DE2843705C2

DE2843705C2 -

Info

Publication number: DE2843705C2
Application number: DE2843705A
Authority: DE
Inventors: Akio Ohjima Tokio/Tokyo Jp Koizumi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1988-11-24
Also published as: DE2843705A1; NL188610B; AU524023B2; FR2405575B1; US4210947A; CA1107349A; GB2005496A; NL188610C; NL7810091A; AU4046578A; FR2405575A1; GB2005496B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1) zur Stromversorgung einer Last mit einer konstanten Gleichspannung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der GB-PS 11 52 295 bekannt. Diese Schaltungsanord nung enthält unter anderem bereits eine Überstrom detektoranordnung, die den durch die Primärwick lung des Transformators fließenden Strom überwacht und beim Überschreiten eines vorbestimmten Strom wertes den Schalttransistor sperrt.

Wenngleich der durch die Primärwicklung des Trans formators fließende Strom im allgemeinen die Haupt ursache für die Wärmeentwicklung im Transformator ist, so kann es doch zusätzlich Einflüsse (insbe sondere Umgebungseinflüsse) geben, die ebenfalls - eventuell in Verbindung mit einem bereits ver hältnismäßig hohen Betriebsstrom - eine unzulässige Erwärmung des Transformators bewirken können.

Durch die US-PS 40 24 437 ist weiterhin eine Schutzschaltung für eine Stromversorgung be kannt, die einen astabilen Multivibrator ent hält, der bei kurzzeitiger Überlast eine Impuls modulation erfährt, bei dauernder oder besonders großer Überlast dagegen abgeschaltet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß der Trans formator auf einfache und kostengünstige Weise gegen unzulässige Temperaturerhöhung geschützt ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk male des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausge staltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 7 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Beispiels des erfindungs gemäßen Schutzkreises eines Sperrwandlers,

Fig. 2 und 3A bis 3C Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Beisiels in Fig. 1,

Fig. 4, 5, 6 und 7 Aufsichten von Transforma toren, die bei der Erfindung verwendbar sind.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel des Schutzkreises für einen Sperrwandler gemäß der Erfindung.

Bei dem Beispiel der Fig. 1 ist die positive Elektrode der Batterie 1 über die Primärwicklung 3 a des Transformators 3 mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 4 verbunden, der als Schaltelement dient, dessen Emitter mit der negativen Elektrode der Batterie 1 über einen Widerstand 11 zur Er mittlung eines Überstromes und auch direkt mit der Basis eines NPN-Transistors 12 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 12 ist mit der negativen Elektrode der Bat terie 1 und dessen Kollektor mit dem Steuereingang eines Impulsbreitenmodulators 5 über einen Steuersignalgenera tor 13 verbunden. Wenn somit ein größerer Strom als der für den Transistor 4 eingestellte Überstrom A₀ fließt, öffnet der Transistor 12, und damit erzeugt der Steuer signalgenerator 13 ein Steuersignal. Der Impulsbreiten modulator 5 empfängt das Steuersignal vom Generator 13 und unterbricht dann, um ein Ausgangssignal abzugeben und den Transistor 4 zu sperren. Der Transistor 4 wird somit geschützt.

Im allgemeinen wird die Sättigungsmagnetflußdichte eines Ferritkerns im Transformator 3 niedrig, wenn seine Tempe ratur hoch wird. Wenn z. B. die Sättigungsmagnetflußdichte des Ferritkerns 5500 Gaus bei 25°C beträgt, beträgt sie 2500 Gaus bei 160°C. Die Änderung der Beziehung zwischen dem durch die Primärwicklung 3 a des Transformators 3 fließenden Stroms und der Induktivität der Primärwicklung 3 a in Abhängigkeit von einer Temperaturerhöhung ist im Diagramm der Fig. 2 gezeigt. Es wird z. B. angenommen, daß im stationären Zustand bzw. bei einer Temperatur des Transformators 3 zwischen 25 und 100°C ein Strom A₁ durch die Primärwicklung 3 a fließt. Wenn die Temperatur des Transformators 3 auf 160°C ansteigt, nimmt die Induktivi tät der Primärwicklung 3 a plötzlich ab, da der Kern des Transformators 3 gesättigt wird.

Bei dem obigen Beispiel werden die Qualität, Form usw. des Kerns und der Wicklung des Transformators 3 so ge wählt, daß die Induktivität der Primärwicklung 3 a so wird, wie das Diagramm der Fig. 2 zeigt, wenn die Tempe ratur des Kerns des Transformators 3 eine bestimmte Tempe ratur von z. B. 160°C erreicht und die Sättigungsmagnet flußdichte abnimmt. Der Strom A₁, der durch die Primär wicklung 3 a im stationären Zustand fließt, wird so ge wählt, daß die Induktivität der Primärwicklung 3 a niedriger als ein bestimmter Wert wird, wenn die Temperatur des Transformators 3 eine bestimmte Temperatur von z. B. 160°C erreicht. Der durch die Primärwicklung 3 a des Transformators 3 fließenden Strom wird daher größer als der Strom A₀, der den Transistor 12 zur Ermittlung des Überstroms öffnet, wenn die Temperatur des Transforma tors 3 zunimmt.

Wenn bei dem Beispiel in Fig. 1 die Temperatur des Trans formators 3 unter der vorbestimmten Temperatur liegt und der durch den Transistor 4 fließende Strom niedriger als der Überstrom A₀ ist, der wie in Fig. 3 eingestellt ist, kann eine Gleichspannung, die am Ausgang des Reglers 6 abgegeben wird, konstant gemacht werden. Fig. 3A zeigt das Ausgangssignal des Impulsbrei tenmodulators 5, das auf die Basis des Transistors 4 gegeben wird.

Wenn die Temperatur des Transformators 3 niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist und der durch den Tran sistor 4 fließende Strom aus irgendeinem Grund größer als der eingestellte Überstrom A₀ ist, öffnet der Tran sistor 12. Der Steuersignalgenerator 13 erzeugt daher ein Steuersignal, das auf den Impulsbreitenmodulator 5 gegeben wird, um diesen zu steuern. Dies bedeutet, daß der Impulsbreitenmodulator 5 die Erzeugung des Ausgangs signals unterbricht und der Transistor 4 gesperrt wird, um ihn zu schützen.

Wenn die Temperatur des Transformators 3 den vorbestimm ten Wert von z. B. 160°C überschreitet, wird die Induk tivität der Primärwicklung 3 a des Transformators 3 ver ringert. Der Strom, der durch den Transistor 4 fließt, überschreitet daher den eingestellten Überstrom A₀, und der Transistor 12 öffnet. Der Steuersignalgenerator 13 erzeugt daher ein Steuersignal, das auf den Impulsbrei tenmodulator 5 gegeben wird, um die Erzeugung dessen Ausgangssignal zu beenden, und der Transistor 4 wird daher gesperrt, um die Zufuhr von Strom zur Primärwick lung 3 a des Transformators 3 zu unterbrechen. Es wird daher verhindert, daß der Transformator 3 eine hohe Temperatur erreicht, so daß er selbst und andere Ele mente vor einer Beschädigung geschützt werden.

Wie zuvor erläutert wurde, können der Transformator 3 und andere Elemente des Energierversorgungskreises des Sperrwandlers gegen eine Beschädigung durch eine Tempe raturerhöhung geschützt werden. Die Überstromdetektor kreise 11, 12 und 13, die an sich bekannt sind, können bei der Erfindung ohne Änderung verwendet werden, und es ist nicht notwendig, zusätzlich Elemente zu verwenden, so daß die erfindungsgemäße Schaltung im Aufbau einfach ist, billig herzustellen ist und eine kompakte Größe hat. Der Vorteil des Energieversorgungskreises des Sperrwandlers kann daher ausreichend wirksam gemacht werden. Da die Schutzelemente bei der Ausübung ihrer Schutzwirkung nicht beschädigt werden, kehrt die Schaltung wieder in ihren Ausgangszustand zurück.

Beispiele des Schutzkreises für einen Sperr wandler werden nun anhand der Fig. 4 bis 7 beschrieben, in denen die gleichen Bezugsziffern wie in der Fig. 2 die gleichen Elemente bezeichnen, die daher nicht näher beschrieben werden.

Bei einem Beispiel der Erfindung wird ein Trans formator 3 wie in Fig. 4 verwendet, dessen Kern aus zwei Kernen 3 c besteht, von denen jeder U-förmig ist, und der Spalt 3 g zwischen diesen wird bei einer anormal hohen Temperatur des Transformators 3 erheblich groß.

Beim Transformator 3 in Fig. 4 werden die beiden Kerne 3 c von einem Element 4 aus Metall zusammengehalten. Ein Abstandshalter 15 aus einem Material wie Nylon mit einer bestimmten Dicke, der bei einer bestimmten Temperatur von z. B. 160°C schmilzt, wird zwischen den einen der Kerne 3 c und das andere Ende des Elements 14 eingesetzt, und eine Schraubenfeder ist zwischen den Kernen 3 c ange ordnet, um den Spalt 3 g zu verbreitern, in dem ein Ab standshalter 3 h angeordnet ist. Die Primärwicklung 3 a und die Sekundärwicklung 3 b des Transformators 3 sind auf die anderen Enden der U-förmigen Kerne 3 c gewickelt.

Wenn die Temperatur des Transformators 3 in Fig. 4 zu nimmt und z. B. 160°C erreicht, schmilzt der Abstandshalter 15. Infolge der Federkraft der Feder 16 nimmt daher der Spalt 3 g zwischen den Kernen 3 c zu, und die Induktivität der Primärwicklung 3 a nimmt ab. In Fig. 4 wird angenommen, daß die Länge des Spaltes 3 g l₁ ist, wenn der Abstands halter 15 nicht geschmolzen ist, die Länge des Spaltes 3 g l₂ ist, wenn der Abstandshalter 15 geschmolzen ist, wobei keine anderen Spalte vorhanden sind, die magneti sche Permeabilität der Kernes 3 a µ ist, die Länge des Magnetpfades l ist, die Anzahl der Windungen der Primär wicklung 3 a N und die Querschnittsfläche der Kerne 3 c S ist. Wenn der Abstandshalter 15 nicht geschmolzen ist, kann die Induktivität L₁ der Primärwicklung 3 a wie folgt ausgedrückt werden:

Wenn der Abstandshalter 15 geschmolzen ist, kann die Induktivität L₂ der Primärwicklung 3a wie folgt ausge drückt werden:

Da l₁ kleiner als l₂ ist, ist L₁ höher als L₂.

Dabei wird die Wahl derart getroffen, daß, wenn die In duktivität der Primärwicklung 3 a des Transformators 3 L₂ wird, der durch die Primärwicklung 3 a fließende Strom den Strom A₀ überschreitet, der den Transistor 12 zur Ermittlung des Überstroms öffnet.

Wenn bei dem Beispiel der Strom, der durch den Transistor 4 fließt, wobei die Temperatur des Transfor mators 3 unter der vorbestimmten Temperatur ist, kleiner als der Überstrom A₀ ist, der wie in Fig. 3B eingestellt ist, arbeitet dieses Schaltungsbeispiel gleich dem vor herigen (Fig. 1), um den Gleichstrom, der am Ausgang des Reglers 6 erhalten wird, konstant zu machen. Wenn die Temperatur des Transformators 3 niedriger als der vorbestimmte Wert ist, jedoch der Strom, der durch den Transistor 4 fließt, den eingestellten Überstrom A₀ aus irgendeinem Grund überschreitet, öffnet der Transistor 12. Der Steuersignalgenerator 13 erzeugt daher das Steuersignal, das dem Impulsbreitenmodulator 5 zugeführt wird, so daß dieser aufhört, das Ausgangssignal zu erzeugen, und der Transistor 4 zum Schutz gesperrt wird. Wenn die Tempera tur des Transformators 3 die vorbestimmte Temperatur von z. B. 160°C überschreitet, schmilzt sein Abstands halter 15. Der Spalt 3 g wird daher durch die Federkraft der Schraubenfeder 16 erweitert, und die Induktivität der Primärwicklung 3 a des Transformators 3 wird auf L₂ verringert. Wie Fig. 3C zeigt, überschreitet daher der Strom, der durch den Transistor 4 fließt, den eingestell ten Überstrom A₀, und der Transistor 12 öffnet. Der Steuersignalgenerator 13 erzeugt daher das Steuer signal, das dem Impulsbreitenmodulator 5 zugeführt wird, um die Abgabe des Ausgangssignal zu unterbrechen. Der Transistor 4 wird daher gesperrt, der durch die Primär wicklung 3 a des Transformators 3 fließende Strom wird unterbrochen, um die Temperaturerhöhung zu beenden, und der Transformator 3 und die übrigen Elemente werden gegen eine Beschädigung geschützt.

Der Transformator 3 und die übrigen Elemente des Ener gieversorgungskreises des Sperrwandlers können somit gegen eine Beschädigung durch eine Temperaturerhöhung geschützt werden. Die Überstromdetektorkreise 11, 12 und 13, die beim Stand der Technik verwendet werden, werden bei der Erfindung ohne Änderung verwendet, und es ist nicht notwendig, irgendwelche zusätzlichen Ele mente zu verwenden, so daß dieses Schaltungsbeispiel einfach im Aufbau ist, billig hergestellt werden kann und eine kompakte Größe hat. Der Vorteil des Energie versorgungskreises des Sperrwandlers kann daher wirksam ausgenutzt werden. Das die Schutzelemente bei der Durch führung ihrer Schutzwirkung nicht beschädigt werden, ist es möglich, daß die Schaltung in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen weitere Beispiele des Transformators, die bei der Erfindung verwendbar sind. Die Teile, die denen der Fig. 4 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und werden daher nicht beschrieben.

Bei dem Beispiel der Fig. 5 ist ein Abstandshalter 3 h′, der im Spalt 3 g angeordnet ist, aus einem Material wie Nylon hergestellt, das bei einer bestimmten Temperatur schmilzt und am einen Ende jedes Kerns 3 c haftet. Wenn der Abstandshalter 3 h′ schmilzt, wird das Element 14 durch die Kraft der Feder 16 nach oben geöffnet, um die Länge des Spaltes 3 g zu vergrößern. Wenn daher der Trans formator 3 in Fig. 5 anstelle des Transformators in Fig. 4 verwendet wird, wird die gleiche Wirkung wie beim vorherigen Beispiel erhalten.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel des Transformators 3, bei dem ein Element 14 a aus einem Material wie Nylon ver wendet ist, das bei einer bestimmten Temperatur schmilzt. Wenn die Temperatur des Transformators 3 die vorbestimmte Temperatur von z. B. 160°C erreicht, schmilzt das Element 14 a, und der Spalt 3 g wird durch die Kraft der Feder 16 vergrößert. Es kann daher die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn der Transformator 3 in Fig. 6 anstelle des Transformators in Fig. 4 verwendet wird.

Fig. 7 zeigt eine weiteres Beispiel des Transformators 3. Bei diesem Beispiel ist ein Abstanshalter 3 h′ in dem Spalt 3 g angeordnet, der aus einem Schaummaterial be steht, das bei einer bestimmten Temperatur von z. B. 160°C aufschäumt. Wenn die Temperatur des Transforma tors 3 die vorbestimmte Temperatur von z. B. 160°C er reicht, expandiert der im Spalt 3 g angeordnete Abstands halter 3 h′′ diesen. Bei diesem Beispiel ist daher keine Feder verwendet. Auch bei diesem Beispiel kann die gleiche Wirkung wie bei dem vorherigen erzielt werden, wenn der Transformator in Fig. 7 anstelle des Trans formators in Fig. 4 verwendet wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer Last (7) mit einer konstanten Gleichspannung, enthaltend

a) eine Gleichspannungsquelle (1),
b) einen Transformator (3), dessen Primärwick lung (3 a) mit der Gleichspannungsquelle (1) und dessen Sekundärwicklung (3 b) über eine Gleichrichterschaltung (6) mit der Last (7) verbunden ist,
c) einen Schalttransistor (4), dessen Emitter- Kollektor-Strecke in Reihe mit der Primär wicklung (3 a) des Transformators (3) ange ordnet ist,
d) einen Impulsbreitenmodulator (5), der der Basis des Schalttransistors (4) ein in der Impulsbreite moduliertes Schaltsignal zu führt,
e) eine an die Ausgangsseite der Gleichrichter schaltung (6) angeschlossene Schaltungsan ordnung (8, 9, 10), die bei einer Abweichung der Ausgangsgleichspannung vom Sollwert dem Impulsbreitenmodulator (5) ein Fehlersignal zuführt,
f) eine Überstrom-Detektoranordnung (11, 12, 13), die den durch die Primärwicklung (3 a) des Transformators (3) fließenden Strom überwacht und beim Überschreiten eines vor bestimmten Stromwertes (A ₀) den Schalttransistor (4) sperrt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

g) der Magnetkern des Transformators (3) besteht aus zwei Kern teilen (3 c), die durch eine Klammer (14; 14 a) unter Bildung eines zwischen den beiden Kernteilen (3 c) vorhandenen Spaltes (3 g) zusammengehalten sind,
h) es ist ein temperaturempfindliches Element (16; 15; 3 h′; 14 a; 3 h′′) vorhanden, das beim Erreichen einer bestimmten Über temperatur des Magnetkerns den Spalt (3 g) erweitert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

i) zwischen den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes ist ein die Größe des Spaltes (3 g) bis zum Erreichen einer be stimmten Übertemperatur bestimmender erster Abstandshal ter (3 h; 3 h′) vorgesehen,
k) das temperaturempfindliche Element weist eine Feder (16), die zwischen den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes angeordnet ist, die die beiden Kern teile (3 c) unter Vergrößerung des Spaltes (3 g) zu spreizen sucht und die bis zum Erreichen der Übertemperatur durch die Klammer (14; 14 a) im gespannten Zustand gehalten wird, und einen beim Erreichen einer bestimmten Übertemperatur schmelzenden zweiten Abstandshalter (15) auf, der zwischen der Klammer (14) und dem einen Kernteil (3 c) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

i) das temperaturempfindliche Element besteht aus einen in dem Spalt (3 g) angeordneten und an den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes befestigten, beim Erreichen einer bestimmten Übertemperatur schmelzenden Abstandshalter (3 h′) und
k) einer zwischen den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes angeordneten Feder (16), die die beiden Kernteile (3 c) unter Vergrößerung des Spaltes (3 g) zu spreizen sucht und die bis zum Erreichen der Übertemperatur im gespannten Zustand gehalten wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

i) zwischen den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes ist ein die Größe des Spaltes (3 g) bis zum Erreichen einer bestimmten Übertemperatur bestimmender Abstandshalter (3 h; 3 h′) vorgesehen,
k) das temperaturempfindliche Element wird durch die beim Erreichen einer bestimmten Übertemperatur schmelzende Klammer (14 a) und
l) eine zwischen den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes angeordnete Feder (16) gebildet, die die beiden Kernteile (3 c) unter Vergrößerung des Spaltes (3 g) zu spreizen sucht und die bis zum Erreichen der Übertemperatur durch die Klammer (14 a) im gespannten Zustand gehalten wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes weiteres Merkmal:

i) zwischen den beiden Kernteilen (3 c) des Magnetkernes ist ein die Größe des Spaltes (3 g) bis zum Erreichen einer bestimmten Übertemperatur bestimmender, zugleich das temperaturempfindliche Element bildender Abstandshalter (3 h′′) vorgesehen, der aus einem beim Erreichen einer bestimmten Übertemperatur expandierenden Schaummaterial besteht.