DE4310748A1 - Schaltregler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltregler, wie sie bei­ spielsweise in Schaltnetzgeräten verwendet werden. Solche Schaltregler weisen ein über eine Steuervorrichtung an­ gesteuertes Schaltmittel, einen Filter, mit mindestens einer Induktivität, sowie einen Vergleicher und einen Meß­ widerstand auf. In der Regel ist als Schaltmittel ein Transistor vorgesehen, über den der Mittelwert der Aus­ gangsspannung dadurch beeinflußt wird, daß der Transistor periodisch durchgesteuert und das Verhältnis von Einschalt- zu Periodendauer verändert wird. Hinter dem Schaltmittel wird ein Siebglied verwendet, um die Welligkeit des Aus­ gangsstromes zu beseitigen. Damit dabei kein Leistungsver­ lust steht, wird als Siebglied in der Regel ein LC-Filter vorgesehen. Die Induktivität eines solchen Filters wird auch als Speicherdrossel bezeichnet. Derartige Schaltregler sind beispielsweise in Tietze, U., Schenk, Ch., Halbleiter­ schaltungstechnik, 5. Auflage, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Seite 390 ff., beschrieben.

Zur Überstrom- bzw. Kurzschlußstrombegrenzung ist bei her­ kömmlichen Schaltreglern ein Komparator mit einem Meßwider­ stand vorgesehen, wobei der über das Ausgangssignal des Komparators bei Überschreitung eines bestimmten Laststromes in die Steuerschaltung des Transistors eingegriffen wird. Ein solcher Schaltregler, der einen Komparator zur Begren­ zung des Kollektorstroms aufweist, ist in dem Aufsatz von Herbert Sax, Mut zur Lücke, in Elektronik Praxis, Nr. 6, 15.03.1990, beschrieben.

Die bei dieser Technik verwendeten Meßwiderstände sind jedoch aufgrund der Siliziumtechnologie mit einer Toleranz größer ± 30% behaftet, so daß eine engtolerierte Strom­ begrenzung mit den bekannten Mitteln nicht realisierbar ist. Um das geforderte Ziel zu erreichen, wurde bisher eine externe Schaltung mit engtolerierten und damit teuren Meß­ widerständen im Lastkreis verwendet. Beim Erreichen der durch diese Widerstände bestimmten Schwelle wird auf den Schaltregler begrenzend eingewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfache Strombe­ grenzung von Schaltreglern zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Induktivität, also die verwendete Speicherdrossel eine Sättigungsdrossel ist, die so dimen­ sioniert ist, daß der Sättigungsstrom eine vorgegebene Ver­ gleicherschwelle erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schaltregler,

Fig. 2 ein Diagramm des Laststromes über der Zeit nach dem Stand der Technik, und

Fig. 3 ein Diagramm des Laststromes über der Zeit gemäß der Erfindung.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Sekundärschalt­ reglers. Der Ausgang des Komparators V ist mit der Steue­ rvorrichtung S verbunden.

Der Transistor T wird mit einer von der Steuervorrichtung S bereitgestellten Taktfrequenz abwechselnd voll durchge­ steuert und gesperrt. Die Diode D verhindert das Auftreten einer hohen Induktionsspannung beim Sperren des Transistors T, da durch sie der Spulenstrom in der ursprünglichen Rich­ tung weiterfließen kann. Während der Sperrphase trägt also nicht nur der Kondensator sondern auch die Spule L zum Aus­ gangsstrom bei. Auf diese Weise ergibt sich eine gute Glät­ tung der Ausgangsspannung ohne Leistungsverlust.

Er besteht im wesentlichen aus dem Schalttransistor T und einem Ausgangsfilter, das durch eine Speicherdrossel L und einen Kondensator C gebildet wird. Eine Steuervorrichtung S schaltet in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom I_a den Transi­ stor T. Im Kollektorzweig des Transistors T liegt ein Meß­ widerstand R an den parallel ein Vergleicher bzw. Kompara­ tor V angeschlossen ist.

Über den Meßwiderstand R im Kollektorstromkreis des Tran­ sistors T wird die Vergleichsspannung für den Vergleicher bzw. Komparator V abgegriffen.

Wenn der Kollektorstrom I_e so weit ansteigt, daß die am Meß­ widerstand R abfallende Spannung die Komparatorschwelle übersteigt, so wird über den Komparator V und die Steuer­ vorrichtung S der Transistor T abgeschaltet. Diese Maßnahme ist beispielsweise beim Anlauf, bei Kurzschluß und bei Überstrom notwendig.

Bedingt durch den großen Toleranzbereich des Meßwiderstan­ des R spricht der Vergleicher V bei Verwendung einer üb­ lichen Speicherdrossel nicht sicher an. Dies wird im fol­ genden anhand von Fig. 2 erläutert.

Fig. 2 zeigt den Verlauf des Laststromes I_L über der Zeit t mit dem eingezeichneten Toleranzbereich des Meßwiderstandes R. Bei I_S ist die Schaltschwelle des Komparators V er­ reicht. Wenn der Meßwiderstand R jedoch an der oberen Toleranzgrenze liegt, wird der Komparator V bei der Schalt­ schwelle I_S noch nicht ansprechen.

Wird als Induktivität L jedoch eine Sättigungsdrossel in entsprechender Dimensionierung verwendet, so kann der Tole­ ranzbereich des Meßwiderstandes R in jedem Fall überschrit­ ten werden, so daß der Komparator V immer sicher anspricht. Dies wird im folgenden anhand von Fig. 3 dargestellt.

Fig. 3 zeigt den Verlauf des Laststromes I_L einer Sätti­ gungsdrossel über der Zeit t. Die Drossel ist so ausgelegt, daß sie bei der Schaltschwelle I_S gesättigt ist. Damit nimmt die Gegeninduktivität stark ab, so daß der Laststrom I_L sehr rasch hohe Werte erreicht und damit der Spannungs­ abfall am Meßwiderstand sicher die Komparatorschwelle über­ steigt, so daß der Transistor T abgeschalten und die Dros­ sel wieder entsättigt wird.

Beim Sättigungsstrom I_S wird also eine steile Stromnadel erzeugt, die auf jeden Fall den Komparator V auslöst. Da diese Nadel nur einen unwesentlichen Beitrag zum Ausgangs­ strom I_A liefert, ist die interne Komparatortoleranz eli­ miniert. Die Überlastgrenze wird nur durch die Schalt­ schwelle I_S und damit durch die Drosseldimensionierung be­ stimmt. Der gewünschte Effekt kann also lediglich durch Dimensionierung und geeignete Auswahl des Magnetmaterials der Sättigungsdrossel ohne zusätzliche Bauelemente erreicht werden.

Claims (1)

1. Schaltregler mit einem über eine Steuervorrichtung (S) angesteuerten Schaltmittel (T), einem Filter, mit min­ destens einer Induktivität (L), einem Vergleicher (V) und einem Meßwiderstand (R), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Induktivität (L) eine Sätti­ gungsdrossel ist, die so dimensioniert ist, daß der Sätti­ gungsstrom eine vorgegebene Vergleicherschwelle erreicht.