DE19744202A1

DE19744202A1 - Fly-back converter circuit esp. in current transformer device for electronic release circuit with switched-mode power supply (SMPS)

Info

Publication number: DE19744202A1
Application number: DE19744202A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Wolfgang Dipl Ing Roehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-01

Abstract

A fly-back converter circuit (1) fed from, in particular a high-resistance voltage source, and including a transformer (15), a switching transistor (16) which is controlled by a pulse-width modulator circuit (17), and having one output (CA). In relation to the input terminals (CL) of the fly-back converter, the primary circuit (ISa) of its transformer (15) is electrically connected in series to the secondary-side output (CA) (lines 21/22).

Description

In der Netzschutztechnik ist es bekannt, Stromwandler als Energiestromwandler zur Stromversorgung elektronischer Auslö ser zu verwenden. Solche Stromwandler haben die Eigenschaft, daß sie bei hohen Primärströmen auf der Sekundärseite im all gemeinen nicht kurzschlußfest sind. Diese nachteilige Eigen schaft ist umso ausgeprägter, je kleiner das Bauvolumen des Stromwandlers ist, da ein solcher in diesem Falle eine Sekun därwicklung mit nur geringem Querschnitt aufweist. Wird diese Sekundärseite des Wandlers elektrisch nicht belastet, treten (Leerlauf-)Spannungsspitzen bis zu vielen Tausend Volt auf. Das bedingt, daß ein solcher Energiestromwandler und daran angeschlossene, vom Strom des Wandlers gespeiste Elektronik schaltungen sehr aufwendig dimensioniert werden müssen.In network protection technology it is known to be current transformers Energy current converter for the power supply of electronic tripping to use. Such current transformers have the property that with high primary currents on the secondary side in space are not generally short-circuit proof. This disadvantageous property shaft is more pronounced, the smaller the construction volume of the Current transformer, since in such a case it is a second the winding has only a small cross-section. Will this Secondary side of the converter not electrically loaded, kick (Open circuit) voltage peaks up to many thousands of volts. That means that such an energy current converter and it connected electronics powered by the current of the converter circuits must be dimensioned very complex.

In einer solchen Stromversorgung wurde bisher der Sekundär strom des Wandlers über einen elektronischen Schalter auf ei nen Ladekondensator gegeben. Bei Erreichen einer vorgegebenen bzw. ausreichenden Ladespannung unterbricht der Schalter den Ladestrom. Infolge der Induktivität des Wandlers entsteht da bei prinzipiell eine extrem hohe Spannung, die mittels einer elektronischen Begrenzerschaltung auf verträgliche Höhe zu begrenzen ist. Da hierbei eine hohe Verlustleistung auftritt, sind für eine solche Schaltung relativ aufwendige elektroni sche Bauteile erforderlich. Auch bereitet die Abführung der Verlustleistung erhebliche Probleme.So far, the secondary was in such a power supply current of the converter via an electronic switch on egg Given a charging capacitor. When a predetermined one is reached or sufficient charging voltage, the switch interrupts the Charging current. As a result of the inductance of the converter in principle an extremely high voltage, which can be achieved with a electronic limit switch to an acceptable level limit. Since there is a high power loss, are relatively complex electronics for such a circuit cal components required. Also prepares the removal of the Power loss significant problems.

Es wurde bereits vorgeschlagen, in wie bekannter Weise den Vollweg-gleichgerichteten Wechselstrom des Wandlers dazu zu benutzen, einen ersten Kondensator auf eine erste elektrische Spannung aufzuladen. Aus diesem Kondensator CL soll dann überein Schaltnetzteil ein nachfolgender Ausgangs-Kondensator CA auf die für die Versorgung weiterer Elektronikschaltung benötigte Versorgungsspannung aufgeladen werden. Die Verwendung eines Schaltnetzteils hat dabei den Vorteil, daß bei dieser Übertragung praktisch keine Verlustleistung auftritt. Nachteilig ist aber der hohe Anlaufstrom eines herkömmlichen Schaltnetzteils mit Übertrager, so daß der Einsatz eines solchermaßen ergänzt ausgerüsteten Energiestromwandlers bei jedoch nur kleinen verfügbaren Wandlerströmen, nämlich wenn durch den Stromleiter, an dem der Wandler angekoppelt ist, nur geringer Strom fließt, erschwert ist.It has already been proposed, as is known, the To do this, fully rectified AC converter current use a first capacitor on a first electrical To charge excitement. From this capacitor CL should then a downstream output capacitor via a switching power supply CA on the for the supply of further electronic circuit required supply voltage can be charged. The Use of a switching power supply has the advantage that practically no power loss during this transmission occurs. However, the high starting current of one is disadvantageous conventional switching power supply with transformer, so that Use of such a fully equipped Energy current converter with only small available Transformer currents, namely when through the conductor on the the converter is coupled, only little current flows, is difficult.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches allgemeines Schal tungsprinzip so abzuändern, daß ein solcher Energiestromwand ler mit Schaltnetzteil und Lade- und mit Ausgangs-Kondensator gleichermaßen bei kleinen und bei großen Primärströmen (in den Stromleitern) verwendbar ist.The object of the invention is to provide such a general scarf principle to change so that such an energy flow wall ler with switching power supply and charging and with output capacitor equally with small and with large primary currents (in the current conductors) can be used.

Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Anspruches gelöst.This task is solved with the measures of the claim.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in der Stromversorgung ein einem solchen Energiestromwandler nachgeschaltetes Sperrwand ler-Schaltnetzteil so abzuändern, daß der getaktete Primär strom des Transformators des (Trafo-)Sperrwandlers auch gal vanisch auf den Ausgang dieser Stromversorgungsschaltung, nämlich den Ausgangs-Kondensator CA gekoppelt ist. Der Ein gangsstrom, der durch die Primärspule des Transformators fließt, fließt gemäß einer Reihenschaltung auch über den Aus gang. Erfindungsgemäß addiert sich zu diesem Eingangsstrom der in der Sekundärwicklung 15b induzierte Strom. Hiermit läßt sich nämlich erreichen, daß schon bei nur kleinen Ein gangsströmen bereits eine Aufladung des Ausgangs-Kondensators CA erfolgt. Außerdem kann die Höhe des Anlaufstromes bei der erfindungsgemäßen Ausführung aufgabengemäß nicht zu groß und nicht größer als der Ausgangsstrom werden. Vorteilhaft ist auch, daß bei der Erfindung der Steuereingang des Schalttransistors des Schaltnetzteils auf niedrigem Potential gehalten werden kann.According to the invention it is provided in the power supply to change such a power current converter barrier wall switching power supply so that the clocked primary current of the transformer of the (transformer) flyback converter is also galvanically coupled to the output of this power supply circuit, namely the output capacitor CA. The input current, which flows through the primary coil of the transformer, also flows via the output according to a series connection. According to the invention, the current induced in the secondary winding 15 b is added to this input current. With this it can namely be achieved that the output capacitor CA is already charged with only small input currents. In addition, the level of the starting current in the embodiment according to the invention cannot become too great and not greater than the output current. It is also advantageous that in the invention, the control input of the switching transistor of the switching power supply can be kept at a low potential.

Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die beigefügte Figur, die damit Bestandteil der Offenbarung der Erfindung ist. Die erfindungsgemäße Schaltung des Schaltnetzteils ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Sie umfaßt eingangsseitig eine Vollweg-Gleichrichterschaltung 11, die einem Stromwandler 12 folgt, der an eine Stromleitung 10 magnetisch angekoppelt ist. Parallel zum Ausgang der Gleichrichterschaltung 11 liegt ein Ladekondensator CL, der im Betrieb je nach Stromfluß in der Leitung 10 auf z. B. 5 bis 400 Volt aufgeladen wird. Par allel diesem Kondensator CL liegt eine Sperrwandlerschaltung, die erfindungsgemäß zur Lösung der gestellten Aufgabe vom Stand der Technik abweichend aufgebaut ist. Bekannt ist für eine solche Sperrwandlerschaltung 14 die auch hier vorgesehe ne Verwendung eines Transformators 15, eines Transistors 16 und einer Pulsweiten-Modulatorschaltung 17. Der durch die Primärwicklung 15a des Transformators 15 fließende elektri sche Strom wird durch Öffnen und Sperren des Transistors 16 getaktet. Das Taktsignal liefert die bekannte Pulsweiten- Modulatorschaltung, die im übrigen in der Schaltung 1 mit der Spannung am Kondensator CA stromversorgt ist. Wie an sich be kannt, dient das Takten des Transistors 16 dazu, die am Aus gangs-Kondensator CA auftretende Aufladespannung geregelt konstant zu halten. Aus diesem Kondensator wird die eigentli che Last 20, z. B. die Schaltung einer Auslöseeinrichtung 20, stromversorgt. Mit 18 ist eine üblicherweise verwendete Diode bezeichnet, die im Stromkreis der Sekundärwicklung 15b des Transformators 15 eingefügt ist.The attached figure serves for a better understanding of the invention and is therefore part of the disclosure of the invention. The circuit of the switched-mode power supply according to the invention is designated overall by 1 . On the input side, it comprises a full-wave rectifier circuit 11 which follows a current transformer 12 which is magnetically coupled to a power line 10 . Parallel to the output of the rectifier circuit 11 is a charging capacitor CL, which in operation depending on the current flow in line 10 on z. B. 5 to 400 volts is charged. Par allel this capacitor CL is a flyback converter circuit which, according to the invention, is constructed differently from the prior art to achieve the object. For such a flyback converter circuit 14, the use of a transformer 15 , a transistor 16 and a pulse width modulator circuit 17, which is also provided here, is known. The flowing through the primary winding 15 a of the transformer 15 electrical current is clocked by opening and blocking the transistor 16 . The clock signal is supplied by the known pulse width modulator circuit, which is otherwise supplied with the voltage at the capacitor CA in the circuit 1 . As is known per se, the clocking of the transistor 16 serves to keep the charging voltage occurring at the output capacitor CA regulated in a controlled manner. From this capacitor, the actual load 20 , z. B. the circuit of a trigger device 20 , powered. With 18 a commonly used diode is designated, which is inserted in the circuit of the secondary winding 15 b of the transformer 15 .

Von erfindungsgemäßer Bedeutung ist das Leitungspaar 21/22, mit dem die Sekundärseite des Transformators 15 mit der Primärseite in für eine einschlägige Sperrwandlerschaltung neuartiger Weise galvanisch verbunden ist.Of the invention importance is the line pair 21/22, with which the secondary side of the transformer 15 to the primary side in a novel for a relevant flyback converter circuit is electrically connected manner.

Mit dieser Erfindung kann die Aufladung des Ausgangskondensa tors CA auch schon bei kleinem Eingangsstrom (nur geringem Strom im Stromleiter) ausgeführt werden, was für die erfin dungsgemäße optimale Ausnutzung des Energiewandlers 12 wich tig ist.With this invention, the charging of the output capacitor CA can be carried out even with a small input current (only a small current in the current conductor), which is important for the optimal utilization of the energy converter 12 according to the invention.

Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung die Spannung am Ausgangskondensator CA niemals größer werden als die Spannung am Ladekondensator CL und es kann auch der aufladende Ein gangsstrom nicht höher werden als der Ausgangsstrom im Aus gang der Schaltung 1. Im Stand der Technik ist dies nicht er füllt.Advantageously, in the invention, the voltage at the output capacitor CA can never be greater than the voltage at the charging capacitor CL and the charging input current cannot become higher than the output current in the output of the circuit 1 . In the prior art, this is not the case.

Dieser oben beschriebene Sperrwandler ist auch in weiteren Anwendungsfällen vorteilhaft einzusetzen, z. B. wo der Eingang des Sperrwandlers aus einer hochohmigen Spannungsquelle ge speist wird und dessen Betriebsverhalten, insbesondere sein Anlaufverhalten, zu verbessern ist, was mit dieser Erfindung zu erreichen ist.This flyback converter described above is also in others Use cases advantageously, e.g. B. where the entrance of the flyback converter from a high-impedance voltage source will be fed and its operating behavior, in particular Start-up behavior, what's to be improved with this invention can be reached.

Claims

1. flyback converter circuit ( 1 ), fed from a particularly high-impedance voltage source, with a transformer ( 15 ), a switching transistor ( 16 ) which is controlled by a pulse width modulator circuit ( 17 ), and with an output (CA), with reference to the input terminals (CL) of the flyback converter of the primary circuit (ISA) of its transformer (15) to the secondary side output (CA) galvanically (lines 21/22) is connected in series.

2. Power supply device for an electronic tripping circuit ( 20 ), with an energy current converter ( 12 ) which is magnetically coupled to a current conductor ( 10 ) and which is followed by a charging capacitor (CL), with such a switching power supply ( 1 ) with flyback converter with transformer ( 15 ) and switching transistor ( 16 ) and output capacitor (CA) of the circuit of the power supply, in which, based on the connections of the charging capacitor (CL), the primary circuit (iSa) of the transformer ( 15 ) with the output capacitor (CA) galvanically (line pair 21 / 22 ) is connected in series.