DE102006016983A1 - Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteils sowie Schaltnetzteil - Google Patents

Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteils sowie Schaltnetzteil Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteiles sowie ein Schaltnetzteil. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteiles (100) zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Halogenlampen (200), deren elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur zunimmt, wird eine Gesamtstellgröße (151) für eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles (100) nach einem Einschalten des Schaltnetzteiles (100) in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Änderung des Widerstands der elektrischen Verbraucher (200) derart bis auf einen Normalbetriebswert erhöht, dass bei einem überlast- und kurzschlussfreien Betrieb die Ausgangsleistung unterhalb eines einstellbaren Maximalwerts bleibt, eine Schaltstromstärke durch ein Schaltmittel (113) des Schaltnetzteils (100), das zur Erzeugung einer Wechselspannung (UE) an einem Übertrager (111) des Schaltnetzteils (100) dient, ermittelt, und die Gesamtstellgröße (151) bei zunehmender Schaltstromstärke reduziert, wenn die Schaltstromstärke eine einstellbare Schaltstromschwellenstromstärke überschreitet. Verwendung beispielsweise in Beleuchtungssystemen.

Description

  • Anwendungsgebiet und Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteiles sowie ein Schaltnetzteil.
  • Schaltnetzteile oder so genannte elektronische Transformatoren verfügen in der Regel über eine Überlast- und Kurzschlussabsicherung. Dies verhindert eine Beschädigung des Schaltnetzteils bei nicht ordnungsgemäß angeschlossenen Verbrauchern, beispielsweise Verbrauchern mit einem zu großen Leistungswert oder bei einem versehentlichen Kurzschluss von Ausgangsanschlüssen des Schaltnetzteils.
  • Bei Schaltnetzteilen bzw. elektronischen Transformatoren für Halogenlampen mit einer Halbbrückenschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Spannung an einem Übertrager des Schaltnetzteils wird eine Kurzschlussabsicherung herkömmlicherweise durch Messen des Stroms durch den gegen Masse geschalteten Transistor der Halbbrücke realisiert. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines so genannten Shunt- Widerstands erfolgen, der zwischen einen Emitter des Transistors und Masse eingeschleift ist. Wenn der gemessene Strom einen Schwellenwert überschreitet, kann ein Schwingvorgang der Halbbrücke für eine bestimmte Zeit unterbrochen werden, wodurch die vom Schaltnetzteil abgegebene Leistung reduziert bzw. vollständig unterdrückt wird.
  • Da jedoch der elektrische Widerstand von Halogenlampen bei steigender Temperatur stark zunimmt, d.h. diese nach einem Einschalten im kalten Zustand einen wesentlich kleineren Widerstand als bei Betriebstemperatur aufweisen, muss der Schwellenwert zur Kurzschlussabsicherung sehr hoch gewählt werden, um zu verhindern, dass im Einschaltfall die Kurzschlussabsicherung aufgrund des geringen Widerstands anspricht, und somit ein Einschalten im kalten Zustand gänzlich verhindert.
  • Dieser hoch zu dimensionierende Schwellenwert bedingt wiederum, dass eine schleichend bzw. langsam erfolgende Laststeigerung erst detektierbar ist, wenn bereits sehr hohe Ströme fließen, d.h. eine Ausgangsleistung durch das Schaltnetzteil zu erzeugen ist, die deutlich über derjenigen Ausgangsleistung liegt, für die das Schaltnetzteil dimensioniert ist. Ein länger andauernder Betrieb des Schaltnetzteils bei diesen Bedingungen, d.h. knapp unter dem Schwellenwert, kann jedoch zu einer Überlastung und somit zu einer Beschädigung des Schaltnetzteils führen.
  • Um dies zu verhindern, wird zur reinen Überlasterkennung bzw. Überlastabsicherung nicht der Strom durch das Schaltmittel gemessen, sondern eine Temperaturmessung an Leistungsbauelementen des Schaltnetzteils durchgeführt. Die Überlasterkennung macht sich hierbei den Effekt zu nutze, dass bei einer erhöhten Ausgangsleistung des Schaltnetzteils im Überlastbetrieb eine starke Erwärmung der Leistungsbauelemente auftritt. Diese Erwärmung wird durch die Temperaturmessung detektiert, wobei im Überlastfall die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils reduziert wird.
  • Dies bedeutet, dass zur Kurzschlusserkennung bzw. -absicherung eine Strommessung und zur Überlasterkennung bzw. -absicherung eine Temperaturmessung notwendig ist, wodurch die Komplexität und somit die Fehleranfälligkeit und die Herstellungskosten derartiger Schaltnetzteile steigen.
  • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteiles sowie ein Schaltnetzteil zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Betriebssicherheit aufweisen und kostengünstig herstellbar sind.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Schaltnetzteil nach Anspruch 6.
  • Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteiles, das zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern dient, deren elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur zunimmt, wird eine Gesamtstellgröße für eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles nach einem Einschalten des Schaltnetzteiles in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Änderung des Widerstands der elektrischen Verbraucher derart bis auf einen Normalbetriebswert erhöht, dass bei einem überlast- und kurzschlussfreien Betrieb die Aus gangsleistung unterhalb eines einstellbaren Maximalwerts bleibt. Eine Schaltstromstärke durch ein Schaltmittel des Schaltnetzteils, das zur Erzeugung einer Wechselspannung an einem Übertrager des Schaltnetzteils dient, wird ermittelt und die Gesamtstellgröße bei zunehmender Schaltstromstärke reduziert, wenn die Schaltstromstärke eine einstellbare Schaltstromschwellenstromstärke überschreitet.
  • Der beschriebene Gesamtstellgrößenverlauf über der Zeit berücksichtigt den Temperaturverlauf des elektrischen Widerstands der Verbraucher, d.h. beim Einschalten bzw. kurz nach dem Einschalten wird die Gesamtstellgröße derart erzeugt, dass ihr eine geringe theoretische Ausgangsleistung entspricht. Folglich führt der geringe elektrische Widerstand der Verbraucher aufgrund der noch geringen Gesamtstellgröße nicht zu hohen Strömen oder Schaltstromstärken bzw. einer hohen Ausgangsleistung. Gleichzeitig mit der Zunahme des Widerstandes der Verbraucher durch deren Erwärmung wird die Gesamtstellgröße bis auf den Normalbetriebswert erhöht. Der Normalbetriebswert kann von einem einstellbaren Sollwert der Ausgangsleistung abhängen oder, falls keine Sollwerteinstellung vorgesehen ist, einer Ausgangsleistung entsprechen, für die das Schaltnetzteil dimensioniert ist. Dieser so genannte Sanftanlauf, d.h. das langsame Hochdimmen der Halogenlampen bis zur Volllast, bewirkt, dass hohe Ströme beim Einschalten der noch kalten Halogenlampen vermieden werden, wodurch eine Stromstärkenschwelle, ab der ein Kurzschluss detektiert wird, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich reduziert werden kann. Auf diese Weise kann folglich durch eine Strommessung zusätzlich zur Kurzschlusserkennung bzw. Kurzschlussabsicherung auch eine Überlasterkennung bzw. Überlastabsicherung erfolgen.
  • Durch das kontinuierliche Reduzieren der Gesamtstellgröße bei zunehmender Schaltstromstärke, wenn die Schaltstromstärke die einstellbare Schaltstromschwellenstromstärke überschreitet, wird die Ausgangsleis tung des Schaltnetzteils kontinuierlich reduziert, wodurch eine Überlastung und somit eine Beschädigung bzw. Zerstörung des Schaltnetzteils zuverlässig verhindert wird. Die Schaltstromschwellenstromstärke kann derart gewählt werden, dass eine Reduzierung der Gesamtstellgröße erst bei einem Überschreiten einer maximalen Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles einsetzt.
  • Üblicherweise handelt es sich bei der Gesamtstellgrößeneinstellung um einen gesteuerten und nicht um einen geregelten Vorgang, d.h. die Vorgabe der Ausgangsleistung durch Einstellung der Gesamtstellgröße erfolgt beispielsweise anhand von Gesamtstellgrößenwerten, die durch Berechung, unter der Annahme einer angenommenen, typischen Ausgangslast, einer theoretischen Ausgangsleistung zugeordnet sind. In anderen Worten: die Vorgabe der Gesamtstellgröße mit einem bestimmten Wert berücksichtigt nicht die tatsächlich vorhandene Ausgangslast bzw. die tatsächlich ausgegebene Leistung, sondern entspricht einer berechneten Beziehung zwischen Gesamtstellgrößenwerten und Ausgangsleistungswerten bei einer typischen Ausgangslast.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Gesamtstellgröße durch Überlagerung einer ersten Teilstellgröße und einer zweiten Teilstellgröße gebildet, wobei die erste Teilstellgröße ein pulsweitenmoduliertes Signal ist, dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von einem einstellbaren Ausgangsleistungssollwert eingestellt wird, und die zweite Teilstellgröße aus der Schaltstromstärke gebildet wird. Dies ermöglicht beispielsweise die Verwendung herkömmlicher Verfahren bzw. Schaltungsteile, die über einen einstellbaren Ausgangsleistungssollwert verfügen, welcher der ersten Teilstellgröße entspricht, jedoch keine Überlastabsicherung durch Veränderung dieses pulsweitenmoduliertes Signals unterstützen. Durch die Überlagerung der zweiten Teilstellgröße kann modular eine Überlastabsicherung realisiert werden. Bevorzugt ist die Gesamtstellgröße ein pulsweitenmoduliertes Signal, dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von einem Ausgangsleistungssollwert eingestellt wird, und die erste Teilstellgröße und die zweite Teilstellgröße werden derart überlagert, dass das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals der Gesamtstellgröße bei zunehmender Schaltstromstärke abnimmt.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Wechselspannung an dem Übertrager durch eine Halbbrückenschaltung erzeugt.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Schaltstromstärke durch einen Shunt-Widerstand ermittelt, der zwischen das Schaltmittel und ein Bezugspotential eingeschleift wird.
  • Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil mit einer Überlast- und Kurzschlussabsicherung zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Halogenlampen, deren elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur zunimmt, umfasst einen Übertrager, der an seinem Eingang mit einer hochfrequenten Wechselspannung im mehrere kHz-Bereich beaufschlagt wird und an dessen Ausgang eine Ausgangsspannung zur Versorgung der elektrischen Verbraucher ansteht. Weiterhin ist mindestens ein Schaltmittel zur Erzeugung der Wechselspannung an dem Übertrager und eine Schaltstrommesseinrichtung zur Messung einer Schaltstromstärke durch das Schaltmittel vorgesehen. Eine Steuereinrichtung ist zur Erzeugung einer ersten Teilstellgröße für eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles ausgebildet, wobei die erste Teilstellgröße derart erzeugt wird, dass eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles nach einem Einschalten des Schaltnetzteiles in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Änderung des Widerstands der elektrischen Verbraucher derart bis auf einen Normalbetriebswert erhöht wird, dass bei einem überlast- und kurzschlussfreien Betrieb die Ausgangsleistung unterhalb eines einstellbaren Maximalwerts bleibt. Eine mit der Schaltstrommesseinrichtung gekoppelte Lasterkennungseinrichtung ist zur Erzeugung einer zweiten Teilstellgröße für die Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles ausgebildet. Eine Überlagerungseinrichtung dient zur Erzeugung einer Gesamtstellgröße für die Ausgangsleistung durch Überlagerung der ersten Teilstellgröße mit der zweiten Teilstellgröße, wobei die zweite Teilstellgröße derart erzeugt und die erste Teilstellgröße mit der zweiten Teilstellgröße derart überlagert wird, dass die Gesamtstellgröße bei zunehmender Schaltstromstärke reduziert wird, wenn die Schaltstromstärke eine einstellbare Schaltstromschwellenstromstärke überschreitet.
  • In einer Weiterbildung des Schaltnetzteils ist eine Halbbrückenschaltung vorgesehen, wobei die Halbbrückenschaltung das Schaltmittel umfasst.
  • In einer Weiterbildung des Schaltnetzteils umfasst die Schaltstrommesseinrichtung einen Shunt-Widerstand, der zwischen das Schaltmittel und ein Bezugspotential eingeschleift ist.
  • In einer Weiterbildung des Schaltnetzteils umfasst die Lasterkennungseinrichtung eine Diode, die mit ihrer Anode mit einem Anschluss des Shunt-Widerstands verbunden ist, einen ersten Widerstand, der mit Kathode der Diode verbunden ist, einen Kondensator, der zwischen den ersten Widerstand und ein Bezugspotential eingeschleift ist, einen zweiten Widerstand und einen dritten Widerstand, die zwischen einen Verbindungsknoten des Kondensators und des ersten Widerstands und das Bezugspotential eingeschleift sind, und einen Stell-Transistor, der durch ein an einem Verbindungsknoten des zweiten und des dritten Widerstand anstehendes Signal angesteuert wird, wobei die zweite Teilstellgröße durch den Stell-Transistor ausgegeben wird.
  • In einer Weiterbildung des Schaltnetzteils umfasst die Steuereinrichtung einen Optokoppler mit einem Ausgangs-Transistor, wobei die erste Teilstellgröße durch den Ausgangs-Transistor ausgegeben wird.
  • In einer Weiterbildung des Schaltnetzteils umfasst die Überlagerungseinrichtung einen Kopplungs-Widerstand, der zwischen eine Versorgungsspannung und einen Anschluss des Ausgangs-Transistors und einen Anschluss des Stell-Transistors eingeschleift ist, und ein Logik-Gatter mit mindestens einem Eingangs-Anschluss, der mit einem Verbindungsknoten des Kopplungs-Widerstands und der Anschlüsse des Stell-Transistors und des Ausgangs-Transistor verbunden ist, wobei die Gesamtstellgröße an einem Ausgangsanschluss des Logik-Gatters ansteht. Das Logik-Gatter kann ein beliebiges digitales Schaltglied, beispielsweise ein UND-Gatter oder ein Schmitt-Trigger sein, das zur digitalen Aufbereitung des durch Überlagerung der Teilstellsignale entstehenden Signals dient.
  • Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die einzige Zeichnung bzw. Figur zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil zur Versorgung von Halogenlampen.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltnetzteil 100 zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in Form einer Halogenlampe 200.
  • Das Schaltnetzteil 100 umfasst eine herkömmliche Halbbrückenschaltung 110 mit einem Übertrager 111, der an seinem Eingang mit einer hochfrequenten Wechselspannung UE im Bereich von ca. 40 kHz beaufschlagt wird und an dessen Ausgang eine Ausgangsspannung UA zur Versorgung der Halogenlampe 200 ansteht. Die Halbbrückenschaltung 110 umfasst weiterhin ein erstes Schaltmittel in Form eines Transistors 112 und ein zweites Schaltmittel in Form eines Transistors 113, die seriell zwischen eine durch einen Gleichrichter 300 aus einer Netzspannung UN erzeugte Spannung UG eingeschleift sind und zur Erzeugung der hochfrequenten Wechselspannung UE dienen. Parallel zu den Transistoren 112 und 113 sind Kondensatoren 114 und 115 seriell zwischen die Spannung UG eingeschleift. Der Übertrager 111 ist mit seinem Eingang bzw. seiner Primärwicklung zwischen einen Verbindungsknoten des ersten Transistors 112 und des zweiten Transistors 113 und einen Verbindungsknoten des ersten Kondensators 114 und des zweiten Kondensators 115 eingeschleift.
  • Eine Steuereinrichtung 140 dient zur Erzeugung einer ersten Teilstellgröße 144 zur Einstellung bzw. Vorgabe einer Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles 100. Die Steuereinrichtung 140 umfasst hierzu einen Mikroprozessor 141, auf dem ein nicht gezeigtes Steuerprogramm abläuft. Der Mikroprozessor 141 erzeugt die Teilstellgröße 144 als pulsweitenmoduliertes Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis, das in Abhängigkeit von einem einstellbaren Ausgangsleistungssollwert eingestellt wird. Das Tastverhältnis (auch Tastgrad; engl. duty cycle) gibt das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands (Impulsdauer) zur Peri odendauer des Rechtecksignals an. Der Ausgangsleistungssollwert ist beispielsweise durch nicht gezeigte Bedienelement einstellbar.
  • Die erste Teilstellgröße 144 wird derart erzeugt, dass eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles nach einem Einschalten des Schaltnetzteiles 100 in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Änderung des Widerstands der Halogenlampe 200 derart bis auf einen Normalbetriebswert erhöht wird, dass bei einem überlast- und kurzschlussfreien Betrieb die Ausgangsleistung unterhalb eines einstellbaren Maximalwerts bleibt. Der einstellbare Maximalwert kann beispielsweise einer Nennleistung des Schaltnetzteiles entsprechen oder geringfügig, beispielsweise 10 Prozent über oder unter dieser liegen. Der typische Widerstand der Halogenlampe 200 in kaltem Zustand ist bekannt. Durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses des pulsweitenmodulierten Signals 144 kann nun sichergestellt werden, dass die Ausgangsleistung während der Erwärmung der Halogenlampe 200 kleiner als der Maximalwert bleibt, obwohl der Widerstand der Halogenlampe 200 zu diesem Zeitpunkt deutlich kleiner ist, als in aufgeheiztem Zustand.
  • Durch Messung einer typischen Aufheizkurve kann der Widerstandsverlauf der Halogenlampe über der Zeit ermittelt werden. Das Tastverhältnis der ersten Teilstellgröße 144 wird nun in Abhängigkeit von der gemessenen Aufheizkurve kontinuierlich oder schrittweise bis auf einen Normalbetriebswert derart erhöht, dass die Maximalleistung nicht überschritten wird. Das Tastverhältnis des Normalbetriebswerts wird in Abhängigkeit von dem eingestellten Ausgangsleistungssollwert eingestellt. Beispielsweise kann das Tastverhältnis in 1-Prozent-Schritten von einem Anfangswert von 10 Prozent über eine Zeitdauer von ca. 100ms bis 1000ms auf 70 Prozent erhöht werden. Anschließend bleibt das Tastverhältnis konstant bei 70 Prozent, wenn der diesem Tastverhältnis zugeordnete Ausgangsleistungssollwert unverändert bleibt.
  • Die Teilstellgröße 144 als pulsweitenmoduliertes Rechtecksignal dient zur Ansteuerung eines Optokopplers 142 der Steuereinrichtung 140, wobei ein Ausgangs-Transistor 143 des Optokopplers 142 die erste Teilstellgröße 144 galvanisch getrennt vom Eingang des Optokopplers 142 ausgibt.
  • Eine Lasterkennungseinrichtung 160 ist zur Erzeugung einer zweiten Teilstellgröße 161 für die Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles 100 ausgebildet. Hierzu umfasst die Lasterkennungseinrichtung 160 eine Schaltstrommesseinrichtung zur Messung des durch den Transistor 113 fließenden Schaltstroms in Form eines Shunt-Widerstands 162, der zwischen eine Source-Elektrode des Transistors 113 und ein Bezugspotential bzw. Masse eingeschleift ist, eine Diode 163, die mit ihrer Anode mit einem Anschluss des Shunt-Widerstands verbunden ist, einen ersten Widerstand 164, der mit Kathode der Diode 163 verbunden ist, einen Kondensator 165, der zwischen den ersten Widerstand 164 und Masse eingeschleift ist, einen zweiten Widerstand 166 und einen dritten Widerstand 167, die zwischen einen Verbindungsknoten des Kondensators 165 und des ersten Widerstands 164 und Masse eingeschleift sind, und einen Stell-Transistor 168, der durch ein an einem Verbindungsknoten des zweiten und des dritten Widerstands anstehendes Signal angesteuert wird, wobei die zweite Teilstellgröße 161 durch den Stell-Transistor 168 in Form eines Stroms ausgegeben wird. Der Widerstand 164 und der Kondensator 165 bilden einen Mittelwert der am Shunt-Widerstand 162 anstehenden Spannung und die Widerstände 166 und 167 dienen als Spannungsteiler zur geeigneten Einstellung einer Schaltstromschwellenstromstärke, ab der der Transistor 168 leitend wird.
  • Eine Überlagerungseinrichtung 150 zur Erzeugung einer Gesamtstellgröße 151 für die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils 100 umfasst einen Kopplungs-Widerstand 152, der zwischen eine Versorgungsspannung VCC und einen Anschluss des Ausgangs-Transistors 143 und ei nen Anschluss des Stell-Transistors 168 eingeschleift ist, und ein UND-Gatter 153 mit Eingangs-Anschlüssen, die jeweils mit einem Verbindungsknoten des Kopplungs-Widerstands 152 und der Anschlüsse des Stell-Transistors 168 und des Ausgangs-Transistor 143 verbunden sind, wobei die Gesamtstellgröße 151 an einem Ausgangsanschluss des Logik-Gatters ansteht.
  • Die Gesamtstellgröße 151 dient als Eingangssignal für eine Ansteuerschaltung 170, die aus der Gesamtstellgröße 151 geeignete Ansteuersignale für die Transistoren 112 und 113 erzeugt, wobei die Ansteuersignale für die Transistoren 112 und 113 in Abhängigkeit von der Gesamtstellgröße 151 derart erzeugt werden, dass sich eine der Gesamtstellgröße 151 entsprechende, theoretische Ausgangsleistung ergibt.
  • Die Überlagerungseinrichtung 150 erzeugt die Gesamtstellgröße 151 als pulsweitenmoduliertes Signal, wobei die erste Teilstellgröße 144 und die zweite Teilstellgröße 161 derart überlagert werden, dass das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals der Gesamtstellgröße 151 bei zunehmender Schaltstromstärke abnimmt.
  • Wenn die durch den Shunt-Widerstand 162 gemessene mittlere Schaltstromstärke Werte aufweist, die unterhalb der Schaltstromschwellenstromstärke liegen, ergibt sich eine Basis-Emitter-Spannung am Stell-Transistor 168, bei welcher dieser im wesentlichen sperrt. Für diesen Fall wird das erste Teilstellsignal 144 im wesentlichen unverändert an den Ausgang des Optokopplers 142 übertragen und an die Eingänge des UND-Gatters 153 angelegt.
  • Wenn die durch den Shunt-Widerstand 162 gemessene mittlere Schaltstromstärke Werte aufweist, die über der Schaltstromschwellenstromstärke liegen, ergibt sich eine Basis-Emitter-Spannung am Stell-Transistor 168, bei welcher dieser leitend wird. Die Stromstärke des zweiten Teilstellsignals 162 hängt hierbei von der mittleren Schaltstromstärke ab und nimmt für größere Schaltstromstärken zu. Die Überlagerungseinrichtung 150 bewirkt in Abhängigkeit von dem zweiten Teilstellsignal 161 eine Verflachung bzw. eine Reduzierung einer Flankensteilheit des durch den Optokoppler 142 ausgegebenen ersten Teilstellsignals 144, wodurch das Gesamtstellsignal 151 ein im Vergleich zu dem ersten Teilstellsignal 144 geringeres Tastverhältnis aufweist. Dies bewirkt eine Reduktion der von dem Schaltnetzteil ausgegebenen Leistung. Ab einer bestimmten, hohen mittleren Stromstärke durch den Shunt-Widerstand 162 schaltet der Stell-Transistor 168 vollständig durch, wodurch die Gesamtstellgröße 151 auf einen Wert von Null gesetzt wird. Die Gesamtstellgröße 151 ist folglich ein konstantes Signal, wodurch wiederum die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils 100 vollständig abgeschaltet wird. Da für diesen Fall der Kondensator 165 über die Widerstände 166 und 167 langsam entladen wird, nimmt der Kollektor-Emitter-Widerstand des Stell-Transistors 168 langsam wieder zu, wodurch die Ausgangsleistung ebenfalls wieder zunimmt. Auf diese Wiese ist ein so genannter Autorestartbetrieb möglich, wenn die Überlast bzw. der Kurzschluss nicht mehr vorliegt.
  • Bei geeigneter Dimensionierung erfolgt folglich bei störungsfreiem Betrieb keine Leistungsreduktion durch die zweite Teilstellgröße 161. Bei einem schleichenden Lastanstieg über einen zulässigen Leistungswert hinaus wird die Gesamtstellgröße 151 durch Überlagerung der ersten und der zweiten Teilstellgröße 144 bzw. 161 zunehmend reduziert, wobei ab einer Stromstärke durch den Shunt-Widerstand 162, beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses, die zum Durchschalten des Stell-Transistors 168 führt, die Leistungsabgabe vollständig abgeschaltet bzw. unterbunden wird.
  • Die gezeigten Ausführungsbeispiele ermöglichen eine zuverlässige Überlast- und Kurzschlussabsicherung des Schaltnetzteils durch Auswer tung der Schaltstromstärke, wodurch eine getrennte Temperaturüberwachung der Leistungsbauelemente entfallen kann.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Überlast- und Kurzschlussabsicherung eines Schaltnetzteiles (100) zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Halogenlampen (200), deren elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Gesamtstellgröße (151) für eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles (100) nach einem Einschalten des Schaltnetzteiles (100) in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Änderung des Widerstands der elektrischen Verbraucher (200) derart bis auf einen Normalbetriebswert erhöht wird, dass bei einem überlast- und kurzschlussfreien Betrieb die Ausgangsleistung unterhalb eines einstellbaren Maximalwerts bleibt, – eine Schaltstromstärke durch ein Schaltmittel (113) des Schaltnetzteils (100), das zur Erzeugung einer Wechselspannung (UE) an einem Übertrager (111) des Schaltnetzteils (100) dient, ermittelt wird, und – die Gesamtstellgröße (151) bei zunehmender Schaltstromstärke reduziert wird, wenn die Schaltstromstärke eine einstellbare Schaltstromschwellenstromstärke überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gesamtstellgröße (151) durch Überlagerung einer ersten Teilstellgröße (144) und einer zweiten Teilstellgröße (161) gebildet wird, wobei – die erste Teilstellgröße (144) ein pulsweitenmoduliertes Signal ist, dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von einem einstellbaren Ausgangsleistungssollwert eingestellt wird, und – die zweite Teilstellgröße (161) aus der Schaltstromstärke gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtstellgröße (151) ein pulsweitenmoduliertes Signal ist, dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von einem Ausgangsleistungssollwert eingestellt wird, und die erste Teilstellgröße (144) und die zweite Teilstellgröße (161) derart überlagert werden, dass das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals der Gesamtstellgröße (151) bei zunehmender Schaltstromstärke abnimmt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung (UE) an dem Übertrager (111) durch eine Halbbrückenschaltung (110) erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstromstärke durch einen Shunt-Widerstand (162) ermittelt wird, der zwischen das Schaltmittel (113) und ein Bezugspotential eingeschleift wird.
  6. Schaltnetzteil mit einer Überlast- und Kurzschlussabsicherung zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von Ha logenlampen (200), deren elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur zunimmt, mit: – einem Übertrager (111), der an seinem Eingang mit einer hochfrequenten Wechselspannung (UE) beaufschlagt wird und an dessen Ausgang eine Ausgangsspannung (UA) zur Versorgung der elektrischen Verbraucher (200) ansteht, – mindestens einem Schaltmittel (112, 113) zur Erzeugung der Wechselspannung (UE) an dem Übertrager (111) und – einer Schaltstrommesseinrichtung (162) zur Messung einer Schaltstromstärke durch das Schaltmittel (113), gekennzeichnet durch – eine Steuereinrichtung (140), die zur Erzeugung einer ersten Teilstellgröße (144) für eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles (100) ausgebildet ist, wobei die erste Teilstellgröße (144) derart erzeugt wird, dass eine Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles (100) nach einem Einschalten des Schaltnetzteiles (100) in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Änderung des Widerstands der elektrischen Verbraucher (200) derart bis auf einen Normalbetriebswert erhöht wird, dass bei einem überlast- und kurzschlussfreien Betrieb die Ausgangsleistung unterhalb eines einstellbaren Maximalwerts bleibt, – eine mit der Schaltstrommesseinrichtung (162) gekoppelte Lasterkennungseinrichtung (160), die zur Erzeugung einer zweiten Teilstellgröße (161) für die Ausgangsleistung des Schaltnetzteiles (100) ausgebildet ist, und – eine Überlagerungseinrichtung (150) zur Erzeugung einer Gesamtstellgröße (151) für die Ausgangsleistung des Schaltnetzteils (100) durch Überlagerung der ersten Teilstellgröße (144) mit der zweiten Teilstellgröße (161), wobei die zweite Teilstellgröße (161) derart erzeugt und die erste Teilstellgröße (144) mit der zweiten Teilstellgröße (161) der art überlagert wird, dass die Gesamtstellgröße (151) bei zunehmender Schaltstromstärke reduziert wird, wenn die Schaltstromstärke eine einstellbare Schaltstromschwellenstromstärke überschreitet.
  7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Halbbrückenschaltung (110), wobei die Halbbrückenschaltung (100) das Schaltmittel (113, 114) umfasst.
  8. Schaltnetzteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstrommesseinrichtung einen Shunt-Widerstand (162) umfasst, der zwischen das Schaltmittel (113) und ein Bezugspotential eingeschleift ist.
  9. Schaltnetzteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasterkennungseinrichtung umfasst: – eine Diode (163), die mit ihrer Anode mit einem Anschluss des Shunt-Widerstands (162) verbunden ist, – einen ersten Widerstand (164), der mit Kathode der Diode (163) verbunden ist, – einen Kondensator (165), der zwischen den ersten Widerstand (164) und ein Bezugspotential eingeschleift ist, – einen zweiten Widerstand (166) und einen dritten Widerstand (167), die zwischen einen Verbindungsknoten des Kondensators (165) und des ersten Widerstands (164) und das Bezugspotential eingeschleift sind, und – einen Stell-Transistor (168), der durch ein an einem Verbindungsknoten des zweiten und des dritten Widerstands anstehendes Signal angesteuert wird, wobei die zweite Teilstellgröße (161) durch den Stell-Transistor (168) ausgegeben wird.
  10. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (140) einen Optokoppler (152) mit einem Ausgangs-Transistor (143) umfasst, wobei die erste Teilstellgröße (144) durch den Ausgangs-Transistor (143) ausgegeben wird.
  11. Schaltnetzteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinrichtung (150) umfasst: – einen Kopplungs-Widerstand (152), der zwischen eine Versorgungsspannung (VCC) und einen Anschluss des Ausgangs-Transistors (143) und einen Anschluss des Stell-Transistors (168) eingeschleift ist, und – ein Logik-Gatter (153) mit mindestens einem Eingangs-Anschluss, der mit einem Verbindungsknoten des Kopplungs-Widerstands (152) und der Anschlüsse des Stell-Transistors (168) und des Ausgangs-Transistor (143) verbunden ist, wobei die Gesamtstellgröße (151) an einem Ausgangsanschluss des Logik-Gatters (153) ansteht.
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