DE3535864C2

DE3535864C2 -

Info

Publication number: DE3535864C2
Application number: DE19853535864
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter 7151 Auenwald De Freye
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1990-05-23
Also published as: DE3535864A1

Description

Die Erfindung betrifft eine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine Schaltung dieser Art ist aus DD-PS 1 27 138 bekannt.

Bei einer Strombegrenzungsschaltung gemäß DE-AS 22 36 305 wird der Spannungsabfall an dem in Serie zur Schaltstrecke des Halbleiterschalters gelegenen Strommeßwiderstandes erfaßt und aufgrund des erfaßten Spannungsabfalls der Halbleiterschalter gesperrt. Ein Widerstand parallel zur Schaltstrecke des Halbleiterschalters dient nur dazu einen Serienregler nach Auftreten eines Kurzschlusses wieder in den geregelten Zustand zu bringen.

Aus der DD-PS 1 27 138 ist es bekannt, für eine Strombegrenzungsschaltung eine Stromauswertung mit einem Widerstand in Serie zum Reglerstellglied und einen Widerstand parallel zum Reglerstellglied vorzusehen. Diese beiden Widerstände sind so dimensioniert, daß bei abgeschaltetem Reglerstellglied ein Prüfstrom zum Verbraucher fließt. Das Reglerstellglied besteht hier aus einem Bipolartransistor.

Aus der DE-OS 34 07 800 ist es bekannt, als Reglerstellglied einen Feldeffekttransistor zu verwenden. Auch diese Schaltungsanordnung weist eine Stromauswerteschaltung zur Steuerung des Reglerstellgliedes auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs, eine Einschaltstrombegrenzung für eine kapazitive Last anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung besitzt folgende Vorteile:
Bei kapazitiven Lasten wird der Einschaltstrom wirksam begrenzt. Bei Verwendung als Strombegrenzungsschaltung zwischen einer Versorgungsspannungsquelle - Batterie oder Netz - und einem Schaltregler wird der Schaltreglereingang bei kurzzeitigen Transienten auf der Versorgungsspannung wirksam geschützt. Netzschalter werden vor Stromüberlastungen geschützt. Unbeabsichtigtes Auslösen von Sicherungsautomaten während des Einschaltvorgangs wird vermieden. Die Schutzfunktion wird auch bei intermittierender Beanspruchung nicht unwirksam. Der Bauelementeaufwand ist sehr gering. Die Strombegrenzungsschaltung besitzt gute Regeleigenschaften und schnelle Reaktionszeiten. Es erfolgt durch die einfache Energieaufteilung auf Feldeffekttransistor und Parallelwiderstand eine optimale Bauteilenutzung.

Anhand der Figuren wird die Erfindung nun näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Stromlaufplan der Strombegrenzungsschaltung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein Strom-/Spannungsdiagramm,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4a und 4b Strom- und Spannungsverläufe für unverzögertes Einschalten einer TV-Stromversorgung,

Fig. 5a den Einschaltstrom einer TV-Stromversorgung ohne Strombegrenzungsschaltung,

Fig. 5b Stromverlauf für verzögertes Einschalten einer TV-Stromversorgung.

In Fig. 1 liegt die Strombegrenzungsschaltung zwischen einem Netzgleichrichter GL und einem Schaltregler SR mit Netzteil-Querkondensator CN. Die Drain-Source- Strecke des Feldeffekttransistors F liegt im Hauptstromkreis ebenso wie der ihr in Serie geschaltete Strommeßwiderstand R 2. Die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors F ist von einem Parallelwiderstand R 1 überbrückt. An den Strommeßwiderstand R 2 ist eine Stromauswerteschaltung SA angeschlossen. Sie besteht aus einem Bipolartransistor T, dessen Emitter an das netzgleichrichternahe Anschlußende des Strommeßwiderstandes R 2 angeschlossen ist und dessen Basis über einen Basisschutzwiderstand R 3 an das netzgleichrichterferne Anschlußende des Strommeßwiderstandes R 2 und damit an die Sourcelektrode des N-Kanal Feldeffekttransistor F angeschlossen ist. Die Source-Gate-Strecke des Feldeffekttransistors F ist mit einer Zenerdiode ZD überbrückt. Die Gateelektrode des Feldeffekttransistors F ist über den Widerstand R 5 an jene Verbindungsleitung zwischen Neztgleichrichter GL und Schaltregler SR angeschlossen, die nicht über die Drain- Source-Strecke des Feldeffekttransistors F führt. Der Zweck des Parallelwiderstandes R 1 ist es den Feldeffekttransistor bei hohen Energieimpulsen - Einschaltstrom bei kapazitiven Lasten, kurzzeitige Transienten auf der Versorgungsspannung UV - zu entlasten. Die Dimensionierung des Parallelwiderstandes R 1 erfolgt mit Hilfe der SOA (SAFE OPERATING AREA) - Transistorkennwerte so, daß bei jeder möglichen Drain-Source-Spannung maximal der nach den SOA-Kennwerten des Transistors zulässige Drain- Strom erreicht wird. Wird der SOA-Bereich überschritten, wird der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand R 2 so groß, daß der Bipolartransistor T vollständig durchschaltet. Dies bewirkt, daß das Gate-Source-Potential zu U _GS = 0 wird und der Feldeffekttransistor F vollständig sperrt. Der gesamte Strom J fließt dann über den Parallelwiderstand R 1. Innerhalb des SOA-Bereiches übernimmt der Feldeffekttransistor F den Stromanteil

Die im Begrenzungsfall auftretende Stromverteilung auf Parallelwiderstand R 1 und Feldeffekttransistor F ist aus Fig. 2 ersichtlich. Im unteren Spannungsbereich fließt der Strom J allein über Feldeffekttransistor F. Bei 100 V fließen gleiche Stromanteile von J über den Feldeffekttransistor F und den Parallelwiderstand R 1. Ab 200 V sperrt der Feldeffekttransistor F und der Strom J fließt nur noch über den Parallelwiderstand R 1. Die Widerstände sind in diesem Beispiel folgendermaßen dimensioniert:

R 1 = 33 Ohm; R 2 = 0,1 Ohm,
R 3 = 68 Ohm; R 4 = 1 MOhm

Die Widerstände R 1 und R 2 bestehen aus impulsfesten Drahtwiderständen.

Im normalen Betriebszustand ist der Feldeffekttransistor F leitend. Der Spannungsabfall am Transistor F ist sehr klein und beträgt

Beim Einschalten der Netzspannung wird F in der unverzögerten Schaltungsvariante gemäß Fig. 1 ebenfalls praktisch unverzögert eingeschaltet. Durch den gegenüber dem Nennwert des Verbrauchers stark überhöhten Aufladestromes der Kapazität CN wird dabei der Strom über F als Folge der Stromauswertung an R 2 auf den Wert begrenzt. Mit der Begrenzung des Stromes an F gelangt der Transistor F in den aktiven Bereich und seine Drain-Source-Spannung steigt an.

Die ansteigende Spannung U _DS bewirkt einen ansteigenden Strom

über den Parallelwiderstand, so daß sich die Stromaufteilung zwischen F und R 1 mit zunehmender U _DS ändert. Über einen weiten Bereich von U _DS hat die sich ändernde Stromaufteilung keinen Einfluß auf den Gesamtstrom J. Wird jedoch der mit R 1 und R 2 einstellbare Regelbereich von F überschritten, so sperrt F vollständig. In diesem Betriebszustand wird der Verbraucher ausschließlich über R 1 gespeist. Abhängig von der Leistungsfähigkeit des Transistors wird dieser Betriebsbereich in der Regel nur bei kurzzeitigen Transienten hoher Amplitude erreicht.

Das Zuschalten des Feldeffekttransistors F kann durch ein Verzögerungsglied - Kondensator C 1/Widerstand R 4 - verzögert erfolgen (Fig. 3). Dabei muß jedoch auf eine schnelle Entladung des Querkondensators CN nach einer Netzabschaltung geachtet werden, um eine kurze Wiederbereitschaftszeit zu erreichen. Zu diesem Zweck ist dem Kondensator CN ein PTC-Widerstand parallel geschaltet. Die Strombegrenzung ist vom Verzögerungsglied C 1/R 4 entkoppelt, da sonst Spannungsüberhöhungen zur Zerstörung des Feldeffekttransistors F und der Zenerdiode ZD führen würden.

Die Fig. 4 a, b und 5 b zeigen gemessene Strom- und Spannungsverläufe der Strombegrenzungsschaltung für eine Wechselspannung von 255 V. In Fig. 4 a ist der Drain-Source-Strom J _DS und in Fig. 4 b die Drain-Source-Spannung U _DS des Feldeffekttransistors F dargestellt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, wird für die ersten beiden Strom- Halbperioden der Strom begrenzt (abgekappte Spitzen). Ab der dritten Halbperiode ist der Feldeffekttransistor F voll durchgeschaltet (U _DS ≈ 0). In Fig. 5a ist der Einschaltstrom für eine TV-Stromversorgung ohne Strombegrenzungsschaltung dargestellt. Es tritt eine Stromnadel von 140 A im µs-Bereich auf. Mit anlaufverzögerter Strombegrenzung - Kondensator C 1 = µF - ist der Einschaltstrom auf 6 A begrenzt (Fig. 5b).

Claims

Schutzschaltung für einen über eine Strombegrenzungsschaltung betriebenen Lastkreis bestehend aus:
- - einem elektronischen Halbleiterschalter (F), dessesn Schaltstrecke von einem Parallelwiderstand (R 1) überbrückt ist und zu der ein Strommeßwiderstand (R 2) in Serie geschaltet ist,
- - einer an den Strommeßwiderstand (R 2) angeschlossenen Stromauswerteschaltung (SA) zur Steuerung des elektronischen Halbleiterschalters (F), wobei der Parallelwiderstand (R 1) derart mit der Stromauswerteschaltung (SA) verbunden ist, daß sein Stromanteil mitausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Halbleiterschalter (F) ein Feldeffekttransistor ist und daß zur schnellen Entladung nach einer Netzabschaltung eines im Lastkreis enthaltenen Querkondensators (CN) diesem ein PTC-Widerstand (PTC) parallel geschaltet ist.