DE2434688A1 - Anlass- und schutzschaltung fuer einen gleichstrom-umrichter mit unsymmetrischem ausgang - Google Patents

Anlass- und schutzschaltung fuer einen gleichstrom-umrichter mit unsymmetrischem ausgang

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DE2434688A1
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DE2434688A
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Elvio Colangeli
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Italtel SpA
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Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement
    • H02M3/3385Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement with automatic control of output voltage or current

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Description

  • Anlaß- und Schutzschaltung für einen Gleichstrom-Umrichter mit unsymmetrischem Ausgang.
  • Die Erfindung betrifft eine Anlaß- und Schutzschaltung für einen Gleichstrom-Umrichter mit unsymmetrischem Ausgang (Sperrphasen-Betrieb) nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei derartigen Umrichtern wird eine aus einer Akkumulatorbatterie stammende oder unmittelbar aus der Netzspannung über eine Gleichrichterschaltung abgeleitete primäre Gleichspannung (Vb) in eine oder mehrere Gleichspannungen mit unterschiedlichen Spannungswerten umgeformt, mit denen ein oder mehrere Verbraucher gespeist werden. Diese Speisespannungen müssen sowohl gegen Lastschwankungen als auch hinsichtlich der primären Gleichspannung stabilisiert sein. Der Umrichter arbeitet in folgender Weise: Die primäre Gleichspannung wird mit Unterbrechungen durch einen elektronischen Schalter in Form eines Transistors (TR1) oder eines steuerbaren Halbleitergleichrichters usw., der seinerseits durch ein periodisches Schaltsignal (S) gesteuert wird, an die Primärwicklung eines speziellen Ubertragers angelegt. In der sogenannten Ladephase ist der elektronische Schalter geschlossen, und wenn es sich um einen Transistor handelt, wie im folgenden angenommen wird, dann ist dieser gesättigt, in der Primärwicklung fließt Strom, und im Kern des Ubertragers wird magnetische Energie (1 L I2) ge-2 speichert. Die an den als Ausgangskreise dienenden Sekundärwicklungen liegende Spannung hat jedoch hierbei eine solche Polarität, daß für sie die mit den Sekundärwicklungen verbundenen Dioden gesperrt sind und somit kein Energieaustausch zwischen den Primär- und Sekundärseiten erfolgt. In der darauffolgenden sogenannten Entladephase wird der Transistor durch das periodische Schaltsignal gesperrt, die Primärwicklung wird stromlos, die Sekundärspannungen erfahren einen Polaritätswechsel, und die gespeicherte Energie kann sich entladen.
  • Kondensatoren hoher Kapazität bewirken eine Stromglättung und sorgen für eine ausreichende Spannungskonstanz während der Ladephase, während nachfolgende Filter die endgültige Filterung übernehmen. Durch ein Rechtecksignal, welches aus der Spannung an einem der sekundärseitigen Ausgangskreise abgeleitet wird, wird der Transistor periodisch abwechselnd in den Sättigungszustand und in den Sperrzustand gesteuert.
  • Ein wesentliches Problem bei derartigen Umrichtern besteht darin, daß ein Kurzschluß in einem der Verbraucherkreise nicht zu einer Zerstörung des Umrichters führen darf, welcher bei steigendem ausgangsseitigen Strombedarf zu einer übermässigen Stromentnahme aus der Quelle der primären Gleichspannung (Vb) neigt. Ein weiteres Problem ist mit der Erzeugung des rechteckförmigen Steuersignals (S) für den Transistor (TR1) verbunden, das nicht zur Verfügung steht, solange der Umrichter noch nicht normal arbeitet, so daß eine besondere Anlaßschaltung erforderlich ist, die den Umrichter zunächst in den normalen Betriebszustand versetzt.
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltung anzugeben, die den Umrichter in möglichst einfacher Weise aus dem Ruhezustand in den normalen Betriebszustand bringt und ihn zugleich gegen übermäßige Belastung schützt.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Anlaß- und Schutzschaltung.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Schaltungsanordnung der Anlaß- und Schutzschaltung, und Fig. 2 in der Schaltung nach Fig. 1 während der Lade- und Entladephasen auftretende Signale.
  • Die Schaltung wird durch folgende wesentliche Bestandteile gebildet: Einen Übertrager T1, dessen Primärwicklung über einen elektronischen Schalter in Form eines Transistors TR1 an die Quelle einer Betriebs-Gleichspannung +Vb angeschlossen ist, und welcher eine Anzahl Sekundärwicklungen für die Speisung ebensovieler Verbraucherkreise aufweist; ferner einen Regelkreis REG, der das Schließen (Ladephase) und Öffnen (Entladephase) des elektronischen Schalters steuert; einen Rückkopplungskreis, welcher mittels einer Schaltung CR das aus einer der Gleichstrom-Ausgangskreise des Umrichters abgeleitete Steuersignal S für den Regelkreis REG liefert; eine Bilfssteuerschaltung AU, die dazu dient, den Regelkreis REG während des Anlaßzustandes mit einer Betriebsspannung zu versorgen; eine Fühl- oder Meßschaltung SN, die ein bestimmtes Signal abgibt, wenn der vom Ubertrager aufgenommene Strom einen vorgegebenen Stromwert überschreitet; eine Schwellwertschaltung SO, die bei einer derartigen Überschreitung ein Signal zum offenen (Sperren) des elektronischen Schalters erzeugt; eine Speiseschaltung AL für die obengenannten Schaltungen; eine Anzahl n von Ausgangskreisen, die jeweils eine Sekundärwicklung des Ubertragers T1, eine Gleichrichterdiode del...dcn, einen Filterkondensator und ein'besonderes Filter Fl...Fn enthalten; sowie eine Diode dl, welche die Aufgabe hat, den elektronischen Schalter aufgrund des von der Schwellwertschaltung-erzeugten Signals und für die gesamte Dauer der Entladephase geöffnet zu halten. Der Ubertrager T1, der Schalttransistor TR1, der Regelkreis REG mit den Transistoren TR2 und TR3, den n Ausgangskreisen, welche entsprechend viele Verbraucher Ul...Un speisen, der in Reihe mit der Primärwicklung des Ubertragers T1 liegende Meßübertrager T2, die Hilfssteuerschaltung AU, welche in der Startphase eine Hilf sspannunq für den Regelkreis REG liefert, die Rückkopplungsschaltung R, die Schwellwertschaltung SO, sowie die dazugehörige Speiseschaltung, die durch die Wicklungen L2 und L3, die Dioden d2, d3 und die Kondensatoren c2 und c3 gebildet ist, sind miteinander und mit den übrigen Schaltungsbestandteilen in der Fig. 1 zu entnehmenden Weise zusammengeschaltet. Die den Wicklungssinn der Wicklungen angebenden Polaritäten sind in Fig. 1 durch Punkte bezeichnet.
  • Wenn im Betrieb der Wert des Steuersignals S ungefähr zu Null wird, ist der Transistor TR3 gesperrt, und es erscheinen eine positive Spannung am Schaltungspunkt A in Fig. 1 und eine negative Spannung am Schaltungspunkt B. Der Transistor T2 ist daher gesättigt und hält auch den Schalttransistor TR1 im Leitzustand. Der durch die Primärwicklung fließende Strom Ip steigt etwa linear an, wobei im übertrager T1 Energie gespeichert wird.
  • Die Dioden dc1,.. .dcn und dr sind unter diesen Umständen gesperrt, so daß die Sekundärwicklungen stromlos sind.
  • Sobald das Steuersignal S einen hohen Wert erreicht, wird der Transistor TR3 leitend, und der Schaltungspunkt E nimmt ein negatives Potential an, wodurch die in den Basen der Transistoren TR2 und TR1 gespeicherten Ladungen schnell abfließen. Der Schalttransistor TR1 und der Transistor TR2 werden somit gesperrt, der Strom Ip wird unterbrochen, die Polaritäten der sekundärseitigen Spannungen kehren sich um, und es beginnt die Entladephase. Die Entladung ist normalerweise beendet, bevor das Steuersignal S erneut abfällt (Hinterflanke), und das entsprechende Intervall wird dazu ausgenutzt, die Ausgangsspannung im Falle von Schwankungen der primären Gleichspannung Vb zu stabilisieren (vgl. die gestrichelten Linien in Fig. 2a und 2bj.
  • Sobald das Steuersignal S wieder zu Null wird, beginnt die neue Ladephase, und der Zyklus wiederholt sich.
  • Der in der dargestellten Weise in der Schwellwertschaltung SO eingeschaltete Widerstand R7 dient dazu, die während eines jeden Zyklus im Ubertrager T2 gespeicherte kleine Energiemenge zu entladen.
  • Im Kurzschlußfall ist der Rückkopplungskreis R nicht mehr im Stande, das Steuersignal S zu erzeugen, welches gemäß Fig. 2c zu Null wird. Der Schalttransistor TR1 bleibt demgemäß leitend, und der Strom Ip würde bis zur Zerstörung des Übertragers ansteigen. Sobald der Strom Ip den maximal zulässigen Wert überschreitet, wird jedoch in der Schwellwertschaltung SO die am Widerstand R5 abfallende Spannung größer als ein Schwellwert, der durch die Diode d6, die Z-Diode d7 und durch den Emitter-Basis-Übergang des Transistors TR3 definiert ist. Der Transistor TR3 wird dadurch in den Leitzustand gesteuert, so daß der Schalttransistor TR1 gesperrt wird und der Strom Ip verschwindet. Das Unterbrechen des Stromes Ip hat eine Polaritätsumkehrung der Spannungen an den Sekundärwicklungen einschließlich der Sekundärwicklung L'2 des Übertragers T2 zur Folge.
  • Durch Verschwinden der Spannung am Widerstand R5 wird der Transistor TR3 gesperrt. Die Diode dl verhindert jedoch, daß der Schalttransistor TR1 wieder leitend wird, bevor sich die im Übertragerkern gespeicherte Energie entladen hat; die Diode dl ist nämlich nun leitend; da der Schaltungspunkt C für die gesamte Dauer der Entladung auf negativem Potential liegt.
  • Da somit auch der Schaltungspunkt E auf negativem Potential liegt, bleiben die Transistoren TR2 und TR1 auch dann gesperrt, wenn das Steuersignal S fehlt, d.h. wenn der Transistor TR3 gesperrt ist. Erst nach Entladung der gespeicherten Energie beginnt der Zyklus von neuem. Aber auch bei fortdauerndem Kurschluß kann der Strom Ip niemals denjenigen Stromwert überschreiten, auf welchen das Ansprechverhalten der Schutzschaltung eingestellt wurde, so daß der Umrichter auch dann nicht beschädigt wird, wenn dieser Betriebszustand andauern sollte.
  • Der Regelkreis REG hat vorzugsweise die dargestellte Schaltungsanordnung mit den Widerständen R1, R2, R3, R4 und den Dioden d dg. Es ist zu beachten, daß die Schaltfrequenz nicht 8' mehr konstant bleibt, wenn der Strom Ip den für das Eingreifen der Schwellwertschaltung SO festgelegten Schwellwert übersteigt, sondern bei Ansteigen des Belastungsstromes abnimmt (vgl. Fig.2c).
  • Eine gleichartige Betriebsweise ergibt sich beim Anlassen, d.h. nach dem Einschalten des Umrichters. Beim Schließen des Schalters K stehen zunächst weder das Steuersignal S, dessen Wert gleich Null ist, noch die Betriebsspannungen an den Schaltungspunkten A und B zur Verfügung. Dafür ist aber eine von der Hilfssteuerschaltung AU gelieferte Spannung vorhanden, von der ein Strom über die Diode d5 in den Kondensator c2 sowie über die Widerstände R2, R1 durch die Diode dl zu fließen beginnt. Der Strom fließt solange, bis die durch den Emitter-Basis-Übergang der Transistoren TR2 und TR1 gebildete Schwelle überschritten wird. Wenn dies der Fall ist, beginnt der Strom Ip zu fließen. Der Schaltungspunkt C nimmt dann ein positives Potential an, und die Diode dl wird gesperrt, so daß der gesamte durch den Widerstand R2 fließende Strom die beiden Transistoren in den Sättigungszustand steuert. Da das Steuersignal S noch nicht erscheint, würde der Strom Ip den Schwellwert überschreiten, doch tritt auch hier die Schutzschaltung in Erscheinung.
  • Sie steuert durch die am Widerstand R5 abfallende Spannung den Transistor TR3 in den Leitzustand und sperrt den Schalttransistor TR1, welcher daraufhin für die gesamte Dauer der Entladung durch die Diode dl gesperrt gehalten wird. Diese Vorgänge wiederholen sich für einige Zyklen, bis das Steuersignal S in der Lage ist, den Schalttransistor TR1 zu steuern, worauf die Ausgangs spannung der Hilfssteuerschaltung AU durch die Diode d5 abgeschaltet wird, da die Spannung am Schaltungspunkt A im Normalfall die Ausgangsspannung der Hilfssteuerschaltung AU geringfügig übersteigt.
  • Der Verlauf des Steuersignals S, des in der Primärwicklung des Übertragers T1 fließenden Stromes Ip und des in einer generellen Sekundärwicklung fließenden Stromes Is ist aus Fig. 2 ersichtlich. Der Umrichter arbeitet im Falle der Fig. 2a mit Nennlast, im Falle der Fig. 2b mit Teillast und im Falle der Fig. 2c mit überlast; mit gestrichelten Linien sind die Regelintervalle für das Steuersignal S und den Strom Ip angedeutet. Es sei darauf hingewiesen, daß im Überlastf all das Intervall zwischen Entladung und Aufladung verschwunden ist und der Schalttransistor TR1 ausschließlich durch die Schutzschaltung gesteuert wird, da das Steuersignal S stets den Wert Null hat.

Claims (2)

Patentansprüche -
1.) Anlaß- und Schutzschaltung für einen Gleichstrom-Umrichter mit unsymmetrischem Ausgang und mit einem Hauptübertrager, dessen Primärwicklung über einen elektronischen Schalter, der durch einen über einen Rückkopplungskreis mit einer Sekundärwicklung des Übertragers verbundenen Regelkreis geöffnet und geschlossen wird, an eine Quelle einer Betriebsgleichspannung angeschlossen ist, und dessen restliche Sekundärwicklungen eine entsprechende Anzahl von Verbraucherkreisen speisen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß parallel zur Gleichspannungsquelle (Vb) eine Hilfssteuerschaltung (AU) geschaltet ist, die dem Regelkreis (REG) während des Anlaufzustandes über eine erste Diode (d5) eine Betriebsspannung zuführt, daß zum Meßen des vom Umrichter aufgenommenen Stromes eine Meßschaltung (SN) mit einem Meßübertrager (T2) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (L'1) mit der Primärwicklung (L1) des Hauptübertragers (T1) in Reihe liegt, und an dessen Sekundärwicklung (L'2) der Eingang einer Schwellwertschaltung (SO) angeschlossen ist, deren Ausgang mit dem Eingang des Regelkreises (REG) verbunden ist und ein Signal erzeugt, wenn der vom Umrichter aufgenommene Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, und daß der Regelkreis (REG) bei Überlastung und in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schwellwertschaltung (SO) mittels einer zweiten Diode (dl) den elektronischen Schalter (TR1) bis zur vollständigen Entladung der im Kern des Hauptübertragers (Tl) gespeicherten Energie im Sperrzustand hält.
2.) Anlaß- und Schutzschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Betriebsspannungen für den Regelkreis (REG) mit Hilfe von zwei zusätzlichen Sekundärwicklungen (L2 und L3) des Hauptübertragers (T1) erzeugt werden, welche an ihren einen Enden zusammengeschaltet sind, und daß die Kathode der zweiten Diode (dl) mit dem anderen Ende einer der zusätzlichen Sekundärwicklungen (L3) verbunden ist, während ihre Anode mit dem Kollektor eines den Eingang des Regelkreises (REG) bildenden Transistors (TR3) verbunden ist, dessen Basis die Steuersignale aus dem Rückkopplungskreis (R) und aus der Schwellwertschaltung (SO) zugeführt sind.
DE2434688A 1973-07-26 1974-07-18 Anlass- und schutzschaltung fuer einen gleichstrom-umrichter mit unsymmetrischem ausgang Ceased DE2434688A1 (de)

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HU (1) HU174065B (de)
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NL (1) NL7410071A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415777A1 (de) * 1983-04-28 1984-10-31 Canon K.K., Tokio/Tokyo Stromversorgungseinrichtung
WO1986007214A1 (en) * 1985-05-21 1986-12-04 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Protection circuit for a supply unit

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WO1986007214A1 (en) * 1985-05-21 1986-12-04 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Protection circuit for a supply unit

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HU174065B (hu) 1979-10-28
AU7168474A (en) 1976-01-29
NL7410071A (nl) 1975-01-28
IT998288B (it) 1976-01-20
BR7406192D0 (pt) 1975-04-22

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