DE3006565A1

DE3006565A1 - Schaltung zur begrenzung des einschaltstromstosses insbesondere fuer gleichrichter und netzgeraete

Info

Publication number: DE3006565A1
Application number: DE19803006565
Authority: DE
Inventors: Richard H Baker
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1979-02-22
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-08-28
Also published as: JPS55134412A; GB2044563A; CA1141822A; US4271460A

Description

PATENTANWALT-DR. HERMANN O. TH. DIEHL-DiPLOMPHYSIKER D - 8 0 0 0 MÜNCHEN 1 9 - F L ü G G E N S T R A S S E 17 I b L E FO M- 089/ 17 70

E 1310-D 11. 2. 1980

Anmelder:

Exxon Research and Engineering Comp.

Florham Park, N.Y. / USA

Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes insbesondere für Gleichrichter und Netzgeräte

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PATENTANWALT-DR. H ERMAr: N 3.TiI. D.cHL ■ D I PLOMPH YS IKER D - 8 0 0 0 MÜNCHEN 19 - F I U G G E Γ J S I R Λ S b I I / I I L I F O N : 0 !'■ 9 / I 7 7 0 6 I

E 1310-D 11. 2. 1980

Anmelder:

Exxon Research and Engineering Comp.

Florham Park, N.J. / USA

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und deren Verwendung bei Gleichrichtern und Netzgeräten.

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einer Schaltung zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes und insbesondere mit einer Schaltung, welche Überlastungs-Einschaltstromspitzen steuert und begrenzt, welche mit dem Einschalten von Netzgeräten verbunden sind.

Einschaltstromstöße sind beispielsweise bei Gleichrichterschaltungen und ähnlichen derartigen Stromversorgungsschal-

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tungen bzw. Netzgeräten allgemein charakteristisch für den Auflaclevorgang von ungeladenen kapazitiven Bauelementen, wie beispielsweise kapazitiven Belastungen, wenn der jeweiligen Schaltung die Anfangsspannung zugeführt wird. Diese anfängliche Periode einer Aufladung von wesentlich ungeladenen Kapazitäten der Schaltung wird im Folgenden als Einschaltvorgang der Schaltung bezeichnet. Die Einschaltstöße sind insbesondere auf das Aufladen von Sieb- und Speicherkondensatoren mit großen Kapazitätswerten zurückzuführen, die typischerweise zwischen die Ausgangsklemmen eines Gleichrichters geschaltet sind, um die nicht stabilisierte Spannung zu sieben. Bei dem Einschaltvorgang von Stromversorgungsschaltungen versucht die zwischen den Ausgangsklemmen anliegende Spannung stufenweise anzuwachsen, wobei jedoch die ungeladenen Kondensatoren im elektrischen Ersatzschaltbild als Kurzschluß erscheinen, so daß es zu einem großen anfänglichen EinsehaltStromstoß kommt.

Bei einer Gleichrichter-Schaltung mit einer sinusförmig sich ändernden Eingangsspannung erreicht dieser Einschaltstromstoß bei der Inbetriebnahme der Schaltung ein Maximum zu einem Zeitpunkt, wenn die Eingangsspannung bei oder nahe an ihrem Maximalwert liegt. Dieser Einschaltstromstoß ist zwar bezüglich seiner zeitlichen Dauer kurz. Er kann jedoch bezüglich der Stromstärke um Größenordnungen größer sein als der normale Betriebsstrom. Dieses Problem wird verstärkt, wenn zusätzlich zu der Innenkapazität der eigentlichen Gleichrichterschaltung auch die Schaltung, die mit Strom versorgt wird, kapazitiv und wesentlich ungeladen ist und damit zur Gesamtkapazität beiträgt. Diese zusätzliche parallele Kapazität kommt zu dem Wert der inneren Kapazität hinzu, so daß bei einem Anlegen einer

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Einschaltspannung V. der Einschaltetrom I. durch folgende Beziehung wiedergegeben werden kann:

I_± = Cdv/dt
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wobei C die Gesamtkapazität der Schaltung und dv die momentane Spannungsänderung über eine sehr kleine Zeitdauer ist. Hieraus folgt, daß bei einer Zunahme von C und bei einer relativ kleinen Zeit dt I. zunimmt. Die Schaltungen, bei denen ein Einschaltstromstoß auftritt, müssen so konzipiert sein, daß oie entweder in der Lage sind, den momentanen höheren Strom auszuhalten,oder daß in ihnen Maßnahmen vorgesehen sind, um diesen anfänglichen Einschaltstromstoß zu unterdrücken.

Herkömmlicherweise verwendet man Serien-Induktivitäten mit relativ großen Werten (in Reihe geschaltet bezüglich der Innenkapazität und Schaltungs^belastung) , welche die benötigte Impedanz liefern, um bei dem Einschaltvorgang auftretende Einschaltstromstöße zu unterdrücken. Eine Induktivität erscheint für eine kurzfristig stattfindende Spannungsänderung als offener Stromkreis, und stellt daher für Einschaltstromstöße, die durch die anfängliche Anlegung einer Eingangsspannung an die Schaltung hervorgerufen werden, eine große Impedanz dar.

Herkömmlicherweise dient ein L-C Filternetzwerk sowohl zum Sieben einer unerwünschten VJechsels bromwelligkeit bzw. eines Wechselstrombrumms und zur Behinderung eines Einschaltstromstoßes, der von raschen Spannungsänderungen herrührt. Die gebräuchliche Maßnahne,Serien-Induktivitäten zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes zu verwenden , ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, insbesondere wenn sie bei Geräten mit relativ hoher Leistung -angewandt sind. Damit eine ausreichende Impedanz ent-

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steht, um bei typischen Gleichrichterschaltungen Überlastungsstromspitzen zu unterdrücken, muß die Induktivität einen relativ großen Wert aufweisen. Eine große Induktivität in Reihe mit einem Zweiweg-bzw. Vollweg-Gleichrichter kann jedoch jede Leitungsperiode derart verlängern, daß die Leitung in einem Gleichrichter nicht zu Ende ist, wenn der andere Gleichrichter leitend wird. Dies führt zu einer verringerten mittleren Ausgangsspannung und einem verringerten mittleren Ausgangsstrom. Des weiteren ist zu berücksichtigen, daß normalerweise eine große Induktivität dadurch erhalten wird, daß man eine Eisenkern-Induktivität verwendet, die ein großes Bauvolumen hat,sowie schwer und relativ teuer im Vergleich mit anderen Bauelementen ist. Eine derartige Induktivität wird mit einer großen Streukapazität geshuntet und die nicht linearen Eigenschaften der Eisenspule können zu einer unerwünschten Signalverzerrung führen. Darüber hinaus kann die große Zeitkonstante, welche durch die Verwendung der großen Induktivität in Reihe mit der großen Kapazität entsteht, nach dem Einschaltevorgang unerwünscht sein. Es ist daher vorteilhaft, eine Unterdrückung des Einschaltstromstoßes nur während des Einschaltvorgangs oder des anfangs stattfindenden Einschaltstromstoßes vorzunehmen und anschließend nach dem Einschaltvorgang, d.h. wenn alle kapazitiven Komponenten wesentlich geladen sind, die Unterdrückungsschaltung zu entfernen oder auszuschalten.

Einrichtungen zur Unterdrückung bzw. Begrenzung eines Einschaltstromstoßes, die von der Betriebsschaltung nach dem Einschaltevorgang abgeschaltet werden, sind bekannt. Der entsprechende Stand der Technik beschreibt sowohl elektro-mechanische als auch Festkörper-Schaltungen, welche Einschaltstrom-Begrenzungs'schaltungen Gleichrichtern und ähnlichen Schaltungen zu-und abschalten. So zeigt beispielsweise die US PS 2 626 378 eine Vorrichtung, bei der ein

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elektro-magnetisches Relais zur Verwendung kommt, das von der Ausgangsspannung der Schaltung erregt wird, um ein zusätzliche Induktivität der Schaltung zu- oder von dieser abzuschalten.
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Die US PS 3 781 637 beschreibt eine Festkörper-Schaltung, welche eine Einschaltstromstoß-Impedanz der Schaltung zu oder von dieser abschaltet. Hierin ist die Verwendung eines siliciumgesteuerten Gleichrichters beschrieben, der parallel zu einem Strombegrenzungswiderstand geschaltet ist. Die ursprüngliche Auflade-Kapazität der Schaltung erfolgt über diesen Widerstand. Nach Erhalt eines extern erzeugten Steuersignales entlädt ein zweiter siliciumgesteuerter · Gleichrichter die von den Kondensatoren gespeicherte Ladung über Primär-VJicklungen eines Ausgangstransformators, der seinerseits eine zweite Kapazität auflädt.

Die Aufladung der zweiten Kapazität ist bezüglich der Spannung größer als die erste. Diese Spannung bewirkt ein Einschalten des siliciumgesteuerten Gleichrichters, wobei der Strombegrenzungswiderstand überbrückt wird. Nachteilig an einer derartigen Schaltung ist, daß sie funktionsmäßig ein externes Steuersignal benötigt. Darüber hinaus ist bei dieser Schaltung die Verwendung von sowohl einem zweiten reihenmäßig geschalteten silicium gesteuerten Gleichrichter und einem Transformator (Induktivität) notwendig.

Eine alternative Maßnahme zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes besteht in der Regelung der Eingangsspannung. In der US PS 3 787 756 verschiebt eine Steuerschaltung zu Beginn die Zündung, d.h. das Leitfähigwerden, von in Serienschaltung verbundenen siliciumgesteuerten Gleichrichtern, so daß zu Beginn die Gleichrichterschaltung nur mit niedrigen Spannungsniveaus betrieben wird. Nach aera anfänglichen Aufladen der Kon-

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densatoren mit zunehmend höheren Spannungsnieveaus werden die siliciumgesteuerten Gleichrichter über den Hauptbereich des Eingangssparmungszyklus gezündet. Ähnliche Einrichtungen zur Regelung der Eingangsspannung sind in der US PS 3 679 568 beschrieben, in der eine auf die AusgangsSpannung ansprechende Einrichtung die relative Einschaltdauer der Eingangswechselrichterschaltung steuert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache und betriebssichere Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruches

gelöst.
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Die vorliegende Erfindung liefert eine Schaltung zur Unterdrückung von Einschaltstromstößen bei Schaltung mit ungeladenen Kapazitäten, die man im englischen Sprachgebrauch als "soft turn-on power" bezeichnet, d.h. eine gedämpfte Einschaltung der Spannung. .

Ein Festkörperschaltkreis der auf die parallel zur Schaltungskapazität entstehende Spannung anspricht, überbrückt elektronisch die Einschaltstromstoß-Unterdrückungsimpedan ζ nach Ermittlung eines vorbestimmten Prozentsatzes des vollen Ladungszustandes.

Sobald die Kapazität der Schaltung auf ein vorbestimmtes Niveau aufgeladen ist, triggert eine dem Ladungszustand der Schaltungskapazität entsprechende Spannung die Ermittlungsschaltung und löst ihrerseits den Schaltkreis aus, um eine Überbrückung mit niedriger Impedanz für die Einschaltstromstoß- Unterdrückungsimpedanz zu schaffen_fum dabei in wirksamer Weise diese Impedanz während des normalen, d.h. nicht Einschalt-Betriebszustandes der Schaltung unwirksam.zu machen.

Dieser Schaltkreis zu Begrenzung des Einschaltstromstoßes bzw. diese Schaltung zum gedämpften Einschalten der

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Spannung wird anhand eines Vollwegegleichstrom-Gleichrichters und zusätzlich nnhcind eines Brückengloichrichters für zwei Gleichspannungen erläutert. Die Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes arbeitet unabhängig von externen Steuersignalen, auch wenn externe Übersteuerungsregler vorgesehen sind.

Die beiliegenden Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild für einen Vollweggleichrichter unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung zur Begrenzung des EinsehaltStrom

stoßes.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild für einen Brückengleichrichter für zwei Gleichspannungen, bei dem eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Schaltung zur Begrenzung des EinsehaltStromstoßes verwendet ist.

Zur allgemeinen Erläuterung der Erfindung soll im folgenden zunächst die Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes anhand eines Gleichrichters für Einfachgleichspannung beschrieben werden und anschließend eine Abwandlung der Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes bei einer Verwendung in einem Netzgerät für zwei Gleichspannungen.

Der Gleichrichter von Fig. 1, der einen Wechselstrom in den Gleichstrom umformt, enthält in herkömmlicher Anordnung Eingangs-Gleichrichtungs-Dioden 4, ein Filter bzw. Siebnetzwerk mit einer Induktivität 6 und einem Sieb- bzw. Speicherkondensator 8_;sowie eine Schaltung zur Begrenzung

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des Einschaltstromstoßes, welche einen umschaltbaren Eingangsimpedanzschaltkreis 1 und eine Einschaltsteuerschaltung 2 enthält.

Das Grundkonzept der Erfindung beruht darin, daß bei Anlegung einer Eingangsspannung an die Schaltung und über eine kurze Zeitdauer danach, die im folgenden als Einschaltvorgang bezeichnet wird, eine zusätzliche Eingangsimpedanz in die Schaltung aufgenommen wird_fum die beim Einschaltvorgang auftretende Überlastungsstromspitzeιwelche auf der ungeladenen Kapazität der Schaltung beruht/zu unterdrücken. Anschließend an den Einschaltvorgang, d.h. nach Aufladen des Speicherkondensators 8 ermittelt die Einschaltsteuerschaltung 2 den Ladungszustand des Kondensators 8 und liefert ein Signal an den umschaltbaren Eingangsimpedanzschaltkreis 1 , wonach die Überlastungsstromspitzen Unterdrückungsimpedanz durch eine Impedanz mit relativ niedrigem Wert geshuntet wird. Auf diese Weise wird die Schaltungsimpeaanz während des normalen , d.h. nicht Einschaltbetriebes minimal gehalten.

Der umschaltbare Eingangsimpedanz-Schaltkreis 1 enthält eine Eingangsunterdrückungs-Impedanz 1o, eine Festkörperschalteinrichtung 12, im dargestellten Falle ein siliziumgesteuerter Gleichrichter und einen Gate-Vorspannungswiderstand 14. Die Einschaltsteuerschaltung 2 enthält eine Steuer-Zenerdiode 16, einen Zener-Vorspannungs-Widerstand 17, einen ersten und einen zweiten Steuertransistor 18 und 2o, Spannungsteiler-Widerstände 22 und 24 und eine Steuer-Schutz-Diode 26.

Die einzelnen Bauelemente des Gleichrichters, des Impedanzschaltkreises und der Steuerschaltung gemäß des in Fig. dargestellten Schaltbildes arbeiten wie folgt zusammen:

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Ein an den Anschlüssen A und C anliegendes Wechselstromeingangssignal wird durch die in herkömmlicher Weise angeordneten Eingangsdioden 4 gleichgerichtet, so daß ein ungesiebter Gleichstrom am Anschluß B entsteht. Eine Siebinduktivität 6 von relativ niedriger induktiver Reaktanz ist in Reihe zwischen den Anschluß B und den umschaltbaren Impedanzschaltkreis 1 geschaltet. Der umschaltbare Impedanzschaltkreis 1, der die Parallelschaltung aus dem siliziumgesteuerten Gleichrichter 1 und der Unterdrückungs-Impedanz 1o enthält, ist in Reihe zwischen die Sieb-Induktivität 6 und einen der Anschlüsse des Speicherkondensators 8, im dargestellten Falle den positiven Anschluß, geschaltet. Die Anode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 ist mit der Siebinduktivität 6 und zusätzlich mit einem Anschluß der Impedanz 1o verbunden. Die Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 ist gemeinsam mit einem Anschluß, im dargestellten Falle dem positiven Anschluß, des Speicherkondensators 8 zusätzlich mit der Unterdrückungs.-Impedanz To verbunden. Der Gate- oder Steueranschluß des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 ist über den Gate-Vorspannungswiderstand 14 mit seinem Kathodenanschluß verbunden. Der Gate-Anschluß des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 ist zusätzlich mit dem Kollektoranschluß des ersten Steuertransistors 18 verbunden. Die Basis des ersten Transistors 18 ist über den Widerstand 24 mit dessen Emitteranschluß verbunden, wobei der letztere des weiteren mit dem Eingangsanschluß B verbunden ist. Der zweite Steuertransistor 2o ist mit seinem Kollektor an die Basis des ersten Steuertransistors 18 über einen Widerstand angeschlossen. Der Emitter des zweiten Steuertransistors ist gemeinsam mit dem anderen Anschluß, im dargestellten Falle dem negativen Anschluß des Spexcherkondensators und mit dem negativen Ausgangsanschluß 9 verbunden.

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Die Basis des zweiten Steuertransistors 2o ist mit der Anode der Steuerzenerdiode 16 verbunden. Die Kathode der Zenerdiode 16 ist mit einem Anschluß, im dargestellten Falle dem positiven Anschluß, des Speicherkondensators 8 über einen Widerstand 17 verbunden. Eine Schutz-Diode 26 ist mit ihrer Anode an den positiven Anschluß des Speicherkondensators 8 angeschlossen, während ihre Kathode mit dem Emitter des ersten Steuertransistors 18 verbunden ist.

Im folgenden soll der Betrieb der vorstehend beschriebenen Schaltung anhand von Fig. 1 erläutert werden. Während des Ruhezustandes ist der Kondensator 8 wesentlich ungeladen. Der siliziumgesteuerte Gleichrichter 12 befindet sich in einem nicht leitendem, d.h. ausgeschalteten Zustand. In entsprechender Weise sind in der Einschalt-Steuerschaltung 2 während des Ruhezustandes der erste Steuertransistor 18, der zweite Steuertransistor 2o und die Zenerdiode 16 in einem nicht leitenden, d.h. ausgeschalteten Zustand.

Nach Anlegung der Anfangswechselspannung gelangt ein unge.siebtes positives Gleichstromsignal an den durch das Bezugszeichen B bezeichneten Eingang der Schaltung. Da der siliziumgesteuerte Gleichrichter 12 ausgeschaltet ist, wird der Speicherkondensator 8 über die in Reihe geschalteten Impedanzen der Induktivität 6 und der Unterdrückungs-Impedanz 1o aufgeladen. Der während der Anfangsaufladung des ungeladenen Kondensators .8 auftretende'Strom ist daher durch die Serienimpedanz der Induktivität 6 und der Unterdrückungsimpedanz 1o begrenzt.

Anschließend an den Einschaltvorgang, d.h. nach den Aufladen der Schaltungskapazität, im speziellen vorliegenden Falle des Speicherkondensators 8, auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau wird eine entsprechende Spannung parallel zu der Zenerdiode 16 entwickelt, welche über den Widerstand 17 und den Basis-Emitter Strompfad des Steuertransistors parallel zu dem Speicherkondensator 8 geschaltet ist.

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Diese Spannung bildet eine geeignete Gegonspannung, um den Durchbruch der Diode zu bewirken, so daß diese leitfähig wird. Auf diese Weise gelangt ein ausreichender Strom zu der Basis des NPN-Transistors 20, der eingeschaltet, d.h. leitfähig wird. Im leitfähigen Zustand durchfließt ein Strom den Transistor 20 und die Spannungsteiler-Widerstände 24 und 22, der genügt, um der Basis des PNP-Transistors 18 einen ausreichenden Strom zuzuführen, um diesen Transistor einzuschalten, d.h. leitfähig zu machen. Im leitfähigen Zustand fließt durch den ersten Steuertransistor 18 ein ausreichender Strom in die Gate-Elektrode zu dem siliziumgesteuerten Gleichrichter 12, um diesen zu zünden, d.h. leitfähig zu machen. Im leitfähigen Zustand liefert der Hauptstromweg des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 einen Stromweg mit niedriger Impedanz parallel zur Impedanz 10, so daß die Unterdrückungs-Impedanz 10 während des normalen Betriebszustandes der Schaltung , d.h. außerhalb der Einschaltbetriebszustände wesentlich überbrückt wird. Während des nicht leitfähigen Zustandes des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 hat sein Hauptstromweg eine relativ hohe Impedanz, deren Wert wesentlich größer ist als diejenige der Unterdrückungs-Impedanz 10.

Während eines Betriebs außerhalb des Einschaltstoßes überbrückt oder shuntet der in einem leitfähigen Zustand befindliche siliziumgesteuerte Gleichrichter 12 der Schaltung von Fig. 1 die Unterdrückungs-Impedanz 10. Man erreicht,wie vorstehend erwähnt, eine ausreichende Filterung durch einen relativ kleinen Wert der Induktivität 6 in Verbindung mit dem Sieb bzw. Speicherkondensator Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung muß die Induktivität 6 nicht allein eine Unterdrückung des Einschaltüberlastungsstromes bewirken. Die Induktivität 6 kann, um eine wirksame Ausschaltung der Unterdrückungs-Impedanz 10 zu gewährleisten, um einen Betrag reduziert sein, der sich durch

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folgende Beziehung wiedergeben läßt

i - ι -

LV

rms

wobei b das Verhältnis der Reduktion und V₁₇ die L ^ZD

Zenerdiodenspannung sind.
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Im Falle einer Zündung des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 erfolgt mit anderen Worten ausgedrückt, eine wesentliche Aufladung des Kondensators 8, so daß dann, wenn die Impedanz 1o von dem siliziumgesteuerten Gleichrichter 12 überbrückt wird, der relativ niedrige Wert des für die vollständige Aufladung des Kondensators 8 benötigten Stromes durch die Induktivität 6 ausreichend geregelt wird, selbst wenn die Induktivität 6 einen

relativ niedrigen Wert hat.
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Ein siliziumgesteuerter Gleichrichter kann typischerweise durch eine Verringerung seines Stromes unterhalb des Haltestromes oder durch Herabsetzung der Anoden-/Kathodenspannung auf Null ausgeschaltet werden.· Die Ausschaltzeit

wird hier durch den Widerstand 17 weiter minimiert, der zwischen das Gate und die Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 12 geschaltet ist.

Der Anschluß D kann mit einem externen Abschaltregler versehen, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist und dazu dient, die Steuerschaltung 2 im Ruhe-oder ausgeschalteten Zustand zu halten. Wenn der Anschluß D auf Nullpotential liegt, werden die Steuer-Zenerdiode 16 und die zugehörigen Steuertransistoren 18 und 2o in ausgeschalteten, d.h. nicht leitenden Zustand gehalten.

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Der Widerstand 17 weist einen ausxexchend hohen Widerstandswert auf, um sicherzustellen, daß ein relativ minimaler Strom durch d.en Ausschalt regler fließt.

Die Schutz-Diode 26, welche für den Betrieb der Steuerschaltung nicht absolut notwendig ist, verhindert daß ein Sperrstrom durch die Steuertransistoren fließt, was bei einem Verlust der Eingangsspannung der Schaltung geschehen kann.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes in einem Netzgerät für ■ zwei Spannungsniveaus eingebaut. Man erkennt, daß der obere Teil der Schaltung identisch mit der Schaltung von Fig. 1 ist. Der untere Teil der Schaltung der insgesamt als negativer Abschnitt bezeichnet wird, ist funktionell äquivalent aufgebaut. Er ist jedoch so konstruiert, daß er auf einer intermittierenden Basis betrieben werden kann, d.h. nur dann, wenn das zweite Gleichspannungsniveau benötigt wird. Bei dieser Ausführungsform eröffnet daher eine Einschalt-Steuerschaltung 34 die Möglichkeit d.en negativen. Abschnitt der Schaltung mit gedämpfter Einschaltung der Spannung ein- und auszuschalten. Dieser Schaltkreis verbleibt passiv, wenn er nicht das zweite Gleichspannungsniveau liefert, und vermeidet daher eine unnötige Verlustleistung.

Der negative Teil der in Fig. 2 gezeigten Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes enthält eine negative Steuerschaltung 3o, einen zuschaltbaren Eingangs-Impedanz-Schaltkreis 32,eine Einschaltsteuerschaltung 34, ein Siebbzw. Speicherkondensator 50 und eine Sieb-Induktivität Die Einschaltsteuerschaltung 34 enthält einen herkömmlich angeordneten Signal-Trenn-Verstärker, der einen Transistor 4ο und VorSpannungswiderstände 42 und 44 enthält, welche ein Zündsignal an die Gate-Elektrode des siliziumgesteuerten

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Gleichrichters 46 der Einschaltsteuerschaltung liefern. Wie bereits vorstehend hervorgehoben wurde, ist es die Aufgabe der Einschalt-Steuerschaltung 34 den negativen Teil der Schaltung mit Begrenzung des Einschaltstrom-Stoßes elektrisch zuzuschalten. Bei der Zuführung eines Einschalt-Steuersignales an den Anschluß E wird der Transistor 4o leitend, so daß ein Strom in das Gate des siliziumgesteuerten Gleichrichters 46 fließen kann, der den siliziumgesteuerten Gleichrichter zündet oder einschaltet.

An diesem Verbindungspunkt ist der negative Teil der Schaltung mit Begrenzung des Einschaltstromstoßes funktionsmäßig entsprechend, wie die lediglich für ein Spannungsniveau vorgesehene Schaltung der Fig. 1 bei dem Einschaltvorgang der Schaltung. Dies bedeutet, daß der Speicherkondensator 5o ungeladen ist und bezüglich einer momentanen Spannungsänderung wie ein Kurzschluß wirkt. Wenn daher der siliziumgesteuerte Gleichrichter 46 leitend wird, erfolgt eine Aufladung des Speicherkondensators über die Impedanz 52, welche den Einschalt-Uberlastungsstrom zu der ungeladenen Kapazität begrenzt. Nach einem Aufladen des Kondensators 5o auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau, das bei dieser Ausführungsform bezüglich Erde oder Spannungsnull negativ ist, schaltet die parallel zur Zenerdiode 51 entstehende Sperrspannung die Zenerdiode ab, welche parallel zu dem Kondensator über den Widerstand 52 und dem Basisemitterstrompfad des Transistors 56 geschaltet ist. Es fließt ein Strom durch das Spannungsteilenetzwerk aus den Widerständen 52 und 54, der eine geeignete Vorspannung zwischen dem Emitter und der Basis des NPN-Transistors 56 erzeugt, was zu einem Stromfluß von der Basis führt und wiederum bewirkt, daß der Transistor eingeschaltet wird. Hierdurch fließt Aomgekehrt Strom durch den Hauptstrompfad des Transistors 56 in die Widerstände 57 and 58 und zu der

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Basis des PNP-Transistors 59 über den Widerstand 57, was dessen Einschalten bewirkt. Nun fließt ein Strom durch den Kollektor-Emitterstrompfad des Transistors 59 in die Gate-Elektrode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 6o, wodurch dieser gezündet oder eingeschaltet wird. Der siliziumgesteuerte Gleichrichter 6o bewirkt somit im eingeschalteten Zustand eine überbrückung mit niedriger Impedanz für die Überlastungsstrom-Unterdrückungs-Impedanz. 52. Es wird daher in entsprechender Weise wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ein anfänglicher Überlastungsstrom für diesen negativen Spannungsabschnitt unterdrückt oder begrenzt, bis die Kapazität der Schaltung auf ein vorbestimmtes Niveau aufgeladen ist, bei dem die zur Unterdrückung des Einschaltstromstoßes verwendete Impedanz automatisch überbrückt wird.

Das zweite Gleichspannungsniveau v/ird wie bereits vorstehend erwähnt nur auf einer intermittierenden Basis zugeschaltet. Es ist daher eine Einrichtung vorgesehen, die den negativen Teil der Schaltung abschaltet. Durch Erden von Anschluß F und Ausschalten des von dem Anschluß E gelieferten Steuersignals wird ein ixegatives Ausschaltsignal geliefert. Sobald das von dem Anschluß E herrührende Steuersignal ausgeschaltet ist, erfolgt eine Ausschaltung des siliziumgesteuerten Gleichrichters 46. Der Widerstand 48 minimiert, für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, die Ausschaltzeit des siliziumgesteuerten Gleichrichters 46. Das Erden von Anschluß F schaltet die Transistoren 57 und 59 ab, so daß der Gate- oder Steuerstrom von dem siliziumgesteuerten Gleichrichter abgeschaltet wird. Der Widerstand 61 minimiert in entsprechender Weise wie für den siliziumgesteuerten Gleichrichter 46 beschrieben, die Ausschaltzeit des siliziumgesteuerten Gleichrichters 6o. Wenn die beiden siliziumgesteuerten Gleichrichter 6o und 46 in nicht leitendem Zustand sind, ist der gesamte negative Anteil des Netzgerätes mit gedämpf-

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ter Spannungseinschaltung inaktiv, so daß jegliche Verlustleistung in irgendeinem der Bauelemente vermieden wird.

Falls das Netzgerät konstant beide Gleichspannungsniveaus liefern soll, kann man durch manuelle Verdrahtung eine elektrische überbrückung der Einschaltsteuerung 34 und insbesondere des siliziumgesteuerten Gleichrichters 46, vornehmen. Der negative Anteil des Schaltkreises entspricht dann funktionsmäßig den positiven Teil.

Die vorstehend anhand von besonders bevorzugten Ausgestaltungen im Zusammenhang mit Gleichrichtern und Stromversorgungsschaltkreisen beschriebene Erfindung läßt sich selbstverständlich bei jeglichen Schaltungen anwenden, bei denen eine Begrenzung des Einschaltstromstoßes erwünscht ist und die diesbezügliche Vorrichtung nach Erreichen des normalen, keinen Einschalt Stromstoß enthaltenden BEtriebszustandes überbrückt werden soll.

So können beispielsweise bei der Anordnung von Fig. 4 die Dioden 4 durch einen Schalter und eine Batterie 5 ersetzt werden, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist. Wenn der Schalter 3 geschlossen ist und unter der Voraussetzung, daß der Kondensator 8 wesentlich ungeladen ist,arbeitet die Schaltung in der vorstehenden Weise und begrenzt Überlastungsstromspitzen oder Einschaltstromstöße.

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Claims

Patentansprüche

/ 1.Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes zu einer Belastung mit wesentlich ungeladener kapazitiver Impedanz, insbesondere für Gleichrichter oder Netzgeräte, gekennzeichnet durch einen Netzanschluß zur Aufnahme der Spannung, einen Bezugsanschluß für eine Verbindung mit einem Punkt eines Bezugspotentials und einen Ausgsngsanschluß, wobei die Belastung zwischen dem Bezugsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen ist; durch eine parallel zu der Belastung geschaltete Steuereinrichtung, die auf das parallel zur Belastung anliegende Spannungsnieveau anspricht, wenn dieses einen vorbestimmten Wert erreicht, und hierauf ein Steuer-Auslösesignal abgibt; durch eine zwischen den Netz-Anschluß und den Ausgangs-Anschluß geschaltete Unterdrückungs-Impedanz mit relativ hohem Impedanzwert, welche die Größe des de*" Belastung zugeführten Stromes bei Fehlen des Steuer-Auslösesignals begrenzt/und durch eine Schalteinrichtung mit einem parallel zur Unterdrückungs-Impedanz geschaltetem Hauptstrompfad, welche auf das Steuer-Auslösesignal anspricht, um die Unterdrückungs-Impedanz parallel mit einer niedrigen Impedanz zu überbrücken.
2.Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung eine parallel zu dem kapazitiven Bauelement angeschlossene Vorrichtung enthält, welche eine parallel zu ihr anliegende Spannung entwickelt, die dem parallel zu der kapazitiven Belastung anliegenden Spannungsniveau entspricht, wobei diese Vorrichtung leitend wird, wenn die Spannung das vorbestimmte Niveau erreicht; und durch einen ersten sowie einen zweitem Steuertransistor, die so geschaltet sind, daß bei dem Leitendwerden der Vorrichtung der Basiselektrode des ersten

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Transistors ein Strom zugeführt wird, der ausreicht, um diesen leitend zu machen, was seinerseits einen Strom zur Basiselektrode des zweiten Transistors fließen läßt, der ausreicht, um diesen leitend zu machen, wobei der zweite Transistor im leitenden Zustand ein Auslösesignal zu der Schalteinrichtung liefert.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteinrichtung einen Einweg-Thysistor enthält, dessen Gate-Elektrode so angeschlossen ist, daß sie das Auslösesignal von der Steuer-Einrichtung aufnimmt und dessen Anode und Kathode parallel zu der Unterdrückungs-Impedanz gekoppelt sind.
4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdrückungs-Impedanz einen Widerstand mit relativ hohem Widerstandswert derart geschältet enthält, daß der Widerstand in der Parallel-Schaltung den Hauptstrompfad liefert, wenn die Schalteinrichtung einen nicht leitenden Zustand einnimmt.
5. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschalt- Steuer-Einrichtung zwischen die Steuer-Einrichtung und den Ausgangs-Anschluß geschaltet ist zur gesteuerten Unterbindung des Auslösesignals.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalt-Steuer-Einrichtung eine Zenerdiode enthält, die parallel zu der kapazitiven Belastung geschaltet ist und daß die Zenerdiode einen extern zugänglichen Kathodenansohluß enthält, so daß bei einer Erdung des Kathodenanschlusses ein Leitendwerden der Diode verhindert wird.

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■j
7. Gleichrichter schaltung, insbec~naar_ mit einer Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Umformung einer Eingangs-Wechsel-Spannung in eine Ausgangs-Gleichspannung, gekennzeichnet durch zumindest einen Netzanschluß zur Aufnahme der Eingangs-Wechselspannung, zumindest einen Ausgangsanschluß für die Zuführung der Ausgangs-Gleichspannung zu einem Verbraucher, zumindest einen Bezugsanschluß für die Verbindung mit einem Punkt eines Bezugspotentials und Eingangs-Gleichrichter-Dioden,

Iq die mit dem Netzanschluß gekoppelt sind, um eine ungeregelte Gleichspannung zu liefern, durch eine Siebschaltung mit einer Sieb-Induktivität mit relativ niedriger induktiver Reaktanz, die in Reihe zwischen den Netzanschluß und die Ausgangsanschlüsse geschaltet ist und mit einem Sieb-Kondensator,

-j 5 der zwischen den Ausgangsanschluß und den Bezugsanschluß angeschlossen ist; durch eine Parallelschaltung eines siliziumgesteuerten Gleichrichters und einer Strom-Unterdrückungs-Impedanz, die zwischen Anode und Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters angeschlossen ist, wobei die Parallelschaltung in Reihe zwischen die Sieb-Induktivität und einen Anschluß des Sieb-Kondensators geschaltet ist, und durch eine Einschalt-Steuerschaltung, die an die Gate-Elektrode des siliziumgesteuerten Gleichrichters angeschlossen ist und eine Zener-Durchbruch-Diode enthält, die parallel zu den Sieb-Kondensator geschaltet ist, und auf die sich parallel zu dem Sieb-Kondensator während dessen Aufladung entwickelnde Spannung anspricht, wobei die Diode bei Erreichen eines vorbestimmten Spannungsniveaus leitend wird und die Einschalt-Steuerschaltung durch ein dem siliziumgesteuerten Gleichrichter zugeführtes Auslösesignal diesen leitend macht, um die Unterdrückungs-Impedanz mit einer niedrigen Impedanz zu überbrücken.

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8. Netzgerät für positive und negative Gleich-Spannungen mit einer Schaltung zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes zu wesentlich ungeladenen kapazitiven Belastungen insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Gleichrichterschaltung, welche zumindest ein positives Gleichspannungsniveau und zumindest ein negatives Gleichspannungsniveau von zumindest einer Eingangs-Wechselspannung erzeugen; durch eine Mehrzahl von Leistungs-Anschlüssen zur Aufnahme der gleichgerichteten Spannung; durch einen Ausgangsanschluß für jedes der Gleichspannungsniveaus; durch einen Bezugsanschluß für die Verbindung mit einem Punkt eines Bezugspotentials; durch Steuereinrichtungen für jedes der Gleichspannungs-Niveaus, wobei die Steuereinrichtungen parallel zu der kapazitiven Belastung geschaltet sind und auf die Spannung ansprechen, die parallel zu de r Belastung entsteht, wenn diese einen vorbestimmten Wert erreicht, wonach die Steuer-Einrichtungen ein Auslöse-Signal abgeben, durch eine Einschaltstrom-Unterdrückungs-Einrichtung für jedes Gleichspannungsnievau, in der eine relativ große Impedanz zwischen dem jeweiligen Leistungs-Anschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen ist, wobei die Impedanz bei Fehlen des Auslösesignals den dem Verbraucher zugeführten Strom begrenzt, und durch eine Schalteinrichtung mit einem parallel zu der Unterdrückungs-Impedanz geschalteten Hauptstrompfad, wobei die Schalteinrichtung im Ansprechen auf das Auslösesignal die Unterdrückungs-Impedanz überbrückt.
9. Netzgerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine auf ein extern zugeführtes Einschaltsignal ansprechende Schalteinrichtung zum intermittierenden Einschalten der Spannung,welche in Reihe mit der Unterdrückungs-Impedanz zwischen den Leistungsanschluß und die Belastung geschaltet ist, wobei die Schalteinrichtung

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nach Ermittlung des externen Signals einen Hauptstrompfad zwischen der Belastung und dem Leistungsanschluß herstellt und eine Aufladung der Belastung auf die an dem Leistungs anschluß anliegende Spannung zuläßt. 5
10.Netzgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteinrichtung einen siliziumgesteuerten Gleichrichter enthält, dessen Anode und Kathode in Reihe mit dem Leistungsanschluß und dear kapazitiven

Belastung angeschlossen sind, und einen Signal-Trenn-Verstärker, der externe Signale aufnimmt, wonach der Verstärker einer Gate-Elektrode des siliziumgesteuerten Gleichrichters einen Strom zuführt, der ausreicht, um diesen

leitend zu machen. 15

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