DE3615176A1 - Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting - Google Patents

Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting

Info

Publication number
DE3615176A1
DE3615176A1 DE19863615176 DE3615176A DE3615176A1 DE 3615176 A1 DE3615176 A1 DE 3615176A1 DE 19863615176 DE19863615176 DE 19863615176 DE 3615176 A DE3615176 A DE 3615176A DE 3615176 A1 DE3615176 A1 DE 3615176A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power supply
magnetic field
current
switched
supply according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19863615176
Other languages
German (de)
Inventor
Bernhard Dipl Ing Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19863615176 priority Critical patent/DE3615176A1/en
Publication of DE3615176A1 publication Critical patent/DE3615176A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • H02M3/3376—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

A resistor (RM), which is dependent on a magnetic field, is physically arranged in the air gap (G) of the storage inductor (L) and electrically in a control device (RM, R4, K3, UREF) of a switched-mode power supply for automatic limiting of the inductance current (IL) of the switched-mode power supply, especially of a forward converter or push-pull converter, in the event of an overload or short-circuit. The value of the resistance of the resistor (RM) which is dependent on a magnetic field grows as the inductance current (IL) increases and switches off the current-switching semiconductor switch or switches (S; S1, S2) on reaching a limit value which can be predetermined. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, insbesondere einen Durchflußwandler oder einen Gegentaktwandler, mit elektronischer Strombegrenzung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a switching power supply, in particular a forward converter or a push-pull converter, with electronic current limitation according to the generic term of Main claim.

Schaltnetzteile finden aufgrund ihres günstigen Wirkungs­ grades zunehmende technische Anwendungen, darunter auch solche, in denen ausgangsseitige Überlastungen und Kurz­ schlüsse nicht ausgeschlossen werden können. Für solche Fälle ist zum Schutz des Stromverbrauchers wie des Schalt­ netzteils selbst eine sicher und rasch reagierende auto­ matische Begrenzung des Netzteilstromes vorzusehen.Switching power supplies find because of their beneficial effects degree of increasing technical applications, including those in which output-side overloads and short conclusions cannot be excluded. For such Cases is to protect the electricity consumer such as the switch power supply itself a safe and responsive car provide for a mathematical limitation of the power supply current.

Zwei bekannte Grundschaltungen zur elektronischen Strom­ begrenzung sind in den Schaltbildern des Durchflußwand­ lers nach Fig. 1 und des Gegentaktwandlers nach Fig. 2 enthalten. Nachteilig in ihnen sind die Einrichtungen zur Erfassung des Istwerts des Netzteilstromes, sei es, daß sie laufende Verluste durch als Stromfühler verwendete Widerstände verursachen, sei es, daß sie einen hohen Hardwareaufwand, etwa Koppeltransformatoren und Gleich­ richter, bedingen.Two known basic circuits for electronic current limitation are included in the circuit diagrams of the flow-through converter according to FIG. 1 and the push-pull converter according to FIG. 2. A disadvantage in them are the devices for detecting the actual value of the power supply current, be it that they cause ongoing losses through resistors used as current sensors, or be that they require a lot of hardware, such as coupling transformers and rectifiers.

Als solche bekannt sind weiterhin Anordnungen zur Umwand­ lung von (kleinen Meß-)Gleichspannungen in eine Wechsel­ spannung mit magnetisch steuerbaren Halbleiterwiderstän­ den, über die die umzuwandelnde Gleichspannung einem Transformator zugeführt wird (DE-AS 12 86 208), sowie Anordnungen, bei denen zur Stabilisierung der Eigenschaf­ ten eines Transistorverstärkers mittels einer Gegenkopp­ lungsschaltung mit magnetisch steuerbaren Widerständen ein Teil der Ausgangsgröße auf den Eingang zurückgeführt wird (DE-PS 12 17 447). Soweit der dortige Einsatz ma­ gnetfeldabhängiger Widerstände überhaupt auf Schaltnetz­ teile übertragbar ist, weisen die zitierten Anordnungen noch den Nachteil auf, daß in ihnen zur Ausnutzung des magnetischen Steuerungseffekts zusätzliche, unhandliche Bauelemente, nämlich Induktivitäten, eigens für die Er­ zeugung der steuernden Magnetfelder bereitgestellt wer­ den müssen.Arrangements for conversion are also known as such (small measuring) DC voltages into an alternation voltage with magnetically controllable semiconductor resistors the one via which the DC voltage to be converted  Transformer is supplied (DE-AS 12 86 208), as well Arrangements in which to stabilize the property ten of a transistor amplifier by means of a negative feedback circuit with magnetically controllable resistors part of the output variable is traced back to the input will (DE-PS 12 17 447). As far as the use there ma Network field-dependent resistors on switchgear at all parts are transferable, have the cited arrangements still the disadvantage that in them to take advantage of magnetic control effect additional, unwieldy Components, namely inductors, especially for the Er generation of the controlling magnetic fields provided have to.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für gat­ tungsgemäße Schaltnetzteile aufwands- und verlustarme Strombegrenzungsschaltungen zu schaffen.The invention is therefore based on the object for gat Switching power supplies according to the invention with little effort and loss To create current limiting circuits.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the kenn drawing features of the main claim. Beneficial Further developments and refinements of the invention are Subject of the subclaims.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der möglichen Einsparung an Hardware und Energie im Aufbau bzw. Betrieb gattungsgemäßer Schaltnetzteile. Es müssen keine Extra-Bauelemente für die Erzeugung des den magnetfeldabhängigen Widerstand steuernden Magnetfeldes eingeführt werden. Ferner ist es von Vorteil, daß der ge­ gebenenfalls zu begrenzende Ausgangsstrom eines solchen Netzteils nunmehr direkt erfaßt wird, ohne daß dabei die galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite beeinträchtigt wird. Aus letzterem Grund wird nämlich bei den bekannten Schaltnetzteilen der Ausgangsstrom in aller Regel lediglich indirekt - als Primärstrom des Transforma­ tors - gemessen, da andere Lösungen - etwa mit Optokopp­ lern - relativ aufwendig und unzuverlässig sind.The main advantage of the solution according to the invention lies in the possible savings in hardware and energy in the Construction or operation of generic switching power supplies. It do not need any additional components for the generation of the Magnetic field dependent resistance controlling magnetic field be introduced. It is also advantageous that the ge possibly to limit output current of such Power supply unit is now recorded directly without the galvanic isolation between primary and secondary side is affected. For the latter reason, namely the known switching power supplies the output current in all Usually only indirectly - as the primary current of the Transforma tors - measured as other solutions - for example with optocoupling  learn - are relatively complex and unreliable.

Die Füllung des den magnetfeldabhängigen Widerstand auf­ nehmenden Luftspalt der Speicherinduktivität mit magneti­ sierbarem Material, dessen Sättigungsmagnetisierung nied­ riger ist als jene des Kernmaterials, nach Anspruch 2, hat den Vorteil, daß mit zunehmender Stromstärke der effektive Luftspalt wächst und damit die induktive Wir­ kung der Speicherinduktivität sich selbsttätig an stark schwankende Ströme anpaßt. Der gerichtete Einbau gut leitender Materialeinschlüsse in den Werkstoff des ma­ gnetfeldabhängigen Widerstands, nach Anspruch 4, sorgt für eine vorteilhaft große Empfindlichkeit des Wider­ stands gegenüber Änderungen des Magnetfeldes, das heißt, für eine hohe Widerstandsänderung bei gegebener Änderung der magnetischen Flußdichte.The filling of the magnetic field dependent resistor increasing air gap of the storage inductance with magneti material, whose saturation magnetization is low riger than that of the core material, according to claim 2, has the advantage that with increasing current the effective air gap grows and thus the inductive we The storage inductance increases automatically fluctuating currents. The directional installation is good conductive material inclusions in the material of ma Network-dependent resistance, according to claim 4, provides for an advantageously large sensitivity of the contr stood against changes in the magnetic field, that is, for a high resistance change for a given change the magnetic flux density.

Die magnetische Kopplung der Speicherinduktivität mehre­ rer Ausgangsstromkreise, nach Anspruch 5, bietet den Vor­ teil, daß mit nur einem magnetfeldabhängigen Widerstand mehrere Ausgangsströme überwacht werden können.The magnetic coupling of the memory inductance increases rer output circuits, according to claim 5, offers the pre part that with only one magnetic field dependent resistor multiple output currents can be monitored.

Wird der magnetfeldabhängige Widerstand in einer einstell­ baren Spannungsteiler- oder Brückenschaltung betrieben, gemäß Anspruch 7 bis 9, läßt sich vorteilhaft der Ein­ satzpunkt der Strombegrenzung anwendungsspezifisch vari­ ieren. Die Brückenschaltung zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit gegenüber Widerstandsänderungen und durch einen trennscharfen Einsatzpunkt der Strombegrenzung aus, ohne dazu eine Referenz- oder Hilfsspannung zu benötigen.Is the magnetic field dependent resistance in one setting operable voltage divider or bridge circuit, according to claims 7 to 9, can advantageously be the one set point of current limitation application-specific vari ieren. The bridge circuit is characterized by high Sensitivity to changes in resistance and through a selective use point of the current limitation, without the need for a reference or auxiliary voltage.

Ist dem magnetfeldabhängigen Widerstand RM gemäß Anspruch 10 eine Kapazität parallelgeschaltet, wird ein Abschalten des Schaltnetzteils infolge nur transienter Stromspitzen, wie sie etwa beim Einschalten oder Anschluß kapazitiver Lasten auftreten können, vorteilhaft vermieden.If a capacitance is connected in parallel to the magnetic field-dependent resistor RM , switching-off of the switched-mode power supply as a result of only transient current peaks, such as may occur when switching on or connecting capacitive loads, is advantageously avoided.

Anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigenWith reference to exemplary embodiments shown in the drawing the invention is explained in more detail below. Show it

Fig. 1 und Fig. 2 Schaltbilder von Schaltnetzteilen mit herkömmlichen Strombegrenzungseinrichtungen; Fig. 1 and Fig. 2 circuit diagrams of switching power supplies with conventional current limiting devices;

Fig. 3 und Fig. 4 Schaltbilder erfindungsgemäßer Schalt­ netzteile; Fig. 3 and Fig. 4 circuit diagrams of switching power supplies according to the invention;

Fig. 5 ein Diagramm mit der Kennlinie eines magnetfeldab­ hängigen Widerstandes; Figure 5 is a diagram with the characteristic of a magnetfeldab dependent resistor.

Fig. 6 ein Schnittbild einer Speicherinduktivität mit in einem Luftspalt angeordnetem magnetfeldabhängigen Widerstand; Fig. 6 is a sectional view of a storage inductor having arranged in an air gap magnetic field dependent resistance;

Fig. 7 ein Diagramm mit der Magnetisierungskennlinie ei­ ner nichtlinearen Speicherinduktivität. Fig. 7 is a diagram with the magnetization characteristic egg ner non-linear memory inductance.

Bei dem Schaltnetzteil nach Fig. 1 handelt es sich um ei­ nen Gegentakt-Halbbrücken-Wandler mit einer konventionel­ len Strombegrenzungseinrichtung. Der Wandler arbeitet nach dem folgenden Prinzip: Die Primärwicklung W 1 des Transfor­ mators T wird durch die von der Ansteuereinheit A im Gegen­ takt gesteuerten Halbleiterschalter S 1, S 2 - z. B. bipolare Transistoren oder Feldeffekttransistoren - aus der Versor­ gungsspannung U 1 mit einem alternierenden Primärstrom I 1 erregt. Dadurch wird in der mit einer Anzapfung versehe­ nen Sekundärwicklung W 2 des Transformators T ein Strom induziert, der entweder über die Diode D 3 oder die Diode D 4 als Induktivitätsstrom IL durch die Speicherindukti­ vität L zur Speicherkapazität C 2 und zum Lastwiderstand R 2 fließt, wo er die Ausgangsspannung U 2 aufbaut. Die Speicherinduktivität L glättet den Induktivitätsstrom IL und sorgt dafür, daß kein lückender Ausgangsstrom ent­ steht. Die Dioden D 1, D 2 dienen dem Schutz der Halblei­ terschalter S 1, S 2. Der in der Ansteuereinheit A enthal­ tene Pulsmodulator PM gibt an die Treiberstufen TS 1, TS 2 Folgen von Pulsen, deren Breite und/oder Höhe und/ oder Frequenz er laufend so verändert, daß z. B. die Ausgangsspannung U 2 auf einem vorgegebenen Niveau gehal­ ten wird.In the switching power supply of FIG. 1 is ei nen push-pull half-bridge converter with a convention tutional current-limiting device. The converter works according to the following principle: The primary winding W 1 of the transformer T is by the control unit A in counter clock controlled semiconductor switches S 1 , S 2 - z. B. bipolar transistors or field effect transistors - from supply voltage U 1 with an alternating primary current I 1 excited. As a result, a current is induced in the secondary winding W 2 of the transformer T provided with a tap, which current flows either via the diode D 3 or the diode D 4 as an inductance current IL through the storage inductance L to the storage capacitance C 2 and to the load resistor R 2 , where he builds up the output voltage U 2 . The memory inductance L smoothes the inductance current IL and ensures that there is no gaping output current. The diodes D 1 , D 2 serve to protect the semiconductor switch S 1 , S 2 . The pulse modulator PM contained in the control unit A outputs to the driver stages TS 1 , TS 2 sequences of pulses, the width and / or height and / or frequency of which he changes continuously such that, for. B. the output voltage U 2 is kept at a predetermined level.

Der sekundärseitige Induktivitätsstrom IL wird nicht di­ rekt überwacht. Vielmehr wird der Primärstrom I 1 des Transformators T mittels eines Koppeltransformators T 1, eines Brückengleichrichters 4 D und einer Siebkapazität C 1 in die Gleichspannung umgewandelt und diese von einem Komparator K 1 mit einer Referenzspannung UREF verglichen. Übersteigt infolge sekundärseitiger Überlastung die vom Primärstrom I 1 am Minuseingang des Komparators K 1 erzeug­ te Gleichspannung die als Grenzwert dienende Referenz­ spannung UREF, sperrt das Ausgangssignal des Komparators K 1 die weitere Ansteuerung der Halbleiterschalter S 1, S 2 über die Ansteuereinheit A, und die Energieübertragung von der Primärwicklung W 1 auf die Sekundärwicklung W 2 des Transformators T ist blockiert. Damit ist auch der sekun­ därseitige Induktivitätsstrom IL begrenzt.The secondary-side inductance current IL is not monitored directly. Rather, the primary current I 1 of the transformer T is converted into the DC voltage by means of a coupling transformer T 1 , a bridge rectifier 4 D and a filter capacitance C 1 and this is compared by a comparator K 1 with a reference voltage UREF . If, due to the secondary-side overload, the direct voltage generated by the primary current I 1 at the negative input of the comparator K 1 exceeds the reference voltage UREF serving as a limit value, the output signal of the comparator K 1 blocks further activation of the semiconductor switches S 1 , S 2 via the control unit A , and Energy transfer from the primary winding W 1 to the secondary winding W 2 of the transformer T is blocked. This also limits the inductor current IL on the secondary side.

Das Schaltnetzteil nach Fig. 2 ist ein Durchflußwandler mit einer weiteren konventionellen Strombegrenzungsein­ richtung. Die Versorgungsspannung U 1 wird über den von der Ansteuereinheit A gesteuerten Halbleiterschalter S an die Primärwicklung W 1 des Transformators T gelegt. Der in der Sekundärwicklung W 2 induzierte Strom fließt über die Diode D 6 als Induktivitätsstrom IL durch die Spei­ cherinduktivität L zur Speicherkapazität C 2 und zum Last­ widerstand R 2, wo er die Ausgangsspannung U 2 aufbaut. Während Sperrzeiten des Halbleiterschalters S hält die in der Speicherinduktivität L magnetisch gespeicherte Energie den Induktivitätsstrom IL aufrecht. In dieser Phase arbeitet die Diode D 7 als Freilaufdiode, während über die Diode D 5 und die Hilfswicklung WH der Transfor­ mator T entmagnetisiert wird. The switching power supply of FIG. 2 is a flow transducer device with another conventional Strombegrenzungsein. The supply voltage U 1 is applied to the primary winding W 1 of the transformer T via the semiconductor switch S controlled by the control unit A. The current induced in the secondary winding W 2 flows through the diode D 6 as an inductance current IL through the storage inductance L to the storage capacitance C 2 and to the load resistor R 2 , where it builds up the output voltage U 2 . During blocking times of the semiconductor switch S , the energy magnetically stored in the storage inductance L maintains the inductance current IL . In this phase, the diode D 7 works as a freewheeling diode, while the transformer T is demagnetized via the diode D 5 and the auxiliary winding WH .

Wieder wird nur der Primärstrom I 1 überwacht, und zwar als Spannungsabfall am Widerstand R 1. Dieser Spannungsab­ fall wird - nach Glättung mittels RC-Tiefpaß R 3, C 3 - vom Komparator K 2 mit einer als Grenzwert dienenden Referenz­ spannung UREF verglichen. Übersteigt infolge Überlastung oder Kurzschlusses auf der Sekundärseite die dem Primär­ strom I 1 proportionale Gleichspannung am Minuseingang des Komparators K 2 die Referenzspannung UREF, sperrt das Aus­ gangssignal des Komparators K 2 die weitere Ansteuerung des Halbleiterschalters S über die Ansteuereinheit A, und die Energieübertragung von der Primärwicklung W 1 auf die Se­ kundärwicklung W 2 des Transformators T ist unterbunden. Damit ist auch der sekundärseitige Induktivitätsstrom IL begrenzt.Again, only the primary current I 1 is monitored, specifically as a voltage drop across resistor R 1 . This voltage drop is - after smoothing by means of RC low-pass filter R 3 , C 3 - compared by comparator K 2 with a reference voltage UREF serving as a limit value. If, due to overload or short-circuit on the secondary side, the DC voltage proportional to the primary current I 1 at the minus input of the comparator K 2 exceeds the reference voltage UREF , the output signal from the comparator K 2 blocks further activation of the semiconductor switch S via the control unit A , and the energy transmission from the Primary winding W 1 on the secondary winding W 2 of the transformer T is prevented. This also limits the inductor current IL on the secondary side.

Mit spürbar geringerem Hardwareaufwand als im Gegentakt­ wandler nach Fig. 1 kommt die Strombegrenzungseinrichtung in der entsprechenden Anordnung nach Fig. 3 aus. Gleich­ zeitig wird - unter Wahrung der Potentialtrennung zwischen Primärwicklung W 1 und Sekundärwicklung W 2 - der sekundär­ seitige Induktivitätsstrom IL nunmehr direkt überwacht. Dies geschieht durch einen räumlich in einem Luftspalt G der Speicherinduktivität L angeordneten magnetfeldab­ hängigen Widerstand RM , der elektrisch zusammen mit dem Widerstand R 4 einen von der Hilfsspannung UH gespeisten Spannungsteiler bildet, dessen Abgriffsspannung UA mit der Referenzspannung UREF am Komparator K 3 verglichen wird.With noticeably less hardware expenditure than the push-pull converter according to FIG. 1, the current limiting device comes out in the corresponding arrangement according to FIG. 3. At the same time - while maintaining the potential separation between primary winding W 1 and secondary winding W 2 - the secondary-side inductance current IL is now monitored directly. This is done by a magnet RM dependent resistor RM arranged spatially in an air gap G of the storage inductor L , which together with the resistor R 4 electrically forms a voltage divider fed by the auxiliary voltage UH , the tap voltage UA of which is compared with the reference voltage UREF at the comparator K 3 .

Eine Kennlinie der Abhängigkeit eines (normierten) Wider­ standswerts RM(B)/RM(O) von der magnetischen Flußdichte B ist im Diagramm der Fig. 5 aufgetragen: Der Widerstand nimmt mit dem Betrag der Flußdichte B monoton zu. Wenn also in Fig. 3 mit dem Induktivitätsstrom IL die magneti­ sche Flußdichte B im Luftspalt G der Speicherinduktivität L zunimmt, wächst auch der Widerstandswert des magnetfeld­ abhängigen Widerstandes RM und damit die Abgriffsspannung UA. Im Grenzfall übersteigt sie die Referenzspannung UREF am Komparator K 3 und löst somit die Sperrung der Halblei­ terschalter S 1, S 2 aus. Der Einsatzpunkt dieser Strombe­ grenzung ist durch Verstellen des einstellbaren Wider­ stands R 4 verschiebbar.A characteristic curve of the dependence of a (normalized) resistance value RM (B) / RM (O) on the magnetic flux density B is plotted in the diagram in FIG. 5: the resistance increases monotonically with the amount of the flux density B. Thus, if the magnetic flux density B in the air gap G of the storage inductor L increases with the inductance current IL in FIG. 3, the resistance value of the magnetic field-dependent resistor RM and thus the tap voltage UA also increases . In the limit case, it exceeds the reference voltage UREF at the comparator K 3 and thus triggers the blocking of the semiconductor switches S 1 , S 2 . The point of use of this Strombe limitation is displaceable by adjusting the adjustable resistance R 4 .

Weiterhin kann durch eine zum magnetfeldabhängigen Wider­ stand RM parallelgeschaltete Kapazität C 4 verhindert wer­ den, daß transiente Spitzen des Induktivitätsstroms IL, wie sie u. U. beim Anschluß oder Einschalten kapazitiver Lasten auftreten können, nicht gleich zu einer unnötigen und unerwünschten Sperrung der Stromversorgung führen. Die Ladezeitkonstante der glättenden Kapazität C 4 beträgt für große Werte von RM (die bei Spitzen des Induktivi­ tätsstroms IL vorliegen) tau = C 4 mal R 4 und wird größer als die Zeitkonstante der die Einschaltspitzen verursa­ chenden kapazitiven Stromkreise gewählt.Furthermore, RM stood in parallel to the magnetic field-dependent opposing capacitance C 4 who prevented the transient peaks of the inductance current IL , as u. U. can occur when connecting or switching on capacitive loads, do not immediately lead to an unnecessary and undesirable blocking of the power supply. The charging time constant of the smoothing capacitance C 4 is tau = C 4 times R 4 for large values of RM (which are present at peaks of the inductance current IL ) and is chosen to be greater than the time constant of the capacitive circuits causing the switch-on peaks.

Als magnetfeldabhängiges Widerstandsmaterial eignen sich vor allem Halbleiterwerkstoffe mit hoher Elektronenbeweg­ lichkeit, zum Beispiel Indiumantimonid, Indiumarsenid, Galliumantimonid, Galliumarsenid. Vorteilhaft ist bei diesen Materialien der Einbau eutektischer Nadeln mit höherer Leitfähigkeit als jener des Grundmaterials, zum Beispiel Nickelantimonid in Indiumantimonid. Bei Ausrich­ tung der Nadeln senkrecht zum Magnetfeld und zum Strom­ pfad ergibt sich eine hohe Widerstandszunahme im Magnet­ feld.Suitable as a magnetic field-dependent resistance material especially semiconductor materials with high electron movement for example indium antimonide, indium arsenide, Gallium antimonide, gallium arsenide. It is advantageous for the installation of eutectic needles with these materials higher conductivity than that of the base material, for Example nickel antimonide in indium antimonide. At align direction of the needles perpendicular to the magnetic field and to the current path there is a high increase in resistance in the magnet field.

Mit geringeren Verlustleistungen als im Durchflußwandler nach Fig. 2 arbeitet die Strombegrenzungsschaltung in der entsprechenden Anordnung nach Fig. 4. Gleichzeitig wird - unter Wahrung der Potentialtrennung zwischen Primärwick­ lung W 1 und Sekundärwicklung W 2 - der sekundärseitige In­ duktivitätsstrom IL direkt überwacht. Dies geschieht durch einen räumlich in einem Luftspalt G der Speicherinduktivi­ tät L angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstand RM, der elektrisch zusammen mit den Widerständen R 5, R 6, R 7 eine an der Versorgungsspannung U 1 liegende Brückenschaltung bildet, deren Diagonalspannung UD vom Komparator K 4 auf Vorzeichenwechsel überwacht wird. (Auf die erneute Dar­ stellung der räumlichen Anordnung des magnetfeldabhängi­ gen Widerstands RM wurde in Fig. 4 nur aus zeichnerischen Gründen verzichtet).With lower power losses than in the forward converter according to FIG. 2, the current limiting circuit operates in the corresponding arrangement according to FIG. 4. At the same time - while maintaining the potential separation between primary winding W 1 and secondary winding W 2 - the secondary-side inductance current IL is directly monitored. This is done by a magnetic field-dependent resistor RM arranged spatially in an air gap G of the memory inductor L , which together with the resistors R 5 , R 6 , R 7 electrically forms a bridge circuit connected to the supply voltage U 1 , the diagonal voltage UD of the comparator K 4 Sign change is monitored. (The representation of the spatial arrangement of the magnetic field-dependent resistance RM was not shown in FIG. 4 only for the sake of drawing).

Die Brückenschaltung RM, R 5, R 6, R 7 ist so dimensioniert, daß im Normalbetrieb die Diagonalspannung UD positiv ist. Da deren Vorzeichen nicht vom Betrag der Brückenspeise­ spannung abhängt, bedarf es für die Brücke keiner eigenen, stabilisierten Hilfsspannung. Steigt der sekundärseitige Induktivitätsstrom IL über den zulässigen Wert an, wächst auch der Widerstandswert des magnetfeldabhängigen Wider­ standes RM so weit, daß die Diagonalspannung UD negativ wird und den Komparator K 4 umschalten läßt. Dadurch wird die weitere Ansteuerung des Halbleiterschalters S über die Ansteuereinheit A unterbunden, und es wird keine Ener­ gie mehr von der Primärwicklung W 1 auf die Sekundärwick­ lung W 2 des Transformators T übertragen. Der Einsatzpunkt dieser trennscharfen Begrenzung des Induktivitätsstroms IL ist durch Verstellen des einstellbaren Widerstands R 7 verschiebbar, indem der Nullpunkt der Diagonalspannung UD verschoben wird.The bridge circuit RM, R 5 , R 6 , R 7 is dimensioned such that the diagonal voltage UD is positive in normal operation. Since their sign does not depend on the amount of the bridge supply voltage, no separate, stabilized auxiliary voltage is required for the bridge. The secondary-side inductance current IL rises above the permissible value, the resistance value of the magnetic field-dependent resistance RM rises so far that the diagonal voltage UD becomes negative and the comparator K 4 can be switched. As a result, the further control of the semiconductor switch S via the control unit A is prevented, and no more energy is transmitted from the primary winding W 1 to the secondary winding W 2 of the transformer T. The point of use of this sharp separation of the inductance current IL can be shifted by adjusting the adjustable resistor R 7 by shifting the zero point of the diagonal voltage UD .

Wiederum können durch eine zum magnetfeldabhängigen Wider­ stand RM parallelgeschaltete Kapazität C 5 transiente Spitzen des Induktivitätsstroms IL vom Komparator K 4 ferngehalten werden, um unerwünschte Abschaltungen zu vermeiden. Für große Werte vom RM beträgt die Ladezeitkonstante tau = R 5 mal C 5; sie wird so gewählt, daß sie größer ist als die Zeitkonstanten der die Einschaltspitzen verur­ sachenden kapazitiven Stromkreise. Again, by a magnetic field-dependent opposing RM stood parallel capacitance C 5 transient peaks of the inductance current IL can be kept away from the comparator K 4 in order to avoid unwanted shutdowns. For large values of the RM the charging time constant is tau = R 5 times C 5 ; it is chosen so that it is greater than the time constant of the capacitive circuits causing the switch-on peaks.

In Fig. 4 ist als Besonderheit eine erweiterte, kombi­ nierte Stromüberwachungseinrichtung dargestellt, die der Einsatz eines magnetfeldabhängigen Widerstands RM als Istwerterfassungs-Organ ermöglicht. Es wird auch noch der Spulenstrom IL 2 der Speicherspule L 2 eines tertiären Stromkreises zusammen mit dem Induktivitätsstrom IL der Speicherinduktivität L des Sekundärkreises überwacht, indem die Speicherspule L 2 mit der Speicherinduktivität L magnetisch gekoppelt wird. Letzteres geschieht besonders wirksam durch Verwendung eines gemeinsamen magnetisier­ baren Kerns K.In Fig. 4, a special feature is an extended, combined current monitoring device, which enables the use of a magnetic field-dependent resistor RM as an actual value detection element. It is also the coil current IL 2 of the storage coil L 2 of a tertiary circuit, the storage inductor L monitors the secondary circuit together with the inductor current IL by the storage coil L 2 with the storage inductance L is magnetically coupled. The latter is done particularly effectively by using a common magnetizable core K.

Der tertiäre Stromkreis besteht im Beispiel der Fig. 4 aus der Tertiärwicklung W 3 des Transformators T, den Dioden D 62, D 72, der Speicherspule L 2, der Speicherkapazität C 22 und dem Lastwiderstand R 22. Die Ausgangsspannung U 22 dient z. B. der Versorgung mit einer anderen Spannung als jener des Sekundärkreises oder zur Potentialtrennung. Jedenfalls wird auch eine Überlastung des Tertiärkreises von dem einzigen magnetfeldabhängigen Widerstand RM im Luftspalt G der Kombination aus Speicherinduktivität L und Speicherspule L 2 erkannt und in der beschriebenen Weise begrenzt. In der nämlichen Art können auch noch mehr Stromkreise des Schaltnetzteils mittels eines ein­ zigen magnetfeldabhängigen Widerstandes RM abgesichert werden.In the example of FIG. 4, the tertiary circuit consists of the tertiary winding W 3 of the transformer T , the diodes D 62 , D 72 , the storage coil L 2 , the storage capacity C 22 and the load resistor R 22 . The output voltage U 22 serves z. B. the supply with a different voltage than that of the secondary circuit or for electrical isolation. In any case, an overload of the tertiary circuit is also recognized by the only magnetic field-dependent resistor RM in the air gap G of the combination of storage inductance L and storage coil L 2 and is limited in the manner described. In the same way, even more circuits of the switched-mode power supply can be protected by means of a single magnetic field-dependent resistor RM .

Fig. 6 zeigt in einem Schnittbild die Anordnung eines magnetfeldabhängigen Widerstands RM im Luftspalt G des Kerns K einer Speicherinduktivität L. Dort ist der ma­ gnetfeldabhängige Widerstand RM, umgeben von der Indukti­ vitätswicklung WL, elektrisch isoliert mittels zweier Trägerplättchen P montiert, die aus weichmagnetischem oder aus nichtmagnetischem Material, z. B. Aluminiumoxid, bestehen können. Bei Schaltnetzteilen mit stark schwan­ kenden Ausgangsströmen bestehen die Trägerplättchen P besonders vorteilhaft aus magnetisierbarem Material, dessen Sättigungsmagnetisierung kleiner ist als jene des Werkstoffs des Kerns K. Bei kleinem Induktivitätsstrom IL besitzt - vgl. Fig. 7 - eine solche Speicherinduktivität L nämlich infolge des durch die Trägerplättchen P stark verminderten Luftspalts G eine hohe Induktivität. Bei größerem Induktivitätsstrom IL - in Fig. 7 ab dem Strom­ wert ILP - sind die Trägerplättchen P magnetisch bereits gesättigt, und der magnetisch wirksame Teil des Luft­ spalts G - der effektive Luftspalt - vergrößert sich damit, was erwünscht ist, weil der Kern K als ganzer auch bei größeren Strömen nicht in die Sättigung gera­ ten soll. Diese Grenze liegt im Diagramm der Fig. 7 erst beim Stromwert ILK. Fig. 6 shows the arrangement of the core K shows in a sectional view of a magnetic-field-dependent resistor RM in the air gap G of a storage inductance L. There is the magnetic field dependent resistor RM , surrounded by the inductance winding WL , electrically insulated by means of two carrier plates P which are made of soft magnetic or non-magnetic material, e.g. B. alumina can exist. In switching power supplies with strongly fluctuating output currents, the carrier platelets P are particularly advantageously made of magnetizable material whose saturation magnetization is smaller than that of the material of the core K. With a small inductance current IL has - cf. Fig. 7 - such a memory inductance L namely a high inductance due to the air gap G greatly reduced by the carrier plate P. With larger inductance current IL - in Fig. 7 from the current value ILP - the carrier plates P are already magnetically saturated, and the magnetically effective part of the air gap G - the effective air gap - increases what is desirable because the core K as whole should not become saturated even with larger currents. In the diagram of FIG. 7, this limit is only at the current value ILK .

Die mit der Anordnung nach Fig. 6 und den genannten mag­ netisierbaren Trägerplättchen P erzielbare nichtlineare Speicherinduktivität L sorgt bei kleinen Induktivitäts­ strömen IL sowohl dafür, daß sie nicht lücken, als auch dafür, daß bereits sie den magnetfeldabhängigen Wider­ stand RM mit einem starken Magnetfeld steuern.The achievable with the arrangement according to FIG. 6 and the aforementioned magnetizable carrier plate P nonlinear memory inductance L ensures with small inductance currents IL that they do not have gaps, as well as that they already control the magnetic field-dependent resistance RM with a strong magnetic field .

Claims (11)

1. Schaltnetzteil, insbesondere Durchflußwandler oder Gegentaktwandler, mit elektronischer Strombegrenzung, folgende Merkmale aufweisend:
  • a) einen Transformator mit einer Primärwicklung und ei­ ner Sekundärwicklung;
  • b) mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalter, der den primären Transformatorstrom zyklisch schaltet;
  • c) eine Ansteuereinheit für die Ansteuerung des minde­ stens einen steuerbaren Halbleiterschalters;
  • d) eine Regelungseinrichtung, insbesondere Gegenkopp­ lungseinrichtung, zum Vergleich des Istwerts eines ausgewählten Netzteilstroms mit einem Grenzwert und zum Auslösen einer Sperrung des mindestens einen steuerbaren Halbleiterschalters bei Erreichen oder Überschreiten des Grenzwerts;
  • e) eine mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe liegende Speicherinduktivität;
1. Switching power supply, in particular forward converter or push-pull converter, with electronic current limitation, having the following features:
  • a) a transformer with a primary winding and egg ner secondary winding;
  • b) at least one controllable semiconductor switch which cyclically switches the primary transformer current;
  • c) a control unit for controlling the at least one controllable semiconductor switch;
  • d) a control device, in particular a negative feedback device, for comparing the actual value of a selected power supply current with a limit value and for triggering a blocking of the at least one controllable semiconductor switch when the limit value is reached or exceeded;
  • e) a storage inductance in series with the secondary winding of the transformer;
gekennzeichnet durchmarked by
  • f) einen magnetfeldabhängigen Widerstand (RM), der
    • f1) räumlich in einem Luftspalt (G) des magnetisier­ baren Kerns (K) der Speicherinduktivität (L) an­ geordnet ist,
    • f2) elektrisch Bestandteil der Regelungseinrichtung (RM, R 4, K 3, UH, UREF; RM, R 5 R 6, R 7, K 4) ist und mit seinem magnetfeldabhängigen Widerstands­ wert (RM(B)) den Istwert des in der Speicherinduk­ tivität (L) fließenden Indukitivitätsstromes (IL) repräsentiert.
    f) a magnetic field dependent resistor (RM) , the
    • f1) is arranged spatially in an air gap (G) of the magnetizable core (K) of the storage inductance (L) ,
    • f2) electrically part of the control device (RM, R 4 , K 3 , UH, UREF; RM, R 5 R 6 , R 7 , K 4 ) and with its magnetic field-dependent resistance value (RM (B)) the actual value of the in Storage inductivity (L) flowing inductivity current (IL) represents.
2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vom magnetfeldab­ hängigen Widerstand (RM) nicht ausgefüllte Restraum des Luftspalts (G) zumindest teilweise von einem oder mehre­ ren Trägerplättchen (P) eingenommen ist, deren Material magnetisierbar ist, aber eine niedrigere Sättigungsma­ gnetisierung aufweist als das Material des magnetisierba­ ren Kerns (K).2. Switched-mode power supply according to Claim 1, characterized in that the residual space of the air gap (G ) which is not filled by the magnetic field-dependent resistor (RM) is at least partially occupied by one or more ren carrier plates (P) , the material of which can be magnetized, but a lower one Saturation magnetization has as the material of the magnetizable core (K) . 3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldab­ hängige Widerstand (RM) aus einem Halbleiterwerkstoff mit hoher Elektronenbeweglichkeit, insbesondere aus Indiuman­ timonid, Indiumarsenid, Galliumantimonid oder Galliumarse­ nid, besteht.3. Switching power supply according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field dependent resistor (RM) consists of a semiconductor material with high electron mobility, in particular indium an timonide, indium arsenide, gallium antimonide or gallium arsenide. 4. Schaltnetzteil nach Anspruch 3, gekennzeich­ net durch gerichtet eingebaute, gut leitende Materialeinschlüsse, insbesondere aus Nickelantimonid, im Werkstoff des magnetfeldabhängigen Widerstands (RM).4. Switched-mode power supply according to claim 3, characterized by directionally installed, highly conductive material inclusions, in particular made of nickel antimonide, in the material of the magnetic field-dependent resistor (RM) . 5. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet durch eine mit einer Ter­ tiärwicklung (W 3) des Transformators (T) in Reihe liegen­ de Speicherspule (L 2), die mit der Speicherinduktivität (L) magnetisch gekoppelt ist, insbesondere auf einem ge­ meinsamen magnetisierbaren Kern (K) aufgebracht ist.5. Switching power supply according to one of claims 1 to 4, characterized by a with a ter tiärwickung (W 3 ) of the transformer (T) lying in series de storage coil (L 2 ) which is magnetically coupled to the storage inductance (L) , in particular is applied to a common magnetizable core (K) . 6. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der ma­ gnetfeldabhängige Widerstand (RM) zusammen mit einem wei­ teren Widerstand (R 4) einen Spannungsteiler bildet, des­ sen Abgriffsspannung (UA) von einem Komparator (K 3) mit einer Referenzspannung (UREF) vergleichbar ist, und daß der Komparator (K 3) bei einem Überschreiten der Refe­ renzspannung (UREF) durch die Abgriffsspannung (UA) über die Ansteuereinheit (A) eine Sperrung des mindestens ei­ nen Halbleiterschalters (S 1, S 2) auslöst. 6. Switched-mode power supply according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the magnetic field-dependent resistor (RM) forms a voltage divider together with a white resistor (R 4 ), the tap voltage (UA) from a comparator (K 3 ) is comparable to a reference voltage (UREF) , and that the comparator (K 3 ) when the reference voltage (UREF) is exceeded by the tap voltage (UA) via the control unit (A), blocking the at least one semiconductor switch (S 1 , S 2 ) triggers. 7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Widerstandswert des weiteren Widerstands (R 4 ) einstellbar ist.7. Switching power supply according to claim 6, characterized in that the resistance value of the further resistor (R 4 ) is adjustable. 8. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der ma­ gnetfeldabhängige Widerstand (RM) zusammen mit weiteren Widerständen (R 5, R 6, R 7) eine Brückenschaltung bildet, deren Diagonalspannung (UD) von einem Komparator (K 4) auf Vorzeichenwechsel überwacht wird.8. Switched-mode power supply according to one of claims 1 to 5, characterized in that the magnetic field-dependent resistor (RM) together with further resistors (R 5 , R 6 , R 7 ) forms a bridge circuit, the diagonal voltage (UD) of a comparator ( K 4 ) is monitored for change of sign. 9. Schaltnetzteil nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Widerstandswert ei­ nes (R 7) der weiteren Widerstände (R 5, R 6, R 7) einstell­ bar ist.9. Switching power supply according to claim 8, characterized in that the resistance value egg nes (R 7 ) of the further resistors (R 5 , R 6 , R 7 ) is adjustable bar. 10. Schaltnetzteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ge­ kennzeichnet durch eine dem magnet­ feldabhängigen Widerstand (RM) parallelgeschaltete Kapa­ zität (C 4, C 5).10. Switched-mode power supply according to one of Claims 1 to 9, characterized by a capacitance connected in parallel with the magnetic field-dependent resistor (RM) (C 4 , C 5 ).
DE19863615176 1986-05-05 1986-05-05 Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting Withdrawn DE3615176A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863615176 DE3615176A1 (en) 1986-05-05 1986-05-05 Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863615176 DE3615176A1 (en) 1986-05-05 1986-05-05 Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3615176A1 true DE3615176A1 (en) 1987-11-12

Family

ID=6300210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19863615176 Withdrawn DE3615176A1 (en) 1986-05-05 1986-05-05 Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3615176A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0581172A1 (en) * 1992-07-31 1994-02-02 Robert Bosch Gmbh Method for limiting current and arrangement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0581172A1 (en) * 1992-07-31 1994-02-02 Robert Bosch Gmbh Method for limiting current and arrangement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013111348B4 (en) Method and circuit arrangement for determining a demagnetization zero-current time
DE10154776A1 (en) DC converter in half bridge configuration for converting DC current to DC current or DC voltage to DC voltage and method for controlling converter
DE3111088A1 (en) MAGNETIC AMPLIFIER AND SWITCHING POWER SUPPLY
EP0355333A2 (en) Operating process for a switch regulator
DE1254202B (en) Transformerless DC / DC converter
EP0420997B1 (en) Circuit arrangement for a flyback switching power supply
EP0246491A2 (en) DC-DC forward converter
EP0162374B1 (en) Circuit arrangement for a converter
EP0057910B2 (en) Circuit for the regulated supply to a user
DE1538623C2 (en) Midpoint rectifier circuit
DE3615176A1 (en) Switched-mode power supply, especially a forward converter or push-pull converter, having electronic current limiting
DE2647146C2 (en) Voltage regulator
AT388064B (en) Apparatus for conversion of direct current
EP2880753B1 (en) Dc-to-dc converter, method for operating a dc-to-dc converter, and inverter having a dc-to-dc converter
AT409437B (en) METHOD FOR OPTIMIZING THE PERFORMANCE OF SWITCHING POWER SUPPLIES
EP0157729B1 (en) Dc voltage converter
DE2849575C2 (en) Clocked power supply
DE3628138A1 (en) Switched-mode regulator
EP0382307A2 (en) Switching power supply device
DE3837561A1 (en) DC voltage converter operating on the principle of a single-ended forward converter
DE3615168A1 (en) Switched-mode power supply, especially a flyback converter, having electronic current limiting
DE1588718C (en) Circuit arrangement for balancing in DC voltage converters
WO1990012447A1 (en) Combinatorial circuit component with flow inverter
DE3005527C2 (en) Ignition pulse generation for a decoupling thyristor between an inverter and the DC voltage source feeding it
DE3336559C2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee