DE3206768A1

DE3206768A1 - Schaltungsanordnung zur einschaltstrombegrenzung

Info

Publication number: DE3206768A1
Application number: DE19823206768
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8176 Schaftlach Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-06-09
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE3206768C2

Description

Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombezrenzunz
Zusatz zum Patent .. .. ... (Aktenz.: P 31 22 835.6) Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung für Stromversorgungsgeräte mit oder ohne Netztransformator, bei der eine Ladekondensatorschaltung mit einem Verbraucher über einen Vorwiderstand, der durch einen elektronischen Schalter nach dem Einschaltzeitpunkt zeitverzögert kurzschließbar ist, an ein Wechselstromnetz angeschlossen wird und wobei die Uberbrückung des Vorwiderstandes nach einer definierten Verzögerungszeit mittels eines Null-Spannungs-Schalters zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn die sinusförmige Netzspannung (Augenblickswert) den Wert der Gegenspannung (z.B. Kondensatorspannung) nahezu erreicht hat.
Ansteuerschaltungen für Halbleiterschaltungen, z.B.
Thyristoren, sind bekannt. Als Steuerkriterium wird dabei in vielen Fällen ein Spannungsvergleich mit einer vorgegebenen Schwellenspannung verwendet. Bei der Schaltung gemäß dem vorliegenden Hauptpatent sind jedoch zwei Steuerkriterien wirksam, da die Steuerung des Halbleiterschalters auch zeitabhängig erfolgen soll. Die Ansteuerung wird dadurch komplizierter und aufwendiger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent .. .. ...
(Aktenz.: P 31 22 835.6) den Null-Spannungs-Schalter und insbesondere die Steuerschaltung für die Ansteuerung des Halbleiterschalters im Null-Spannungs-Schalter verlustleistungsarm, raumsparend und kostengünstig auszubilden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nach Ablauf der von einer Verzögerungsschaltung vorgegebenen Verzögerungszeit eine Steuerschaltung einen dem Vorwiderstand zur über brückung parallel liegenden Halbleiterschalter des Null-Spannungs-Schalters ansteuert, die einen ersten Transistor enthält, dessen Kollektor-Emitterstrecke einer Zener-Diode im Basisspannungsteiler eines weiteren Transistors der Steuerschaltung für die Ansteuerung des Halbleiterschalters parallel geschaltet ist.
Ein derartiger Aufbau der Steuerschaltung wird mit geringem Schaltungsaufwand der Anwendung beider Steuerkriterien gerecht.
Die Erfindung und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 das Schaltungsprinzip einer Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung mit einem verzögerten Null-Spannungs-Schalter, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Null-Spannungs-Schalters ohne den Schaltungsteil für die Erzeugung einer definierten Verzögerungszeit.
Die Einschaltstrombegrenzungsschaltung wird in Fig. 1 anhand eines Verbrauchers erläutert, der über eine Ladekondensatorschaltung gespeist ist. In die Verbindung zwischen dem Ausgang einer Gleichrichterschaltung GL und einem Kondensator C bzw. dem Lastwiderstand RL ist ein Strombegrenzungswiderstand RV für den Einschaltstrom fest eingeschaltet. Parallel zum Strombegrenzungswiderstapd RV ist über die Klemmen 1 und 2 ein Null-Spannungs-Schalter VNS angeschlossen, der seinerseits von einer Verzögerungsschaltung T über die Klemmen 5 und 6 gesteuert ist. Der Einschaltvorgang des Verbrauchers RL erfolgt in zwei Schritten derart, daß beim ersten Schritt eine Betriebswechselspannung U an den Eingang des Gleichrichters GL angelegt wird und daß in einem zweiten Schritt der Strombegrenzungswiderstand RV durch den Null-Spannungs-Schalter VNS kurzgeschlossen wird. Der erste Einschaltstromstoß wird durch die Vorwiderstände RV und R5 begrenzt. Der Widerstand R5 steht stellvertretend für den Quellenwiderstand und den Gleichrichterwiderstand.
Der zweite Einschaltstromstoß kann ein Minimum werden, wenn die Uberbrückung des Vorwiderstandes RV durch den Null-Spannungs-Schalter nach einer definierten Verzögerung zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem der Augenblickswert der Netzspannung nahezu den Wert der Ladekondensatorspannung (Gegenspannung) erreicht hat. Die Differenz zwischen dieser Netzspannung und der Gegenspannung darf einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, damit die Arbeitsspannung für den Halbleiterschalter, der den Vorwiderstand RV kurzschließen soll, nicht unterschritten wird.
Fig. 2 zeigt die Ansteuerschaltung für einen als Thyristor Thy ausgebildeten Halbleiterschalter des Null-Spannungsschalters VNS. Die dazugehörige Verzögerungsschaltung T, die über die Klemmen 5 und 6 am Null-Spannungs-Schalter anliegt, ist für die eigene Stromversorgung über Klemmen 3 und 4 an den Ausgang des Stromversorgungsgerätes gelegt. Dem im Lastkreis des Stromversorgungsgerätes angeordneten Vorwiderstand RV (Fig. 1) ist über die Eingangsklemmen 1 und 2 des Null-Spannungs-Schalters die Schaltstrecke des Thyristors Thy parallel geschaltet. Die Durchsteuerung dieses Thyristors erfolgt mittels eines Hilfsthyristors Thy1, der seinerseits von einem Transistor Ts1 angesteuert ist, dessen Kollektor-Emitterstrecke in Reihe mit einem Widerstand an der am Vorwiderstand RV abfallenden Spannung (Thyristorspannung) liegt. Der Basisspannungsteiler des Transistors Ts, besteht aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes R2, einer Zenerdiode ZD1 und eines Widerstandes R3, die ebenfalls an der Thyristorspannung liegt. Ist nach dem Anlegen der Netzspannung U die gleichgerichtete Wechselspannung am Thyristor Thy größer als die Zenerspannung Uz der Zenerdiode ZD1, so ist der Transistor Ts1 leitend gesteuert. In diesem Zustand schließt die Kollektor-Emitterstrecke die Steuerstrecke des mit dem Thyristor Thy in Verbund geschalteten Hilfsthyristors Thy1 kurz Der Thyristor Thy und der Hilfsthyristor Thy1 können bis zum Ende der anliegenden Halbperiode der Wechselspannung nicht einschalten. Wird in einer folgenden Halbwelle der Wechselspannung die Spannung am Thyristor Thy kleiner als die Zenerspannung 0z der Zenerdiode ZD1, dann wird der Transistor Ts1 hochohmig und die Thyristoren Thy1 und Thy werden über den Widerstand R1 durchgeschaltet, was einem Kurzschließen des Vorwiderstandes RV entspricht.
Die beschriebene Ansteuerung des Thyristors Thy kann nur dann tatsächlich erfolgen, wenn das zweite Einschaltkriterium erfüllt ist, nämlich die in der Verzögerungsschaltung T bewirkte definierte Zeitver- zögerung. Dieses Schaltkriterium greift z. B. über einen elektronischen Schalter S, der als Optokoppler ausgebildet sein kann, in den beschriebenen Einschaltvorgang des Thyristors Thy ein, solange die vorgegebene Verzögerungszeit noch nicht verstrichen ist. Unter der Voraussetzung, daß vor Ablauf der vorgegebenen Verzögerungszeit die Leuchtdiode des Optokopplers stromlos und der Ausgang des Optokopplers hochohmig ist, befindet sich ein vom Optokoppler angesteuerter weiterer Transistor Ts2 im leitenden Zustand. Der Basisspannungsteiler dieses Transistors Ts2 liegt ebenfalls an der Thyristorspannung und der zu diesem Zeitpunkt noch hochohmige Ausgangskreis des Optokopplers ist als Bestandteil des Spannungsteilers im Basis-Emitterkreis des Transistors Ts2 angeordnet. Die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Ts2 ist der Zenerdiode ZD1 im Basisspannungsteiler des Transistors Ts1 parallel geschaltet, so daß bei leitendem Transistor Ts2 auch der Transistor Ts1 leitend ist.
Solange die vorgegebene Verzögerungszeit nicht abgelaufen ist, kann somit die Zenerdiode ZD1 keine Schaltfunktion in Abhängigkeit von der Thyristorspannung übernehmen und den Transistor Ts1 bei Unterschreiten der Zenerspannung UZ sperren. Nach Ablauf der Verzögerungszeit wird mit dem Sperren des Transistors Ts2 die Überbrückung der Zenerdiode ZD1 aufgehoben und die Ansteuerschaltung kann entsprechend dem ersten Schaltkriterium ihre Schaltfunktion ausführen und den Vorwiderstand RV mittels des Thyristors Thy kurzschließen.
1 Patentanspruch 2 Figuren

Claims

Patentanspruch Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung fUr Stromversorgungsgeräte mit oder ohne Netztransformator, bei der eine Ladekondensatorschaltung mit einem Verbraucher über einen Vorwiderstand, der durch einen elektronischen Schalter nach dem Einschaltzeitpunkt zeitverzögert kurzschließbar ist, an ein Wechselstromnetz angeschlossen wird und wobei die Uberbrückung des Vorwiderstandes nach einer definierten Verzögerungszeit mittels eines Null-Spannungs-Schalters zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn die sinusförmige Netzspannung (Augenblickswert) den Wert der Gegenspannung (z.B.

Kondensatorspannung) erreicht hat, nach Patent .. .. ... (Aktenzeichen P 31 22 835.6), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Ablauf der von einer Verzögerungsschaltung (T) vorgegebenen Verzögerungszeit eine Steuerschaltung einen dem Vorwiderstand zur Uberbrückung parallel liegenden Halbleiterschalter (Thy) des Null-Spannungs-Schalters (VNS) ansteuert, die einen ersten Transistor (Ts2) enthält, dessen Kollektor-Emitterstrecke einer Zener-Diode (ZD1) im Basisspannungsteiler (R1, ZD1, R2) eines weiteren Transistors (Ts1) der Steuerschaltung für die Ansteuerung des Halbleiterschalters (Thy) parallel geschaltet ist.