DE2450256C2

DE2450256C2 - "Steuereinrichtung mit Überstromschutz für einen Gleichspannungsstabilisator"

Info

Publication number: DE2450256C2
Application number: DE19742450256
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(Grad.) 4785 Belecke Scholz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1974-10-23
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2450256A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit Überstromschutz für einen aus einem pulsbreitenmodulierten Gegentaktschalter, einem Spannungswandlertransformator und einem Gleichrichter mit einer Siebkette bestehenden Gleichspannungsstabilisator mit einem die Pulsbreite modulierenden Spannungsregler und einem beim Auftreten eines Überstromes wirksam werdenden Stromregler, welche Steuereinrichtung einen als Spannungsregler verwendeten Differenzverstärker und eine Sanftanlaufeinrichtung mit einem Zeitglied mit einem beim Einschalten des Gleichspannungsstabilisators allmählich geladenen Kondensator enthält.

Eine derartige Steuereinrichtung ist bekannt durch US-PS33 55 653.

Ferner sind Steuereinrichtungen mit einem Zeitglied, wie vorangehend beschrieben, bekannt durch AEG-Katalog Leistungshalbleiter, Baugruppen, Lieferprogramm 1968/69, Seiten 19 bis 22. Bei diesen Steuereinrichtungen wird durch den Kondensator eines Zeitgliedes beim Einschalten eines Gleichrichtersatzes eine Hilfssollspannung vorgegeben, welche allmählich bis zu dem Betriebs- oder Nennwert der Sollspannung ansteigt. Es soll hierdurch verhindert werden, daß beim Einschalten der Gleichrichterstrom infolge des Rush-Effekts im Gleichrichtertransformator unerwünscht groß wird. Für die Sollspannungsvorgabe müssen Zeitgliedkondensatoren mit sehr großer Kapazität. ?- B. Elektrolytkondensatorer., verwendet werden, und es muß auf richtige Polung dieser Kondensatoren geachtet werden. Überdies können nach der Aufhebung einer Überlastung bei Gleichrichtern dynamische Spannungsabweichungen auftreten, die über den Toleranzbereich der Gleichrichterspannung hinausgehen, wenn der verwendete Spannungsregler noch nicht im Nentibereich arbeitet.

Durch »Elektronic Engineering«, Sept. 1973, Seite 73 bis 75 ist weiterhin ein Gleichspannungsstabilisator mit den eingangs angegebenen Bestandteilen und mit einem Steuerteil ohne Sanftanlaufeinrichtung bekannt, bei dem als Spannungsregler und Stromregler des Steuerteils Differenzverstärker verwendet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung mit Überstromschutz für einen Gleichspannungsstabilisator der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, wobei der Überstromschutz sowohl zur Unterdrückung hoher Einschaltstromstöße und etwa auftretender Überströme als auch zur Unterdrückung dynamischer Spannungsspitzen der stabilisierten Gleichspannung wirksam wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Diese zu einem komplexen Zeitglied mit einem gemeinsamen Kondensator zusammengesetzten Strom-

kreise sind weiteren Ausbildungen der Erfindung gemäß im einzelnen folgendermaßen miteinander verknüpft und ausgeführt:

Ein erster Stromkreis enthält einen durch ein Einschaltsignal für den Spannungsstabi'isator durchgeschalteten und nach dem Einschahsignal wieder gesperrten Schalttransistor in Reihenschaltung mit einem ohmschen Widerstand parallel zu dem gemeinsamen Kondensator. Ein zweiter Stromkreis enthält einen ohmschen Widerstand und eine in der Richtung des „o Ladestromes gepolte Diode in Reihenschaltung mit dem gemeinsamen Kondensator der an einer ersten Gleichspannung angeschlossen ist, wobei die Spannung an dem Widerstand einem Eingang des als Spannungsregler verwendeten Differenzverstärkers zugeführt ist

Ein durch die Diode von diesem zweiten Stromkreis entkoppelter vierter Stromkreis mit einem mit dem gemeinsamen Kondensator in Reihe liegenden ohmschen Widerstand ist an eine zweite Gleichspannung, welche größer als die erste Gleichspannung ist, angeschlossen.

Es enthält ein dritter Stromkreis einen durch das Ausgangssignal eines als Stromregler verwendeten Differenzverstärkers über eine Diode angesteuerten Transistor in Reihenschaltung mit einem ohmschen Widerstand parallel zu dem gemeinsamen Kondensator.

Durch die Erfindung wird bei einem Gleichspannungsstabilisator der eingangs beschriebenen Art im Unterschied zum "Stande der Technik, beispielsweise nach US-PS 33 55 653, bei jedem Einschalten oder Inbetriebsetzen sowie auch nach jeder Aufhebung einer Überlastung oder eines Kurzschlusses zuerst immer ein negativer Sollspannungswert als Potentialsprung vorgegeben und anschließend wird vorübergehend ein zeitlich veränderter Sollspannungswert vorgegeben. Es wird dadurch die Ausgangsspannung jeweils dem Sollspannungswert unverzögert nachgeführt und somit überschwingungsfrei. Damit wird in technisch fortschrittlicher Weise ein sicherer, von Störungen unabhängiger Betrieb eines Gleichspannungsstabilisators erreicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachstehend beschrieben wird.

Dargestellt ist das Blockschaltbild eines Gleichspannungsstabilisators 1 mit einem pulsbreitenmodulierten Gegentaktschalter 11 mit Wandlertransformator 12 und einer Schaltungseinrichtung 2, welche ausführlich in dem Blockschaltbild eingezeichnet ist.

Dem Stabilisator 1 ist eine ungeregelte Gleichspannung U zugeführt. Die stabilisierte konstantgeregelte :o Gleichspannung am Ausgang des Stabilisators ist mit Usi bezeichnet. Der Stabilisator enthält ferner einen Spannungsregler 13, einen Stromregler 14, einen Pulsbreitenmodulator 15 und einen Gleichrichter 16 mit einer Siebkette 17, welcher dem Wandlertransformator 12 nachgeordnet ist. Für die Regler 13 und 14 sind Differenzverstärker mit jeweils einem den Ausgang und den nichtinvertierenden Eingang verbindenden Reihen-ÄC-Glied verwendet, wodurch diese Verstärker Integrationsverhalten aufweisen. Der Stromregler 14 wird nur beim Auftreten von über die Betriebsstromstärke des Gleichstromes des Spannungsstabilisators 1 hinausgehenden Überströmen wirksam. Hierbei bildet sich am Ausgang des Stromreglerverstärkers jeweils eine negative Spannung aus, welche an einen Spannungsteiler r 14. r 14' gelegt ist.

Die Schaltungseinrichtung 2 gemäß der Erfindung ist eine aus mehreren Stromkreisen zusammengesetzte Zeitgliedschaltung mit einem den Stromkreisen gemeinsamen Kondensator C Diese Stromkreise sind jeweils nicht allesamt gleichzeitig geschlossen. Ein erster Stromkreis 21 ist eine Reihenschaltung aus einem Schalttransistor ρ 1 und einem ohmschen Widerstand rl parallel zu dem Kondensator C Er ist ein Eiitladestromkreis. Ein zweiter Stromkreis 22 ist eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand r2, einer Diode η 2, dem Kondensator C und einer ersten gegen Nullpotential negativen Gleichspannung U₂. Er ist ein Ladestromkreis. Ein dritter Stromkreis 23 ist eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand r3 und einem Transistor ρ 3 parallel zu dem Kondensator C Er ist ein Entladestromkreis. Ein vierter Stromkreis 24 ist eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand r4, dem Kondensator C und einer zweiten gegen Nullpotential positiven Gleichspannung LU. Er ist ein Ladestromkreis. Die vier Stromkreise haben zwei gemeinsame Verzweigungspunkte Vl, V2, zwischen welchen der gemeinsame Stromzweig mit dem Kondensator liegt. Die Diode η 2 des Ladestromkreises 22 ist in der Richtung des Ladestromes gepolt, sie entkoppelt die Ladestromkreise 22 und 24 voneinander. Die Gleichspannung U2, welche im Stromkreis 22 am Widerstand r 2 abfällt, liegt an dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers des Spannungsreglers 13. Demgegenüber ist über einen ohmschen Widerstand 19 dem invertierenden Eingang des Spannungsreglers die Regelabweichung der Spannungsreglung des Stabilisators 1 zugeführt, welche aus der Differenz der Gleichspannung t/s, am Ausgang des Stabilisators und einer Betriebssollspannung Urei an einem Spannungsteiler 18 gebildet wird.

Wird der Gleichspannungsstabilisator, welcher beispielsweise als Bestandteil eines sogenannten Netzteiles einem Netzgleichrichter nachgeordnet sein kann, in Betrieb gesetzt, d. h. eingeschaltet, dann wird mittels einer Kippstufe K_x bei diesem Einschalten ein Einschaltsignal gebildet, durch welches der Schalttransistor ρ 1 des Entladestromkreises 21 durchgesteuert und der Kondensator C über den Widerstand r 1 sehr schnell entladen wird. Am Ende des Einschaltsignals wird der Schalttransistor ρ 1 wieder gesperrt, so daß unmittelbar nach dem Einschaltsignal der Kondensator C über den Widerstand r2 und die Diode η 2 des Ladestromkreises 22 allmählich wieder geladen wird. Am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers des Spannungsreglers 13 liegt beim Einschalten des Stabilisators somit eine negative Hilfssollspannung, welche zunächst der Gleichspannung L/2 entspricht. Nach dem Einschaltsignal steigt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 13 langsam vom Negativen in Richtung Null an. Hierbei wird dem Spannungsregler 13 ein negativer Hilfssollspannungswert W vorgegeben. Es wird dadurch verhindert, daß nach dem Einschalten die Ausgangsspannung Usi des Stabilisators 1 unmittelbar auf einen vorgegebenen Nennsollwert Urei geregelt wird und der Wandlertransformator 12 den gefährlichen Einschaltstrom aufnehmen kann. Statt dessen wird, wie ersichtlich, durch den Differenzverstärker des Spannungsreglers 13 die Regelabweichung Ust — Urei der Spannungsregelung vorübergehend auf einen zunächst genügend kleinen und hiervon ausgehend dann allmählich zunehmenden Größenwert geregelt. Nachdem schließlich der Kondensator C die Gleichspannung U7 angenommen hat, folgt noch eine zusätzliche Spannungsaufnahme über den Ladestromkreis 24.

Beim Auftreten eines Überstromes wird durch eine

Gleichspannung der invertierende Eingang des Stromreglers 14 positiver als der nichtinvertierende Eingang, dem ein festes, positives Potential zugeführt ist, angesteuert, so daß der Ausgang des Stromreglers 14 negativ wird in bezug auf das Massepotential Null, der Transistor ρ 3 also mehr aufgesteuert wird und der Kondensator C mehr entladen wird. Dabei sinkt der Hilfsspannungssollwert ausgehend von etwa Spannung Null ins Negative ab, sobald das Potential bei V2 genügend negativer als Massepotential geworden ist. Durch das Absinken erst wird mittels des Spannungsreglers 13 und des Gegentaktschalters 11 Strombegrenzung bewirkt. Je größer der Überstrom ist, desto mehr positiv wird der invertierende Eingang des Stromreglers 14 angesteuert, desto mehr negativ auch wird dessen Ausgang, und entsprechend mehr negativ über den Spannungsteiler rl4, rl4' wird der Transistor ρ 3 angesteuert. Dann wird der Transistor ρ 3 mehr aufgesteuert und die Spannung des Kondensators C durch die Entladung über den Transistor ρ 3 entsprechend mehr verringert. Die Verringerung wird von der Größe des Überstromes abhängig durch Rückführung der Steuerspannung für den Transistor ρ 3 zum invertierenden Eingang des Reglers 14 über ein KC-Glied.

Das langsame Ansteigen des Hilfsspannungssollwertes nach Beendigung des Überstromes soll das Auftreten von Schwingungen im zeitlichen Verlauf der Spannung verhindern. Die Strombegrenzung würde sonst nicht wirksam durchgreifen können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung mit Überstromschutz für einen aus einem pulsbreitenmodulierten Gegentaktschalter, einem Spannungswandlertransformator und einem Gleichrichter mit einer Siebkette bestehenden Gleichspannungsstabilisator mit einem die Pulsbreite modulierenden Spannungsregler und einem beim Auftreten eines Überstromes wirksam werdenden Stromregler, weiche Steuereinrichtung ι ο einen als Spannungsregler verwendeten Differenzverstärker und eine Sanftanlaufeinrichtung mit einem Zeitglied mit einem beim Einschalten des Gleichspannungsstabilisators allmählich geladenen Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Spannungsregler (13) verwendeten Differenzverstärker über dessen ersten Eingang (—) die aus dem Istwert (U_SI) der Ausgangsspannung des Gleichspannungsstabilisators (1) und einem Sollwert (U_nJ) gebildete Regelabweichung zugeführt ist und über den zweiten Eingang ( + ) ein bei jedem Einschalten sowie beim Auftreten eines Überstromes des Gleichspannungsstabilisators sprunghaft auf einen negativen Spannungswert absinkender und dann langsam ansteigender Hilfsspannungssollwert (U₂') jeweils vorübergehend durch eine zeitlich veränderte Spannung des Kondensators (C) des Zeitgliedes, der in einem vier Stromkreisen gemeinsamen Stromzweig liegt, über eine in der Richtung des Ladestromes des Kondensators gepolte Diode (n 2) vorgegeben wird, derart, daß der Kondensator (C) beim Einschalten des Spannungsstabilisators in einem dabei eingeschalteten ersten Stromkreis (21) und beim Auftreten eines Überstromes des Span- κ nungsstabilisators in einem durch den Stromregler (14) dabei stromleitend gesteuerten dritten Stromkreis (23) jeweils entladen wird, letzterenfalls die Spannung des Kondensators von der Größe des Überstromes abhängig verringert wird, und daraufhin der Kondensator (C) in einem zweiten Stromkreis (22) an einer Gleichspannung (U2) allmählich geladen wird, und daß im stationären Betrieb des Stabilisators der Kondensator (C) in einem vierten Stromkreis (24) an einer Gleichspannung (U*), die positiv und höher als (U2) ist, geladen ist, wobei der Eingang ( + ) des Spannungsreglers (13) durch die Diode (7)2) entkoppelt ist und ein Hilfsspannungssollwert Null vorgegeben wird.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromkreis (21) einen durch ein Einschaltsignal für den Spannungsstabilisator (1) durchgeschalteten und nach dem Einschaltsignal wieder gesperrten Schalttransistor (p 1) in Reihenschaltung mit einem ohmschen Widerstand (r 1) parallel zu dem Kondensator (C) enthält.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis (22) einen ohmschen Widerstand (rl) und eine in der Richtung des Ladestromes gepolte Diode (n2) in Reihenschaltung mit dem Kondensator (C) enthält, der an einer ersten Gleichspannung (Ui) angeschlossen ist, wobei die Spannung an dem Widerstand (r2) einem Eingang des als Spannungsregler (13) verwendeten Differenzverstärkers zugeführt ist, und daß ein durch die Diode (n2) von diesem zweiten Stromkreis entkoppelter vierter Stromkreis (24) mit einem mit dem Kondensator (C) in Reihe liegenden ohmschen Widerstand (r4) an eine zweite Gleichspannung (Ua), welche grüßer als die erste Gleichspannung ist, angeschlossen ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Stromkreis (23) einen durch das Ausgangssignal eines als Stromregler (14) verwendeten Differenzverstärkers über eine Diode (n 3) gesteuerten Transistor (p 3) in Reihenschaltung mit einem ohmschen Widerstand (r3) parallel zu dem Kondensator (C) enthält.