DE2035622A1 - Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes bei einem Halbleiter schalternetzgerat - Google Patents

Description

• "Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes bei einem Halbleiterschalternetzgerät" Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes bei einem Netzgerät mit phasenanschnittgesteuertem Halbleiterschalter, einem Regeitransistor und einem ladekondensator.
• Ohne entsprechende Schutzmaßnahmen würde ein sehr starker Einschaltstromstoß auftreten, der nicht nur den Halbleiterschalter, z.B. einen Thyristor, sondern auch eine nachfolgende Siebschaltung gefährdet. Es ist zwar bekannt, NC-Widerstände zu benutzen, wobei die Wartezeit bis zum Wiedereinschalten des Netzgerätes jedoch 1 Minute und länger beträgt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Wartezeit bei derartiger Einschaltstromstoßunterdrückung erheblich zu verkürzen, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Regeltransistors zusätzlich über eine Serienschaltung aus einer Diode und aus einer Parallelschaltung von einem Kondensator und einem Widerstand an einen parallel zum Netzspannungseingang liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist. Dadurch wird die Wartezeit auf Sekunden bzw. Bruchteile von Sekunden verkürzt.
• Bei der in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltungsanordnung wird in 3 jeder Netzspannungshalbwelle ein Zündkondensator C1 über einen Widerstand R1 abwechselnd positiv und negativ aufgeladen. Sobald die Spannung am Zündkondensator C1 den Wert der Durchbruchs spannung einer Triggerdiode D1 erreicht, beginnt diese zu leiten, und es findet eine Teilentladung von Kondensator C1 statt. Hierbei wird über die Triggerdiode D1 und einen Kondensator C2 ein Impuls auf den Steueranschluß des als Halbleiterschalter dienenden Thyristors Th1 gegeben, der in den positiven Spannungshalbwellen zum Zünden dieses Thyristors führt.
• Der Ladekondensator C3 liegt nunmehr über den Thyristor direkt am Netz. Wegen des niedrigen Durchlaßwiderstandes des Thyristors fließt ein starker Iadesm, der in dem Augenblick endet, in dem die durch die Aufladung ansteigende Spannung von Kondensator C1 gleich dem Augenblickswert der Netzspannung U>J ist, und der Thyristor löscht. In der Zeit bis zum nächsten Zünden findet eine Teilentladung von Kondensator C3 über den angeschlossenen Verbraucher an UL statt. Am Ladekondensator liegt somit eine von einer sEgezahnförmigen Spannung überlagerte Gleichspannung.
• Die Kapazität von Kondensator C1 ist so gewählt, daß es zu einem sicheren Zünden des Thyristors Th1 kommt, während der Widerstand R1und damit die Badezeit einen Wert erhält, der einen Anstieg der Spannung am Kondensator C1 bis zur Höhe der Durchbruchs spannung der Triggerdiode D1 erst innerhalb der abfallenden Flanken der positiven Netzspannungshalbwellen zuläßt.
• Parallel zum Kondensator C liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transisbrs T1 mit einem Widerstand R7. Der Kollektorstrom stellt für den Ladestrom von Kollektor C1 einen Nebenschluß dar. Je größer der Strom durch den Transistor T1 ist, desto länger wird die Zeit bis zur Aufladung des Kondensators Ci auf die Durchbruchs spannung der Triggerdiode D7 und desto später zündet der Thyristor Th1.
• Durch Steuerung des Transistors T1 kann daher der Zündzeitpunkt in bestimmten Grenzen verändert werden.
• Die Basis des Transistors T1 ist über einen aus den Widerständen R2, R und R bestehenden Spannungsteiler mit dem Netz verbunden. Erhöht sich z.B. die Netzspannung, so steigt der Basis- und damit auch der Kollektorstrom an. Durch den vergrößerten Nebenschluß vollzieht sich die Aufladung des Kondensators C1 langsamer und der Thyristor h1 zündet später. Ein Ansteigen der Ausgangsspannung UL an Eondensator C3 kann dadurch weitgehend verhindert werden.
• Über einen Widerstand R4 ist die Ausgangsspannung mit der Basis von Transistor T1 verbunden. Retzspannungs- und Laststromschwankungen lösen über den Transistor T1 einen Steuer-bzw. Regelvorgang aus, durch den eine ausreichende Konstanz der Ausgangs spannung erzielt wird. Gute Regelergebnisse werden erhalten, wenn der Transistor T1 auf konstanter Temperatur arbeitet. Eine Kompensation des Temperatureinflusses kann durch Einfügen einer Zener-Diode D2 auf der Basis des Transistors T1 erzielt werden.
• Die Schutzschaltung zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes besteht aus der Diode D3, dem Kondensator C4, sowie dem Widerstand R6. Die Diode 1>3 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R5 des am Netzspannungseingang liegenden Spannungsteilers angeschlossen, während der LEtdekondensator C4 mit seinem Fußpunkt gegebenenfalls über einen Widerstand an der Besis des Regeltransistors T1 liegt. Die Schutzschaltung erhöht nach dem Einschalten des Netzteiles zunächst den Basisstrom des Regeltransistors T1, so daß er ganz durchgeschaltet wird. Über den durchgeschalteten Regeltransistor und dem Widerstand R liegen der Konden-7 sator C1 des phasenschiebenden Netzwerkes und die an ihm angeschlossene Triggerdiode b1 an Masse, so daß der Thyristor Th1 zunächst keinen Triggerimpuls bekommt. Mit steigender Ladung des Kondensators C4 und dem damit sinkenden Ladestrom verringert sich der Einfluß der Schutzschaltung auf den Basisstrom des Regeltransistors. Die Spannung am Kollektor dieses Transistors steigt und der Thyristor wird gezündet, sobald das Spannungsmaximum die Durchbruchsspannung der Triggerdiode D1 überschreitet.
• Die positive Halbwelle der Kollektorspannung zeigt zwei Maxima, bedingt durch den zeitlichen Verlauf des Kollektorstromes von Transistor T1. Das zweite Maxima ist wesentlich größer als das erste und führt daher zum ersten Auslösen der Triggerdiode )i. Das zweite Maximum fällt nahezu mit dem Nulldurchgang der Netzspannung zusammen. Daher erfolgt die erste Zündung des Thyristors Um1 bei einem niedrigen Momentanwert der positiven Retzhalbwelle, und der Einschaltstrom beträgt ca. 17 A. Beim weiteren Ansteigen der Kollektorspannung des Regeltransistors T1 wird der Triggerzeitpunkt in zunehmendem Maße vorverlegt. Nach ca. 700 Millisekunden ist der für die Nennausgangsspannung erforderliche Zündzeitpunkt erreicht. Im Thyristor Th1 fließt jetzt der betriebsmäßige Spitzenstrom von ca. 10 - 12 A. Die elektronische Einschaltstromstoß-Unterdrückung bewirkt also, daß die Ausgangespannung h nach dem Einschalten annähernd vom Nulldurchgang der postiven Netæhalbwelle her über mehrere Perioden hinweg auf ihren Sollwert ansteigt. Nach dem Abschalten des Netzteiles kann die Ladung des Kondensators C4 nicht über die vorgeschaltete Diode D3 abfließen. Fehlt der Widerstand R6, dann wäre bei einem Wiedereinschalten des Gerätes der Kondensator C4 noch geladen und im Regeltransistor T1 würde sofort der betriebsmäßige Basisstrom fließen. Eine Schutzwirkung wäre nicht vorhanden. Der Widerstand R6 wird zweckmäßig so bemessen, daß er den Kondensator C4 nach dem Abschalten des Gerätes in einer angemessenen kurzen Zeit entlädt und so die Schutzschaltung wieder betriebsfähig macht.
• Wählt man den Widerstand R6 zu klein, dann führt er im Betriebszustand einen nennenswerten Anteil des Bassstromes des Regeltransistors T1 und macht so die Stabilisierungsschaltung mit der Zener-Diode D2 unwirksam. Als Kompromiß empfiehlt sich, den Widerstand R6 mit etwa 5,6 MOhm zu wählen und damit die Erholungszeit der Schutzschaltung auf ca. 2 sec zu bringen.
• Wird das Netzgerät abgeschaltet, entlädt sich der Kondensator C4 über den hochohmigen Widerstand R6, so daß die Schutzschaltung nach wenigen Sekunden erneut betriebsbereit ist. Auch diese geringe Verzögerungszeit läßt sich noch vermeiden, wenn ein Netzschalter mit Hilfskontakt benutzt wird, über den statt über den Widerstand R6 der Kondensator C4 nach dem Abschalten entladen wird.
• Patentansprüche:

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1.) Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes bei einem Netzgerät mit phasenanschnittgesteuertem Halbleiterschalter, einem Regeltransistor und einem Ladekondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Regeltransistors zusätzlich über eine Serienschaltung aus einer Diode und aus einer Parallelschaltungvon einem Kondensator und einem Widerstand an einen parallel zum Netzspannungseingang liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist.
2. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor in Emitter-Grundschaltung betrieben ist und in der Basisleitung parallel zur Serienschaltung (D3, C4, R6) eine Zener-Diode liegt.
3. 3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zum Kondensator (C4> liegende Widerstand (R6) durch einen vom Netzschalter betriebenen Hilfskontakt zersetzt ist.