DE2713676B2

DE2713676B2 - Selbsterregter Sperrumrichter zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE2713676B2
Application number: DE19772713676
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Ganzer; Ulf-Christian Dipl.- Ing. 8023 Pullach Schwarz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2713676A1; DE2713676C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsterregten Sperrumrichter zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsspannung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Sperrumrichter ist bereits bekannt (US-PS 3816 809). Die Schaltung ist mit einer Überspannungsschutzeinrichtung ausgerüstet, die im Überspannungsfall den Hilfstransistor leitend steuert und dadurch die Steuerstrecke des Schalttransistors kurzschließt Der Hilfstransistor bewirkt außerdem in Verbindung mit einer ßC-Reihenschaltung, die der Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors parallelgeschaltet ist und deren Abgriff mit der Basis des Hilfstransistors verbunden ist eine Ausschalthilfe für den Schalttransistor. Durch den Aufladevorgang des Kondensators der ßC-Schaltung bei ansteigender Emitter-Kollektorspannung wird die Abschaltung des Schalttransistors beim Übergang in die Sperrphase beschleunigt Während der Sperrphase wirkt die Rückkopplungsspannung der Rückkopplungswicklung als Sperrspannung an der Steuerstrecke des Schalttransistors, da der Steuertransistor im Rückkopplungskreis durch eine gegensinnig zu ihm gepolte Diode überbrückt ist Im Falle eines Kurzschlusses wird diese Sperrspannung nahezu gleich Null und kann die Sperrung des Schalttransistors nicht mehr unterstützen. s Da der Steuerstrom für den Steuertransistor der Eingangsspannungsquelle des Sperrwandlers entnommen wird und nicht nur im' normalen Betriebsfall, sondern auch in besonderem Maße im Kurzschlußfall, wenn der Spannungsregler den Steuerstrom auf den

ίο maximalen Wert einstellt, auch als Basisstrom über den Schalttransistor fließt, wird im Kurzschlußfall der Schalttransistor in der Sperrphase nicht mehr einwandfrei gesperrt Die dabei entstehende Verlustleistung kann zu unzulässiger Temperaturerhöhung und zur

is Zerstörung des Schalttransistors fuhren. Um auch im Kurzschluß eine noch ausreichend große Sperrspannung zu erhalten, müßte die Rückkopplungswicklung eine sehr viel größere Windungszahl aufweisen, als es für die Erzeugung einer genügend großen Steuerspan-

nung im normalen Betriebsfall erforderlich ist Über eine derartige Bemessung der Rfickkopplungswicklung ist in der US-Patentschrift nichts ausgesagt Andererseits wäre eine solche Bemessung'der Rückkopplungswicklung mit erheblichen Verlusten im Rückkopplungskreis verbunden, da die im normalen Betrieb während der leitenden Phase des Schalttransistors entstehende wesentlich größere Rückkopplungsspannung von einem entsprechend dimensionierten Steuertrcnsistor aufgenommen werden müßte. Die dadurch schon bei

jo mittlerem Basisstrom entstehende Verlustleistung wäre nicht mehr vernachlässigbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Sperrumrichter der eingangs genannten Art mit verhältnismäßig geringem Schaltungsaufwand einen

r> sicheren Kurzschlußschutz für den Schalttransistor zu erreichen, wobei durch die Maßnahmen zum Schutz des Schalttransistors im Kurzschlußfall praktisch keine zusätzlichen Verluste im Steuerkreis des Sperrumrichters verursacht werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Die Schattung gemäß der Erfindung ermöglicht es, den Basis-Gleichstrom des Steuertransistors nicht nur im Nci-malbetrieb, sondern auch im Kurzschlußfall während der Sperrzeit des Schalttransistors mittels des Hilfstransistors von der Steuerstrecke des Schalttransistors fernzuhalten. Es entstehen dabei praktisch keine zusätzlichen Verluste, die den Wirkungsgrad des Sperrumrichters verschlechtern.

In der Schaltung nach der US-PS 38 16 809 bewirkt der Hilfstransistor, dessen Kollektor-Emitterstrecke der Steuerstrecke des Schalttransistors parallelgeschaltet ist zwar einen schnelleren Übergang des Schalttransistors in die Sperrphase, indem der Ladestrom des Kondensators des an die Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors geschalteten ÄC-Gliedes kurzzeitig den Hilfstransistor leitend steuert Die Wirkung stellt sich jedoch nur am Anfang der Sperrphase ein und kann die erfindungsgemäße Lösung nicht ersetzen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Tertiärwicklung über einen hochohmigen Widerstand an die Steuerstrecke des Hilfstransistors angeschlossen.

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 Sperrumrichters besteht in bekannter Weise aus einem Schalttransistor Ts 1, der die Primärwicklung Ni eines Leistungsübertragers Tr periodisch an eine Eingangsspannung Ue schaltet Den Ausgang bildet eine Sekundärwicklung N 2, die Ober einen Gleichrichter Greinen Verbraucher A4 mit der Ausgangsspannung Ua speist Eine Rückkopplungswicklung ΛΓ3 des Leistungsübertragers Tr liefert in einem Rückkopplungskreis die Steuerenergie für den Schalttransistor Ts 1, wobei ein Ende der Rückkopplungswicklung über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode DZ' und die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors Ts 2 mit der Basis und das andere Ende der Rückkopplungswicklung mit dem Emitter des Schalttransistors Ts ϊ 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 Ts 3 den Basisstrom des im Rückkopplungskreis liegenden Steuertransistors Ts 2 ein, der von der Eingangsspannung Ue über Widerstände R 2, R 3 entnommen wird. Beim Einschalten des Sperrumrichters fließt ein kleiner Strom über die Basis-Emitterstrecken des Steuertransistors Ts 2 und des Schalttransistors 7s 1, so daß der Schalttransistor einen kleinen Kollektorstrom führt und dadurch Spannung an den Leistungsübertrager 7? kommen läßt Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis der Primärwicklung Ni zur Rückkopplungswicklung N 3 wird an der Rückkopplungswicklung N3 eine Spannung induziert, die über die Diode D 2 und die Kollektor-Eminerstrecke des Steuertransistors Ts 2 in die Basis des Schalttransistors 7s 1 einen Strom fließen läßt, dessen Höhe vom Basisstrom des Steuertransistors Ts 2 und dessen Stromverstärkung bestimmt wird. Der Kollektorstrom des Schalttransistors Ts 1 steigt proportional mit der Zeit und der Eingangsspannung und umgekehrt proportional zur Induktivität der Primärwicklung Ni des Leistungsübertrageis an, bis der vorgegebene Basisstrom im Schalttransistor Ts i und dessen Stromverstärkung ein weiteres Ansteigen des Kollektorstromes durch Ansteigen der Kollektor-Emitterspannung verhindern. Dadurch verringert sich die Spannung an der Primärwicklung Ni und polt um. Die im Leistungsübertrager 7 Y gespeicherte Energie wird über die Sekundärwicklung N2 und den Gleichrichter Gran den Ausgangskreis abgegeben. Die umgepolte Spannung an der Rückkopplungswicklung N3 läßt über die Diode D 2 keinen Strom mehr fließen.

Der auch während dieser Sperrphase des Schalttransistors TsI über die Widerstände R 2, R 3 und die Basis-Emitterstrecke des Steuertransistors Ts 2 fließende Gleichstrom muß von der Basis des Schalttransistors Ts 1 ferngehalten werden. Nur so kann der Sciialttransistor Ts i gesperrt bleiben, bis die Transformatorspannung' nach der Energieabgabe des Leistungsübertragers Tr verschwindet und sich der Einschaltvorgang wiederholt Die Basis-Emitterstrecke des Schalttransistors Ts 1 ist während seiner Sperrzeit durch die Kollektor-Emitterstrecke eines Hilfstransistors Ts 4 niederohmig überbrückt Der Basis-Emitterstrom des Steuerti'ansistors Ts 2 kann über diesen Weg an den negativen Pol der Eingangsspannungsquelle abfließen. Der Hilfstransistor Ts 4 wird von einer Tertiärwicklung N4 des Leistungsübertragers Trüber einen hochohmigen Widerstand R S gesteuert Durch diese Schaltung ist sichergestellt, daß der Schalttransistor Ts i weder im normalen Betrieb während der Sperrphase des Schalttransistors noch im Kurzschlußfall einen Basisstrom über die Widerstände R 2, R 3 und die Basis-Emitterstrecke des Steuertransistors Ts 2 erhält, der einen KoUektorstrom verursachen würde. Da die Ausgangsgleichspannung Ua bei einem Kurzschluß am Ausgang gleich Null und die EMK an der Sekundärwicklung N 2 gleich dem Spannungsabfall an dem Wicklungswiderstand und am Gleichrichter Gr ist, wird die Windungszahl der Tertiärwicklung N 4 so gewählt, daß die Kurzschlußspannung an der Sekundärwicklung N2 in der Tertiärwicklung N 4 eine Spannung ergibt, die größer ist als die Summe der Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Hilfstransistors Ts 4 und der notwendigen Spannung am Widerstand R 5. Die Kurzschlußspannung an der Tertiärwicklung N 4 reicht dann aus, während der relativ langen Entladezeiten des Leistungsübertragers Tr den Hilfstransistor Ts 4 leitend zu steuern und den

in Basisstrom abzuleiten. Eine Überlastungsgefahr für den Schalttransistor Ts 1 besteht nicht mehr.

Da wegen der Stromverstärkung des Hilfstransistors Ts 4 der Strom im Widerstand R 5 sehr klein ist, können die Verluste trotz des großen Spannungsunterschiedes

)5 an der Sekundärwicklung N 2 bzw. an der Tertiärwicklung N 4 bei Normalbetrieb und Kurzschluß sehr klein gehalten werden. Während der Einschaltphase des Schalttransistors TsI ist der Hilfstransistor Ts 4 durch den in Durchlaßrichtung an einer der Basis-Emitterstrecke parallelgeschalteten Diode D3 entstehenden Spannungsabfall gesperrt Die Diode D 3 liegt über den Widerstand R 5 an der Wicklung N 4, die während dieser Zeit eine zur Sperrphase umgepolte Spannung führt

ν-, Neben dem Kurzschlußschutz bewirkt der Hilfstransistor Ts 4 mit der Tertiärwicklung N 4 auch tine verlängerte Abmagnetisierung des Leistungsübertragers Tr. Für den Widereinschaltvorgang des Schalttransistors TsI ergibt sich dadurch nach Beendigung der Energieabgabe an den 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 nämlich eine Verminderung der Betriebsfrequenz im Vergleich zu bekannten Sperrumrichtern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Selbsterregter Sperrumrichter zur Erzeugung einer geregelten Ausgangsgleichspannung, mit einem neben anderen Wicklungen eine Rfickkopplungswicklung aufweisenden Leistungsübertrager und einem Schalttransistor, der in Reihe mit der Primärwicklung des Leistungsübertragers an der Eingangsgleichspannung liegt, mit einem Steuertransistor, fiber dessen Kollektor-Emitter-Strecke die der Selbsterregung des Sperrumrichters dienende Rückkopplungswicklung zur Basis-Emitter-Strekke des Schalttransistors parallel geschähet ist, wobei die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors und des Steuertransistors miteinander und mit einem Widerstand in Reihe an der Eingangsgleichspannung liegen und der durch diese Reihenschaltung fließende Strom von einer Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung beeinflußt wird, und mit einem Hilfstransistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke gleichsinnig parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitier-Strecke des Hilfstransistors (Ts 4) an eine Tertiärwicklung (N 4) des Leistungsübertragers (Tr) in solcher Polung angeschlossen ist, daß der Hilfstransistor (Ts 4) in den Sperrphasen des Schalttransistors (TsI) von der Spannung an der Tertiärwicklung (N 4) leitend gesteuert wird, und daß die Tertiärwicklung (N 4) eine solche Windungszahl aufweist, daß nicht nur im normalen Betrieb, sondern auch bei einem Kurzschluß des Sperrumrichters eine ausreichende Steuerspannung für den Hilfstransistor (Ts 4) zur Verfugung steht

2. Sperrumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke des Hilfstransistors (Ts 4) über einen hochohmigen Widerstand (R 5) an die Tertiärwicklung (N 4) angeschlossen ist

3. Sperrumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke des Hilfstransistors (Ts 4) eine Diode (D 3) für entgegengesetzte Stromrichtung parallelgeschaltet ist.