DE19546132C2 - Schaltungsanordnung zum Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei Spannungszwischenkreisumrichtern - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei SpannungszwischenkreisumrichternInfo
- Publication number
- DE19546132C2 DE19546132C2 DE1995146132 DE19546132A DE19546132C2 DE 19546132 C2 DE19546132 C2 DE 19546132C2 DE 1995146132 DE1995146132 DE 1995146132 DE 19546132 A DE19546132 A DE 19546132A DE 19546132 C2 DE19546132 C2 DE 19546132C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- voltage
- semiconductor
- source
- voltage source
- resistor
- 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.)
- Expired - Fee Related
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
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum
Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei Spannungszwi
schenkreisumrichtern, beispielsweise Schaltnetzteile,
Gleichstromsteller, Wechselrichter oder Lampenvor
schaltgeräte.
Der Zwischenkreis derartiger Spannungszwischenkreisum
richter enthält im Regelfall eine vergleichsweise große
Kapazität, die als niederohmige Quelle für angeschlos
sene Umrichter dient. Ein kapazitives Verhalten, d. h.,
ein unmittelbar nach dem Einschalten hoher Strom, der
danach abklingt, zeigen auch Glühlampen, die im kalten
Zustand niederohmig sind.
Der Ladestrom, der beim Stecken oder Einschalten des
betreffenden Umrichters in den Speicherkondensator
fließt, kann, sofern keine begrenzenden Maßnahmen
durchgeführt werden, zur Zerstörung von Bauelementen
führen.
Weiterhin wird der Schutz vor energiereichen Überspan
nungen gefordert, die u. U. Bauelemente zerstören kön
nen.
Eine Schaltungsanordnung, die die Aufgabe der Ein
schaltstrombegrenzung und des Überspannungsschutzes er
füllt, ist aus EP 0 272 514 A1 bekannt. Die Aufgabe des
Schutzes wird durch einen MOSFET zwischen Quelle und
Zwischenkreiskapazität erfüllt, der beim Einschalten
über ein RC-Glied verzögert aufgesteuert wird; zusätz
lich ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, die bei Auf
treten eines unzulässigen Stromes, der beispielsweise
durch eine Überspannung hervorgerufen werden kann, den
MOSFET sperrt und damit die nachgeschalteten Baugruppen
vor der Überspannung schützt. Beispielhaft beschrieben
ist die Ausführung dieser Regelschaltung als npn-
Transistor, dessen Basis-Emitterstrecke parallel zu ei
nem Strommeßwiderstand, der in Reihe zum MOSFET ange
ordnet ist, liegt. Der Kollektor ist mit dem Gate des
MOSFET verbunden. Bei Auftreten eines Überstroms, der
zu einem Spannungsabfall am Strommeßwiderstand größer
der Basisschwellspannung des Transistors führt, wird
der MOSFET sehr schnell abgeschaltet. Zusätzlich wird
vorgeschlagen, zur Vermeidung des Linearbetriebs des
MOSFET während der Aufladung des Zwischenkreiskondensa
tors einen Widerstand parallel zur Drain-Source-Strecke
zu schalten. Über diesen fließt der Ladestrom; erst
nach Abschluß der Ladung wird der Widerstand durch den
MOSFET kurzgeschlossen.
Eine Erweiterung dieser Schaltung zum Betrieb mit wei
tem Eingangsspannungsbereich ist in EP 0 524 425 A1 be
schrieben.
Eine weitere Schaltung ist in EP 0 432 847 A2 beschrie
ben. Diese Schaltung ähnelt der o. g., sie weist jedoch
keinen Widerstand parallel zum MOSFET auf. Durch eine
Regelschaltung wird hier der Strom während des Anlaufs
auf einen Wert begrenzt, der innerhalb des sicheren Be
triebsbereiches des Halbleiters liegt.
In EP 0 591 915 A2 ist eine ebenfalls ähnliche Lösung
beschrieben, bei der in Reihe zum Schalter eine Drossel
liegt. Bei einer auftretenden Überspannung führt der
ansteigende Strom zu einer induzierten Spannung an die
ser Drossel; diese Spannung wird erkannt und der MOSFET
gesperrt. Zusätzlich weist diese Lösung gleichfalls ei
nen Strommeßwiderstand auf.
In EP 0 423 885 A1 ist eine reine Einschaltstrombegren
zung ohne Stromerfassung beschrieben; es erfolgt ein
verzögertes Zuschalten eines Leistungshalbleiters durch
die Ladung eines RC-Gliedes; bei Ausfall der Netzspan
nung wird der zugehörige Kondensator relativ schnell
entladen. Die Vorladung des nachgeschalteten Elektro
lytkondensators erfolgt durch einen zum Leistungshalb
leiter parallelgeschalteten Widerstand.
Bei einer weiteren Ausführungsform (EP 0 402 367 B1)
erfolgt die Ansteuerung des Leistungsschalters durch
einen Regelkreis für die Spannung am Ausgang; unterla
gert ist ein Stromregelkreis für den Strom durch den
schaltenden Leistungstransistor.
Die hier genannten Lösungen haben einige gemeinsame Ei
genschaften
- - Zwischen einer Spannungsquelle und einer Last mit kapazitivem Verhalten liegt ein Leistungshalbleiter, vorzugsweise ein MOSFET
- - Der Strom wird durch eine Regelschaltung begrenzt, die auf den o. g. MOSFET als Stellglied wirkt; die Istwerterfassung erfolgt durch einen Shuntwiderstand in Reihe zum Leistungshalbleiter.
DE 34 05 847 C1 zeigt einen Serienregler mit einem
MOSFET-Leistungstransistor. Der Gate-Anschluß ist mit
dem Ausgang eines ersten Operationsverstärkers verbun
den, der Bestandteil einer Strombegrenzungsschaltung
ist, und mit dem Ausgang eines zweiten Operationsver
stärkers, der Bestandteil einer Regelschaltung ist. Ein
Spannungsabfall über die Drain-Source-Strecke wird zur
Erkennung eines Überstroms genutzt, um den Aus
gangsstrom bei einem Linearregler mit einer sogenannten
Foldback-Kennlinie zu begrenzen.
DE 40 13 731 C2 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Be
grenzung des Einschaltstromstoßes mit einer Speiese
spannungsquelle und einem Speicherkondensator, zwischen
denen die Drain-Source-Strecke eines feldgesteuerten
Halbleiters angeordnet ist. Das Gate dieses Halbleiters
ist an den Ausgang eines Verstärkers angeschlossen,
dessen Versorgung an den Ausgang einer Spannungsquelle
geführt ist.
DE 691 28 967 T2 zeigt eine Schaltungsschutzeinrich
tung, bei der die Drain-Source-Strecke eines feldge
steuerten Halbleiters als Strommeßwiderstand verwendet
wird, wobei ein Verstärker vorgesehen ist, dessen einer
Eingang an eine Referenzspannungsquelle geführt ist,
dessen anderer Eingang an einen parallel zur Drain-
Source-Strecke angeordneten Spannungsteiler angeschlos
sen ist, wodurch bei höheren Überströmen ein Abschalten
des Halbleiters erfolgt.
Eine ähnliche Ausgestaltung ist in DE 40 39 990 A1 be
schrieben. Hier ist der invertierende Eingang des Ver
stärkers mit einem Spannungsteiler verbunden, während
der nicht-invertierende Eingang über einen Widerstand
mit einer die Schwellwertspannung bestimmenden Span
nungsquelle und über einen weiteren Widerstand mit dem
Ausgang des Verstärkers verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannungszwischen
kreisumrichter mit einer möglichst verlustarmen und ko
stengünstigen Schaltung zu versehen, die Schutz gegen
Überstrom, insbesondere beim Einschalten, gewährlei
stet.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, daß
es zur Lösung der gestellten Aufgabe zweckmäßig ist,
dem Speicherkondensator ein Stellglied vorzuschalten,
über dieses die Aufladung der nachgeschalteten Kapazi
tät zu steuern und bei Auftreten eines Überstroms den
Strom zu begrenzen. Hierzu ist es zweckmäßig, den
stromabhängigen Spannungsabfall eines Halbleiters zur
Erfassung eines Überstroms zu nutzen.
Folgende Vorteile bieten der unter Patentansprüche beschriebene Hauptanspruch und die zugehörigen
Unteransprüche
Zu Anspruch 1: Gegenüber den bisher bekannten Lösungen kann auf einen aufwendigen Leistungs
widerstand zur Strommessung verzichtet werden; der Energieverbrauch wird aufgrund des Entfalls des
ohmschen Spannungsabfalls dieses Widerstands reduziert. Darüber hinaus ist die beschriebene
Schaltung aufgrund des höheren Wertes der Ansprechspannung weniger störempfindlich.
Zu Anspruch 2: Die beschriebene Form der Spannungsquelle ist eine kostengünstige Realisierung der
unter Anspruch 1 sehr allgemein beschriebenen Spannungsquelle (5).
Zu Anspruch 3: Die gesamte Schaltungsanordnung ist eine sinnvolle Realisierung der unter Anspruch 1
und 2 allgemein beschriebenen Kombination aus Verstärker und Referenzspannungsquelle.
Zu Anspruch 4: Durch die Parallelschaltung eines Widerstands wird der Leistungshalbleiter (4) beim
Laden des Kondensators (2) entlastet und ggf. Linearbetrieb dieses Bauteils vermieden.
Zu Anspruch 5: Durch ein langsames Ansteuern des Halbleiters (4) wird die Einhaftung des sicheren
Betriebsbereiches gewährleistet.
Die beschriebene Schaltung ist eine kostengünstige Ausführungsform der
Spannungsquelle (5), wobei die
Spannung der Spannungsquelle (5) bei schnellem Austieg der
Spannungsversorgung (1) langsam ansteigt.
Zu Anspruch 6: Durch ein kontrolliertes Absenken der Steuerspannung des Halbleiter (4) nach Entfall
der Spannung der Quelle (1) wird die ordnungsgemäße Funktion der Schaltung bei kurzen Netzausfällen
gewährleistet.
Zu Anspruch 7: Die beschriebene Schaltung ist eine kostengünstige Ausführungsform der im Anspruch 6
prinzipiell beschriebenen Schaltung zur Entladung eines Kondensators (15).
Zu Anspruch 8: Durch die Verwendung einer weiteren, unverzögerten Spannungsquelle zur Generierung
der Überwachungsspannung kann einerseits der Ansprechwert der Stromüberwachung unabhängig von
der Gateschwellspannung eingestellt werden, andererseits eine Überwachungslücke während des
Ansteigens der Spannung der Spannungsquelle (5) gefüllt werden (Im Spannungsbereich der Quelle (5)
zwischen der Gateschwellspannung des Halbleiters (4) und der Schwellspannung der Zenerdiode (13)
ist einerseits der Halbleiter (4) durchgesteuert, andererseits aber die Stromüberwachung inaktiv).
Zu Anspruch 9: Die beschriebene Schaltung ist eine kostengünstige Ausführungsform der im Anspruch
8 beschriebenen zusätzlichen Spannungsquelle.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier Abbildungen beispielsweise näher beschrieben
Es zeigen
Fig. 1: Prinzipschaltbild
Fig. 2: Grundschaltung zur Strombegrenzung
Fig. 3: Erweiterte Schaltung mit Ladewiderstand und Entladeschaltung für zeitbestimmenden
Kondensator
Fig. 4: Schaltung mit getrennten Versorgungen für Gateansteuerung und Überwachung
Fig. 1 ist eine Grunddarstellung des Prinzips der Strombegrenzung. Ein Verbraucher 3, beispielsweise
ein Schaltnetzteil, der eine niederohmige Gleichspannungsquelle 2, beispielsweise einen
Elektrolytkondensator benötigt, wird aus einer anderen Gleichspannungsquelle 1, beispielsweise ein an
ein Wechselspannungsnetz angeschlossener Gleichrichter, gespeist. Zwischen der Einspeisung 1 und
der Quelle 2 liegt ein vorzugsweise feldgesteuerter Halbleiter 4, beispielsweise ein MOSFET. Die
Ansteuerung erfolgt über eine Spannungsquelle 5, realisiert beispielsweise aus der Reihenschaltung
eines Widerstandes 6 und einer Zenerdiode 7, und einem Widerstand 8.
Das Gate G des Halbleiters 4 ist mit dem Ausgang eines Verstärkers 11 verbunden. Der nichtinver
tierende Eingang + des Verstärkers 11 ist mit einer Referenzspannungsquelle 12 verbunden, die als
Sollwertgeber für die Spannungsüberwachung fungiert. Der invertierende Eingang - ist über einen
Widerstand 9 mit der Spannungsquelle 5 und mit der Anode einer Diode 10 verbunden. Die Kathode
der Diode 10 ist mit dem Drain D des Halbleiters 4 verbunden.
Der positive Versorgungsanschluß V+ des Verstärkers 11 ist mit der Spannungsquelle 5 verbunden, der
negative Versorgungsanschluß V- mit der Source S des Halbleiters 4.
Im Normalfall ist der Halbleiter 4 leitend, an G liegt die Ausgangsspannung des Verstärkers 11, die etwa
der durch die Zenerdiode 7 vorgegebenen Spannung entspricht. Die Diode 10 ist leitend; damit liegt am
invertierenden Eingang - des Verstärkers 11 etwa die Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4. Diese
ist im Normalbetrieb kleiner als die Spannung der Referenz 12; damit ist die Spannung am nicht
invertierenden Eingang + des Verstärkers 11 höher als am invertierenden Eingang -; die
Ausgangsspannung des Verstärkers 11 entspricht daher näherungsweise der positiven
Versorgungsspannung.
Bei Auftreten eines Überstroms, beispielsweise infolge einer Überspannung, steigt die Drain-Source-
Spannung des Halbleiters 4 an. Damit steigt auch die Spannung am invertierenden Eingang - des
Verstärkers 11 an. Sobald die Spannung am invertierenden Eingang - des Verstärkers 11 größer wird
wie die Spannung am nichtinvertierenden Eingang +, die der Ausgangsspannung der Referenz 12
entspricht, nimmt der Ausgang etwa das Potential der negativen Versorgungsspannung V- an. Damit
wird die Gate-Source Strecke des Halbleiters 4 kurzgeschlossen, wodurch dieser sperrt und die
Überspannung aufnimmt. Durch die steigende Spannung sperrt auch die Diode 10 und hält damit die
Überspannung von der Ansteuerschaltung fern.
Das Wiedereinschalten des Halbleiters 4 erfolgt, wenn die Spannung am invertierenden Eingang - des
Verstärkers 11 unter die Ausgangsspannung der Referenz 12 fällt. Damit nimmt der Ausgang des
Verstärkers 11 wieder etwa den Wert der Versorgung V+ an; damit wird auch an das Gate des
Halbleiters 4 eine positive Spannung angelegt, wodurch dieser durchgesteuert wird. Dies erfolgt
alternativ unter folgenden Bedingungen:
- 1. Durch Sinken der Spannung der Quelle 5 unter die Spannung der Referenz 12. Damit wird die Spannung am invertierenden Eingang - auf jeden Fall kleiner als die Spannung der Referenz 12; die Ausgangsspannung des Verstärkers 11 nimmt wieder etwa den Wert der positiven Versorgung V+ an. Sofern die Ausgangsspanung größer wie die Gateschwellspannung des Halbleiters 4 ist, wird die Drain- Source-Strecke des Halbleiters 4 wieder leitend.
- 2. Durch Absenken der Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4 auf einen Wert unterhalb der Spannung der Referenz 12. Da an der Anode der Diode 10 keine höhere Spannung anliegen kann als an der Kathode, ist die Spannung am invertierenden Eingang - des Verstärkers 11 auf den Wert der Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4 begrenzt. Somit wird die Spannung am invertierenden Eingang - des Verstärkers 11 kleiner als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang; die Ausgangsspannung des Verstärkers 11 nimmt daher etwa wieder den Wert der Spannung der Quelle 5 an, wodurch die Drain-Source-Strecke des Halbleiter 4 leitend wird.
Für die Absenkung der Spannung bestehen zwei alternative Möglichkeiten
- - Durch einen Widerstand 21 (siehe Fig. 3), vorteilhafterweise einen Heißleiter, parallel zur Drain- Source-Strecke des Halbleiters 4. Bei entsprechender Auslegung ist der vom Strom zwischen Quelle 1 und Kapazität 2 abhängige Spannungsabfall dieses Widerstands niedriger als die Spannung der Referenz 12.
- - Durch Sinken der Spannung der Quelle 1 auf einen Wert unterhalb der Summe der Spannung am Kondensator 2 und der Spannung der Referenz 12. Damit wird die Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4 auch im gesperrten Zustand kleiner als die Spannung der Referenz 12; da die Diode 10 leitend wird, liegt am nichtinvertierenden Eingang - des Verstärkers etwa die Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4 an. Da diese kleiner ist als die Spannung der Referenz 12, nimmt die Ausgangsspannung des Verstärkers 11 wieder etwa den Wert der Spannung der Quelle 5 an, wodurch die Drain-Source-Strecke des Halbleiter 4 leitend wird. Dieser Zustand tritt im Fall einer einphasigen gleichgerichteten Wechselspannung als Quelle 1 periodisch mit einer Wiederholfrequenz entsprechend der doppelten Netzfrequenz auf.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Realisierung der oben beschriebenen Funktion. Ein Verbraucher
3, beispielsweise ein Schaltnetzteil, der eine niederohmige Gleichspannungsquelle 2, beispielsweise ein
Elektrolytkondensator benötigt, wird aus einer anderen Gleichspannungsquelle 1, beispielsweise ein an
ein Wechselspannungsnetz angeschlossener Gleichrichter, gespeist. Zwischen der Einspeisung 1 und
der Quelle 2 liegt ein vorzugsweise feldgesteuerter Halbleiter 4, beispielsweise ein MOSFET. Die
Ansteuerung erfolgt über eine Spannungsquelle 5, realisiert beispielsweise aus der Reihenschaltung
eines Widerstandes 6 und einer Zenerdiode 7, und einem Widerstand 8.
Der Schaltungsteil des Verstärkers 11 ist ausgeführt als Halbleiter 14, beispielsweise ein npn-Transistor,
dessen Kollektor C über einen Widerstand 8 mit der Spannungsquelle 5 verbunden ist. An den Kollektor
C des Halbleiters 14 ist das Gate G des Halbleiters 4 angeschlossen. Der Emitter E des Halbleiters 14
ist mit der Source S des Halbleiters 4 verbunden. Die Basis ist an die Anode eines Bauelements mit
Durchbruchverhalten 13, beispielsweise eine Zenerdiode, angeschlossen, das sowohl die Funktion der
Referenz 12 wie auch die Vergleichsfunktion des Verstärkers 11 übernimmt. Die Durchbruch- oder
Zenerspannung des Bauelements 13 liegt höher als die Gateschwellspannung des Halbleiters 4. Die
Kathode des Bauelements 13 ist einerseits über den Widerstand 9 mit der Spannungsquelle 5
verbunden, andererseits ist die Anode einer Diode 10 angeschlossen. Die Kathode der Diode 10 ist mit
dem Drain D des Halbleiters 4 verbunden.
Im Normalfall ist der Halbleiter 4 leitend, an G liegt die durch die Zenerdiode 7 vorgegebene Spannung.
Die Diode 10 ist leitend; damit liegt an der Kathode des Bauelements 13 die Drainspannung des
Halbleiters 4.
Da die Drain-Source-Spannung bestimmungsgemäß niedriger ist wie die durch den Schwellwert des
Bauelements 13 vorgegebene Auslösespannung, ist die Diode 10 leitend.
Bei Auftreten eines Überstroms, beispielsweise infolge einer Überspannung, steigt die Drain-Source-
Spannung des Halbleiters 4 an. Damit steigt auch die Spannung an der Kathode des Bauelements 13
an. Sobald der Schwellwert erreicht ist, wird das Bauelement 13 leitend und steuert damit den Halbleiter
14 durch. Damit wird die Gate-Source Strecke des Halbleiters 4 kurzgeschlossen, wodurch dieser sperrt
und die Überspannung aufnimmt. Durch die steigende Spannung sperrt auch die Diode 10 und hält
damit die Überspannung von der Ansteuerschaltung fern.
Das Wiedereinschalten des Halbleiters 4 erfolgt, wenn die Spannung an dem Bauelement 13 unter den
Schwellwert fällt, damit der Halbleiter 14 gesperrt wird und somit das Gate G des Halbleiters 4 mit der
Spannungsquelle 5 verbunden wird. Dies erfolgt alternativ bei folgenden Bedingungen:
- 1. Durch Sinken der Spannung der Quelle 5 unter den Schwellwert des Bauelements 13. Damit sperrt zunächst das Bauelement 13; damit sperrt der Halbleiter 14, wodurch die Spannung der Spannungsquelle 5 wieder über den Widerstand 8 mit dem Gate G des Halbleiters 4 verbunden wird
- 2. Durch Absenken der Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4 auf einen Wert unterhalb der
Schwellspannung des Bauelements 13. Da an der Anode der Diode 10 keine höhere Spannung anliegen
kann als an der Kathode, ist die Spannung am Bauelement 13 auf den Wert der Drain-Source-Spannung
des Halbleiters 4 begrenzt. Somit sperrt in diesem Fall zunächst Bauelement 13, wodurch der Halbleiter
14 öffnet und damit wieder das Gate G des Halbleiters 4 mit der Spannungsquelle 5 verbunden wird. Für
die Absenkung der Spannung bestehen zwei alternative Möglichkeiten
- - Durch einen Widerstand 21, vorteilhafterweise einen Heißleiter, parallel zur Drain-Source-Strecke des Halbleiters 4. Bei entsprechender Auslegung ist der vom Strom zwischen Quelle 1 und Kapazität 2 abhängige Spannungsabfall dieses Widerstands niedriger als der Schwellwert des Bauelements 13.
- - Durch Sinken der Spannung der Quelle 1 auf einen Wert unterhalb der Summe der Spannung am Kondensator 2 und der Schwellspannung des Bauelements 13. Damit wird die Drain-Source-Spannung des Halbleiters 4 kleiner als die Schwellspannung des Bauelements 13; die Diode 10 wird leitend. Dieser Zustand tritt im Fall einer einphasigen gleichgerichteten Wechselspannung als Quelle 1 periodisch auf.
Die hier beschriebene Schaltung weist zunächst keine Begrenzung des Einschaltstroms bei Zuschalten
der Quelle 1 auf die entladene Kapazität 2 auf. Dies ist jedoch möglich bei Erweiterung der Schaltung
nach Fig. 3. Zur Begrenzung des Einschaltstroms werden zwei Möglichkeiten vorgeschlagen, die auch
zusammen realisiert werden können:
- 1. Der Spannungsanstieg der Quelle 5 erfolgt langsam, realisiert beispielsweise durch eine Kapazität 15 am Ausgang der Quelle 5, der über einen Widerstand 6 geladen wird. Sobald die Spannung am Gate G des Halbleiters 4 einen vom Bauelement abhängigen Wert erreicht, geht der Halbleiter 4 in den Linearbetrieb über; in diesem Zustand nimmt er gleichzeitig die Spannung zwischen der Quelle 4 und der Kapazität 2 auf und führt einen Strom zur Ladung des Kondensators. Erst nach einer von der Zeitkonstante des RC-Glieds 6,15 abhängigen Zeit ist der Halbleiter 4 durchgesteuert und nimmt nur noch eine geringe Flußspannung auf. Durch eine entsprechende Auslegung kann ein Betrieb im sicheren Bereich des Halbleiters 4 gewährleistet werden.
Während des Ladens liegt die Spannung der Quelle 5 unterhalb der Schwellspannung des Bauelements
13; die zunächst hohe Drain-Source-Spannung des Bauelements 4 führt daher nicht zum Schließen des
Halbleiterschalters 14. Erst nach Abschluß des Ladevorgangs wird die Spannung der Quelle 5 auf einen
Wert oberhalb der Schwellspannung des Bauelements 13 erhöht und damit die Strombegrenzung für
Überspannungsschutz aktiviert.
Diese Schaltung kann zusätzlich erweitert werden um ein Netzwerk 30, das eine kontrollierte Absenkung
der Spannung der Quelle 5 bei Netzausfall bewirkt. Damit ist sichergestellt, daß auch bei einer
Wiederkehr der Netzspannung kurze Zeit nach Ausfall die Einschaltstrombegrenzung funktioniert.
Ein Beispiel hierfür ist eine Schaltung bestehend aus zwei Widerständen 31, 32, die einen Span
nungsteiler bilden. An den Verknüpfungspunkt der beiden Widerstände 31, 32 ist der Steueranschluß
eines steuerbaren Halbleiters 33, beispielsweise ein pnp-Transistor, angeschlossen. Der Kollektor des
Halbleiters 33 ist mit einem Anschluß der Quelle 1 verbunden, der Emitter liegt an einem Widerstand 34.
Der zweite Anschluß des Widerstands 34 liegt am Ausgang der Spannungsquelle 5.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb liegt die Spannung am Steueranschluß des Halbleiters 33 oberhalb
der Ausgangsspannung der Quelle 5. Damit sperrt der Halbleiter 33. Bei einem Absinken der
Netzspannung unterhalb eines durch das Tellerverhältnis der Widerstände 31 und 32 gebildeten
Schwellwert wird die Spannung am Steueranschluß des Halbleiters 33 kleiner als die Spannung der
Quelle 5. Der Halbleiter 33 wird dadurch leitend; der Kondensator 6 wird entladen, wobei die
Entladezeitkonstante durch den Widerstand 34 bestimmt ist. Damit sinkt auch die Spannung am
Ausgang der Spannungsquelle 5 und damit auch die Spannung am Gate G des Halbleiters 4 nach einer
Verzögerungszeit unter den Schwellwerts, bei dem der Halbleiter 4 leitend ist. Dieser sperrt. Damit
liegen die gleichen Verhältnisse vor wie vor einer Einschaltung; bei Wiederkehr der Netzspannung läuft
daher der gleiche Zyklus ab wie bei einem normalen Einschaltvorgang.
- 1. Parallel zum Halbleiter 4 wird ein Widerstand 21, vorteilhafterweise ein Heißleiter, angeschlossen. Beim Zuschalten ist der Halbleiter 4 zunächst gesperrt; die Kapazität 2 wird über den Widerstand 21 aufgeladen. Wie oben beschrieben, wird die Diode 10 leitend, wenn die Spannung an dem Widerstand 21 unter die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 5 fällt. Sobald die durch den Stromfluß durch den Widerstand hervorgerufene Spannung unter die Schwellspannung des Bauelements 13 fällt, sperrt dieser; damit wird auch der Halbleiter 14 gesperrt und das Gate G des Halbleiters 4 über den Widerstand 8 mit der Spannungsquelle 5 verbunden.
Sofern als Widerstand ein Heißleiter eingesetzt wird, kann dieser so ausgelegt werden, daß im warmen
Zustand der Spannungsabfall stets unterhalb der Schwellspannung des Bauelements 13 liegt. Bei
Verwendung eines linearen Widerstands kann das Absinken der Spannung unter den Schwellwert
beispielsweise dadurch sichergestellt werden, daß der nachgeschaltete Verbraucher 3 erst nach
Abschluß des Ladevorgangs zugeschaltet wird.
Eine weitere mögliche Ausführungsform einer Einschaltstrom- und Überspannungsbegrenzung zeigt Fig.
4. Hier ist ein Anschluß des Widerstand 9 an einen zusätzliche Spannungsquelle 37 angeschlossen,
beispielsweise an die Kathode einer Zenerdiode 36, die über einen Widerstand 35 mit der Quelle 1
verbunden ist, und deren Anode mit der Source S des Halbleiters 4 verbunden ist. Damit wird die
Teilschaltung zur Erkennung eines Überstroms unabhängig von der Teilschaltung zur Ansteuerung des
Halbleiters; es ist damit beispielsweise möglich, für die Ansprechspannung der Überstromüberwachung
einen Wert unterhalb der Schwellspannung am Gate G des Halbleiters 4, bei dem dieser leitend wird,
zu wählen. Weiterhin kann bei dieser Ausführungsform auch während des Ladens die
Überstromüberwachung aktiviert sein; sinnvoll ist dies in der oben beschriebenen Ausführungsform mit
Widerstand 21 parallel zum Halbleiter 4.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überstrom bei
einem Spannungszwischenkreisumrichter mit einer
Speicherkapazität (2), bei der zwischen der Speise
spannungsquelle (1) und dem Speicherkondensator (2)
eine Drain-Source-Strecke eines feldgesteuerten
Halbleiters (4) angeordnet ist, die Source des
Halbleiters (4) mit einem Bezugspotential der Spei
sespannungsquelle (1) verbunden ist und das Gate
(G) des Halbleiters (4) an den Ausgang eines Ver
stärkers (11) angeschlossen ist, dessen Versorgung
an den Ausgang einer Spannungsquelle (5) geführt
ist, dessen nicht-invertierender Eingang (+) an ei
ne Referenzspannungsquelle (12) geführt ist und
dessen invertierender Eingang (-) über einen Wider
stand (9) an die Spannungsquelle (5) und über eine
Diode (10), die so gepolt ist, daß sie bei Auftre
ten einer Drain-Source-Spannung am Halbleiter (4)
größer der Spannung der Spannungsquelle (5) sperrt,
an die Drain D des Halbleiters (4) geführt ist, so
daß bei Überstrom der Halbleiter (4) sperrt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die
Spannungsquelle (5) aus einer ersten Zenerdiode
(7), deren einer Pol mit der Source S des Halblei
ters (4) verbunden ist und deren anderer Pol mit
dem Ausgang der Spannungsquelle (5) verbunden ist,
und einem weiteren ersten Widerstand (6), der an
die Spannungsversorgung (1) und den Ausgang der
Spannungsquelle (5) geführt ist, besteht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, wobei
der Verstärker (11) aus einem weiteren ersten steu
erbaren Halbleiter (14) besteht, dessen Emitter (E)
mit der Source des Halbleiters (4) verbunden ist,
dessen Kollektor (C) an das Gate (G) des Halblei
ters (4) und über einen weiteren zweiten Widerstand
(8) an die Spannungsquelle (5) geführt ist und daß
die Referenzspannungsquelle (12) aus einem Bauele
ment mit Durchbruchverhalten (13) gebildet ist,
dessen einer Anschluß an die Basis (B) des weiteren
ersten Halbleiters (14) angeschlossen ist und des
sen zweiter Anschluß mit dem Widerstand (9) und der
Diode (10) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, wobei
ein weiterer dritter Widerstand (21) parallel zur
Drain-Source-Strecke des Halbleiters (4) liegt
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei ein Kon
densator (15) parallel zur ersten Zenerdiode (7)
liegt
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Kon
densator (15) bei Absinken der Spannung der Span
nungsquelle (1) unter einen Schwellwert durch einen
Schaltungsteil (30), der mit dem Ausgang der Span
nungsquelle (5) verbunden ist, entladen wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei der
Schaltungsteil (30) aus einem weiteren zweiten
Halbleiter (33) besteht, dessen Steueranschluß über
weitere zwei Widerstände (31, 32) an die Spannungs
quelle (1), dessen Kollektor an einen Anschluß des
Kondensators (15) und dessen Emitter über einen
weiteren vierten Widerstand (34) an den Ausgang der
Spannungsversorgung (5) geführt ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 7, wobei
der Widerstand (9) an den Ausgang einer weiteren
Spannungsquelle (37) geführt ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei die wei
tere Spannungsquelle (37) aus der Reihenschaltung
eines weiteren fünften Widerstands (35) und einer
weiteren dritten Zenerdiode (36) besteht, die an
die Spannungsquelle (1) angeschlossen ist, und de
ren Ausgang am gemeinsamen Punkt des weiteren fünf
ten Widerstands (35) und der weiteren dritten
Zenerdiode (36) abgegriffen wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995146132 DE19546132C2 (de) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | Schaltungsanordnung zum Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei Spannungszwischenkreisumrichtern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995146132 DE19546132C2 (de) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | Schaltungsanordnung zum Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei Spannungszwischenkreisumrichtern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19546132A1 DE19546132A1 (de) | 1997-06-12 |
DE19546132C2 true DE19546132C2 (de) | 2000-10-12 |
Family
ID=7779763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995146132 Expired - Fee Related DE19546132C2 (de) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | Schaltungsanordnung zum Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei Spannungszwischenkreisumrichtern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19546132C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10106622C1 (de) * | 2001-02-13 | 2002-10-10 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung für einen Generator, insbesondere einen integrierten Starter-Generator |
DE102007016330A1 (de) * | 2007-04-04 | 2008-10-16 | Siemens Ag | Verfahren zur Ermittlung eines Zwischenkreisstromes, einer Zwischenkreisleistung und eines Phasenstromes sowie eine dazu korrespondierende Stromversorgungseinrichtung |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19736903A1 (de) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Asea Brown Boveri | Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters |
DE10155534B4 (de) * | 2001-11-12 | 2006-04-20 | Leuze Electronic Gmbh & Co Kg | Optoelektronische Vorrichtung |
EP2562896A3 (de) | 2011-08-23 | 2013-11-06 | Magna E-Car Systems GmbH & Co OG | Steuerschaltung zur Begrenzung eines Laststroms, Ladeschaltung und Kraftfahrzeug |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3405847C1 (de) * | 1984-02-17 | 1985-08-22 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Serienregler mit einem MOSFET-Leistungstransistor |
EP0272514A1 (de) * | 1986-12-23 | 1988-06-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz bei getakteten Stromversorgungsgeräten |
EP0423885A1 (de) * | 1989-10-17 | 1991-04-24 | Philips Patentverwaltung GmbH | Stromversorgungseinrichtung mit Einschaltstrombegrenzungsschaltung |
EP0432847A2 (de) * | 1989-12-15 | 1991-06-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Zweistufiger Strombegrenzer |
DE4039990A1 (de) * | 1990-12-14 | 1992-06-17 | Merten Gmbh & Co Kg Geb | Ueberlast- und kurzschlussschutzanordnung |
EP0524425A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz bei getakteten Stromversorgungsgeräten |
EP0402367B1 (de) * | 1988-02-10 | 1993-05-12 | KALFHAUS, Reinhard | Aktives filter |
EP0591915A2 (de) * | 1992-10-06 | 1994-04-13 | Gossen- Metrawatt GmbH | Vorrichtung zur Einschaltstrombegrenzung an Schaltnetzteilen |
DE4013731C2 (de) * | 1990-04-28 | 1995-07-13 | Sel Alcatel Ag | Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes |
DE69128967T2 (de) * | 1990-12-13 | 1998-10-15 | Raychem Ltd | Schaltungsschutzeinrichtung |
-
1995
- 1995-12-11 DE DE1995146132 patent/DE19546132C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3405847C1 (de) * | 1984-02-17 | 1985-08-22 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Serienregler mit einem MOSFET-Leistungstransistor |
EP0272514A1 (de) * | 1986-12-23 | 1988-06-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz bei getakteten Stromversorgungsgeräten |
EP0402367B1 (de) * | 1988-02-10 | 1993-05-12 | KALFHAUS, Reinhard | Aktives filter |
EP0423885A1 (de) * | 1989-10-17 | 1991-04-24 | Philips Patentverwaltung GmbH | Stromversorgungseinrichtung mit Einschaltstrombegrenzungsschaltung |
EP0432847A2 (de) * | 1989-12-15 | 1991-06-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Zweistufiger Strombegrenzer |
DE4013731C2 (de) * | 1990-04-28 | 1995-07-13 | Sel Alcatel Ag | Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes |
DE69128967T2 (de) * | 1990-12-13 | 1998-10-15 | Raychem Ltd | Schaltungsschutzeinrichtung |
DE4039990A1 (de) * | 1990-12-14 | 1992-06-17 | Merten Gmbh & Co Kg Geb | Ueberlast- und kurzschlussschutzanordnung |
EP0524425A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz bei getakteten Stromversorgungsgeräten |
EP0591915A2 (de) * | 1992-10-06 | 1994-04-13 | Gossen- Metrawatt GmbH | Vorrichtung zur Einschaltstrombegrenzung an Schaltnetzteilen |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10106622C1 (de) * | 2001-02-13 | 2002-10-10 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung für einen Generator, insbesondere einen integrierten Starter-Generator |
US6768220B2 (en) | 2001-02-13 | 2004-07-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuit arrangement for a generator, especially an integrated starter generator |
DE102007016330A1 (de) * | 2007-04-04 | 2008-10-16 | Siemens Ag | Verfahren zur Ermittlung eines Zwischenkreisstromes, einer Zwischenkreisleistung und eines Phasenstromes sowie eine dazu korrespondierende Stromversorgungseinrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19546132A1 (de) | 1997-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112006001377B4 (de) | Energieversorgungssteuerung | |
EP0423885B1 (de) | Stromversorgungseinrichtung mit Einschaltstrombegrenzungsschaltung | |
DE4133225C2 (de) | Schaltnetzteil mit Überstromschutzschaltung | |
DE19614354A1 (de) | Steuerschaltung für eine MOS-Gate-gesteuerte Leistungshalbleiterschaltung | |
DE112013006752T5 (de) | LED-Hintergrundbeleuchtungstreiberschaltung und Hinterundbeleuchtungsmodul | |
DE3500039A1 (de) | Gegen stromueberlast geschuetztes festkoerperrelais | |
DE102006008292B4 (de) | Überlastschutz für steuerbare Stromverbraucher | |
DE102015016022A1 (de) | Elektrische Einrichtung mit Leistungsqualitätsereignisschutz und assoziiertes Verfahren | |
EP2446526B1 (de) | Schaltungsanordnung zum betreiben mindestens einer led | |
DE3535864C2 (de) | ||
DE3536925C2 (de) | ||
DE19546132C2 (de) | Schaltungsanordnung zum Schutz vor eingangsseitigem Überstrom bei Spannungszwischenkreisumrichtern | |
EP0169461A1 (de) | Schaltungsanordnung zur Speisung von elektrischen Verbrauchern mit einer Gleichspannung | |
EP2132851A1 (de) | Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung | |
DE2461583A1 (de) | Schaltung zur reduzierung der einschaltverluste eines leistungstransistors | |
DE4039990A1 (de) | Ueberlast- und kurzschlussschutzanordnung | |
DE102010024128A1 (de) | Wechselspannungssteller | |
DE4313882C1 (de) | Halbleiterrelais zum Schalten einer Wechselstromlast | |
DE102015015466B4 (de) | Elektronische Sicherungseinrichtung | |
EP0322734A1 (de) | Anordnung zum Umsetzen von einer innerhalb eines grossen Bereichs veränderlichen Spannung in ein binäres Informationssignal | |
DE3338627C2 (de) | ||
DE3515133A1 (de) | Kurzschlussfeste transistorendstufe | |
DE102006043900B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Plasmaanlage | |
EP0757420B1 (de) | Elektronisches Vorschaltgerät mit Einschaltstrombegrenzung und/oder Überspannungsschutz | |
DE10048592A1 (de) | Verpolschutzschaltung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licenses declared | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140701 |