DE3707973A1 - Stromversorgungseinrichtung mit ueberspannungsschutzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung mit Überspannungsschutzschaltung und einem Signalübertra­ gungselement. Überhöhte Spannungen am Ausgang können vie­ lerlei Ursachen haben. Beispielsweise zu hohe Eingangs­ spannung, Störungen bzw. Defekte der Regelschaltung. Zum Schutz der angeschlossenen Verbraucher werden Stromver­ sorgungseinrichtungen mit Überspannungsschutzschaltungen ausgestattet, die bei Auftreten einer sekundärseitigen Überspannung ansprechen und die Ausgangsspannung mittels auf der Primärseite befindlichen Stellgliedern abschalten oder zumindest verringern. Ist aus Sicherheitsgründen ei­ ne galvanische Trennung von Primär- und Sekundärkreis er­ forderlich, so muß zur Übertragung der Steuersignale vom sekundärseitigen Überspannungsdetektor an die primärsei­ tige Regelschaltung ein Signalübertragungselement mit galvanisch getrennten Ein- und Ausgängen verwendet wer­ den. Als Signalübertragungselement eignet sich hierfür insbesondere ein Optokoppler.

Werden mit einer Stromversorgungseinrichtung mehrere Aus­ gangsspannungen erzeugt und sollen die daran angeschlos­ senen Verbraucher gegen Überspannungen geschützt werden, so ist, insbesondere wenn diese Ausgangsspannungen gegen­ über einem Bezugspotential unterschiedliche Polaritäten aufweisen, für jede zu überwachende Ausgangsspannung eine eigene Überwachungsschaltung vorzusehen. Die hierfür er­ forderlichen Signalübertragungselemente sind aber wegen der geforderten galvanischen Trennung im Vergleich zu den anderen benötigten Bauelementen relativ teuer. Die Kosten steigen zudem überproportional zur gewählten Isolations­ spannung an. Darüber hinaus wird durch jedes zusätzliche Signalübertragungselement die Zuverlässigkeit der galva­ nischen Trennung herabgesetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, für eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs erwähnten Art, welche Ausgangsspannungen unterschiedlicher Polari­ tät abgibt, für jede Ausgangsspannung einen Überspan­ nungsschutz vorzusehen und den Schaltungsaufwand, insbe­ sondere die Anzahl der erforderlichen Signalübertragungs­ elemente, möglichst gering zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungs­ anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dieser Lösung wird auch bei einer Vielzahl zu überwachender Spannungen nur ein Signalübertragungselement benötigt. Die zwei zusätz­ lich erforderlichen Dioden sind wesentlich kostengünsti­ ger als die eingesparten Signalübertragungselemente und benötigen zudem weniger Montageplatz. Da nur noch ein Signalübertragungselement benötigt wird, wird auch die Anzahl der Schwachstellen für die galvanische Trennung auf ein Minimum begrenzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der beige­ fügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Stromversor­ gungseinrichtung, bei der eine positive und eine negative Ausgangsspannung überwacht wird.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Stromversor­ gungseinrichtung, bei der sowohl drei positive und drei negative Ausgangsspannungen überwacht werden als auch die Ansprechempfindlichkeit der Überspannungsschutzschaltung verbessert ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lie­ fert eine Stromversorgungseinrichtung 9 eine gegenüber Bezugspotential positive Ausgangsspannung U 1 und eine, gegenüber diesem Bezugspotential negative Ausgangsspan­ nung U 4. An die Ausgangsspannung U 1 ist die Kathode einer Zenerdiode 11, an die Ausgangsspannung U 4 ist die Anode einer Zenerdiode 14 angeschlossen. Zwischen der Kathode der Zenerdiode 11 und der Anode der Zenerdiode 14 liegt eine Reihenschaltung aus einem Vorwiderstand 6 und einer Leuchtdiode 51 eines Optokopplers 5. Die Leuchtdiode 51 ist so geschaltet, daß ihre Kathode mit der Kathode der Zenerdiode 14 verbunden ist. Der Optokoppler 5 ist derart mit einer Wirkeinrichtung der Stromversorgungseinrich­ tung 1 verbunden, daß bei emittierender Leuchtdiode 51 durch den in der Fotodiode 52 hervorgerufenen Fotostrom die Ausgangsspannungen der Stromversorgungseinrichtung 9 zurückgeregelt oder ganz abgeschaltet werden. Dies kann zum Beispiel bei einer impulsbreitengesteuerten Strom­ versorgungseinrichtung durch Verringerung der Steuerim­ pulsbreiten bewirkt werden. In Reihe zur Zenerdiode 11 liegt eine erste Diode 3, deren Anode mit Bezugspoten­ tial OV verbunden ist. Zwischen der Kathode der Leuchtdi­ ode 51 und dem Bezugspotential liegt in Reihe zur Zener­ diode 11 eine zweite Diode 4, deren Kathode mit dem Be­ zugspotential verbunden ist.

Die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode 11, der Flußspannung der Diode 4 und der Flußspannung der Leucht­ diode 51 muß gleich der Spannung sein, bei der die Span­ nungsbegrenzung für die Ausgangsspannung U 1 einsetzen soll. Für die Zenerspannung der Zenerdiode 14 gilt das Entsprechende. Im Normalbetrieb, wenn keine Überspannun­ gen auf den Ausgängen vorhanden sind, sind die Zenerdio­ den durch die angegebene Dimensionierung im Sperrzustand betrieben. Es fließen nur Restströme der Dioden, die so gering sind, daß die Leuchtdiode 51 nicht emittiert. Tritt am Ausgang mit der positiven Ausgangsspannung U 1 eine Überspannung auf, so wird die Zenerdiode 11 lei­ tend. Der Strom durch die Zenerdiode fließt über den Vor­ widerstand 6, über die Leuchtdiode 51 des Optokopplers 5 und die Diode 4 zum Bezugspotential OV. Der Vorwider­ stand 6 ist so bemessen, daß der durch die Leuchtdiode 51 fließende Strom zur Lichtemission ausreicht und dadurch die Spannungsbegrenzungsschaltung der Stromversorgungs­ einrichtung 9 zum Ansprechen bringt, andererseits aber kein zu hoher Strom auftritt.

Tritt hingegen die Überspannung am Ausgang mit der Aus­ gangsspannung U 4 auf, so fließt der Strom vom Bezugspo­ tential über die Diode 3, den Vorwiderstand 6, die Leuchtdiode des Optokopplers 51, und über die Zenerdio­ de 21 zu der Ausgangsspannung U 4. Im Falle einer Über­ spannung auf beiden Ausgängen fließt der Strom vom Aus­ gang der Ausgangsspannung U 4 über die Zenerdiode 11, den Vorwiderstand 6, die Leuchtdiode 51 und nun über die Ze­ nerdiode 14 zum Ausgang der Ausgangsspannung U 4, wobei wiederum bei ausreichendem Strom die Leuchtdiode 51 zum Emittieren angeregt wird.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Stromver­ sorgungseinrichtung, bei der neben der Ausgangsspan­ nung U 1 bzw. U 4 noch weitere Ausgangsspannungen U 2, U 3 bzw. U 5, U 6 der jeweils gleichen Polarität zu überwachen sind. Hierzu werden jeweils weitere Zenerdioden 12 und 13 mit ihren Anoden jeweils mit den Ausgängen der zu überwa­ chenden positiven Ausgangsspannungen U 2 und U 3 sowie mit ihrer Kathode mit der Kathode der Zenerdiode 11 verbun­ den. Jeweils weitere Zenerdioden 15 und 16 werden mit ih­ ren Anoden mit der Anode der Zenerdiode 14 sowie mit ih­ ren Kathoden jeweils mit den Ausgängen der zu überwachen­ den Ausgangsspannungen U 5 und U 6 verbunden. Würde nun aber zum Beispiel die Ausgangsspannung U 1 eine Überspan­ nung aufweisen, so wäre die Zenerdiode 11 in Sperrich­ tung, die Zenerdioden 12 und 13 zur Zenerdiode 11 jedoch in Flußrichtung gepolt. Je nach Höhe der Überspannung und den Ausgangsspannungen U 2 bzw. U 4 würde ein unter Umstän­ den nicht unbeachtlicher Anteil des durch die Zenerdio­ de 11 fließenden Stroms durch die Zenerdioden 12 bzw. 13 fließen, so daß der verbleibende, durch die Leuchtdio­ de 51 fließende Strom nicht mehr ausreichend sein kann, um die Überspannungsschutzschaltung ansprechen zu las­ sen. Als Gegenmaßnahme ist deshalb zu jeder Zenerdio­ de 11, 12, 13, 14, 15, 16 jeweils eine Entkopplungsdio­ de 21, 22, 23, 24, 25, 26 in Reihe zu schalten. Die Ent­ kopplungsdioden müssen gegenüber den Zenerdioden, mit de­ nen sie jeweils in Reihe geschaltet sind, entgegengesetz­ te Polung aufweisen. Auf diese Weise verhindern die Ent­ kopplungsdioden eine Beeinflussung der anderen Ausgangs­ spannungen gleicher Polarität. Die Zenerdioden, die in Reihe mit Entkopplungsdioden liegen, sind aber um den Be­ trag der Flußspannung der vorgeschalteten Entkopplungsdi­ ode entsprechend niedriger zu dimensionieren.

Für einige Anwendungen kann die Ansprechgenauigkeit einer Überspannungsüberwachungsschaltung mittels Zenerdiode zu gering sein. In Fig. 2 ist an einer gegenüber dem Bezugs­ potential OV positiven Spannung ein Anschluß eines zwei­ ten Widerstandes 7 angeschlossen, dessen anderer Anschluß mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Entkopplungsdio­ den 21, 22, 23 verbunden ist. Ebenso wird an einer belie­ bigen, gegenüber dem Bezugspotential OV negativen Span­ nung ein Anschluß des Widerstandes 8 angeschlossen, des­ sen anderer Anschluß mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Anoden der Entkopplungsdioden 24, 25, 26 verbunden ist. Die eingefügten Widerstände sind so bemessen, daß bereits ohne Überspannung ein Vorstrom durch die Zenerdi­ oden fließt, wodurch der dynamische Innenwiderstand der Zenerdioden verringert wird. Die Wirkungsweise des Über­ spannungsschutzes ist im übrigen dieselbe wie im ersten Ausführungsbeispiel. Insgesamt jedoch wird durch die bei­ den zusätzlichen Widerstände die Ansprechgenauigkeit der Überspannungsschutzschaltung entscheidend verbessert.

Claims (6)

1. Stromversorgungseinrichtung mit Überspannungsschutz­ schaltung und einem Signalübertragungselement dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bezugspotential (OV) und einer gegenüber diesem Bezugspotential positiven Span­ nung (U 1) sowie einer gegenüber diesem Bezugspotential negativen Spannung (U 4), jeweils eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (11 bzw. 14) und einer Diode (3 bzw. 4) angeordnet ist, und daß zwischen den Verbin­ dungspunkten von Zenerdiode und Diode der beiden Rei­ henschaltungen das Signalübertragungselement (5) ein­ geschaltet ist.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede weitere Ausgangsspan­ nung (U 2, U 3, U 5, U 6) eine weitere Zenerdiode (12, 13, 15, 16) je nach Polarität dieser Ausgangsspannung zwischen einem der beiden Verbindungspunkte von Zener­ diode und Diode der beiden Reihenschaltungen und die­ ser Ausgangsspannung geschaltet wird, wobei in Reihe zu den Zenerdioden Entkopplungsdio­ den (21, 22, 23, 24, 25, 26) eingefügt sind.

3. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ze­ nerdioden in Sperrichtung vorgespannt sind.

4. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkten der beiden Reihenschaltungen und einem Spannungspotential, welches die entgegenge­ setzte Polarität zu den Ausgangsspannungen, mit wel­ chen die Zenerdioden des betreffenden Verbindungspunk­ tes verbunden sind, aufweist, jeweils ein Widerstand (7 bzw. 8) geschaltet ist.

5. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sig­ nalübertragungselement (5) ausgangsseitig mit einer Wirkeinrichtung des Eingangskreises der Stromversor­ gungseinrichtung (9) derart verbunden ist, daß bei an­ liegendem Eingangssignal am Signalübertragungselement (5) die Ausgangsspannungen abgeschaltet oder zumindest verringert werden.

6. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sig­ nalübertragungselement (5) ein Optokoppler ist.