DE2319068C3 - Protective circuit - Google Patents
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Description
4545
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzbeschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a protective circuit according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Schutzbeschaltung ist aus der DE-OS 20 176 bekannt. Darin wird auch die Problematik so erläutert: in Transformatoren oder Übertragern mit geschaltetem Strom in der Primärwicklung ist eine Begrenzung der Spannung an dem Schalter bzw. den Schaltern erforderlich, wenn beim Abschalten des Stromes die durch die Streuinduktivität induzierte Strom- und Spannungsspitze nicht von dem Schalter bzw. den Schaltern absorbiert werden kann. Die vorgeschlagene Problemlösung besteht aus einer Schutzbeschaltung parallel zur geschalteten Primärwicklung, die, wie an sich bekannt (Heumann — βο S t u m ρ e. »Thyristoren — Eigenschaften und Anwendungen« 1969, S. 304-306), die Reihenschaltung eines Schutzkondensators mit einem Gleichrichter pro Schalter enthalt, wobei die Spannung am Schutzkondensator durch eine Entladeschaltung auf einen für den es bzw. die Schalter ungefährlichen Wert begrenzt wird. Als Entladeschaltung wird hier aber ein Spannungsregler mit mehreren Verlustleistung absorbierenden Transistoren vorgeschlagen, der Überspannungen auf einen stabilisierten Wert begrenzt wie eine leistungsgesteigerte Z-Djode oder ein Varistor.Such a protective circuit is known from DE-OS 20 176. This is also where the problem becomes explained: in transformers or transmitters with switched current in the primary winding is one Limitation of the voltage at the switch or switches required if the The current and voltage peak induced by the leakage inductance are not released from the switch or the switches can be absorbed. The proposed solution to the problem consists of one Protective circuit parallel to the switched primary winding, which, as is known per se (Heumann - βο S t u m ρ e. "Thyristors - Properties and Applications" 1969, pp. 304-306), the series connection of a protective capacitor with a rectifier pro Contains switch, with the voltage on the protective capacitor through a discharge circuit to one for the es or the switch is limited to a safe value. A voltage regulator is used here as the discharge circuit proposed with several power dissipation absorbing transistors, the overvoltages on limits a stabilized value like an enhanced Z-Djode or a varistor.
Für Halbleiter-Stromrichter ist ferner eine Schutzbeschaltung bekannt (DE-OS 21 47 317), deren Schutzkondensator über einen Gleichstrom-Nutzverbraucher, vorzugsweise einen Gleichstrommotor und/oder einen Wechselrichter, entladen wird. Dieses Verfahren paßt sich allerdings an Laständerungen des scbutzbedürftigen Stromrichters nicht an; es hat am Schutzkondensator eine unstabilisierte Spannung zur Folge.For semiconductor converters, a protective circuit is also known (DE-OS 21 47 317), the protective capacitor Via a direct current consumer, preferably a direct current motor and / or a Inverter being discharged. However, this method adapts to changes in the load of the person in need of protection Converter not on; it results in an unstabilized voltage on the protective capacitor.
Speziell für den Kommutierungsschaltkreis in Wechselrichtern mit zwangsgelöschten Thyristoren ist es weiterhin bekannt (US-PS 34 74 322)* den Schutzkondensator über einen Gegentakt-GIeiohstromumrichter mit geregelter Eingangsspannung zu entladen. Diese Schaltungsanordnung erfordert beträchtlichen Aufwand. It is specially designed for the commutation circuit in inverters with force-quenched thyristors also known (US-PS 34 74 322) * the protective capacitor via a push-pull GIeiohstromumrichter to discharge with regulated input voltage. This circuit arrangement requires considerable effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Schutzbeschaltung aufgenommene Leistung nutzbringend auf die Verbraucherseite der Gleichspannungsumsetzeinrichtung zu übertragen und die Spannung am Schutzkondensator mit möglichst geringem Aufwand zu stabilisieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöstThe invention is based on the object of utilizing the power consumed by the protective circuit to transmit to the consumer side of the DC voltage converter and the voltage to stabilize at the protective capacitor with the least possible effort. This object is achieved according to the invention solved by the characterizing features of claim 1
Die Schutzbeschaltung für eine Gleichspannungsumsetzeinrichtung mit stabilisierter Ausgangsspannung enthält die an sich bekannte Reihenschaltung eines Schutzkondensators mit einem Gleichrichter pro Schalter, zur Begrenzung der Spannung am Schutzkondensator aber einen mit einem Speicherübertrager arbeitenden Gleichstromsteller. Der Gleichstromsteller wird bei ausreichend großer Spannung am Schutzkondensator daraus gespeist und überträgt elektrische Leistung auf den spannungsstabilisierten Ausgang der schutzbedürftigen Gleichspannungsumsetzeinrichtung. Am Gleichstromsteller sind das Windungszahlverhältnis, das Tastverhältnis und damit auch die Spannungsübersetzung fest einstellbar. The protective circuit for a DC voltage converter with stabilized output voltage contains the known series connection of a protective capacitor with a rectifier pro Switch, but one with a storage transformer to limit the voltage on the protective capacitor working DC chopper. The DC chopper is activated when the voltage on the protective capacitor is high enough fed from it and transfers electrical power to the voltage-stabilized output of the DC voltage converter in need of protection. On the DC chopper are the turns ratio, the pulse duty factor and thus also the voltage ratio can be set permanently.
Die Spannungsstabilisierung am Schutzkondensator funktioniert dadurch, daß die Spannungsübersetzung des Gleichstromstellers nicht nur vom Eingang auf den Ausgang, sondern auch zurück wirkt. Ist die Eingangsspannung kleiner als das Produkt aus Übersetzungsverhältnis und Ausgangsspannung, so arbeitet der Gleichstromsteller im Leerlauf. Neigt sie aber dazu, darüber hinauszusteigen, dann überträgt er verlustarm so viel Leistung zum spannungsstabilisierten Ausgang, daß seine Eingangsspannung gerade nur um den Spannungsabfall an seinem Innenwiderstand ansteigt.The voltage stabilization on the protective capacitor works by the fact that the voltage translation of the DC chopper not only acts from the input to the output, but also acts back. If the input voltage is less than the product of the transformation ratio and output voltage, the DC chopper works in no-load operation. But she tends to think about it get out, then it transfers so much power to the voltage-stabilized output with little loss that its input voltage only increases by the voltage drop across its internal resistance.
Da die zu absorbierende, von der Streuinduktivität induzierte Leistung mit der Höhe des geschalteten Stromes in der Primärwicklung steigt, wird in der Schutzbeschaltung gerade dann Leistung zum Ausgang übertragen, wenn sie dort gebraucht wird. Leerlauf der schutzbedürftigen ersten Gleichspannungsumsetzeinrichtung bringt auch Leerlauf des Gleichstromstellers in der Schutzbeschaltung mit sich.Since the power to be absorbed, induced by the leakage inductance, increases with the level of the switched As the current in the primary winding increases, power is then output in the protective circuit transferred when it is needed there. Idling of the first DC voltage converter in need of protection also brings idling of the DC chopper in the protective circuit with it.
Die Schutzbeschaltung mit Gleichstromsteller erfüllt somit die Aufgaben, die im Schutzkondensator aufgenommene Leistung verlustarm zum Ausgang der Gleichspannungsumsetzeinrichtung zu übertragen und die Spannung am Schutzkondensator zu stabilisieren. Sie erfordert viel weniger Aufwand als die aus der US-PS 34 74 322 bekannte mit einem Gleichstromumrichter mit geregelter Eingangsspannung.The protective circuit with DC chopper thus fulfills the tasks that are included in the protective capacitor To transmit power with little loss to the output of the DC voltage converter and to stabilize the voltage on the protective capacitor. It requires a lot less effort than that from the US-PS 34 74 322 known with a DC converter with regulated input voltage.
Die Spannungsübersetzung des GleichstromstellersThe voltage translation of the DC chopper
und damit das Verhältnis der Höchstspannung am Schutzkondensator zur stabilisierten Ausgangsspannung ist erfindungsgemäß über das Übersetzungsverhältnis der Wicklungen des Speicherübertragers in der Größenordnung wählbar und über das Tastverhältnis des Gleichstromstellers fein einstellbar.and thus the ratio of the maximum voltage on the protective capacitor to the stabilized output voltage is according to the invention via the transmission ratio of the windings of the storage transformer in the The order of magnitude can be selected and finely adjusted via the pulse duty factor of the DC power converter.
An der Primärwicklung eines Transformators oder Übertragers mit geschaltetem Strom liegt in der periodischen Sperrzeit des Schalters eine betriebsmäßige Spannung, z, B. die Summe aus der Eingangs- und der transformierten Ausgangsspannung, und zusätzlich eine durch die Streuinduktivität induzierte Spannungsspitze. Letztere ist durch die Schutzbeschaltung so zu begrenzen, daß sie zusammen mit der betriebsmäßigen Spannung für den bzw. die Schalter ungefährlich bleibt.On the primary winding of a transformer or transformer with switched current is in the periodic blocking time of the switch an operational voltage, e.g. the sum of the input and the transformed output voltage, and additionally a voltage peak induced by the leakage inductance. The latter is to be limited by the protective circuit so that it works together with the operational Voltage for the switch (s) remains harmless.
Dazu ist bei gegebenem Tastverhältnis des in die Schutzbeschaltung einbezogenen Gleichstromstellers das Obersetzungsverhältnis der Wicklungen des Speicherübertragers so zu bemessen, daß sich am Schutzkondensator eine Höchstspannung einstellt, die unterhalb des für den bzw. die Schalter der ersten Gleichspannungsumsetzeinrichtung zulässigen Sperrwertes, jedoch oberhalb der betriebsmäßigen Schaltspannung liegtFor this purpose, with a given pulse duty factor, the DC chopper included in the protective circuit to dimension the transformation ratio of the windings of the storage transmitter so that on Protection capacitor sets a maximum voltage below that for the switch (s) of the first DC voltage converter permissible blocking value, but is above the operational switching voltage
Bei gegebenem Übersetzungsverhältnis der Wicklungen des Speicherübertragers ist die Spannungsübersetzung des Gleichstromstellers mit dem Tastverhältnis einstellbar.For a given transmission ratio of the windings of the storage transformer, the voltage transmission is of the DC chopper adjustable with the duty cycle.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert The invention is explained in more detail below with reference to a drawing of an exemplary embodiment
Die Zeichnung zeigt zwei im Prinzip gleiche, als Gleichstromsteller ausgebildete Gleichspannungsumsetzeinrichtungen GUi und GU 2. Die erste, GU1, kann ebensogut eine beliebige Gieichspannungsumsetzeinrichtung in Eintakt-, Gegentakt- oder Mehrphasenschaltung sein. Die zweite, GU2, kann, je nachdem wie es die Spannungs- und Potentialverhältnisse zwischen dem Schutzkondensator (CH) und dem Ausgang mit stabilisierter Spannung (U 20) erfordern, ein an sich bekannter Gleichstromsteller mit Spannungsverringerung, Spannungserhöhung, Potentialumkehr oder Potentialtrennung sein. Der in der Zeichnung dargestellte Gleichstromsteller mit Potentialtrennung ist am anpassungsfähigsten und damit am vielseitigsten anwendbar. The drawing shows two DC voltage converting devices GUi and GU 2, which are basically the same and designed as direct current choppers. The first, GU 1, can just as well be any DC voltage converting device in single-ended, push-pull or multi-phase circuit. The second, GU2, can, depending on the voltage and potential relationships between the protective capacitor (CH) and the output with stabilized voltage (U 20), be a known DC chopper with voltage reduction, voltage increase, potential reversal or potential separation. The DC chopper with electrical isolation shown in the drawing is the most adaptable and therefore the most versatile.
Die Gleichspannungsumsetzeinrichtung GU1 hat die Aufgabe, eine von einer schwankenden Nutzlast Q benötigte Ausgangsspannung L/20 durch entsprechende Umsetzung aus einer Betriebsspannung U10 möglichst verlustfrei zu entnehmen. Zur Umsetzung von dem einen Wert auf den anderen wird einer Primärwicklung PlO eines Speicherübertragers Üi ein durch einen Schalter TS10 getasteter Strom zugeführt. Der Bezugswert der Tastfrequenz ist so gewählt, daß eine Tastperiode eine wesentlich kürzere Zeitspanne umfaßt, als die, die durch die kleinste Zeitkonstante eines die Induktivität einschließenden Kreises gegeben ist. Bei Vorliegen einer Mindestlast kommt es unter dieser Voraussetzung für die Induktivität weder zur magnetischen Sättigung noch zum Erreichen eines stromlosen Zustandes.The DC voltage converter GU 1 has the task of extracting an output voltage L / 20 required by a fluctuating payload Q from an operating voltage U 10 with as little loss as possible by appropriate conversion. To convert from one value to the other, a primary winding P10 of a storage transformer Ui is supplied with a current gated by a switch TS 10. The reference value of the sampling frequency is chosen so that a sampling period comprises a significantly shorter time span than that given by the smallest time constant of a circle including the inductance. If there is a minimum load, this precondition for the inductance neither leads to magnetic saturation nor to a de-energized state.
Gemäß der für das Prinzip des Gleichstromstellers als bekannt anzunehmenden Gesetzlichkeit wird durch das Tastverhältnis die Spannungsübersetzung bestimmt. Der die Primärwicklung PlO durchfließende Strom schwankt entsprechend der Anforderung durch die veränderliche Nutzlast Q um einen Mittelwert, der durch den Aufladeverlauf' während der Schalteirleitzeit und den Entladeverlauf während der Schaltersperrzeit gegeben ist Da die Nutzentladung der Speicherinduktivität des Speicherübertragers Ü1 über eine Sekundärwicklung 520 und einen Gleichrichter G 20 erfolgt, kann von dieser wegen der nicht möglichen vollen Kopplung mit der Primärwicklung PlO auch nicht der vom ganzen Energieinhalt herrührende Strom geführt werden. Der verbleibende, dem Streufeld entstammende Rest läßt an der Primärwicklung PlO eine Induktionsspannung UX entstehen, die zusammen mit der Summe aus der Eingangs- und der transformierten Ausgangsspannung auf die offene Schaltstrecke des Schalters TS10 einwirkt Zur Herabsetzung des von der Induktionsspannung UX stammenden Anteiles auf einen für die Schaltstrecke des Schalters TSlO unschädlichen Wert ist parallel an die Primärwicklung PlO über einen Gleichrichter CIl und einen Schutzkondensator C11 die zweite Gleichspannungsumsetzeinrichtung GU 2 angeschlossen. Dieser nur auf die Streufeldleistung der ersten Gleichspannungsumsetzeinrichtung GU1 ausgelegte Gleichv.omsteller bildet im Dauerbetriebszustand für die Prin.är.vickiung PlO der ersten Einrichtung eine Last, die nur dann zu Tage tritt wenn die Spannung an der Wicklung höher ist als jene um Schutzkondensator CIl, wobei der Schutzkondensator betriebsmäßig schon auf die Betriebsspannung UiO zuzüglich der mit dem Windungszahlverhältnis der Primärwicklung PlO zur Sekundärwicklung 520 korrigierten Ausgangsspannung geladen ist Oberhalb dieses Wertes wirkt der aus einem Gleichrichter CIl und dem Schutzkondensator CIl gebildete Lastkreis so niederohmig, daß nunmehr an der Primärwicklung PlO nur noch die Induktionsspannung UX auftreten kann, die während des Schallspieles des Schalters 7"S10 vom Schutzkondensator CH (zuzüglich des Spannungsabfalles am Gleichrichter C ί 1) angesammelt wird.According to the legality to be assumed to be known for the principle of the DC chopper, the voltage ratio is determined by the pulse duty factor. Of the primary winding PlO by current flowing fluctuates according to the requirement by the variable payload Q around a mean of 'during the Schalteirleitzeit and Entladeverlauf is given while the switch lock time by the Aufladeverlauf Since the Nutzentladung the storage inductance of the Speicherübertragers Ü 1 via a secondary winding 520 and a Rectifier G 20 takes place, because of the not possible full coupling with the primary winding P10, the current resulting from the entire energy content cannot be carried by this either. The remaining entstammende the stray field radical can be an induction voltage UX at the primary winding PlO arise, which together with the sum of the input and the transformed output voltage of the open switch path of the switch TS 10 acts to reduction of the originating from the induction voltage UX share a for the switching path of the switch TS10 harmless value, the second DC voltage converter GU 2 is connected in parallel to the primary winding P10 via a rectifier CI1 and a protective capacitor C11. This DC converter, which is designed only for the stray field power of the first DC voltage converter device GU 1, forms a load for the prin.är.vickiung PlO of the first device in continuous operation, which only comes to light when the voltage on the winding is higher than that around the protective capacitor CIl , whereby the protective capacitor is already operationally charged to the operating voltage UiO plus the output voltage corrected with the number of turns ratio of the primary winding PlO to the secondary winding 520. Above this value, the load circuit formed by a rectifier CIl and the protective capacitor CIl has such a low resistance that now only on the primary winding PlO the induction voltage UX can still occur, which is accumulated by the protective capacitor CH (plus the voltage drop at the rectifier C ί 1) during the sound play of the switch 7 ″ S10.
Um diesen Wert unterhalb des kritischen Anteiles für die Schaltstrecke des Schalters 7510 belassen zu können, wird die den Grundwert übersteigende Spannung durch die mittels eines Schalters TS11 ständig tätige Gleichspannungsumsetzeinrichtung GU2 abg-.baut und unter Zuhilfenahme eines Speicherübertragers Ü2 über einen Gleichrichter C 21 auf die Lastseite der Gleichspannungsumsetzeinrichlung GUi spannungsangepaßt übertragen.In order to be able to keep this value below the critical portion for the switching path of switch 7510, the voltage exceeding the base value is reduced by the DC voltage converter GU2, which is constantly active by means of a switch TS 11, and built up with the aid of a storage transformer Ü2 via a rectifier C21 the load side of the DC voltage converter GUi transmitted in a voltage-adjusted manner.
Da auch die zweite als Schutzeinrichtung wirkende Gleichspannungsumsetzeinrichtung GU2 eine nicht vollständig gekoppelte Spannungsübertragung von einer Primärwicklung Pll zu einer Sekundärwicklung 521 herbeiführt, muß auch hier eine Schutzbeschaltung an die Primärwicklung Pll angeschlossen werden. Diese kann jedoch wegen des zur Nutzenergie der ersten Einrichtung geringen Wertes als eine die Energie vollständig vernichtende Einrichtung ausgebildet sein. Das Beispiel zeigt eine aus einem Gleichrichter C 12. einem Schutzkondensator C12 und einer Zwierdiode Z bestehende Anordnung. Die Zenerdiode wirkt hier mit ihrem geringen differentiellen Widerstand nur dann als spannungsabtragende Last, wenn ihr der Belastungsgrenze des Schalters TSH angepaßter Zenerwert überschritten wird. Since the second DC voltage converter GU2, acting as a protective device, also brings about an incompletely coupled voltage transmission from a primary winding PIl to a secondary winding 521, a protective circuit must also be connected to the primary winding PIl here. However, because of the low value for the useful energy of the first device, this can be designed as a device which completely destroys the energy. The example shows an arrangement consisting of a rectifier C12, a protective capacitor C12 and a buffer diode Z. With its low differential resistance, the Zener diode only acts as a voltage-dissipating load if its Zener value, which is adapted to the load limit of the switch TSH, is exceeded.
Ergänzend zum gesamten Schaltungsbeispiel ist noch zu bemerken, daß der Schalter TS lO der ersten Gleichspannungsumsetzeinrichtung GUI durch einen von der Ausgangsspannung L/20 mit einer Regeleinrichtung RE geregelten Tastgenerator TG10, der Schalter 7511 der zweiten Gleichspannungsumsetzeinrichtung GL/2 dagegen mit einem fest einstellbarenIn addition to the entire circuit example, it should be noted that the switch TS 10 of the first DC voltage converter GU I is controlled by a pulse generator TG 10 controlled by the output voltage L / 20 with a control device RE , whereas the switch 7511 of the second DC voltage converter GL / 2 has a fixed setting
Tastgenerator TC 11 betrieben wird. Die Tastgeneratoren sind so aufgebaut, daß sich ihr Tastverhältnis mit oder ohne Einschluß einer Frequenzänderung verstellen läßt. Durch entsprechende Einstellung des Tastgenerators 7"GIl wird die durch den Speicherübertrager Ü2 gegebene Spannungsübersetzung so korrigiert, daß der zum Wirksamwerden der Schutzbeschaltung notwendige Spannungsabbau für den Schutzkondensator CIl gewährleistet ist. Wie angedeutet, kann die Sekundärwicklung 521 über entsprechende Anzapfungen betrieten werden. Die Wickelrichtung der einzelnen Wicklungen der Speicherübertrager Ü1 und Ü2 ist durch einen jeweils den Wickelanfang markierenden Punkt angedeutet. Ebenfalls eingezeichnet sind für das Prinzip der Schaltungsanordnung überflüssige Kondensatoren CIO, C20 und C2I; sie sollen lediglich den geringen dynamischen Innenwiderstand der entsprechenden Funktionsseite andeuten.Tactile generator TC 11 is operated. The pulse generators are constructed in such a way that their pulse duty factor can be adjusted with or without the inclusion of a frequency change. By appropriately setting the probe generator 7 "GIl, the voltage translation provided by the storage transformer Ü2 is corrected so that the voltage reduction necessary for the protective circuit to take effect is ensured for the protective capacitor CIl. As indicated, the secondary winding 521 can be accessed via appropriate taps. The winding direction of the individual windings of the storage transformer U 1 and U2 is indicated by a respectively the winding start marking point are also shown for the principle of the circuit arrangement of redundant capacitors CIO, C20 and C2I;., they are intended to indicate only the low dynamic internal resistance of the corresponding functional site.
Abweichend von den Einzeichnungen im Beispiel kann der Tastgenerator TG11 auch synchron mit dem Tastgenerator TG10 betrieben werden. Voraussetzung ist jedoch ein frequenzkonstanter Betrieb der erstenIn contrast to the drawings in the example, the key generator TG 11 can also be operated synchronously with the key generator TG 10. The prerequisite, however, is a constant frequency operation of the first
ίο Gleichspannungsumsetzeinrichtung GUi. Mit einer derartigen Kopplung läßt sich das Auftreten einer sonst aus dem Frequenzunterschied möglichen Störspannung leicht vermeiden.ίο DC voltage converter GUi. With such a coupling, the occurrence of an interference voltage that is otherwise possible from the frequency difference can easily be avoided.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
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Family Applications (1)
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| DE2053512C (en) | Circuit for keeping a DC voltage constant in a television camera |
Legal Events
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: TIMME, ULRICH, DIPL.-ING., 3400 GOETTINGEN, DE |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |