DE19805098A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise Gegenstand der WO 92/17929 dortige Fig. 14. Der Resonanzkreis besteht aus einer Spule und einem Anpassungskondensator, womit über die Spule von einer Primärschleife berührungslos elektrische Energie auf den Resonanzkreis übertragen wird. Der im Resonanzkreis auftretende Wechselstrom wird gleichgerichtet und über eine Diode einem zu ladenden Kondensator zugeführt, welcher parallel zu einem Verbraucher, im vorliegenden Fall einem Gleichstrommotor geschaltet ist. Parallel zum Kondensator und im Stromfluß vor der Diode ist ein elektronischer Schalter geschaltet. Weiterhin ist ein Komparator vorgesehen, an dessen einem Eingang die Kondensatorspannung und an dessen anderem Eingang eine Referenzspannung anliegt. Der Ausgang des Komparators ist mit der Steuerelektrode des Schalters verbunden. Bei geöffnetem Schalter wird der Kondensator geladen, bis dessen Spannung die Referenzspannung erreicht hat. Hierbei nimmt der Ausgang des Komparators den Schaltzustand H an, womit der Schalter geschlossen wird. Durch das Schließen des Schalters wird bewirkt, daß der Resonanzkreis entladen wird. Entsprechend der Hysterese des Komparators, der Größe des Kondensators und der Leistungsaufnahme des Verbrauchers wird der Schalter wieder geöffnet, wenn der Ausgang des Komparators den Wert L annimmt.
Bei Systemen der in der WO 92/17929 beschriebenen Art treten Spannungen im Bereich von 600 V bei Strömen von 20 A auf. Die Taktfrequenz, mit welcher der Schalter öffnet und schließt liegt zwischen 1 und 10 Hz. Beim Schließen des Schalters treten jedoch sehr hohe Ströme auf, beispielsweise im Bereich von 90 A. Der Schalter und auch der Gleichrichter müssen daher auf weit höhere Spitzenströme ausgelegt sein als auf die Ströme, die bei Normalbetrieb auftreten.
Die Schalter sind Festkörperschalter, beispielsweise MOSFET, IGBT oder GTO. Die Preise derartiger Festkörperschalter nimmt etwa proportional mit ihrer Stromspitzenfestigkeit zu. Beträgt der Stromfluß über dem Schalter im Normalbetrieb 20 A, so muß wegen der Stromspitzen ein Schalter verwendet werden, der für 140 A ausgelegt ist. Dessen Kosten liegen also siebenmal höher als für den Normalbetrieb erforderlich wäre.
Es besteht die Aufgabe, eine Schaltungsanordung zu schaffen, mit welcher die Stromspitzen beim Schließen des Schalters vermieden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Zwei Ausführungsbeispiele wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung, insbesondere geeignet bei MOSFET und
Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform, insbesondere geeignet bei IGBT.
Ein Resonanzkreis 1, bestehend aus einer Spule 2 und einem Anpassungskondensator 3 greift berührungslos von einer Primärschleife 4 Strom ab. Dieser Wechselstrom wird von einer aus vier Dioden bestehenden Gleichrichterschaltung 5 gleichgerichtet. Über eine Drossel 6 und eine Diode 7 wird ein Kondensator 8 geladen, zu dem ein Verbraucher 9, beispielsweise ein Gleichstrommotor parallel geschaltet ist. Parallel zum Kondensator 8 ist ein Schalter 10 geschaltet, wobei die Diode 7 zwischen dem Schalter 10 und dem Kondensator 8 geschaltet ist.
Die am Kondensator 8 anliegende Spannung wird dem Eingang eines Komparators 11 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine Referenzspannung Vref. Der Ausgang des Komparators ist über einen Widerstand mit der Steuerelektrode des Schalters 10 verbunden. Das Vorstehende entspricht dem Aufbau und der Arbeitsweise wie in WO 92/17929, Fig. 14 beschrieben.
Zwischen dem Schalter 10 und Masse ist ein niederohmiger Widerstand 12 geschaltet. Desweiteren ist ein Strombegrenzerschalter in Form eines Transistors 13 vorgesehen. Der Schalter 10 liegt im Basis-Kollektorkreis dieses Transistors 13, dessen Emit­ ter-Kollektorstrecke zwischen der Steuerelektrode des Schalters 10 und Masse geschaltet ist.
Nimmt der Komparator 11 den Schaltzustand H an, dann werden die hohen Spannungsspitzen durch den strombegrenzenden Transistor 13 vermieden, der durch den Spannungsabfall über den Widerstand 12 angesteuert wird. Fließen im Normalbetrieb nach dem Schließen des Schalters 10 über diesen ein Strom von beispielsweise 20 A, dann kann der Schalter aus einem MOSFET bestehen, der Spitzenströme von 25 A schaltet. Diese Schaltung ist ausreichend bei MOSFET, die ein lineares Schaltverhalten aufweisen.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 tragen die Bauteile, die gleich zu denjenigen der Fig. 1 sind, die gleichen Bezugszahlen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein niederohmiger Widerstand 14 zwischen Masse und Schalter 10 geschaltet. Der Ausgang des Komparators 11 ist mit einem Eingang eines Und-Gatters 15 verbunden. Der andere Eingang des Und-Gatters 15 ist mit dem Ausgang eines weiteren Komparators 16 verbunden. Der eine Eingang des weiteren Komparators 16 ist zwischen den Widerstand 14 und dem Schalter 10, in diesem Fall ein IGBT (Insulatet Gate Bipolar Transistor) mit einem nichtlinearen Schaltverhalten, geschaltet, während der andere Eingang des Komparators 16 an Imax anliegt. Übersteigt die Spannung am Kondensator 8 die Spannung Vref, nimmt der Ausgang der Komparators 11 den Schaltzustand H an. Im Normalbetrieb ist der Schaltzustand des Komparators ebenfalls H, womit der Ausgang des Gatters 15 ebenfalls den Schaltzustand H annimmt und somit der Schalter 10 geschlossen wird. Das Auftreten der hohen Stromspitzen wird vermieden, indem beim Schließen des Schalters 10 der Ausgang des Komparators 16 kurzzeitig den Schaltzustand L annimmt, womit der Schalter 10 in Richtung Öffnen geschaltet wird.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Umsetzen von Wechselstrom in Gleichstrom, mit einem eine Induktivität (2) und eine Anpassungskapazität (3) aufweisenden Resonanzkreis (1), dessen Induktivität (2) mit einer Primärschleife (4) gekoppelt ist, mit einer an den Resonanzkreis (1) angeschlossenen Gleichrichterschaltung (5), an welche eine aus einem elektronischen Schalter (10), einem Kondensator (8) und einem Verbraucher (9) bestehende Parallelschaltung angeschlossen ist, zwischen dem Schalter (10) und dem Kondensator (8) ein eine Entladung des Kondensators (8) über den Schalter (10) verhindernder Gleichrichter (7) geschaltet ist, wobei der Schalter (10) geschlossen wird und den Resonanzkreis (1) kurzschließt, wenn die Kondensatorspannung einen oberen Wert aufweist und der Schalter (10) geöffnet wird, wenn die Kondensatorspannung einen dazu niedrigeren Wert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurzschlußkreis ein den Stromfluß beim Entladen des Resonanzkreises (1) erfassendes Bauelement (12, 14) angeordnet ist, das ein Schaltelement (13, 16) ansteuert, welches den Stromfluß durch den Schalter (10) begrenzt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ein im Basis-Kollektorkreis eines Transistors (13) geschalteter Widerstand (12) ist und die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors (13) zwischen der Steuerelektrode des Schalters (10) und Masse geschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ein Widerstand (14) ist, der mit einem Eingang eines ersten Komparators (16) verbunden ist, an dessen anderem Eingang ein Referenzsignal (Imax) anliegt und dessen Ausgang die Steuerelektrode des Schalters (10) ansteuert.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Komparators (16) mit dem Eingang eines Und-Gatters (15) verbunden ist, dessen weiterer Eingang mit einem zweiten Komparator (11) verbunden ist, an dessen Eingängen die Kondensatorspannung und eine Referenzspannung (Vref) anliegt.
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