DE2839190C2

DE2839190C2 - Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung in Stromversorgungsgeräten

Info

Publication number: DE2839190C2
Application number: DE19782839190
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 8033 Krailling Rambold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2839190B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung in Stromversorgungsgeräten unter Verwendung eines vom Laststrom durchflossenen Bürdenwiderstandes oder eines Stromwandlers, dessen sekundärseitig an einem Bürdenwiderstand entstehende Bürdenspannung bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes über eine Steuerstufe den Laststrom unterbricht.

Aus der DE-AS 10 50 877 ist eine derartige Schaltungsanordnung zur Begrenzung bzw. Unterbrechung des Stromes bekannt In Abhängigkeit von einer dem Laststrom proportionalen Meßspannung wird nach starker Glättung der Meßspannung mittels eines Kondensators der Laststrom auf seinen Mittelwert begrenzt bzw. abgeschaltet.

Wird einem Stromversorgungsgerät bei entsprechend ausgebildetem Verbraucher ein pulsierender

ίο Laststrom entnommen, dann muß zum Schutz von Halbleitern im Stromversorgungsgerät eine schnell wirkende Strombegrenzung oberhalb der Spitzenwerte einsetzen. Während der Mittelwert eines im Normalbetrieb pulsierenden Laststromes weit unter dem Spitzen- »art liegt, wird dieser im Kurzschlußfall erreicht. Die Bauelemente des Leistungskreises müssen deshalb im allgemeinen auch thermisch für den Kurzschlußfall ausgelegt, also stark überdimensioniert werden.

Da mittelwertbegrenzende Schaltungen relativ langsam wirken, kann es erforderlich sein, die Stromversorgungsgeräte durch eine zusätzliche schnell arbeitende Strombegrenzung vor Grenzspitzenströmen durch Abschalten zu schützen. Dabei kann sich leicht die Schwierigkeit ergeben, in der Strombegrenzung zu keinem stabilen Betrieb zu kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit geringem Aufwand eine schnelle Momentanwert- und Mittelwert-Strombegren-

jo zung möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Stromversorgungsgeräten mit pulsierender Belastung eine kombinierte Momentanwert-Mittelwert-Strombegrenzung durch eine gesteuerte Umschal-

ii tung einer von der Bürdenspannung abgeleiteten Steuerspannung in Abhängigkeit von dem in einem Integrator gebildeten Mittelwert der Bürdenspannung erfolgt, derart, daß die Steuerspannung zur Momentanwert-Strombegrenzung im Normi;;Hetrieb entspre-

4n chend einem Verhältnis der maximal zulässigen Werte von Spitzengrenzstrom und Dauergrenzstrom des Stromversorgungsgerätes verringert und unverzögert in den Eingang der Steuerstufe durchgeschaltet ist und daß die Umschaltung auf eine höhere Steuerspannung

4"> bei Überschreiten eines dem Dauergrenzstrom entsprechenden Mittelwertes erfolgt.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Laststromkreis eines nichtdargestellten getak-

->» teten Stromversorgungsgerätes, das vor Überlastung geschützt werden soll, ist die Primärwicklung eines Sromwandlers Stw mit ihren Anschlüssen A X und El eingefügt. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers ist über eine der Abmagnetisierung dienende Zenerdiode Z

V) mit einem Bürdenwiderstand RO abgeschlossen. Am Bürdenwiderstand wird eine dem Laststrom proportionale Bürdenspannung abgenommen, die über Ausgangsklemmen A 2 und /4 3 als Steue^rspannung an eine die Abschaltung des Stromversorgungsgerätes bewirkende,

(·'> in der Figur nicht dargestellte Steuerschaltung geführt ist. Der Laststrom wird über die Steuerschaltung abgeschaltet, wenn die Steuerspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Durch Verwendung eines steuerbaren Spannungstei-

'·> lers zwischen Bürdenwiderstand Λ0 und Eingang der Steuerschaltung kann für eine bestimmte Zeit ein höherer Laststrom zugelassen werden, bevor die Steuerschaltung die Abschaltung des Stromversor-

gungsgerätes bewirkt Dazu ist zwischen einem Anschluß des Bürdenwiderstandes RO und der Ausgangsklemme A 2 ein Widerstand RS und im Querzweig zwischen den Ausgangsklemmen A2 und AZ eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand R 6 und der Kollektor-Emitterstrecke eines Schalttransistors 71 eingefügt Ein im Basis-Emitterkreis des Schalttransistors 71 liegender Widerstand Λ 7 liefert eine Steuerspannung, die den Schalttransistor im normalen Betriebszustand leitend steuert Dadurch ergibt sich am Längswiderstand R 5 ein Spannungsabfall, der die laststromproportionale Bürdenspannung U_B um den Spannungsabfall am Widerstand R 5 vermindert Sobald der Schalttransistor 71 sperrt, steht nahezu die gesamte Bürdenspannung Ub als Steuerspannung an den Ausgängen A 2 und Λ 3 für die Steuerschaltung zur Verfügung. Die zeitabhängige Steuerung des Schalttransistors 71 erfolgt durch Vergleich einer von der Bürdenspannung Ub abgeleiteten Mittelwertspannung mit einer Referenzspannung in einem Komparator IC. Zur Ermittlung des Abschaltzeitpunktes für den Schalttransistor 71 wird der dem Lastsvom des Stromversorgungsgerätes proportionale Scheitelwert der Bürdenspannung Ub in einer »Sample and Hold«- Schaltung erfaßt und in einem Integrator, bestehend aus den Widerständen R 1, R2 und dem Kondensator C2 gemittelt. Die Scheitelwertbildung erfolgt mittels einer Diode Di und eines Kondensators Ci, die in Serienschaltung dem Bürdenwiderstand RO parallel geschaltet sind. Von der Spannung am Kondensator Cl wird im Integrator mit der Ladezeitkonstante

rl = RlCl

eine Mittelwertspannung gebildet, die zusammen mit der Referenzspannung dem Komparator IC zugeführt wird. Bei Überschreiten der an einem Spannungsteiler R 3, RA von einer Hilfsspannung Uh gebildeten Referenzspannung wird der Spannungsteiler R 5, R 6 über den Schalttransistor 71 ausgeschaltet Die sofort ansteigende MeQspannung bewirkt übe,- die Steueischaltung eine Begrenzung des Laststromes auf seinen Dauergrenzwert.

Durch eine entsprechende Bemessung der Widerstandswerte des Spannungsteilers R5, R6 kann ein bestimmtes Verhältnis des maximal zulässigen Spitzengrenzstromes zum Dauergrenzstrom vorgegeben werden. Für eine durch die Zeitkonstante des Integrators

ίο bestimmte Zeit kann somit ein höherer Laststrom als der Dauergrenzstrom zugelassen werden. Die Bemessung des Spannungsteilerwiderstandes Ä6 erfolgt nach der Formel

«6 = (RO + RS)

η — 1

Darin bedeutet η den Oberlasifakior. RQ ist der Bürdenwiderstand für Dauerlast. Die ' r.dezeitkonstante t\ des Integrators ist durch ^ntsⁿrect;cnd6 Bemessun⁰ des Widerstandes R2 und des Kondensators C2 in weiten Grenzen veränderbar. Sie kann daher leicht an die thermische Zeitkonstante des empfindliciisten Bauteils im Leistungskreis des Stromversorgungsgerätes angepaßt werden.

Wenn der Laststrom den Dauerstromgrenzwert wieder unterschritten hat, folgt die Spannung am Kondensator C2 der niedrigeren Bürd°nspannung Uu mit der Zeitkonstante

t2 = («1 + Rl)Cl

bis sie wieder den Referenzspannungswert am Komparator unterschreitet. Dann wird der Schalttransistor 71 über den Komparator wieder leitend gesteuert, so daß nach Wiedereinschaltung des Spannungsteilers R 5, R 6 der normale Betriebszustand des Stromverforgungsgerätes sich wiedereinstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung in Stromversorgungsgeräten unter Verwendung eines vom Laststrom durchflossenen Bürdenwiderstandes oder eines Stromwandlers, dessen sekundärseitig an einem Bürdenwiderstand entstehende Bürdenspannung bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes über eine Steuerstufe den Laststrom unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß in Stromversorgungsgeräten mit pulsierender Belastung eine kombinierte Momentanwert-Mittelwert-Strombegrenzung durch eine gesteuerte Umschaltung einer von der Bürdenspannung (Ub) abgeleiteten Steuerspannung in Abhängigkeit von dem in einem Integrator (R 1, R2, C2) gebildeten Mittelwert der Bürdenspannung erfolgt, derart, daß die Steuerspannung zur Momentanwert-Strombegrenzung im Normalbetrieb entsprechend einem Verhältnis der maximal zulässigen Werte von Spitzcngrenzstrorn und Dauergrenzstrom des Stromversorgungsgerätes verringert und unverzögert in den Eingang der Steuerstufe durchgeschaltet ist und daß die Umschaltung auf eine höhere Steuerspannung bei Überschreiten eines dem Dauer^renzstrom entsprechenden Mittelwertes erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeitkonstante (rl) des Integrators (R 1, R2, C2) der thermischen Zeitkonstante des Str<- !Tiversorgungsgerätes angepaßt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Steuerspannung mittels eines steuerbaren Spannungsteilers erfolgt, der aus einem zwiscrten dem Ausgang des Stromwandlers (Stw) und der Steuerstufe eingeschalteten Längswiderstand (R 5) und einer Reihenschaltung, aus einem Widerstand (R 6) und der Schaltstrecke eines Schalttransistors (Ti), die dem Eingang der Steuerstufe parallel geschaltet ist, besteht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal an der Basis des Schalttransistors (Ti) durch Vergleich des Mittelwertes am Ausgang des Integrators (R X, R 2, C2) mit einem Referenzwert in einem Komparator (/Qgebildet wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert für den Spannungsvergleich an dem Komparator (IC) in einer »Sample and Hold«-Schaltung mit dem nachgeschalteten Integrator (R 1, R 2, C2) erzeugt wird, derart, daß der in der »Sample and Hold«-Schaltung durch Spitzengleichrichtung (DX, CX) gebildete Scheitelwert der B'irdenspannung (Ly im Integrator (R 1, R2, C2)gemittelt wird.