) Circuit arrangement for voltage conversion
DE102016122383A1 (en) Hybrid energy storage system
DE10115869B4 (en) Device for protecting an output stage circuit
DE102020205024A1 (en) Switching device and method for controlling a semiconductor switch
DE102005007377A1 (en) Power supply for generating a low DC voltage

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection