DE19645783A1

DE19645783A1 - Stromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE19645783A1
Application number: DE1996145783
Authority: DE
Inventors: Guenther Bergk; Hartmut Loth-Krausser
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-20
Also published as: WO1998020611A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine an einem Gleich- oder Wechselspannungsnetz betreibbare Stromversorgungsschaltung, insbesondere ein elektronisches Schaltnetzteil.

Aus der DE 36 18 221 C2 ist eine derartige Stromversorgungsschaltung, nämlich ein primär getakteter Sperrwandler bekannt, der mit einer über eine Gleich richter-Brückenschaltung aus einem Gleich- oder Wechselspannungsnetz gewonnenen Versorgungsspannung betrieben wird. Dieser Sperrwandler, der in Fig. 11 dargestellt ist, enthält einen ersten Transistor 1, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit einer als Last wirkenden Primärspule 51 eines Übertragers und einem Emitterwiderstand 21 an die Versorgungsspannung U_g gelegt ist. Ferner enthält dieses Schaltnetzteil einen Ansteuer-Transistor 2, mit dem der Stromfluß durch den ersten Transistor 1 und die Last steuerbar ist.

Um die derzeit gültigen Bestimmungen einhalten zu können, müssen derartige Schaltun gen so ausgelegt sein, daß sie der Netzspannung überlagerte Spannungsspitzen von ca. 1000 Volt schadlos aushalten können. Bei der oben kurz beschriebenen bekannten Schaltung bedeutet dies, daß vor allem der erste Transistor 1 eine genügend große Überspannungsfestigkeit aufweisen muß. Diese Überspannungsfestigkeit ist jedoch abhängig von der Potentialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des Transi stors. Sind nämlich die Basis und der Emitter hinreichend niederohmig miteinander verbunden, ist die Spannungsfestigkeit der Kollektor-Emitter-Strecke viel höher als bei offener Basis. Die maximale Spannungsfestigkeit wird nicht nur erreicht, wenn die Basis und der Emitter kurzgeschlossen sind, sondern auch wenn sich die Basis auf niedrigerem Potential als der Emitter befindet. Da es bei einer im Betrieb befindlichen Stromversor gungsschaltung nicht vorhersehbar ist, ob ein Störimpuls gerade dann auftritt, wenn die Basis offen ist, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die bei jedem Betriebszustand eine Zerstörung des Transistors verhindern. Dies könnte natürlich dadurch erfolgen, daß ein entsprechend überspannungsfester Transistor verwendet wird. Da es jedoch in der Praxis auch wesentlich auf beispielsweise den Wirkungsgrad oder die Schaltzeiten des Transistors ankommt, kann es sinnvoll sein, einen ganz bestimmten Transistor ein zusetzen, der zwar alle anderen gewünschten Eigenschaften nicht jedoch die erforderli che Überspannungsfestigkeit besitzt. In diesem Fall muß die für die Schaltung geforderte Überspannungsfestigkeit auf andere Weise erzielt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung anzugeben, die unabhängig von der Spannungsfestigkeit des verwendeten Transistors die Bestimmungen hinsichtlich ihrer Überspannungsfestigkeit einhält.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Sensorschaltung, die beispielsweise durch Störimpulse erzeugte Spannungsspitzen auf der Versorgungs spannung detektiert und mittels einer Ansteuerschaltung den gefährdeten Transistor in seinen Zustand maximaler Spannungsfestigkeit bringt.

Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung der Sensorschaltung besteht diese aus einem Kondensator, der mit seinem einen Anschluß an einen Pol der Versorgungs spannungsquelle und mit seinem anderen Anschluß an den Steuereingang der Ansteuer schaltung angeschlossen ist. Diese Sensorschaltung reagiert auf den durch einen Störimpuls hervorgerufenen steilen Spannungsanstieg, der unverzögert auf die Ansteuer schaltung übertragen wird. Mittels der Ansteuerschaltung wird daraufhin die Basis des gefährdeten ersten Transistors mit einer niedrigen Impedanz abgeschlossen.

Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungen liefert die Sensorschaltung erst dann ein Signal an die Ansteuerschaltung, wenn die Größe einer Spannungsspitze einen bestimm ten Schwellwert übersteigt. Die Sensorschaltung besteht dann beispielsweise aus einer Reihenschaltung eines Widerstands mit einem Varistor oder einer Zener- oder Tran sil-Diode, wobei das eine Ende der Sensorschaltung mit dem einen Pol der Versorgungs spannungsquelle und das andere Ende der Sensorschaltung mit dem Steuereingang der Ansteuerschaltung verbunden ist. Die Sensorschaltung kann jedoch auch aus einer Reihenschaltung eines Widerstands mit der Schaltstrecke eines dritten Transistors bestehen, wobei der Steuereingang des dritten Transistors mit demselben Ende der Sensorschaltung verbunden ist wie die Schaltstrecke des dritten Transistors. Ferner kann die Sensorschaltung aus einer Reihenschaltung zweier Widerstände, d. h. einem Spannungsteiler, bestehen, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände mit dem Steuereingang der Ansteuerschaltung verbunden ist, das Bezugspotential des Spannungsteilers jedoch nicht unbedingt mit dem Bezugspotential der Ansteuerschal tung identisch sein muß.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ansteuer schaltung;

Fig. 3 eine aus einem Kondensator bestehende Sensorschaltung;

Fig. 4 eine aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Zener-Diode bestehende Sensorschaltung;

Fig. 5 eine aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer Transil-Diode bestehende Sensorschaltung;

Fig. 6 eine aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Varistor bestehende Sensorschaltung;

Fig. 7 eine aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Bipolartransi stor bestehende Sensorschaltung;

Fig. 8 eine aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem MOS-Transi stor bestehende Sensorschaltaung;

Fig. 9 eine aus einem Spannungsteiler bestehende Sensorschaltung;

Fig. 10 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung im Detail;

Fig. 11 die aus der DE 36 18 221 C2 bekannte Stromversorgungsschaltung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung enthält einen ersten Transistor 1, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit einer Last 20 an die Anschlüsse einer Versorgungsspannungsquelle geschaltet ist. Ferner enthält die Stromversorgungsschaltung eine Sensorschaltung 33 und eine Ansteuer schaltung 40. Ein Anschluß 3 der Sensorsschaltung, ein Anschluß 6 der Ansteuer schaltung 40 sowie der Emitter des Transistors 10 sind mit demselben Pol der Versor gungsspannungsquelle verbunden. Ein Anschluß 1 des Sensorschaltung ist mit dem anderen Pol der Versorgungsspannungsquelle und einem Ende der Last 20 verbunden. Die Sensorschaltung 33 weist ferner einen Ausgangsanschluß 2 auf, der mit einem Steuereingang 4 der Ansteuerschaltung 40 verbunden ist. Die Ansteuerschaltung 40 weist einen Ausgangsanschluß 5 auf, der mit der Basis des Transistors 10 verbunden ist. In den Fig. 1 bis 9 sind die Anschlüsse der Sensorschaltung 33 und der An steuerschaltung 40 jeweils mit den oben erwähnten Bezugszeichen versehen, so daß in an sich selbst erklärender Weise erkennbar ist, wie die in den Fig. 2 bis 9 dargestell ten Schaltungsteile zu der in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Stromversorgungs schaltung zusammenzuschalten sind.

Fig. 2 zeigt nur einen Transistor als erfindungsrelevanten Teil der Ansteuerschaltung 40, wobei der Steuereingang 4 der Ansteuerschaltung 40 mit der Basis des Transistors und der Ausgangsanschluß 5 der Ansteuerschaltung 40 mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist. Der Emitter des Transistors ist mit dem Anschluß 6 der Ansteuerschal tung verbunden.

Die in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Sensorschaltungen weisen lediglich zwei An schlüsse auf, wobei bei diese Sensorschaltungen enthaltenden Stromversorgungs schaltungen der Anschluß 1 mit dem einen Pol der Versorgungsspannungsquelle und der Anschluß 2 mit dem Steuereingang 4 der Ansteuerschaltung 40 verbunden ist. Die in Fig. 9 dargestellte Sensorschaltung besteht aus einem ersten Widerstand R1 und einem zweiten Widerstand R2, die hintereinander zwischen die Anschlüsse 1 und 3 der Sensor schaltung geschaltet sind. Der Ausgangsanschluß 2 der Sensorschaltung ist mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände R1, R2 verbunden. Bei einer anderen in den Figuren nicht dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Stromversorgungs schaltung liegt der Anschluß 3 der Sensorschaltung nicht auf demselben Potential wie der Anschluß 6 der Ansteuerschaltung 40.

Die Sensorschaltungen nach den Fig. 4 bis 8 weisen jeweils eine Hintereinander schaltung aus einem Strombegrenzungswiderstand R und einem einen Spannungs schwellwert definierenden weiteren Bauelement auf, das im Fall der Fig. 4 eine Ze ner-Diode, in Fig. 5 eine Transil-Diode, in Fig. 6 ein Varistor, in Fig. 7 ein Bipolartransi stor und in Fig. 8 ein MOS-Transistor ist. Dabei ist jeweils der Anschluß 1 der Sensor schaltungen mit dem einen Ende des Strombegrenzungswiderstands R verbunden, und der Anschluß 2 der Sensorschaltung mit dem weiteren Bauelement. Bei der Ausführung gemäß Fig. 7 ist die Basis des Bipolartransistors mit dem Emitter und dem Anschluß 2 der Sensorschaltung verbunden; bei der Sensorschaltung nach Fig. 8 sind analog Gate und Source mit dem Anschluß 2 verbunden. Die Numerierung der Anschlüsse der in den Fig. 3 bis 9 dargestellten Sensorschaltungen ist so zu verstehen, daß bei anderen Ausführungen für erfindungsgemäße Sensorschaltungen die in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Sensorschaltungen den in Fig. 9 dargestellten ersten Widerstand R1 ersetzen können.

Die in Fig. 10 dargestellte erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung unterscheidet sich von der in Fig. 11 dargestellten bekannten Schaltung lediglich durch Hinzufügen der Sensorschaltung 33' gemäß Fig. 4. Der Offenbarungsgehalt der DE 36 18 221 C2 wird hiermit ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht, so daß hinsichtlich einer ausführlicheren Beschreibung der Fig. 10 und 11 auf die genannte DE 36 18 221 C2 verwiesen werden kann.

Die bevorzugte erfindungsgemäße Stromversorgungsschaltung entspricht der in Fig. 11 dargestellten bekannten Schaltung, jedoch ist dem Widerstand 23 die in Fig. 3 dar gestellte Sensorschaltung, d. h. ein Kondensator, parallelgeschaltet.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung ist die bekannte Schaltung nach Fig. 11, die ja in Form des Ansteuer-Transistors 2 bereits eine Ansteuer schaltung enthält, durch Hinzufügen einer erfindungsgemäßen Sensorschaltung und einer weiteren Ansteuerschaltung modifiziert, die ebenfalls den ersten Transistor 1 ansteuert, d. h. im Falle eines Störimpulses die Basis des ersten Transistors unabhängig vom gerade herrschenden Betriebszustand der Stromversorungsschaltung auf ein entsprechend niedriges Potential zieht.

Claims

1. An einem Gleich- oder Wechselspannungsnetz betreibbare Stromversorgungs schaltung, bei der eine aus dem Netz gewonnene Versorgungsspannung an einer Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors und einer Last anlegbar ist, und die eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des ersten Transistors aufweist, um den Stromfluß durch die Last zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Sensorschaltung (33) zur Detektion von der Versorgungs spannung überlagerten Spannungsspitzen enthält, daß die Sensorschaltung mit einem Steuereingang der Ansteuerschaltung (40) verbunden ist, und daß die Ansteuerschaltung aufgrund eines von der Sensorschaltung gelieferten Signals die Basis des ersten Transistors (1) auf ein mit dem Emitterpotential des ersten Transi stors vergleichbares Potential legt.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (40) einen zweiten Transistor enthält, dessen Steuer anschluß mit der Sensorschaltung (33) verbunden ist, und durch dessen Schalt strecke die Basis des ersten Transistors (1) mit einer niedrigen Impedanz abge schlossen wird, wenn die Sensorschaltung (33) im Falle einer Überspannung ein entsprechendes Signal abgibt.

3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschaltung aus einem Kondensator besteht, der einerseits mit dem einen Pol (U_g) der Versorgungsspannungsquelle und der andererseits mit dem Steuereingang der Ansteuerschaltung verbunden ist.

4. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschaltung aus einer Reihenschaltung eines Widerstands mit einem Varistor oder einer Zener- oder Transil-Diode besteht, und daß das eine Ende der Sensorschaltung mit dem einen Pol (U_g) der Versorgungsspannungsquelle und das andere Ende der Sensorschaltung mit dem Steuereingang der Ansteuerschaltung verbunden ist.

5. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschaltung aus einer Reihenschaltung eines Widerstands mit der Schaltstrecke eines dritten Transistors besteht, daß das eine Ende der Sensor schaltung mit dem einen Pol (U_g) der Versorgungsspannungsquelle und das andere Ende der Sensorschaltung mit dem Steuereingang der Ansteuerschaltung verbun den ist, und daß der Steuereingang des dritten Transistors mit demselben Ende der Sensorschaltung verbunden ist wie die Schaltstrecke des dritten Transistors.

6. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorschaltung aus einem Spannungsteiler (R1, R2) besteht, über den die heruntergeteilte Versorgungsspannung dem Steuereingang der Ansteuerschaltung zuführbar ist.

7. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus einer der Sensorschaltungen nach einem der An sprüche 3 bis 5 und einem Spannungsteilerwiderstand (R2) besteht.