DE102007058613A1 - Sperrwandler - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
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    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
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    • H02M3/335Conversion 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
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Abstract

Eine Sperrwandlerschaltung arbeitet mit einem Transformator, der lediglich eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist. Der Transformator enthält . Die Steuerspannung für den Oszillator wird aus der Primärspannung des Transformators abgeleitet, und zwar während der Freilaufphase. Ferner ist eine Spannungsüberwachungsschaltung vorgesehen, die unabhängig vom Oszillator arbeitet, der Ausgangsspannung des Oszillators unterdrückt, wenn die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers zu groß wird. Eine Stromüberwachungsschaltung arbeitet unabhängig von dem Oszillator und der Spannungsüberwachungsschaltung und unterdrückt die Impulse für den Leistungstransistor, wenn der Strom an der Ausgangsseite ein vorgegebenes Maß überschreitet.

Description

  • In zunehmendem Maße gehen die Bemühungen bei elektrischen Anlagen dahin, die Sicherheit zu erhöhen, indem zusätzlich Redundanz vorgesehen wird. Dies gilt insbesondere für den explosionsgefährdeten Bereich. Hier sollen gefährliche Betriebssituationen soweit wie möglich ausgeschlossen werden.
  • Im explosionsgeschützten Bereich können Gefährdungen auftreten, wenn auf den Leitungen, die in eine gefährdete Zone führen, Ströme und/oder Spannungen auftreten, die einen zündfähigen Funken erzeugen können. Andererseits ist bei entsprechenden Leistungen auch die Gefahr gegeben, dass Bauteile Oberflächentemperaturen erreichen können, die wiederum ein zündfähiges Gemisch zünden können. Beide Risiken steigen infolge von immer mehr Strom ziehende Verbraucher wie z. B. moderne Bussysteme.
  • Das Augenmerk gilt deswegen den Stromversorgungseinrichtungen und -anordnungen um sicher zu stellen, dass zusätzlich zu den normalen vorhandenen Kontrollen Mechanismen wirksam sind, um gefährliche Zustände auch dann auszuschließen, wenn ein Fehler in den standardmäßigen Regelkreisen aufgetreten ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind Stromversorgungseinrichtungen bekannt, die nach dem Sperrwandler- oder nach dem Durchflusswandlerprinzip arbeiten. Diese Schaltungen verwenden Transformatoren mit galvanisch getrennten Wicklungen und dienen dazu, die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung herunter oder herauf zu setzen. Diese Wandlerschaltungen enthalten Rückkopplungsmechanismen um Strom und/oder Spannung auf der Sekundärseite zu regeln.
  • Die Wandlerschaltungen enthalten primärseitig wenigstens einen gesteuerten Halbleiterschalter in Serie zu der Primärwicklung des Transformators um den entsprechenden Wechselstrom zu erzeugen.
  • Ferner benötigen die bekannten Schaltungen eine dritte Wicklung auf dem Übertrager um die Rückkoppelung zu erzeugen. Bei gedruckten Transformatoren ist die unzweckmäßig.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung einen Sperrwandler zu schaffen, der keine weitere Wicklung auf dem Transformator benötigt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Stromversorgungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1.
  • Die neue Stromversorgungsanordnung enthält einen Stromversorgungseingang, über den sie mit elektrische Energie versorgt wird. In der Stromversorgungsanordnung ist ein Transformator mit einer Primärwicklung und einer davon galvanisch getrennten Sekundärwicklung vorgesehen. Ein gesteuerter Halbleiterschalter liegt mit der Primärwicklung in Serie, wobei die Serienschaltung zum Stromversorgungseingang parallel geschaltet ist.
  • Vorteilhafterweise arbeitet der Oszillator als astabi ler Multivibrator.
  • Der Oszillator kann als Kombination aus einem Schmidtträger und einem RC-Glied aufgebaut sein.
  • Die Steuerspannung für den Oszillator kann sich aus der Spannung an der Primärwicklung im Freilaufbetrieb zuzüglich der Eingangsspannung an den Eingangsklemmen der Schaltungsanordnung zusammensetzen.
  • In der Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des Oszillators und dem Steuereingang des Leistungshalbleiters kann ein Entkopplungswiderstand liegen.
  • Zur Erzeugung des Steuersignals des Oszillators kann ein Tiefpass vorgesehen sein, der an der Primärwicklung angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine Spannung gewonnen, die kontinuierlich anliegt und nicht mehr die kurzzeitigen Schwankungen der Spannung an der Primärwicklung enthält. Lediglich die langfristigen Schwankungen entsprechen der Belastung des Transformators werden über den Tiefpass weitergeleitet.
  • Die Spannung an dem Siebkondensator des Tiefpasses kann dazu verwendet werden, ein Verstärkerelement zu steuern, mit dessen Hilfe die Steuerspannung für den Oszillator erzeugt wird.
  • Das Verstärkungselement kann ein bipolarer Transistor sein.
  • Parallel zu dem Siebkondensator kann ein ohmscher Spannungsteiler liegen, mit dem die Regelspannung entspre chend herunter geteilt werden kann.
  • An den Spannungsteiler kann ein Shuntregulator angeschlossen sein um zu verhindern, dass unterhalb einer bestimmten Spannung in die Regelung des Oszillators eingegriffen wird.
  • Der Siebkondensator des RC-Glieds ist zweckmäßigerweise über eine Diode, die als Einweggleichrichter arbeitet mit der Primärwicklung verbunden.
  • Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte zum Verständnis der Erfindung. Weitere nicht beschriebene Details kann der Fachmann in der gewohnten Weise dem Schaltbild entnehmen, das insoweit die Figurenbeschreibung ergänzt. Es ist klar, dass eine Reihe von Abwandlungen an der Schaltung möglich sind.
  • Die genaue Dimensionierung der einzelnen Bauteile kann der Fachmann ohne Weiteres anhand der gegebenen Funktionserläuterung vornehmen.
  • Im Übrigen ist das Schaltbild vereinfacht und zeigt nur Elemente die zum Verständnis erforderlich sind.
  • Die einzige Figur der Zeichnung gibt das Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wieder.
  • Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung, die dazu vorgesehen ist, elektrische Ver braucher in einem explosionsgefährdeten Bereich mit Strom zu versorgen. Beispiele für solche Anwendungen sind Bussysteme. Hier fließt eine verhältnismäßig hoher Strom bei einer relativ niedrigen Spannung. Aus Sicherheitsgründen muss dafür gesorgt werden, dass auf der Stromversorgungsleitung, die in den explosionsgefährdeten Bereich führt, der Strom auch dann keine unzulässig hohen Werte annehmen darf, wenn ein Verbraucher versagt und zu hohen Strom ziehen würde. Andererseits dürfen die Geräte auch nicht dadurch gefährdet werden, dass auf der Sekundärseite wegen eines Ausfalls eines Verbrauchers eine zu hohe Speisespannung entstehen würde.
  • Normalerweise wird das Einhalten dieser Randbedingungen durch die inhärente Regelung bewerkstelligt. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach 1 ist darüber hinaus eine zusätzliche Redundanz vorgesehen, die eingreift, falls die normale Regelung versagen sollte.
  • Die Schaltungsanordnung weist zwei Eingangsklemmen 1 und 2 auf, die gemeinsam einen Stromversorgungseingang 3 bilden. Die elektrische Energie wird an Ausgangsklemmen 4 und 5 abgegeben, die zusammen einen Stromversorgungsausgang 6 darstellen. Der Stromversorgungseingang 3 ist von dem Stromversorgungsausgang 6 galvanisch über einen Transformator 7 getrennt, zu dem eine Primärwicklung 8 und eine Sekundärwicklung 9 gehören. Die notwendige Wechselspannung bzw. der notwendige Wechselstrom durch die Primärwicklung 8 wird mit Hilfe eines Mosfet 11 erzeugt. Der Primärwicklung 8 ist keine Freilaufdiode parallel geschaltet.
  • An die Primärwicklung 8 ist eine reduntante Spannungsbegrenzungsschaltung 12 angeschlossen sowie eine Strombe grenzungsschaltung 13. Mit beiden Schaltungsanordnungen wird die oben erläuterte Redundanz erreicht. Außerdem ist ein Oszillator 14 vorhanden.
  • Die Primärwicklung 8 und der Mosfet 11 bilden eine Serienschaltung, die zu den Eingängen 1 und 2 parallel geschaltet ist. Hierbei liegt das Source an der Eingangsklemme 2 und das Drain ist mit der Primärwicklung verbunden.
  • Der Mosfet 11 verfügt über ein Gate 15. Das Gate 15 liegt über einen Schutzwiderstand 16 an dem Oszillator 14 in Gestalt eines astabilen geregelten Multivibrators mit variablem Tastverhältnis.
  • Die Sekundärwicklung 9, deren Wicklungssinn gegenüber der Primärwicklung 8 mit den Punkten bezeichnet ist, ist mit einer Einweggleichrichterschaltung verbunden. Diese umfasst eine Gleichrichterdiode 17, die ein Ende der Sekundärwicklung 9 mit einem Siebkondensator 18 verbindet, dessen anderer Anschluss zu der Sekundärwicklung 9 zurückführt.
  • Der Siebkondensator 18 liegt damit parallel zu den beiden Ausgangsanschlüssen 4 und 5, an die die Last eingeschlossen ist.
  • Wie unschwer zu erkennen ist, handelt es sich bei der Gleichrichteranordnung um eine Halbwellengleichrichteranordnung. Der Mosfet 11 wird so betrieben, dass sich insgesamt eine Sperrwandlerschaltung ergibt, d. h. die Energieübertragung innerhalb des Transformators 7 geschieht während der Abschaltphase des Mosfet 11.
  • An sich arbeitet die Schaltungsanordnung geregelt, indem das Tastverhältnis, mit dem der Mosfet 11 angesteuert wird, entsprechend nachgeregelt wird.
  • Die Spannungsüberwachungsschaltung 12 hat den Zweck, unabhängig von der normalerweise wirksamen Regelung dafür zu sorgen, zwangsweise die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 9 zu begrenzen. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 12 enthält einen Speicherkondensator 19, der über eine Entkopplungsdiode 21 zu der Primärwicklung 8 parallel geschaltet ist. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Anode der Diode 21 mit dem Drain des Mosfet 11 verbunden ist, während der Kondensator 19 mit seinem von der Diode 21 abliegenden Ende an den Anschluss 1 angeschaltet ist.
  • Parallel zu dem Kondensator 19 liegt eine Serienschaltung aus zwei ohmschen Widerständen 22 und 23. Außerdem gehört zu der Spannungsbegrenzungsschaltung 12 ein bipolarer PNP-Transistor 24 sowie ein bipolarer NPN-Transistor 25. Der Transistor 24 liegt mit seinem Emitter an der Kathode der Diode 21, während der Kollektor über einen Widerstand 26 mit der Schaltungsmasse 2 und eine Z-Diode 27 mit der Basis des Transistors 25 verbunden ist. Ein Shuntregulator 28 liegt mit seinen Hauptstreckenanschlüssen zwischen der Basis des Transistors 24 und dem heißen Ende der Primärwicklung 8 bzw. dem Eingangsanschluss 1. Der Steueranschluss des Shuntregulators 28 ist an die Verbindungsstelle zwischen den beiden ohmschen Widerständen 22 und 23 angeschaltet. Die beiden Widerstände 22 und 23 definieren auf diese Weise die Schaltschwelle, ab der der Shuntregulator 28 leitend wirkt.
  • Der Transistor 25 ist schließlich mit seinem Kollektor an dem Gate 15 angeschlossen während der Emitter an dem Source des Mosfet 11 bzw. dem Eingangsanschluss 2 liegt.
  • Die Strombegrenzungseinrichtung 13 umfasst einen Kondensator 28, der parallel zu der Leistungsstrecke des Mosfet 11 liegt, d. h. der Kondensator 29 liegt einends an dem Source und anderenends an dem Drain. Ferner ist zu dem Kondensator 28 ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator 31, parallel geschaltet.
  • Parallel zu dem Widerstand 30 liegt die Steuerstrecke eines bipolaren PNP-Transistors 32, dessen Emitter mit dem Drain des Mosfet 11 in Verbindung steht.
  • Über den Kollektor des Transistors 32 wird ein Tyristor 33 gesteuert, dessen Steueranschluss mit dem Kollektor des Transistors 32 verbunden ist. Die Anode des Tyristors 33 liegt an dem Gate 15 und die Kathode ist an dem Source des Mosfet 11 angeschlossen. Der Tyristor 33 liegt damit parallel zu der Leistungsstrecke des Mosfet 11.
  • Die insoweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:
    Im Normalbetrieb sorgt die Ansteuerschaltung für den Mosfet 11 dafür, dass dieser mit einem Rechteckerpuls beaufschlagt wird, wodurch der Mosfet 11 über das Gate 14 periodisch auf und zu gesteuert wird. Im leitenden Zustand erzeugt der Mosfet 11 einen Strom durch die Primärwicklung 8. Im abgeschalteten Zustand wird die während der Leitungsphase des Mosfet 11 in der Primärwicklung 8 gespeicherte magnetische Energie auf die Sekundärwicklung 9 übertragen, so dass die angeschaltete Last mit Strom versorgt wird.
  • Durch Variation des Tastverhältnisses des Pulses der in das Gate 15 gelangt, wird sichergestellt, dass bei gegebener bzw. variabler Last an dem Ausgangsanschluss 6 die Spannung über den Siebkondensator 18 konstant gehalten wird.
  • Während der Freilaufphase, d. h. wenn der Mosfet 11 abgeschaltet ist, reflektiert der Strom durch die Primärwicklung 8 und die dort auftretende Spannung die Strom- und Spannungssituation an der Sekundärwicklung 9.
  • Im Normalbetrieb entsteht während der Freilaufphase an der Primärwicklung 8 eine Spannung, die dazu führt, dass über die Diode 21 der Siebkondensator 19, der als Integrator wirkt, aufgeladen wird. Die am Kondensator 19 anstehende Spannung wird über die Teilerwiderstände 22, 23 auf einen entsprechenden Wert herunter geteilt, wie er sich aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung ergibt. Im Normalbetrieb ist die Spannung ausreichend hoch, damit der Shuntregulator 28 leitend wird und somit einen Basisstrom für den Transistor 24 erzeugt. Der somit aufgesteuerte Transistor 24 erzeugt einen Spannungsabfall an dem Widerstand 26 der ein Abbild der Spannung auf der Sekundärseite des Transformators 7 ist. Im Normalbetrieb bleibt die Z-Diode 27 gesperrt. Erst wenn aufrund einer Störung auf der Sekundärseite und einer Störung des Oszillators 14 die Spannung zu hoch werden sollte und die Schaltschwelle der Z-Diode 27 überschreitet, wird zusätzlich ein Basisstrom für den Transistor 25 erzeugt. Der Transistor 25 wird aufgesteuert und schließt das Gate 15 des Mosfet 11 gegen Masse kurz. Der Mosfet 11 ist damit gesperrt. Der Sperrzustand bleibt erhalten, bis die Spannung an dem Kondensator 19 zusammen mit der Spannung an den Eingangsanschlüssen 1, 2 einen Wert erreicht, der kleiner ist als der Schwellwert der Z-Diode 27.
  • Wie sich aus der Zeichnung unschwer ergibt, ist das Aufsteuern des Transistors 24 von der Eingangsspannung an den Klemmen 1, 2 unabhängig. Der Leitzustand des Transistors 24 wird ausschließlich über die Spannung an dem Integrationskondensator 19 in Verbindung mit dem Shuntregulator 28 geregelt. In die Steuerspannung für den Transistor 25 geht die Eingangsspannung allerdings ein.
  • Wenn aus dem Strom, den der Transistor 24 liefert, keine Steuerspannung für den Oszillator 14 abgeleitet werden soll, kann die Z-Diode 27 entfallen und die Teilerwiderstände 22, 23 werden so dimensioniert, dass der Shuntregulator 28 erst aufmacht, wenn die Schwelle für die zulässige Spannung an der Primärwicklung 9 nach oben überschritten wird, was einer entsprechenden Überspannung an der Sekundärwicklung 8 im Freilaufzustand entspricht.
  • Nach einer vorgegebenen Zeit, die sich letztlich aus der Zeitkonstanten ergibt, die der Kondensator 19 in Verbindung mit den beiden Widerständen 22, 23 sowie dem Kollektorstrom des Transistors 24 ergibt, sinkt die Spannung unter die Schwellspannung der Z-Diode 27 und der Transistor 25 geht in den Sperrzustand über, so dass wieder Taktimpulse in den Mosfet 11 gelangen können. Der Sperrschwinger nimmt seine Funktion wieder auf. Sollte die Überspannung wieder auftreten wiederholt sich das soeben erläuterte Wechselspiel.
  • Bei entsprechend kleiner Zeitkonstanten der Ansteuer seite des Transistors 24 kann dieses Eingreifen auch innerhalb eines Impulses verschwinden, mit dem der Mosfet 11 in den leitenden Zustand gesteuert wird.
  • In diesem Falle kann der astabile Multivibrator 14, mit dem das Eingangssignal für den Mosfet 11 erzeugt wird, eine konstante Frequenz und ein konstantes Tastverhältnis haben. Die Impulslänge wird letztlich dann durch die Spannungsbegrenzungsschaltung 12 festgelegt, indem der anstehende Puls über die Spannungsbegrenzungsschaltung 12 periodisch unterdrückt wird.
  • Wie oben bereits angedeutet, stellt während der Sperrphase der Spannungsverlauf an der Primärwicklung ein Maß für den auf der Sekundärseite fließenden Strom dar.
  • Während der Einschaltphase des Stroms durch die Primärwicklung 8 wird in den Transformator 7 magnetische Energie eingespeist. Die eingespeiste Energie ist proportional der Induktivität der Primärwicklung und der Zeitdauer über die der Mosfet 11 eingeschaltet ist.
  • Während der Abschaltphase wird die Energie in die Sekundärspule übertragen, wobei der Strom, den die Sekundärspule an die Verbraucher abgibt, während der Freilaufzeit in Verbindung mit dem in Serie liegenden Kondensator 28 einen charakteristischen Zeitverlauf zeigt.
  • Je größer der Strom ist, umso größer wird die Ladeschlussspannung an dem Kondensator 28 sein, bevor der Mosfet 11 wieder in den leitenden Zustand übergeht. Tritt eine übermäßige Stromentnahme auf, wird die Spannung an dem Kondensator 28 so groß werden, dass sie größer ist als die Basisemitterspannung des Transistors 32 zuzüglich der Spannung an der Steuerstrecke des Tyristors 33. Dadurch wird der Transistor 32 leiten und in der Folge auch der Tyristor 33. Da der Tyristor 33 parallel zur Steuerstrecke des Feldeffekttransistors 11 liegt, schließt hier das Gate 15 gegenüber dem Source kurz und schaltet den Transistor 11 ab. Hiermit wird dem Mosfet 11 die Möglichkeit genommen den Strom durch die Primärwicklung 8 wieder einzuschalten.
  • Der Widerstand 29 arbeitet im Übrigen in Verbindung mit dem Kondensator 31 als Tiefpass, um einen Mittelwert des Spannungsverlaufes zu bilden, der an dem Kondensator 28 auftritt, da dieser beim Einschalten des Mosfet 11 sofort schlagartig entladen wird.
  • Der Oszillator 14 arbeitet als astabiler Multivibrator, der spannungsgesteuert ist. Er enthält als aktive Baugruppe einen Differenzverstärker 35 mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang. Der nicht invertierende Eingang ist über einen Rückkopplungswiderstand 36 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 35 verbunden um ein Schmitt-Trigger-Verhalten zu erzeugen. Einen Gegenkopplungswiderstand 37 verbindet den Ausgang mit dem invertierenden Eingang, der im Übrigen weiterhin über einen Siebkondensator 38 mit der Schaltungsmasse entsprechend dem Anschluss 2 verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 35 ist an das Gate 15 des Mosfet 11 angeschlossen. Die Steuerspannung erhält der Oszillator 14, indem der nicht invertierende Eingang des Differenzverstärkers 35 über einen Widerstand 39 mit dem Kollektor des Transistors 24 verbunden ist.
  • Die Spannung an dem Widerstand 39, dort wo er an dem Kollektor des Transistors 24 angeschlossen ist, entspricht damit der Summe der Spannungen, die an dem Eingang 3 anliegt, zuzüglich der Spannung an dem Kondensator 19.
  • Die Funktionsweise eines solchen astabilen Multivibrators 14 ist bekannt und braucht deswegen nur pauschal erläutert zu werden:
    Im schwingenden Zustand wird bei durchgesteuertem Differenzverstärker 35 über den Widerstand 37 der Kondensator 38 aufgeladen. Sobald diese Spannung über der Steuerspannung an dem nicht invertierenden Eingang liegt, wird der Differenzverstärker 35 abgeschaltet, der mit Hilfe des Widerstands 36 eine Schmid-Trigger-Charakteristik bekommt. Bei abgeschaltetem Differenzverstärker 35 wird der Kondensator 38 über den Widerstand 37 vom Ausgang des Differenzverstärkers 35 her entladen. Das Einschalten der Eingangs-Ausgangsspannung wiederholt sich sobald die Spannung an dem Kondensator 38 weit genug abgesunken ist.
  • Dieses Spiel wiederholt sich periodisch.
  • Da das Integrationsglied aus dem Widerstand 37 und dem Kondensator 38 konstant ist, ändert sich das Tastverhältnis entsprechend der Eingangsspannung, die an dem nicht invertierenden Eingang anliegt. Diese Eingangsspannung kann sich aus der zurückgekoppelten Spannung, die sich aus der Spannung an der Primärwicklung 8 ergibt, und einer weiteren von außen kommenden Steuerspannung zusammensetzen um eine variable Ausgangsspannung des Sperrschwingers 1 zu erzeugen.
  • Ersichtlicherweise wird der Oszillator 14, der den Leistungshalbleiter steuert um den Primärstrom in den Über trager 7 periodisch ein und aus zu schalten mit Hilfe eines Oszillators 14 angesteuert, der seine Steuerspannung ebenfalls aus der Primärwicklung 8 bekommt. Es ist somit eine dritte Wicklung auf dem Übertrager 7 entbehrlich, um über eine solche Rückkopplungswicklung, wie sie aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, den Sperrschwinger anzusteuern. Wird die Steuerspannung bei dem erfindungsgemäßen Sperrschwinger unmittelbar aus der Spannung abgeleitet.
  • Die erläuterte erfindungsgemäße Schaltung enthält insgesamt drei Baugruppen in Gestalt der Spannungsüberwachung 12, der Stromüberwachung 13 und des astabilen Multivibrators 14. Diese Baugruppen sind voneinander unabhängig insofern, als die Schaltung ohne die Stromüberwachung 13 und ohne die Spannungsüberwachung 12 nur mit dem Oszillator 14 ausgeführt werden kann.
  • Andererseits kann der Oszillator 14 durch einen Oszillator ersetzt werden, der mit einer Rückkopplungswicklung auf den Übertrager 7 arbeitet. Bei einer solchen Oszillatorschaltung können unabhängig voneinander die Spannungsüberwachungsschaltung 12 und/oder die Stromüberwachungsschaltung 13 eingesetzt werden. Welche dieser Schaltungen verwendet wird, richtet sich nach dem gewünschten Maß an Sicherheit.
  • Eine Sperrwandlerschaltung arbeitet mit einem Transformator, der lediglich eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist. Der Transformator enthält keine Rückkopplungswicklung für den Sperrschwinger.
  • Die Steuerspannung für den Oszillator wird aus der Primärspannung des Transformators abgeleitet, und zwar während der Freilaufphase.
  • Ferner ist eine Spannungsüberwachungsschaltung vorgesehen, die unabhängig vom Oszillator arbeitet, der Ausgangsspannung des Oszillators unterdrückt, wenn die Spannung am Ausgang des Sperrwandlers zu groß wird.
  • Eine Stromüberwachungsschaltung arbeitet unabhängig von dem Oszillator und der Spannungsüberwachungsschaltung und unterdrückt die Impulse für den Leistungstransistor, wenn der Strom an der Ausgangsseite ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  • Die Überwachungsschaltungen arbeiten praktisch leistungslos, so dass keine besonderen Kühlmaßnahmen erforderlich sind.

Claims (15)

  1. Stromversorgungsanordnung mit galvanischer Trennung, insbesondere in explosionsgeschützter Ausführung, mit einem Stromversorgungseingang (3), mit einem Transformator (7), der eine Primärwicklung (8) und eine davon galvanisch getrennte Sekundärwicklung (9) aufweist, mit einem gesteuerten Halbleiterschalter (11), der wenigstens einen Steuereingang (15) aufweist und der mit der Primärwicklung (8) eine Serienschaltung bildet, die zu dem Stromversorgungseingang (3) parallel liegt, mit einem Oszillator (14) zum Ansteuern des Halbleiterschalters (11), wobei der Oszillator (14) einen Steuereingang aufweist, in den ein Steuersignal gelangt, derart, dass der Oszillator (14) an den Halbleiterschalter (11) einen solchen Puls liefert, dass die Spannnung an der Sekundärwicklung (9) und/oder der Strom durch Sekundärwicklung (9) auf einem vorgegeben Sollwert gehalten ist, wobei das Steuersignal für den Oszillator (14) aus der Spannung an der Primärwicklung (8) abgeleitet wird.
  2. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (14) ein astabiler Multivibrator ist.
  3. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Oszillator (14) eine Kombination aus einem Schmidttrigger (35) und einem RC-Glied (37, 38) aufweist.
  4. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (14) spannungsgesteuert ist derart, dass das Tastverhältnis von der Steuerspannung abhängig ist.
  5. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Oszillators (14) unmittelbar mit dem Eingang des Leistungshalbleiters (11) verbunden ist.
  6. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des Oszillators (14) und dem Steuereingang (15) des Leistungshalbleiters (11) ein Entkopplungswiderstand liegt.
  7. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Steuersignals des Oszillators (14) ein Tiefpass (19) vorgesehen ist, der an die Primärwicklung (8) angeschlossen ist.
  8. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steuerspannung für den Oszillator (14) aus einer Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung und der Spannung an der Primärwicklung (8) zusammensetzt.
  9. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an dem Siebkonden sator (19) dazu verwendet wird, ein Verstärkerelement (24, 26) zu steuern, mit dessen Hilfe die Steuerspannung für den Oszillator (14) erzeugt wird.
  10. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement einen bipolaren Transistor (24) aufweist.
  11. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Siebkondensator (19) ein ohmscher Spannungsteiler (22, 23) liegt.
  12. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spannungsteiler (22, 23) ein Shuntregulator (28) verbunden ist.
  13. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstrecke des Shuntregulators (28) in der Steuerstrecke des Verstärkerelemenentes (25) liegt.
  14. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Siebkondensator (19) über eine Diode (21), die als Einweggleichrichter arbeitet mit der Primärwicklung (8) verbunden ist.
  15. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert ein konstanter oder ein variabler Sollwert ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3736953A1 (de) * 2019-05-08 2020-11-11 Panasonic Industrial Devices Europe GmbH Sperrwandler mit selbstversorgtem überspannungsschutzschalter

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI575834B (zh) * 2013-11-08 2017-03-21 Idt Europe Gmbh Apparatus and method for protecting electronic circuit
CN104330992B (zh) * 2014-10-16 2019-01-04 刘圣平 封顶垫底安控电路及其安全控温控时电器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07245874A (ja) * 1994-03-09 1995-09-19 Murata Mfg Co Ltd スイッチング電源の過電流保護回路
WO2001018946A1 (en) * 1999-09-03 2001-03-15 Lambda Electronics Inductor current sensing
EP1255347A2 (de) * 2001-05-04 2002-11-06 Power Integrations, Inc. Schaltnetzteil, welches in Abhängigkeit vom Strom, der auf die Eingangsspannung eines Energieübertragungselementes zurückzuführen ist, angesteuert wird

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3575153A (en) * 1968-11-18 1971-04-20 Eltra Corp Regulated voltage converter
US3925716A (en) * 1974-06-27 1975-12-09 Quasar Electronics Corp Stable power supply
US4070699A (en) * 1975-11-10 1978-01-24 Datascope Corporation Charging circuits using controlled magnetic fields
GB1513190A (en) * 1976-11-16 1978-06-07 Thorn Domestic Appliances Ltd Insect exterminating apparatus
US5267138A (en) * 1992-03-23 1993-11-30 Creos International Ltd. Driving and clamping power regulation technique for continuous, in-phase, full-duration, switch-mode resonant converter power supply
JP3690814B2 (ja) 1995-10-02 2005-08-31 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 変成器及び1次巻線を介した帰還を有する切替モード電源
US6330169B2 (en) * 2000-02-25 2001-12-11 Condor D.C. Power Supplies Inc. Converter output regulation via channel resistance modulation of synchronous rectifiers
US6208534B1 (en) * 2000-04-04 2001-03-27 Switch Power, Inc. Generating bias voltage in a voltage converter
DE10062026A1 (de) * 2000-12-13 2002-07-04 Siemens Ag Elektronische Schalteinrichtung
US6778365B2 (en) 2002-01-30 2004-08-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Charging circuit
JP3705495B2 (ja) * 2003-02-03 2005-10-12 Smk株式会社 スイッチング電源回路の定電流出力制御方法と定電流出力制御装置
JP3708529B2 (ja) 2003-03-18 2005-10-19 Smk株式会社 スイッチング電源回路の定電圧出力制御方法と定電圧出力制御装置
JP2005348239A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Agilent Technol Inc 電力増幅装置
US20080170417A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-17 Jian Yang Adjustable shunt regulator with soft-start reference

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07245874A (ja) * 1994-03-09 1995-09-19 Murata Mfg Co Ltd スイッチング電源の過電流保護回路
WO2001018946A1 (en) * 1999-09-03 2001-03-15 Lambda Electronics Inductor current sensing
EP1255347A2 (de) * 2001-05-04 2002-11-06 Power Integrations, Inc. Schaltnetzteil, welches in Abhängigkeit vom Strom, der auf die Eingangsspannung eines Energieübertragungselementes zurückzuführen ist, angesteuert wird

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3736953A1 (de) * 2019-05-08 2020-11-11 Panasonic Industrial Devices Europe GmbH Sperrwandler mit selbstversorgtem überspannungsschutzschalter

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