DE3710118C2 - - Google Patents

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    • H03K17/78Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H03K17/795Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar transistors
    • H03K17/7955Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar transistors using phototransistors

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung bei einem getakteten Gleichspannungswand­ ler, bei dem eine Potentialtrennung zwischen Primär- und Sekundärseite besteht und bei dem die Einschaltzeiten ei­ nes Schalttransistors im Primärkreis von einem Pulsbrei­ tenmodulator verändert werden, um die Ausgangsspannung auf ihrem Sollwert und den Strom im Primärkreis unter ei­ nem kritischen Wert zu halten, und bei dem zur Strombe­ grenzung im Primärkreis die an einem Meßwiderstand abfal­ lende Spannung mit einer Schwellspannung verglichen wird, wobei die Schwellspannung mit Hilfe eines Optokopplers dann herabgesetzt wird, wenn die Aus­ gangsspannung unter einen vorbestimmten Bruchteil ihres Sollwertes fällt.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus DE 35 21 805 A1 bekannt. Dort ist auf der Primärseite eine Regelschaltung zur Steuerung der Ein­ schaltzeiten eines Schalttransistors angeordnet. Über einen Optokoppler wird dann ein Steuersignal von der Se­ kundärseite an die Regelschaltung übertragen, wenn die Ausgangsspannung des Wandlers unter einen vorbestimmten Bruchteil ihres Sollwertes absinkt, wobei mit diesem Steuersignal die Einschaltzeiten des Schalttransistors verkürzt werden. Bei dieser Schaltungsanordnung liegt die Leuchtdiode des Optokopplers in Serie zu einer Zenerdiode in einem Querzweig des Sekundärkreises.
Eine weitere Schaltungsanordnung wird z. B. in einem Datenbuch der Firma SGS (SGS Power Supply Appli­ cation Manual, Juli 1985, S. 509, Fig. 6) vorgeschlagen, in dem u. a. die Verwendung einer integrierten Schaltung (UC 1846) als Pulsbreitenmodulator für getaktete Gleich­ spannungswandler erläutert wird. Der Baustein UC 1846 liegt dabei auf der Primärseite des Wandlers. Ein Stift 1 des Bausteins ist mit dem Mittenabgriff eines Spannungs­ teilers verbunden, der eine Referenzspannung herunter­ teilt. Ein Stift 3 und ein Stift 4 sind jeweils mit einem Anschluß eines Meßwiderstandes verbunden, der in Serie zum Schalttransistor im Primärkreis des Gleichspannungs­ wandlers liegt. Übersteigt die Spannung am Meßwiderstand - diese Spannung wächst mit dem Einschalten des Schalt­ transistors in aller Regel monoton an - eine zur Spannung am Mittenabgriff des Spannungsteilers proportionale Schwellspannung, so sperrt der Pulsbreitenmodulator den Schalttransistor ohne Rücksicht auf die Spannungsverhält­ nisse am Ausgang des Gleichspannungswandlers bis zum nächsten Einschaltimpuls.
Da in jedem konkreten Anwendungsfall die Eingangsspannung für den Gleichspannungswandler - bis auf geringe Schwan­ kungen - festliegt, ist die Strombegrenzung im Primär­ kreis gleichzeitig eine Begrenzung der momentanen Lei­ stungsaufnahme des Gleichspannungswandlers. Aufgrund des konstanten Wirkungsgrades des Gleichspannungswandlers wird damit auch grob (wegen der Zwischenspeicherung von Energie) die momentane Leistungsabgabe des Wandlers be­ grenzt, also auch der momentane Ausgangsstrom, solange die Ausgangsspannung auf ihrem Sollwert gehalten werden kann. Da aber länger werdende Sperrzeiten des Schalt­ transistors zu einem immer stärker werdenden Spannungsab­ fall am Ausgang führen, fällt ab einem kritischen Strom­ anstieg im Primärkreis bzw. beim Überschreiten eines ma­ ximalen Stromes im Sekundärkreis auch die Ausgangsspan­ nung, weil dann die Strombegrenzung im Primärkreis und Spannungsregelung am Ausgang zu gegensätzlichen Forderun­ gen für die Einschaltzeiten des Schalttransistors führen, die Strombegrenzung jedoch Vorrang hat. Da die übertrage­ ne Leistung jedoch die gleiche bleibt, wächst am Ausgang der Strom mit fallender Spannung.
Bei der bekannten Anordnung bedeutet das, daß die strom­ durchflossenen Bauteile im Sekundärkreis und deren Küh­ lung nach dem maximalen sekundären Kurzschlußstrom ausge­ legt werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die auf einfache Weise bei geringem Bauteileaufwand eine Strombegrenzung mit rückläufiger Kennlinie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß durch den Transi­ stor des Optokopplers das Teilungsverhältnis eines Span­ nungsteilers verändert wird, dessen Spannung am Mittenab­ griff die Schwellspannung bestimmt.
An Hand der Figuren und eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung mit erfindungsgemäßen Merkmalen und
Fig. 2 das Ausgangskennlinienfeld eines Gleichspannungs­ wandlers mit erfindungsgemäßer Strombegrenzung.
In Fig. 1 liegt zwischen einer Ausgangsklemme A eines nicht weiter dargestellten Gleichspannungswandlers und Bezugspotential - also in einem Querzweig im Sekundär­ kreis des Gleichspannungswandlers - die Serienschaltung eines Widerstandes R1, einer Zener-Diode Z und der Leuchtdiode eines Optokopplers O. Der Widerstand R1 be­ grenzt u. a. den Strom in diesem Querzweig. Über dieser Serienschaltung fällt die Ausgangsspannung Ua ab. Hat diese Spannung ihren Sollwert, ist die Zener-Diode Z durchgeschaltet und die Lichtemission der Leuchtdiode macht die Kollektor-Emitter-Strecke des Foto-Transistors des Optokopplers O leitend. Die Zündspannung der Zener- Diode ist so gewählt, daß beim Absinken der Ausgangsspan­ nung Ua auf etwa 80% ihres Sollwertes der Optokoppler O gerade noch leitend ist.
Die Kollektor-Emitter-Strecke des Fototransistors liegt in Serie zu einem Widerstand R2 auf der Primärseite des Wandlers. Diese Serienschaltung wiederum liegt parallel zu einem weiteren Widerstand R3, der zusammen mit der Se­ rienschaltung und einem Widerstand R4 einen steuerbaren Spannungsteiler bildet, über dessen Anschlüsse B+ und B- eine Referenzspannung Ur abfällt. Der Mittenabgriff des Spannungsteilers ist mit dem ersten Stift St 1 eines Bau­ steins UC 1846 verbunden.
Die Spannung zwischen dem Stift St 1 und dem Anschluß B- ist am größten, wenn die Kollektor-Emitter-Strecke des Fototransistors leitend ist, und am kleinsten, wenn der Fototransistor gesperrt ist. Diese Spannung dient dem Baustein UC 1846 zur Ableitung einer Schwellspannung, die intern mit dem Spannungabfall über einem nicht einge­ zeichneten Meßwiderstand im Primärkreis des Gleichspan­ nungswandles verglichen wird. Liegt der Spannungsabfall am Meßwiderstand über der Schwellspannung, wird der eben­ falls nicht eingezeichnete Schalttransistor des Gleich­ spannungswandlers bis zum Auftreten des nächsten Ein­ schaltimpulses gesperrt; die Einschaltzeit des Schalt­ transistors wird also verkürzt. Liegt der Spannungsabfall am Meßwiderstand unter der Schwellspannung, erfolgt die Steuerung des Schalttransistors in Abhängigkeit von ande­ ren Regelgrößen.
Fällt die Ausgangsspannung Ua nach Fig. 1 unter die Zünd­ spannung der Zener-Diode Z, wird der Fototransistor ge­ sperrt. Vom Spannungsteiler sind dann nur noch die Wider­ stände R3 und R4 wirksam; das bedeutet, daß der Strom im Primärkreis des Spannungswandlers nun auf kleinere Werte begrenzt wird als vorher.
Fig. 2 zeigt die Folgen der Schwellspannungsänderung am Ausgang des Gleichspannungswandlers. Aufgetragen ist die Ausgangsspannung Ua als Funktion des Ausgangsstroms Ja, und zwar für den kleinsten Wert U1 der Eingangsspannung und den größten zulässigen Wert U2 (gestrichelte Kurve).
Die senkrechte Hilfslinie, die die Stromachse im Punk­ te Jm schneidet und durch einen Punkt a geht, deutet den maximalen Strom Jm (für die Eingangsspannung U1) an, für den die Spannungsregelung noch auf den Sollwert Us mög­ lich ist. Bei weiter steigendem Ausgangsstrom fällt nun die Ausgangsspannung ab. Ohne die erfindungsgemäße Herab­ setzung der Stromschwelle im Primärkreis würde die Span­ nung am Ausgang in der Richtung weiterfallen, die die durchgezogene Linie rechts von der gestrichelten Senk­ rechten erkennen läßt.
Ist die Ausgangsspannung Ua etwa auf zwei Drittel ihres Sollwertes gefallen, setzt auf der Primärseite die ver­ stärkte Strombegrenzung ein. Der Ausgangsstrom Ja geht dann auf den dem Punkt b entsprechenden Wert zurück. Da­ rauf wächst der Strom erneut bei fallender Spannung; die Erklärung hierfür ist die gleiche wie für den Verlauf der Kurve rechts vom Punkt a. Die Fig. 2 läßt erkennen, daß die Stromwerte in der Nähe des Wertes Jm bleiben. Einen vollkommen analogen Verlauf erhält man, wenn die Ein­ gangsspannung auf einen Wert U2 erkennen läßt.
Bei der Bemessung der Widerstände des Spannungsteilers ist zu beachten, daß der Punkt b unterhalb der Wider­ standsgeraden liegt, die den Nullpunkt des Kennlinienfel­ des mit dem Punkt a verbindet (strichpunktierte Linie). Ist das nämlich nicht der Fall, läuft beim Einschalten des Gleichspannungswandlers die Ausgangsspannung nicht auf den Wert Us hoch, sondern bleibt bei dem durch den Punkt b gegebenen Spannungswert stehen.

Claims (1)

  1. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung im Primärkreis eines getakteten Gleichspannungswandlers, bei dem eine Potentialtrennung zwischen Primär- und Sekundärkreis be­ steht und bei dem die Einschaltzeiten eines Schalttran­ sistors im Primärkreis von einem Pulsbreitenmodulator ver­ ändert werden, um die Ausgangsspannung auf ihrem Sollwert und den Strom im Primärkreis unter einem kritischen Wert zu halten, und bei dem zur Strombegrenzung im Primärkreis die an einem Meßwiderstand abfallende Spannung mit einer Schwellspannung verglichen wird, wobei die Schwellspan­ nung mit Hilfe eines Optokopplers dann herabgesetzt wird, wenn die Ausgangsspannung unter einen vorbestimmten Bruchteil ihres Sollwertes fällt, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Transistor des Optokopplers (O) das Tei­ lungsverhältnis eines Spannungsteilers (R4, R2, R3) ver­ ändert wird, dessen Spannung am Mittenabgriff die Schwellspannung bestimmt.
DE19873710118 1987-03-27 1987-03-27 Schaltungsanordnung zur strombegrenzung bei einem getakteten gleichspannungswandler Granted DE3710118A1 (de)

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DD223586A1 (de) * 1984-02-23 1985-06-12 Univ Magdeburg Tech Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten stromversorgung
FR2577359B1 (fr) * 1985-02-08 1987-03-06 Thomson Csf Circuit de commande d'alimentation a decoupage a demarrage progressif
DE3521805A1 (de) * 1985-06-19 1987-01-02 Philips Patentverwaltung Getakteter gleichspannungswandler

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