DE2336110C3 - Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung und Strombegrenzung in einem freischwingenden Sperrwandler mit Thyristorabschaltung - Google Patents

Description

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gangsspannung des Sperrwandlers bestimmt. Das Regelprinzip für die Ausgangsspannung beruht auf einem vorzeitigen Abschalten des Schahtransistors und bewirkt außer der Regelung einen Schutz für den Schaltiransistor gegen überhöhten Ausgangsstrom.

Der genauere Ablauf im Regelmechanismus bei der bekannten Schaltungsanordnung ergibt sich aus folgendem: Bei dem Thyristor in der bekannten Schaltungsanordnung handelt es sich um eine Thyristortetrode mit zwei Steuerelektroden: Eine anodenseitige (Anodengate) und e^;ne kathodenseitige (Kathodengate). Die Steuerung erfolgt über die zwischen dem Anodengate und der Anode stehende Spannung. Zur Beeinflussung dieser Spannung, d. h. zum Steuern des Zündzeitpunkts, wenn diese Spannung die Zündspannung erreicht, stehen die zwei Möglichkeiten zur Verfugung: Zum einen kann das Potential am Anodengate verändert werden — bei zu großer Ausgangsspannung des Sperrwandlers wird es abgesenkt —, zum andern kann das Potential an der Anode verändert werden — bei zu hohem Strom des Schalttransistors steigt das Anodenpotential. Das Zusammenwirken der beiden die Zündung auslösenden Kriterien — zu hoher Strom des Schalttransistors, zu hohe Ausgangsspannung — besteht also in einer gegensinnigen Steuerung der beiden Potentiale, deren Differenz die Zündung auslösen. Diese Differenz wird in beiden genannten Fällen größer, und der Zündzeitpunkt erfolgt früher.

Das Kathodengate hat im eingeschwungenen Zustand der Schaltung keine Funktion. Damit jedoch der Thyristor beim Anlaufen der Schaltung nicht zündet, muß das Kathodengate negativ vorgespannt werden. Dies geschieht mit der Diode D7.

Fällt bei der bekannten Schaltung die Spannungsregelung aus, d. h. kann eine zu große Ausgangsspannung des Sperrwandlers eine Potentialsenkung am Anodengate des Thyribtors nicht rrehr bewirken, oder bewirkt eine zu niedrige Ausgangsspannung eine erhebliche Anhebung des Anodengatepotentials, dann kann eine für die Strombegrenzung erforderliche Zündung des Thyristors nur noch durch eine verstärkte Anhebung des Anodenpotentials erfolgen. Dann kann aber der dazu erforderliche Strom durch den Schalttransistor unzulässig hoch werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, das Zusammenspiel der beiden die Zündung des Thyristors auslösenden Kriterien — zu hoher Strom des Schalttransistors, zu hohe Ausgangsspannung des Sperrwandlers — zu verbessern. Die beiden Kriterien sollen sich in ihrer Auswirkung unterstützen können, ohne daß sich ihre Auslösemecbanismen für die Thyristorzündung nachteilig beeinflussen können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Verbindungspunkt der Steuerstrecke des Schalttransistors mit dem ersten ohmschen Widerstand auf dem Bezugspotential der Vergleichsgleichspannung liegt und dadurch zwischen der Zündelektrode und der Kathode des Thyristors die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten ohmschen Widerstand zu liegen kommt, daß eine zweite Referenzgleichspannung mit solcher Polarität an den zweiten ohmschen Widerstand gelegt ist, daß dieser zweite ohmsche Widerstand eine Sperrspannung für den Thyristor führt, die sowohl der durch den Kollektorstrom des Vergleichstransistors an dem zweiten ohmschen Widerstand erzeugten Spannung als auch der durch den Aussanesstrom des Schalttransistors an dem er-

sten ohmschen Widerstand erzeugten Spannung entgegengesetzt ist, wobei ab einem bestimmten Wert des Kollektorstroms des Vergleichstransistors und/oder des Ausgangsstroms des Schalttransistors diese von ihnen erzeugten Spannungen die Sperrspannung kompensieren und nach Überschreiten einer Schwellenspannung den Thyristor zünden lassen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind die beiden die Zündung auslösenden Spannungen gleichsinnig in Reihe geschaltet und verursachen beide auch gleichsinnig die Zündung. Zum Unterschied zu der bekannten Vergleichsschaltung wird der Kollektorstrom des Vergleichstransistors bei zu hoher Ausgangsspannung des Sperrwandlers größer und damit das Potential an der Steuerelektrode des Thyristors höher. Das bedeutet, daß beim Ausfall der Spannungsregelung dem Auslösemechanismus des anderen Kriteriums — der zu hohe Strom des Schalttransistors — nicht entgegengewirkt wird. Durch das Vorsehen der Sperrspannung ist im Falle einer zu niedrigen Ausgangsspannung des Sperrwandlers die auf Grund der zu niedrigen Spannung gegen die Strombegrenzung gerichtete Wirkung begrenzt.

Die beiden Auslösemechanismen unterstützen sich wie bei der bekannten Schaltungsanordnung, können sich aber gegenseitig nicht nachteilig beeinflussen. Der Maximalstrom durch den Schalttransistor ist unabhängig von der Spannungsregelung festlegbar. Außerdem läßt sich durch das Vorsehen der Sperrspannung der Einsatzpunkt der Regelung und damit der Zündzeitpunkt genauer als bei der bekannten Schaltungsanordnung festlegen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die zweite Referenzgleichspannung an einen ohmschen Spannungsteiler gelegt ist, der aus dem zweiten und einem dritten ohmschen V/iderstand besteht und dessen Teilerpunkt mit der Zündelektrode des Thyristors verbunden ist. Dadurch läßt sich über die am zweiten ohmschen Widerstand stehende und über das Spannungsteilerverhältnis einstellbare Sperrspannung der Zündzeitpunkt des Thyristors genauer festlegen.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden:

Eine Gleichspannungsquelle, die beispielsweise eine direkt gleichgerichtete Netzwechselspannung führt, hat die Klemmen 1 und 2, von denen die Klemme 2 auf Masse liegt. Von der Klemme 1 führt ein ohmscher Widerstand 3 zu einem Bezugspotential für die Vergleichsgleichspannung. Mit diesem Bezugspotential ist der Emitter eines Schalttransistors 4 vom npn-Typ verbunden. Dessen Kollektor liegt an einem Anschluß 27 einer Wicklung 5 eines Transformators 6, die mit einem anderen Anschluß auf Masse liegt. Die Basis ist über die Schaltstrecke eines Thyristors 7 mit der Klemme 1 verbunden. Die Basis führt außerdem über die Reihenschaltung einer zur Emitter-Basis-Diode parallel gepolten Diode 8 mit parallelgeschaltetem Kondensator 9, eines ohmschen Widerstands 10 und einer Rückkopplungswicklung 11 des Transformators 6 zum Bezugspotential.

Die Zündelektrode des Thyristors 7 führt über einen ohmschen Widerstand 12 zum Kollektor eines Vergleichstransistors 13 vom pnp-Typ. Dessen Emitter ist über einen ohmschen Widerstand 14 mit dem Bezugspolential verbunden. An den Emitter ist außerdem eine die erste Referenzgleichspannung liefernde Z-Diode 22

angeschlossen.

Mit dem einen Anschluß einer Wicklung 15, deren anderer Anschluß auf dem Bezugspotential liegt, sind zwei entgegengesetzt gepolte Dioden 16 und 17 verbunden, die jeweils über einen Kondensator 18 bzw. 37 zum Bezugspotential führen. An dem Kondensator 18 steht die Vergleichsgleichspannung, am Kondensator 37 eine entgegengesetzt gerichtete Spannung, aus der die zweite Referenzgleichspannung gewonnen wird.

Parallel zum Kondensator 18 liegt die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands 19, eines ohmschen Spannungsteilers 20 und eines ohmschen Widerstands 21. Mit dem Abgriff des ohmschen Spannungsteilers 20 ist die Basis des Vergleichstransistors 13 verbunden. Außerdem liegt zwischen dem Emitter und der Diode 16 die Z-Diode 22. Parallel zum Kondensator 19 liegt die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands 23 mit einer Z-Diode 24, parallel zur Z-Diode 24 die Reihenschaltung zweier ohmscher Widerstände 25 und 26. Der ohmsche Widerstand 26 kommt dabei zwischen dem Bezugspotential und der Zündelektrode des Thyristors 7 zu liegen.

Der Anschluß 27 und ein weiterer Anschluß 28 der Wicklung 5 des Transformators 6 führen jeweils über Gleichrichter zu je einem Ausgang 29 bzw. 30. Dabei bestehen die Gleichrichter jeweils aus einer Längsdiode 31 bzw. 32, aus einem ohmschen Querwiderstand 33 bzw. 34 und aus einem Querkondensator 35 bzw. 36. Es sind mehrere solcher Anschlüsse mit den entsprechenden Ausgängen möglich, an denen dann die jeweiligen Ausgangsgleichspannungen abgenommen werden.

Die Diode 16 erzeugt die Vergleichsgleichspannung, die den Ausgangsgleichspannungen des Transformators 6 proportional ist und am Kondensator 18 steht. Im Vergleichstransistor 13 wird diese Vergleichsgleichspannung mit der durch die Z-Diode 22 stabilisierten ersteni Referenzgleichspannung verglichen. Der Vergleichstransistor 13 dient gleichzeitig als Regelverslärker. Sein Ausgangsstrom fließt durch den ohmschen Widerstand 26.

Die zweite, am Kondensator 37 stehende Referenzgleichspannung ist mit der Z-Diode 24 stabilisiert und mit dem ohmschen Spannungsteiler 25, 26 heruntergeteilt. Am ohmschen Widerstand 26 steht damit ein Teil dieser zweiten Referenzgleichspannung. Durch ihr Vorzeichen wirkt sie für die Zündelektrode als Sperrspannung.

Sowohl der vom Vergleichstransistor 13 gelieferte Kollektorstrom, der durch den ohmschen Widerstand 26 fließt, als auch der Ausgangsstrom des Schalttransistors 4, der durch den ohmschen Widerstand 3 fließt erzeugen zwischen der Zündelektrode und der Kathode des Thyristor 7 eine Spannung, die die Sperrspannung kompensieren und gegebenenfalls soweit übersteigen kann, daß eine Schwellenspannung überschritten wird und der Thyristor 7 gezündet wird. Auslösendes Moment für die Zündung sind also entweder ein zu großer Ausgangsstrom des Schalttransistors 4 oder ein Strom des Vergleichstransistors 13, der das Ergebnis einer zu großen Ausgangsspannung des Sperrwandlers ist. Der Vergleichstransistor 13 verringert beispielsweise bei zu hoher Ausgangsspannung des Sperrwandlers die wirksame Sperrspannung i.n Zündkreis des Thyristors 7. Dadurch genügt am ohmschen Widerstand 3 schon ein geringerer Strom, um den Thyristor 7 zünder zu lassen. Der Schalttransistor 4 wird früher abgeschal tet, so daß die im Kern des Transformators 6 gespei cherte magnetische Energie verringert wird und die Ausgangsspannung des Sperrwandle>-s wieder absinkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung und Strombegrenzung in einem freischwingenden Gleichspannungs-Sperrwandier mit Thyristorabschaltung, bei der mit der Gleichspannungsquelle ein erster ohmscher Widerstand, die Schaltstrecke eines Schalttransistors und eine Wicklung eines Transformators in Reihe liegt, wobei der der Steuerstrecke und der Schaltstrecke gemeinsame Pol des Schalttransistors mit dem ersten ohmschen Widerstand verbunden ist, und eine Rückkopplungswicklung des Transformators im Steuerkreis des Schalttransistors liegt, bei der weiterhin parallel zur Reihenschaltung aus dem ersten ohmschen Widerstand und der Steuerstrecke des Schalttransittors die Schaltstrecke eines Thyristors liegt und die Zündelektrode des Thyristors mit dem Kolfektor eines Vergleichstransistors verbunden ist, der über den Vergleich einer der Sperrwandlerausgangsspannung proportionalen Vergleichsspannung mit einer ersten Referenzgleichspannung den Thyristor dann zünden und damit den Schalttransistor abschalten läßt, wenn die Ausgangsspannung des Sperrwandlers einen vorgegebenen Wert übersteigt, wobei die vom Ausgangsstrom des Schalttransistors am ersten ohmschen Widerstand erzeugte Spannung den Zündzeitpunkt mitbeeinflußt, und bei der außerdem die Zündelektrode des Thyristors über einen zweiten, im Kollektorkreis des Ver gleichstransistors liegenden ohmschen Widerstand mit einem Bezugspotential für die Vergleichsgleichspannung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der Steuerstrecke des Schalttransistors (4) mit dem ersten ohmschen Widerstand (3) auf dem Bezugspotential der Vergleichsgleichspannung liegt und dadurch zwischen der Zündelektrode ui*d der Kathode des Thyristors die Reihenschaltung aus dem ersten (3) und zweiten (26) ohmschen Widerstand zu liegen kommt, daß eine zweite Referenzgleichspannung mit solcher Polarität an den zweiten ohmschen Widerstand (26) gelegt ist, daß dieser zweite ohmsche Widerstand (26) eine Sperrspannung für den Thyristor (7) führt, die sowohl der durch den Kollektorstrom des Vergleichstransistors (13) an dem zweiten ohmschen Widerstand (26) erzeugten Spannung als auch der durch den Ausgangsstrom des Schalttransistors (4) an dem ersten ohmschen Widerstand erzeugten Spannung entgegengesetzt ist, wobei ab einem bestimmten Wert des Kollektorstroms des Vergleichstransistors (13) und/oder des Ausgangsstroms des Schalttransistors (4) diese von ihnen erzeugten Spannungen die Sperrspannung kompensieren und nach Überschreiten einer Schwellenspannung den Thyristor (7) zünden lassen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Referenzgleichspannung an einen ohmschen Spannungsteiler gelegt ist, der aus dem zweiten und einem dritten ohmschen Widerstand (25, 26) besteht und dessen Teilerpunkt mit der Zündelektrode des Thyristors

(7) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Referenzgleichspannung mit einer Z-Diode (24) stabilisiert

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung und Strombegrenzung in einem freischwingenden Gleichspannungs-Sperrwandler mit Thyristorabschaltung, bei der mit der Gleichspannungsqueüe ein erster ohmscher Widerstand, die Schaltstrecke eines Schalttransistors und eine Wicklung eines Transformators in Reihe liegt, wobei der der Steuerstrecke und der Schaltstrecke gemeinsame Pol des Schalttransistors mit dem ersten ohmschen Widerstand verbunden ist, und eine Rückkopplungswicklung des Transformators im Steuerkreis des Schalttransistors liegt, bei der weiterhin parallel zur Reihenschaltung aus dem ersten ohmschen Widerstand und der Steuerstrecke des Schalttransistors die Schaltstrecke eines Thyristors liegt und die Zündelektrode des Thyristors mit dem Kollektor eines Vergleichstransistors verbunden ist, dar üDer den Vergleich einer der Sperrwandlerausgangsspannung proportionalen Vergleichsspannung mit einer ersten Referenzgleichspannung den Thyristor dann zünden und damit den Schalttransistor abschalten läßt, wenn die Ausgangsspannung des Sperrwandlers einen vorgegebenen Wert übersteigt, wobei die vom Ausgangsstrom des Schalttransistors am ersten ohmschen Widerstand erzeugte Spannung den Zündzeitpunkt mitbeeinflußt, uno bei der außerdem die Zündelektrode des Thyristors über einen zweiten, im Kollektorkreis des Vergleichstransistors liegenden ohmschen Widerstand mit einem Bezugspotential für die Vergleichsgleichspannung verbunden ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt und beispielsweise in der Zeitschrift »Funk-Technik« 1971, Nr. 20, S. 782 und 784 beschrieben. Für den Anwendungsfall eines Netzteils für ein Fernsehgerät ist dort eine solche Schaltungsanordnung entsprechend ihrer Funktion mit »selbstschwingender Sperrwandler mit getriggerter Abschaltung« bezeichnet. Diese »getriggerte Abschaltung« ergibt ein günstiges Schaltverhalten der Schalttransistors. Ohne diese Abschaltung würde der Schalttransistor, allein durch die Rückkopplung gesteuert, nur auf Grund des geringer werdenden Basisstroms »ausgehungert«. Die Abschaltung mit dem Thyristor durch Kurzschließen der Rückkopplungswicklung ergibt jedoch nicht nur ein definiertes und klares Abschaltverhalten des Schalttransistors, sondern auch eine überaus einfache Regelmöglichkeit.

Über den Zündzeitpunkt des Thyristors läßt sich die Ausgangsspannung des Sperrwandlers leicht regeln. Durch Vergleichen einer Vergleichsgleichspannung, die repräsentativ für die Ausgangsspannung des Sperrwandlers ist, mit einer stabilisierten Referenzgleichspannung und dies mit Hilfe eines gleichzeitig als Regelverstärker fungierenden Vergleichstransistors läßt sich der Zündzeitpunkt des Thyristors beeinflussen. Die Vergleichsgleichspannung wird über einen Spannungsteiler an die Basis und über einen Spannungsteiler mit Z-Diode an den Emitter des Vergleichstransistors gelegt. Der Kollektor ist mit der Zündelektrode des Thyristors und über einen ohmschen Kollektorwiderstand mit dem Bezugspotential verbunden. Unterschreitet der Kollektorstrom und damit die von ihm an dem Kollektorwiderstand erzeugte Spannung einen Schwellenwert, dann wird der Thyristor gezündet.

Darüber hinaus hängt der Zeitpunkt der Zündung noch von der Spannung ab, die vom Ausgangsstrom des Schalttransistors an dem in Reihe zur Schaltstrecke des Thyristors liegenden ohmschen Widerstand erzeugt wird. Der Zündzeitpunkt wird also von der Höhe des Ausgangsstroms des Schalltransistors und von der Aus-