DE2713676A1

DE2713676A1 - Selbsterregter, geregelter sperrumrichter

Info

Publication number: DE2713676A1
Application number: DE19772713676
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Ganzer; Ulf-Christian Dipl Ing Schwarz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE2713676C3; DE2713676B2

Description

Selbsterregter, geregelter Sperrumrichter
Die Erfindung bezieht sich auf einen durch Rückkopplung selbsterregten, geregelten Sperrumrichter mit einem Schalttransistor, der die Primärwicklung eines Leistungsübertragers periodisch an eine Eingangsspannung legt und wobei der Leistungsübertrager eine Sekundärwicklung für einen Verbraucher, eine Rückkopplungswicklung, die Uber die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors, in dessen Basis ein von einer Regeleinrichtung beeinflußter veränderbarer Steuergleichstrom fließt, an die Steuerstrecke des Schalttransistors angeschlossen ist und eine Tertiärwicklung aufweist.
Ein derartig ausgebildeter Sperrumrichter ist bereits bekannt (ETZ-A Band 87, 1956, Seiten 730 bis 736).
Bei Sperrumrichtern ohne Taktgeber liefert die Rückkopplungswicklung während der Durchlaßzeit des Schalttransistors dessen Basisstrom und während der Sperrzeit eine Sperr-Hilfsspannung.
Die Sperr-Hilfsspannung ist der Ausgangsspannung proportional.
Besitzt der Sperrumrichter auf der Sekundärseite keinen strombegrenzenden Regelkreis, dann ist die auf die Rückkopplungswicklung übersetzte Ausgangsspannung bei einem Kurzschluß am Ausgang zu klein, um dem Schalttransistor den dauernd fließenden Basisstrom, der vom Spannungsregler bei Uberlastung auf den maximalen Wert eingestellt wird, zu entziehen. Der Schalttransistor führt dann Kollektorstrom, wobei zugleich die Eingangsspannung an seiner Kollektor-Emitterstrecke liegt. Die entstehende Verlustleistung führt oft zu unzulässiger Temperaturerhöhung und zur Zerstörung des Schalttransistors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Sperrumrichter der eingangs genannten Art eine Schaltung anzugeben, die mit geringem Schaltungsaufwand einen sicheren Kurzschlußschutz für den Schalttranistor darstellt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Steuerstrecke (Basis/Emitter) des Schalttransistors die Kollektor-Emitterstrecke eines Hilfstransistors parallelgeschaltet ist, dessen Basis-Emitterstrecke an eine Tertiärwicklung angeschlossen ist, die eine solche Windungszahl aufweist, daß bei einem Kurzschluß des Sperrumrichters eine ausreichende Steuerspannung für den Hilfstransistor zur Verfügung steht.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung erfolgt die Ableitung des Basis-Gleichstromes auch im Kurzschlußfall über den Hilfstransistor, der von der Tertiärwicklung über einen hochohmigen Widerstand gesteuert wird. Der Schalttransistor wird nahezu ohne Verluste im gesperrten Zustand gehalten. Auch im normalen Betriebszustand des Sperrumrichters verursacht die Schaltung mit dem Hilfstransistor praktisch keine erhöhten Verluste.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt die Schaltung eines durch Rückkopplung selbsterregten, geregelten Sperrumrichters, der ausgangsseitig keinen strombegrenzenden Regelkreis aufweist. Der Leistungsteil des Sperrunrichters besteht in bekannter Weise aus einem Schalttransistor Tsl, der die Primärwicklung N1 eines Leistungsübertragers Tr periodisch an eine Eingangsspannung Ue schaltet. Den Ausgang bildet eine Sekundärwicklung N2, die über einen Gleichrichter Fr, einen Verbraucher R4 mit der Ausgangsspannung Ua speist. Eine Rückkopplungswicklung N3 des Leistungsübertragers Tr liefert in einem Rückkopplungskreis die Steuerenergie für den Schalttransistor Tsl, wobei ein Ende der Rückkopplungswicklung über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode D2 und die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors Ts2 mit der Basis und das andere Ende der Rückkopplungswicklung mit dem Emitter des Schalttransistors Tsl verbunden ist. In einer an den Ausgang des Sperrumrichters angeschlossenen Regelschaltung R wird die Regelabweichung der Ausgangsspannung Ua verstärkt. In Abhängigkeit von der Regelabweichung stellt ein von der Regelschaltung R gesteuerter Transistor Ts3 den Basisstrom des im Rückkopplungskreis liegenden Steuertransistors Ts2 ein, der von der Eingangsspannung Ue über Widerstand R2, R3, entnommen wird. Beim Einschalten des Sperrumrichters fließt ein kleiner Strom über die Basis-Emitterstrecken des Steuertransistors Ts2 und des Schalttransistors Tsl, so daß der Schalttransistor einen kleinen Kollektorstrom führt und dadurch Spannung an den Leistungsübertrager Tr kommen läßt. Entsprechend dem Ubersetzungsverhältnis der Primärwicklung N1 zur Rückkopplungswicklung N3 wird an der Rückkopplungswicklung N3 eine Spannung induziert, die über die Diode D2 und die Kollektor-Emitterstrecke des Steuertransistors Ts2 in die Basis des Schalttransistors Tsi einen Strom fließen läßt, dessen Höhe vom Basisstrom des Steuertransistors Ts2 und dessen Stromverstärkung bestimmt wird. Der Kollektorstrom des Schalttransistors Ts1 steigt proportional mit der Zeit und der Eingangsspannung und umgekehrt proportional zur Induktivität der Primärwicklung N1 des Leistungsübertragers an, bis der vorgegebene Basisstrom im Schalttransistor Ts1 und dessen Stromverstärkung ein weiteres Ansteigen des Kollektorstromes durch Ansteigen der Kollektor- Emitterspannung verhindern. Dadurch verringert sich die Spannung an der Primärwicklung N1 und polt um. Die am Leistungsübertrager Tr gespeicherte Energie wird über die Sekundärwicklung N2 und den Gleichrichter Gr an den Ausgangskreis abgegeben. Die umgepolte Spannung an der Rückkopplungswicklung N3 läßt über die Diode D2 keinen Strom mehr fließen.
Der auch während dieser Sperrphase des Schalttransistors Tsl über die Widerstände R2, R3 und die Basis-Emitterstrecke des Steuertransistors Ts2 fließende Gleichstrom muß von der Basis des Schalttransistors Ts7 ferngehalten werden. Nur so kann der Schalttransistor Tsl gesperrt bleiben, bis die Transformatorspannung nach der Energieabgabe des Leistungsübertragers Tr verschwindet und sich der Einschaltvorgang wiederholt.
Die Basis-Emitterstrecke des Schalttransistors Tsl ist während seiner Sperrzeit durch die Kollektor-Emitterstrecke eines Hilfstransistors Ts4 niederohmig überbrückt. Der Basis-Emiterstrom des Steuertransistors Ts2 kann über diesen Weg an den negativen Pol der Eingangsspannungsquelle abfließen. Der Hilfstransistor Ts4 wird von einer Tertiärwicklung N4 des Leistungsübertragers Tr über einen hochohmigen Widerstand R5 gesteuert.
Im Kurzschlußfall ist durch diese Schaltung sichergestellt, daß der Schalttransistor Tsl, keinen Basisstrom über die Widerstände R2, R3 und die Basisemitterstrecke des Steuertransistors Ts2 erhält, der einen Kollektorstrom verursachen würde. Da die Ausgangsgleichspannung Ua bei einem Kurzschluß am Ausgang gleich Null und die EMK an der Sekundärwicklung N2 gleich dem Spannungsabfall an dem Wicklungswiderstand und am Gleichrichter Gr ist, wird die Windungszahl der Tertiärwicklung N4 so gewählt, daß die Kurzschlußspannung an der Sekundärwicklung N2 in der Tertiärwicklung N4 eine Spannung ergibt, die größer ist als die Summe der Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Hilfstransistors Ts4 und der notwendigen Spannung am Widerstand R5. Die Kurzschlußspannung an der Tertiärwicklung N4 reicht dann aus, während der relativ langen Entladezeiten des Leistungsübertragers Tr den Hilfstransistor Ts4 leitend zu steuern und den Basisstrom abzuleiten. Eine Uberlastungsgefahr für den Schalttransistor Tsl besteht nicht mehr.
Da wegen der Stromverstärkung des Hilfstransistors Ts4 der Strom im Widerstand R5 sehr klein ist, können die Verluste trotz des großen Spannungsunterschiedes an der Sekundärwicklung N2 bzw. an der Tertiärwicklung N4 bei Normalbetrieb und Kurzschluß sehr klein gehalten werden. Während der Einschaltphase des Schalttransistors Tsl ist der Hilfstransistor Ts4 durch den in Durchlaßrichtung an einer der Basis-Emitterstrecke parallelgeschalteten Diode D3 entstehenden Spannungsabfall gesperrt. Die Diode D3 liegt über den Widerstand R5 an der Wicklung N4, die während dieser Zeit eine zur Sperrphase umgepolte Spannung führt.
Neben dem Kurzschlußschutz bewirkt der Hilfstransistor Ts4 mit der Teritärwicklung N4 auch eine bessere Abmagnetisierung des Leistungsübertragers Tr. Für den Widereinschaltvorgang des Schalttransistors Tsl ergibt sich dadurch nach Beendigung der Energieabgabe anden Ausgangskreis eine kurze Verzugszeit, die eine vorteilhafte Verminderung der Abhängigkeit der Betriebsfrequenz des Sperrumrichters von der Belastung zur Folge hat. Bei kleiner Last oder im Leerlauf des Sperrumrichters bewirkt die Hilfsschaltung eine Verminderung der Betriebsfrequenz im Vergleich zu bekannten Sperrumrichtern.
4 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche Q Durch Rückkopplung selbsterregter, geregelter Sperrumrichter mit einem Schalttransistor, der die Primärwicklung eines Leistungsübertragers periodisch an eine Eingangsspann'ng legt und wobei der Leistungsübertrager eine Sekundärwicklung für einen Verbraucher, eine Rückkopplungswicklung, die über die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors, in dessen Basis ein von einer Regeleinrichtung beeinflußter veränderbarer Steuergleichstrom fließt, an die Steuerstrecke des Schalttransistors angeschlossen ist und eine Tertiärwicklung aufweist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Steuerstrecke (Basis/Emitter) des Schalttransistors (Tsl) die Kollektor-Emitterstrecke eines Hilfstransistors (Ts4) parallelgeschaltet ist, dessen Basis-Emitterstrecke an eine Tertiärwicklung (N4) angeschlossen ist, die eine solche Windungszahl aufweist, daß bei einem Kurzschluß des Sperrumrichters eine ausreichende Steuerspannung für den Hilfstransistor (Ts4) zur Verfügung steht.
2. Sperrumrichter 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 Steuerstrecke des Hilfstransistors (Ts4) über einen hochohmigen Widerstand (R5) an die Tertiärwicklung (N4) angeschlossen ist.
3. Sperrumrichter nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Steuerstrecke des Hilfstransistors (Ts4) eine Diode (D3) für entgegengesetzte Stromrichtung parallelgeschaltet ist.
4. Sperrumridlter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Basis des Schalttransistors (Tsl) über die Basis-Emitterstrecke des Steuertransistors (Ts2) und wenigstens einen Widerstand (R2, R3) so mit einem Pol der Eingangsspannungsquelle verbunden ist, daß ein Basisstrom fließen kann.