DE69123703T2

DE69123703T2 - Stromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE69123703T2
Application number: DE69123703T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Miyazaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2011-11-01
Also published as: EP0483852A3; EP0483852A2; DE69123703D1; JPH04168973A; US5408401A; EP0483852B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umschalt- Leistungsquellenschaltung und eine Motorantriebsschaltung, die die Umschalt-Leistungsquellenschaltung verwendet.
Aus JP-A-61 199 466 ist die Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes in einer Oszillatorschaltung bekannt, um eine Frequenz zu erhalten, die sich mit der Temperatur ändert.
JP-A-10.19 966 offenbart einen Umschaltregler zum Verbessern von Temperatureigenschaften zum Verwenden eines Thermistors, wenn die Referenzspannung eines Fehlerverstärkers eingestellt ist.
In den letzten Jahren sind verschiedene Umschalt- Leistungsquellenschaltungen vorgeschlagen worden. Die Umschalt-Leistungsquellenschaltungen sind zum Treiben von Lasten, wie beispielsweise Motoren, anwendbar.
Normalerweise verschlechtert eine Verschmutzung sich bewegende Teile eines Motors allmählich derart, daß eine Reibung bei den sich bewegenden Teilen sich erhöht, wenn die Umgebungstemperatur abfällt, um dadurch eine Last an einer Leistungsquellenschaltung zu erhöhen, die den Motor antreibt. Die Leistungsquellenschaltung muß daher eine Spanne zum Zulassen einer 30- bis 50-%igen Erhöhung der an die Schaltung angelegten Last bei einer Temperatur von etwa -20 Grad Celsius haben.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Umschalt- Leistungsquellenschaltung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erklärt.
Die Leistungsquellenschaltung 100 hat ein Netzfilter 101 zum Entfernen von Rauschen von einer Wechselstrom-(AC)- Leistungsversorgung zur Schaltung 100. Die von Rauschen befreite AC-Leistungsversorgung wird durch eine Gleichrichterschaltung 103 gleichgerichtet und durch einen Kondensator C1 geglättet. Die geglättete Gleichstrom-(DC)- Leistungsversorgung wird einer Steuerschaltung 105 über einen Aktivierungswiderstand R1 und zu Primärwicklungen TR1a und TR1b eines Stromrichter- bzw. Umformer-Transformators (hierin nachfolgend Transformator genannt) TR1 geführt.
Eine Ausgangsspannung einer Sekundärwicklung TR1c des Transformators TR1 wird über gleichrichtende Dioden D1 und D3, eine Schwingspule CH10 und einen Glättungskondensator C3 zu einer Spannungsbegrenzungsschaltung 107 geführt. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 107 erfaßt die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung TR1c des Transformators TR1 und liefert dann, wenn die erfaßte Spannung einen Grenzwert erreicht hat, ein Erfassungssignal zur Steuerschaltung 105.
Eine Strombegrenzungsschaltung 109 empfängt eine Anschlußspannung eines Widerstandes R3, um einen Ausgangsstrom der Sekundärwicklung TR1c des Transformators TR1 zu erfassen. Wenn der erfaßte Strom einen Grenzwert erreicht hat, liefert die Strombegrenzungsschaltung 109 ein Erfassungssignal zu der Steuerschaltung 105.
Eine Strombegrenzungsschaltung 111 erfaßt einen Strom auf der Primärseite des Transformators TR1. Die Strombegrenzungsschaltung 111 empfängt nämlich eine Anschlußspannung eines Widerstandes R5, um den Strom auf der Primärseite des Transformators TR1 zu erfassen. Wenn der erfaßte Strom einen Grenzwert erreicht hat, liefert die Strombegrenzungsschaltung 111 ein Erfassungssignal zu der Steuerschaltung 105.
Nach einem Empfangen des Erfassungssignals von einer beliebigen der Spannungsbegrenzungsschaltung 107 und der Strombegrenzungsschaltungen 109 und 111 schaltet die Steuerschaltung 105 einen Transistor Tr1 auf AUS, wodurch die Ausgabe des Transformators TR1 begrenzt wird.
Die Steuerschaltung 105 weist eine Oszillationsschaltung 119 und eine PWM-Steuerung 121 auf. Die oszillationsschaltung 119 hat als Oszillationsfrequenz definierende Elemente einen Widerstand 115 und einen Kondensator 117.
Ein Signal mit einer Oszillationsfrequenz, die durch den Widerstand 115 und den Kondensator 117 bestimmt wird, schaltet den Transistor Tr1 über die PWM-Steuerung 121 EIN und AUS. Als Ergebnis wird die Gleichstrom- Leistungsversorgung periodisch geschaltet und in eine hochfrequente Wechselstrom-Leistung umgewandelt. Auf diese Weise bestimmen der Widerstand 115 und der Kondensator 117 die Umwandlungsfrequenz der Umschalt- Leistungsquellenschaltung.
Die durch die Spannungsbegrenzungsschaltung 107 und die Strombegrenzungsschaltung 109 gemäß der ausgegebenen DC- Spannung und dem ausgegebenen DC-Strom erzeugten Erfassungssignale werden zur PWM-Steuerung 121 der Steuerschaltung 105 gesendet, die eine EIN-Impulsbreite des Transistors Tr1 verbreitert, wenn die ausgegebene Spannung und der ausgegebene Strom abfallen, und die EIN-Impulsbreite des Transistors Tr1 verkleinert, wenn die ausgegebene Spannung und der ausgegebene Strom ansteigen, um dadurch eine konstante Ausgabe beizubehalten.
Die maximale Übertragungsleistung der Leistungsquellenschaltung hängt von der Kapazität des Transformators TR1 ab. Mit derselben Kapazität kann der Transformator TR1 eine größere Leistung übertragen, wenn die Umwandlungsfrequenz erhöht wird. Es gibt jedoch eine Grenze für die Umwandlungsfrequenz, weil der Transformator TR1 und der Transistor Tr1 mehr Wärme erzeugen, wenn die Umwandlungsfrequenz ansteigt.
Allgemein hat die maximale Ausgangsleistung der herkömmlichen Leistungsquellenschaltung keine Temperaturabhängigkeit. Die Leistungsquellenschaltung wird daher basierend auf einem Betriebszustand entworfen, der am kritischsten ist. d.h. einer erwarteten maximalen Umgebungstemperatur (von etwa 60 bis 80 Grad Celsius). Demgemäß hat die Leistungsquellenschaltung eine Spanne, wenn sie bei einer normalen Umgebungstemperatur (von etwa 20 bis 30 Grad Celsius) betrieben wird.
Allgemein erhöht sich die Umwandlungseffizienz der Umschalt- Leistungsquellenschaltung, wenn ihre Ausgabe sich erhöht, und bei der maximalen Ausgabe erreicht die Umwandlungseffizienz das Maximum. Dies bedeutet, daß die Leistungsquellenschaltung mit einer großen maximalen Ausgangsspanne für gewöhnlich bei einer geringen Umwandlungseffizienz arbeitet.
Wie es oben erklärt ist, muß die herkömmliche Leistungsquellenschaltung zum Antreiben einer Last, wie beispielsweise einem Motor mit beweglichen Teilen (Reibteilen) derart entwickelt werden, daß sie bei einer niedrigen Temperatur eine 30 bis 50 %-ig größere Ausgabe verglichen mit einer Ausgabe bei einer normalen Temperatur liefert. Dies erhöht die Größe des Transformators TR1 und des Transistors Tr1, wodurch die Kosten für die Leistungsquellenschaltung erhöht werden. Zusätzlich arbeitet die herkömmliche Leistungsquellenschaltung bei einer niedrigen Umwandlungseffizienz bei der normalen Temperatur, weil eine Ausgabe bei der normalen Temperatur derart entwickelt ist, daß sie niedriger als jene bei der niedrigen Temperatur ist.
Zum Lösen des Problems des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Leistungsquellenschaltung zu schaffen, die kompakt ist und eine hohe Umwandlungseffizienz erreicht, wobei Ausgangscharakteristiken den Temperaturcharakteristiken einer Last folgen, um eine Antriebsschaltung zu schaffen, die die Leistungsquellenschaltung verwendet.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Leistungsquellenschaltung zu schaffen, die selbst bei einer niedrigen Temperatur eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom gemäß den Charakteristiken einer Last geeignet beschränkt.
Zum Lösen der Aufgaben ist eine Leistungsquellenschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 geschaffen. Vorzugsweise Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen aufgelistet.
Diese Anordnung erhöht die Umwandlungsfrequenz bei einer niedrigen Temperatur, wodurch die maximale Ausgabe der Leistungsquellenschaltung erhöht wird und eine spezielle Spanne eliminiert wird, die herkömmlicherweise für einen Betrieb bei normaler Temperatur vorgesehen ist, weil die Last eines Motors, etc., der durch die Leistungsquellenschaltung angetrieben wird, sich erhöht, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird. Als Ergebnis kann die Leistungsquellenschaltung der Erfindung einen kleineren Transformator und einen kleineren Schalttransistor verwenden, so daß die Gesamtdimension reduziert wird. Aufgrund eines Erhöhens der Umwandlungsfrequenz erzeugte Wärme führt zu keinem Problem, weil die Umwandlungsfrequenz erhöht wird, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist. Die Leistungsquellenschaltung der Erfindung arbeitet immer bei etwa der maximalen Ausgabe, so daß die Umwandlungseffizienz verbessert wird.
Wenn sich die Last eines durch die Antriebsschaltung angetriebenen Motors erhöht, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird, erhöht die Antriebsschaltung die Umwandlungsfrequenz, so daß sich ihre Ausgabe erhöht. Auf diese Weise folgen die Ausgabecharakteristiken der Antriebsschaltung auf geeignete Weise den Temperaturcharakteristiken der Motorlast.
Die Leistungsquellenschaltung kann eine Ausgangsstrom- Erfassungseinrichtung mit Temperaturabhängigkeit beim Erfassen eines zur Last geführten Ausgangsstroms aufweisen. Die Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung erfaßt den Ausgangsstrom temperaturabhängig und die Leistungsquellenschaltung begrenzt die zur Last geführte elektrische Leistung in Antwort auf den erfaßten Strom. Die Leistungsquellenschaltung begrenzt nämlich auf richtige Weise die zur Last geführte elektrische Leistung temperaturabhängig in Antwort auf den temperaturabhängig erfaßten Ausgangsstrom.
Die Leistungsquellenschaltung kann eine Ausgangsspannungs- Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen einer zur Last geführten Ausgangsspannung aufweisen. Die Ausgangsspannungs-Erfassungseinrichtung erfaßt die Ausgangsspannung temperaturabhängig, und die Leistungsquellenschaltung begrenzt zur Last geführte elektrische Leistung gemäß der erfaßten Spannung. Auf diese Weise begrenzt die Leistungsquellenschaltung auf richtige Weise temperaturabhängig die zur Last geführte elektrische Leistung in Antwort auf die temperaturabhängig erfaßte Ausgangsspannung.
Die Leistungsquellenschaltung kann eine Eingangsstrom- Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen eines zum Transformator geführten Eingangsstroms aufweisen. Gemäß dem temperaturabhängig erfaßten Eingangsstrom begrenzt die Leistungsquellenschaltung die zur Last geführte elektrische Leistung. Auf diese Weise begrenzt die Leistungsquellenschaltung richtig temperaturabhängig die zur Last geführte elektrische Leistung gemäß dem temperaturabhängig erfaßten Eingangsstrom.
Die Leistungsquellenschaltung kann wenigstens zwei von der Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen eines zur Last geführten Ausgangsstroms, der Ausgangsspannungs-Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen einer zur Last geführten Ausgangsspannung und der Eingangsstrom-Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen eines zur Leistungsquellenschaltung geführten Eingangsstroms aufweisen. Die Leistungsquellenschaltung begrenzt die zur Last geführte elektrische Leistung gemäß den durch die Erfassungseinrichtungen erfaßten Werte. Auf diese Weise begrenzt die Leistungsquellenschaltung richtig temperaturabhängig die zur Last geführte elektrische Leistung.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm, das eine Umschalt- Leistungsquellenschaltung gemäß dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm, das eine Umschalt- Leistungsquellenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 3(a) bis 3(c) Ansichten, die Wellenformen während des Betriebs bei normaler und bei niedriger Temperatur eines Transistors Tr1 des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigen;
Fig. 4 eine Ansicht, die Temperatur/Maximalausgabe- Kennlinienkurven der Leistungsquellenschaltungen der Erfindung und des Standes der Technik zeigt;
Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm, das einen inneren Aufbau einer Spannungsbegrenzungsschaltung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigt;
Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm, das einen inneren Aufbau einer Strombegrenzungsschaltung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigt; und
Fig. 7 eine Ansicht, die Temperatur/Ausgabe- Kennlinienkurven der Leistungsquellenschaltungen eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und des Standes der Technik zeigt.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Leistungsquellenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die für einen separat erregten Vorwärtskonverter verwendet wird.
Ein Netzfilter 1 entfernt ein Rauschen von einer AC- Quellenleistung. Eine Gleichrichterschaltung 3 weist gleichrichtende Dioden, etc., zum Gleichrichten der durch das Netzfilter 1 zugeführten AC-Leistung auf. Ein Kondensator C1 glättet die durch die Gleichrichterschaltung 3 gelieferte elektrische DC-Leistung. Die durch den Kondensator C1 gelieferte geglättete DC-Leistung wird über einen Aktivierungswiderstand R1 einer Steuerschaltung 5 und auch Primärwicklungen TR1a und TR1b eines Transformators TR1 zugeführt. Eine Rücksetzschaltung und eine Löschschaltung des Transformators TR1 sind nicht gezeigt.
Eine Ausgangsspannung von einer Sekundärwicklung TR1c des Transformators TR1 wird einer Spannungsbegrenzungsschaltung 7 über gleichrichtende Dioden D1 und D3, eine Schwingspule CH1 und einen glättenden Kondensator C3 zugeführt. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 7 hat einen vorbestimmten Grenzwert. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 7 erfaßt die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung TR1c des Transformators R1, und wenn die erfaßte Spannung den Grenzwert erreicht hat, liefert sie ein Erfassungssignal zu der Steuerschaltung 5.
Eine Leistungsquellenleitung von der Sekundärwicklung TR1c des Transformators TR1 ist mit einem Widerstand R3 verbunden, der parallel zu einem Thermistor TH1 geschaltet ist. Der Widerstand R3 und der Thermistor TH1 bilden eine Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen eines Ausgangsstroms der Sekundärwicklung TR1c. Der Thermistor TH1 hat nichtlineare positive Temperaturkennlinien, so daß dann, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird, ein kombinierter Widerstandswert des Widerstandes R3 und des Thermistors TH1 abfällt, so daß eine zu erfassende Anschlußspannung des Widerstandes R3 sich erniedrigt.
Eine Strombegrenzungsschaltung 9 ist an beiden Enden des Widerstandes R3 angeschlossen und empfängt eine Spannung, die durch den kombinierten Widerstandswert des Widerstandes R3 und des Thermistors TH1 erzeugt wird. Die Strombegrenzungsschaltung 9 erfaßt den Ausgangsstrom der Sekundärwicklung TR1c des Transformators TR1 gemäß der Anschlußspannung des Widerstandes R3, und wenn der erfaßte Strom einen in der Strombegrenzungsschaltung 9 gespeicherten Grenzwert erreicht hat, liefert sie ein Erfassungssignal zu der Steuerschaltung 5.
Eine Strombegrenzungsschaltung 11 erfaßt einen Strom auf der Primärseite des Transformators TR1. Die Primärwicklung TR1a des Transformators TR1 ist in Reihe zu einem Transistor Tr1, wie beispielsweise einen Bipolartransistor, und einem Widerstand R5 geschaltet. Der Widerstand R5 ist parallel zu einem Thermistor TH3 geschaltet. Der Widerstand R5 und der Thermistor TH3 bilden eine Eingangsstrom- Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen des Eingangsstroms zum Transformator TR1. Der Thermistor TH3 hat nichtlineare positive Temperaturkennlinien, so daß ein kombinierter Widerstandswert des Widerstandes R5 und des Thermistors TH3 sich erniedrigt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird, so daß eine zu erfassende Anschlußspannung des Widerstandes R5 verkleinert wird.
Die Strombegrenzungsschaltung 11 ist an beiden Enden des Widerstandes R5 angeschlossen und empfängt die Spannung, die durch den kombinierten Widerstandswert des Widerstandes R5 und des Thermistors TH3 erzeugt wird. Die Strombegrenzungsschaltung 11 speichert einen vorbestimmten Grenzwert. Die Strombegrenzungsschaltung 11 erfaßt einen Strom auf der Primärseite des Transformators TR1 gemäß der Anschlußspannung des Widerstandes R5, und liefert dann, wenn der erfaßte Wert den Grenzwert erreicht hat, ein Erfassungssignal zur Steuerschaltung 5.
Die Steuerschaltung 5 hat eine oszillationsschaltung 25 mit einem Element, das Temperaturkennlinien zum Erhöhen einer Oszillationsfrequenz, d.h. einer Umwandlungsfrequenz, aufweist, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist. Das Element mit den Temperaturkennlinien ist ein Temperatursensor 22, der aus einem Temperaturdetektor aus Platin oder einem Thermistor hergestellt ist.
Als Widerstandsteil zum Definieren der Oszillationsfrequenz der Oszillationsschaltung 25 sind zwei seriell geschaltete Widerstände 23 und 24 und der parallel zum Widerstand 23 geschaltete Temperatursensor 22 angeordnet. Die Widerstandsteile können auf geeignete Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die zwei festen Widerstände 23 und 24 weggelassen werden.
Wenn der Temperatursensor 22 ein Temperaturerfassungswiderstand aus Platin ist, kann die Umwandlungsfrequenz eine kontinuierliche Temperaturabhängigkeit aufweisen, so daß die Umwandlungsfrequenz ansteigt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird.
Fig. 3 zeigt Wellenformen des Transistors Tr1, der bei einer normalen Temperatur TA und bei einer niedrigen Temperatur TL arbeitet. Eine Impulsperiode bei der niedrigen Temperatur TL ist kürzer als jene bei der normalen Temperatur TA. Demgemäß wird eine Periode eines Stroms, der zur Spule des Transformators TR1 fließt, d.h. eine Periode zum Erregen des Transformators TR1, unter der niedrigen Temperatur kürzer. Als Ergebnis gelangt ein Kern des Transformators TR1 nicht in den Sättigungsbereich, wodurch die durch den Transformator TR1 übertragene elektrische Leistung erhöht wird. zu diesem Zeitpunkt erzeugen der Transistor Tr1 und der Transformator TR1 mehr Wärme. Die Umgebungstemperatur ist in diesem Fall jedoch niedrig, so daß die Temperaturen des Transistors Tr1 und des Transformators TR1 nach unten gedrückt werden, so daß kein Problem aufgrund der erzeugten Wärme hervorgerufen wird.
Fig. 4 zeigt Temperatur/Ausgangsleistungs-Kennlinienkurven des Ausführungsbeispiels und des Standes der Technik. Eine Kennlinienkurve "a" gehört zur Leistungsquellenschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel, wobei die maximale Ausgabe allmählich ansteigt, wenn die Temperatur abfällt. Dies ist günstig beim Antreiben einer Last, die allmählich größer wird, wenn die Temperatur niedriger wird.
Der Temperatursensor 22 kann ein PTC-Thermistor sein, der Schalteigenschaften zum Ändern der Umwandlungsfrequenz hat, wenn die Temperatur unter einen vorbestimmten Wert gelangt. Ein fester Widerstand kann seriell oder parallel zu dem PTC- Thermistor geschaltet sein, um eine Erhöhungsrate der Umwandlungsfrequenz einzustellen. Wie der Temperaturdetektor aus Platin liefert der PTC-Thermistor dem Transistor Tr1 Operationswellenformen, die in Fig. 3 für die normale Temperatur TA und die niedrige Temperatur TL gezeigt sind.
Der Effekt des PTC-Thermistors ist derselbe wie jener des Temperaturdetektors aus Platin. Der Transformator TR1 ist nämlich mit einem Spielraum in Sättigung bei der niedrigen Temperatur TL versehen, um mehr Leistung zu übertragen. Zu dieser Zeit erzeugen der Transistor Tr1 und der Transformator TR1 mehr Wärme. Ihre Temperaturen werden jedoch nach unten gedrückt, weil die Umgebungstemperatur in diesem Fall niedrig ist. Daher tritt kein Problem aufgrund der erzeugten Wärme auf.
Die Leistungsquellenschaltung mit dem PTC-Thermistor zeigt eine Temperatur/Maximalausgabe-Kennlinienkurve "b" der Fig. 4. Diese ist geeignet für eine Last, wie beispielsweise eine Motorlast, die plötzlich größer wird, wenn die Temperatur niedriger wird, wie es mit einer Kurve "c" der Fig. 4 gezeigt ist.
In Fig. 4 stellt eine Kennlinienkurve "d" die herkömmliche Leistungsquellenschaltung als Vergleich dar.
Verschiedene Temperatursensoren können einzeln oder miteinander kombiniert verwendet werden, um Leistungsquellenschaltungen zu realisieren, die den Temperaturkennlinien verschiedener Lasten auf geeignetere Weise folgen. Es ist möglich, einen Komparator zu verwenden, um die Umwandlungsfrequenz einer Leistungsquellenschaltung bei einer Temperatur abzuändern, die einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Fig. 5 zeigt einen inneren Aufbau der Spannungsbegrenzungsschaltung 7 der Fig. 2.
Widerstände R7 und R9 sind zwischen Anschlüssen P1 und P3 seriell angeschlossen. Die Widerstände R7 und R9 und ein Thermistor TH5 bilden eine Ausgangsspannungs- Erfassungseinrichtung zum temperaturabhängigen Erfassen eines Ausgangsspannung des Transformators TR1. Der Thermistor TH5 hat nichtlineare negative Temperaturkennlinien, so daß ein Spannungsteilungsverhältnis der Widerstände R7 und R9 größer wird, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird, so daß eine zu erfassende Anschlußspannung des Widerstandes R9 reduziert wird.
Ein Knoten zwischen den Widerständen R7 und R9 ist an einen Eingangsanschluß eines Komparators 13 angeschlossen. Der Anschluß P3 ist an den Widerstand R9 und auch an einen weiteren Eingangsanschluß des Komparators 13 über eine Spannungsquelle 15 angeschlossen. Ein Ausgangsanschluß des Komparators 13 ist über einen Anschluß P2 an die Steuerschaltung 5 angeschlossen. Der Komparator 13 liefert ein Erfassungssignal zur Steuerschaltung 5, wenn die erfaßte Spannung den Grenzwert erreicht hat.
Fig. 6 zeigt einen inneren Aufbau der Strombegrenzungsschaltung 9.
Anschlüsse 5 und 7 sind an den Widerstand R3 angeschlossen, um einen durch den Widerstand R3 erfaßten Wert zu empfangen. Über einen Widerstand R11 ist der Anschluß P5 an einen Kondensator C7 und an einen Eingangsanschluß eines Komparators 17 angeschlossen. Der Anschluß P7 ist an den Kondensator C7 sowie an einen weiteren Eingangsanschluß des Komparators 17 durch eine Spannungsquelle 19 angeschlossen. Der Widerstand R11 und der Kondensator C7 bilden ein Tiefpaßfilter zum Entfernen von Rauschen von dem durch den Widerstand R3 erfaßten Wert.
Ein Ausgangsanschluß des Komparators 17 ist über einen Anschluß P6 an die Steuerschaltung 5 angeschlossen. Der Komparator 17 liefert ein Erfassungssignal zur Steuerschaltung 5, wenn der erfaßte Wert den Grenzwert erreicht hat.
Ein innerer Aufbau der Strombegrenzungsschaltung 11 ist identisch zu jenem der Strombegrenzungsschaltung 9, die in Fig. 6 gezeigt ist.
Nun wird ein Betrieb der Spannungsbegrenzungsschaltung 7 für eine normale Temperatur und eine hohe Temperatur erklärt.
Die Spannungsbegrenzungsschaltung 7 empfängt eine Ausgangsspannung des Transformators TR1 über die Anschlüsse P1 und P3. Die Ausgangsspannung des Transformators TR1 wird durch einen kombinierten Widerstandswert des Widerstandes R7 und des Thermistors TH5 und einen Widerstandswert des Widerstandes R9 geteilt. Eine Anschlußspannung des Widerstandes R9 wird als ein erfaßter Wert zu dem einen Eingangsanschluß des Komparators 13 geliefert. Wenn der erfaßte Wert den durch die Spannungsquelle 15 vorgesehenen Grenzwert erreicht, liefert der Komparator 13 ein Erfassungssignal zur Steuerschaltung 5. Die Steuerschaltung 5 schaltet den Transistor Tr1 dann AUS, wodurch die Ausgabe des Transformators TR1 begrenzt wird.
Nun wird ein Betrieb der Spannungsbegrenzungsschaltung 7 für eine niedrige Temperatur erklärt.
Der Thermistor TH5 hat nichtlineare negative Temperaturkennlinien, so daß ein Spannungsteilungsverhältnis der Widerstände R7 und R9 sich erhöht, wenn die Temperatur niedriger wird, wodurch die zu erfassende Anschlußspannung des Widerstandes R9 reduziert wird.
Ungleich der geraden Linie "d" der Fig. 4, die die Spannungsbegrenzungskennlinien der herkömmlichen Leistungsquellenschaltung darstellt, die selbst dann konstant sind, wenn die Temperatur niedriger wird, steigt die Spannungsbegrenzungskennlinienkurve "b" der Fig. 4 des Ausführungsbeispiels an, wenn die Temperatur niedriger wird. Die Spannungsbegrenzungskennlinien des Ausführungsbeispiels ändern sich nämlich gemäß der Maximalausgaben-Kennlinienkurve "c" der Fig. 4 der durch die Leistungsquellenschaltung des Ausführungsbeispiels angetriebenen Last. Auf diese Weise wird die Ausgabe der Leistungsquellenschaltung des Ausführungsbeispiels in einem Bereich von hohen zu niedrigen Arbeitstemperaturen auf geeignete Weise begrenzt.
Nun werden Operationen der Strombegrenzungsschaltungen 9 und 11 erklärt. Da die Schaltungen 9 und 11 identisch zueinander sind, wird nur die Operation der Schaltung 9 erklärt.
Zuerst wird eine Operation der Strombegrenzungsschaltung 9 für eine normale Temperatur und eine hohe Temperatur erklärt.
Wenn er einen durch den Widerstand R3 erfaßten Wert empfängt, vergleicht der Komparator 17 den erfaßten Wert mit dem durch die Spannungsquelle 19 bereitgestellten Grenzwert. Wenn der erfaßte Wert den Grenzwert erreicht hat, liefert der Komparator 17 ein Erfassungssignal zur Steuerschaltung 5, die den Transistor Tr1 dann AUS schaltet, um die Ausgabe des Transformators TR1 zu begrenzen.
Als nächstes wird eine Operation der Strombegrenzungsschaltung 9 für eine niedrige Temperatur erklärt.
Da der Thermistor TH1 eine nichtlineare positive Temperaturkennlinie hat, wird ein kombinierter Widerstandswert des Widerstandes R3 und des Thermistors TH1 niedriger, wenn die Temperatur niedriger wird, so daß die zu erfassende Anschlußspannung des Widerstandes R3 reduziert wird. Als Ergebnis, das mit der Kurve "b" der Fig. 4 gezeigt ist, steigt die Begrenzungskennlinie der Steuerschaltung 5 an, wenn die Temperatur niedriger wird. Die Begrenzungskennlinie des Ausführungsbeispiels werden nämlich gemäß der Maximalausgaben-Kennlinienkurve "c" der Fig. 4 der durch das Ausführungsbeispiel angetriebenen Last geändert. Auf diese Weise wird die Ausgabe der Leistungsquellenschaltung in einem Bereich von hohen zu niedrigen Arbeitstemperaturen auf geeignete Weise begrenzt.
Nun wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 erklärt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet grundsätzlich dieselben Anordnungen wie jene, die in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt sind.
Eine Linie "c" der Fig. 7 stellt die Maximalausgaben- Kennlinie dieses Ausführungsbeispiels dar, die linear ansteigt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger wird. Statt der Thermistoren TH1 und TH3 verwendet das Ausführungsbeispiel beispielsweise Temperaturdetektoren aus Platin mit einer linearen positiven Temperaturkennlinie zum Erfassen aus Ausgangsstroms und eines Eingangsstroms, und statt des Thermistors TH5 einen Temperaturdetektor aus Platin zum Erfassen einer Ausgangsspannung.
Ein kombinierter Widerstandswert des Widerstandes R3 und des Temperaturdetektors aus Platin (der den Thermistor TH1 ersetzt) oder ein kombinierter Widerstandswert des Widerstandes R5 und des Temperaturdetektors aus Platin (der den Thermistor TH3 ersetzt) wird kleiner, wenn die Temperatur abfällt, weil die Temperaturdetektoren aus Platin eine lineare Temperaturkennlinie haben. Als Ergebnis fallen die zu erfassenden Anschlußspannungen der Widerstände R3 und R5 ab.
Der Temperaturdetektor aus Platin, der den Thermistor TH5 ersetzt, erhöht ein Spannungsteilungsverhältnis der Widerstände R7 und R9, wenn die Temperatur niedriger wird, so daß eine zu erfassende Anschlußspannung des Widerstandes R9 kleiner wird.
Ungleich der mit einer geraden Linie "a" in Fig. 7 gezeigten herkömmlichen Begrenzungskennlinie steigt die Begrenzungskennlinie dieses Ausführungsbeispiels linear an, wenn die Temperatur abfällt, wie es in Fig. 7 mit der Kurve "b" gezeigt ist. Die Begrenzungskennlinie des Ausführungsbeispiels ändert sich nämlich gemäß einer Maximalausgaben-Kennlinienkurve "c" der Fig. 7 einer durch das Ausführungsbeispiel angetriebenen Last linear. Auf diese Weise wird die Ausgabe des Ausführungsbeispiels in einem Bereich von hohen zu niedrigen Arbeitstemperaturen auf geeignete Weise begrenzt.
Nun wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erklärt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet grundsätzlich dieselben Anordnungen wie jene, die in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt sind.
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine Temperaturabhängigkeit für jede der Spannungsquellen 15 und 19. Die Spannungsquellen 15 und 19 handeln nämlich als Grenzwert-Erzeugungseinrichtung mit Temperaturabhängigkeit. Beispielsweise kann eine beliebige der Spannungsquellen 15 und 19 eine Spannung unter Verwendung der Temperaturkennlinien eines Halbleiterelements erzeugen, z.B. eine Vorwärtsspannung einer Diode, etc. Als Ergebnis wird ein Grenzwert mit Temperaturabhängigkeit erzeugt, um eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom der Leistungsquellenschaltung zu begrenzen.
Wenn die Spannungsquellen 15 und 19 nichtlineare Temperaturkennlinien haben, so daß jeder Grenzwert nichtlinear größer werden kann, wenn die Temperatur abfällt, wird die Begrenzungskennlinienkurve dieses Ausführungsbeispiel "b" der Fig. 4. Die Begrenzungskennlinien des Ausführungsbeispiels können nämlich gemäß der Maximalausgaben-Kennlinienkurve "c" der Fig. 4 einer durch das Ausführungsbeispiel angetriebenen Last geändert werden. Auf diese Weise wird die Ausgabe des Ausführungsbeispiels in einem Bereich von hohen zu niedrigen Temperaturen auf geeignete Weise begrenzt.
Wenn die Spannungsquellen 15 und 19 lineare Temperaturkennlinien haben, so daß jeder Grenzwert linear ansteigen kann, wenn die Temperatur abfällt, wird die Begrenzungskennlinienkurve dieses Ausführungsbeispiels "b" der Fig. 7 sein. Die Begrenzungskennlinien des Ausführungsbeispiels können nämlich gemäß der Maximalausgaben-Kennlinienkurve "c" der Fig. 7 einer durch das Ausführungsbeispiel angetriebenen Last geändert werden. Auf diese Weise wird die Ausgabe des Ausführungsbeispiels in einem Bereich von hohen zu niedrigen Temperaturen auf geeignete Weise begrenzt.
Statt der Komparatoren 13 und 17 können ein Operationsverstärker und ein Rückkopplungswiderstand verwendet werden. Der Rückkopplungswiderstand ist aus einem Thermistor oder einem Temperaturdetektor aus Platin mit nichtlinearen oder linearen Temperaturkennlinien hergestellt. Diese Anordnung kann auch Begrenzungskennlinien erhöhen, wenn die Temperatur abfällt, wie es mit der Kurve "b" der Fig. 4 oder der Kurve "b" der Fig. 7 gezeigt ist.
Die Ausführungsbeispiele sind unter Bezugnahme auf den extern angeregten Vorwärtskonverter erklärt worden. Diese Erfindung ist auch auf jede beliebige andere extern angeregte Umwandlungstechnik, wie beispielsweise Sperrwandler, anwendbar, um dieselben Aktionen und Effekte zu erreichen. Die Erfindung ist auch auf Chopper-DC-DC-Wandler anwendbar, um dieselben Aktionen und Effekte zu erreichen. Statt der PWM-Steuertechnik kann eine Frequenzsteuertechnik verwendet werden, um eine Umwandlungsfrequenz gemäß einer Umgebungstemperatur zu ändern und um eine Ausgangsspannung mit Temperaturabhängigkeit zu liefern.
Zusammengefaßt erhöht eine Leistungsquellenschaltung gemäß der Erfindung eine Umwandlungsfrequenz bei einer niedrigen Temperatur, wodurch eine Ausgabe bei der niedrigen Temperatur erhöht wird und ein spezieller Spielraum eliminiert wird, der sonst für eine Ausgabe bei einer normalen Temperatur vorgesehen sein muß, um mit einer Last fertig zu werden, die größer wird, wenn die Temperatur abfällt. Daher können für die Leistungsquellenschaltung kompakte Bauelemente verwendet werden, so daß ihre Größe reduziert wird. Die Leistungsquellenschaltung kann immer bei etwa der maximalen Ausgabe betrieben werden, so daß die Umwandlungseffizienz verbessert wird.
Als zweites erhöht die Erfindung eine Umwandlungsfrequenz und eine Ausgabe entsprechend einem Kleinerwerden der Temperatur, wenn ein Motor angetrieben wird, dessen Last sich gemäß einem Niedrigerwerden der Temperatur erhöht, so daß die Ausgangskennlinien den Temperaturkennlinien der Motorlast auf geeignete Weise folgen können.
Als drittes erfaßt die Erfindung temperaturabhängig einen Ausgangsstrom über eine Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung und begrenzt die einer Last zugeführte elektrische Leistung gemäß dem erfaßten Wert. Die der Last zugeführte elektrische Leistung wird nämlich gemäß dem temperaturabhängig erfaßten Ausgangsstrom auf geeignete Weise temperaturabhängig begrenzt.
Als viertes erfaßt die Erfindung temperaturabhängig eine Ausgangsspannung über eine Ausgangsspannungs- Erfassungseinrichtung und begrenzt die einer Last zugeführte elektrische Leistung gemäß dem erfaßten Wert. Die der Last zugeführte elektrische Leistung wird nämlich gemäß der temperaturabhängig erfaßten Ausgangsspannung auf geeignete Weise temperaturabhängig begrenzt.
Als fünftes erfaßt die Erfindung temperaturabhängig einen Eingangsstrom über eine Eingangsstrom-Erfassungseinrichtung und begrenzt die einer Last zugeführte elektrische Leistung gemäß dem erfaßten Wert. Die der Last zugeführte elektrische Leistung wird nämlich gemäß dem temperaturabhängig erfaßten Eingangsstrom auf geeignete Weise temperaturabhängig begrenzt.
Als sechstes erfaßt die Erfindung temperaturabhängig einen Ausgangsstrom über eine Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung, eine Ausgangsspannung über eine Ausgangsspannungs- Erfassungseinrichtung oder einen Eingangsstrom über eine Eingangsstrom-Erfassungseinrichtung und begrenzt die einer Last zugeführte elektrische Leistung gemäß dem erfaßten Wert. Die der Last zugeführte elektrische Leistung wird nämlich gemäß dem temperaturabhängig erfaßten Ausgangsstrom, der temperaturabhängig erfaßten Ausgangsspannung oder dem temperaturabhängig erfaßten Eingangsstrom auf geeignete Weise temperaturabhängig begrenzt.

Claims

1. Leistungsquellenschaltung zum Umwandeln einer Gleichstrom-(DC)-Leistung in eine Wechselstrom-(AC)- Leistung mit einer erforderlichen Frequenz und zum Erzeugen einer DC-Ausgangsleistung gemäß der AC-Leistung zur Verwendung bei einer Änderung der Umgebungstemperatur, wobei die Schaltung folgendes aufweist:

eine Oszillationseinrichtung (25) zum Erzeugen eines Steuersignals, das eine Umwandlungsfrequenz der AC- Leistung bestimmt; und

eine Bestimmungseinrichtung (121) zum Bestimmen der Umwandlungsfrequenz der AC-Leistung gemäß dem durch die Oszillationseinrichtung (25) erzeugten Steuersignal,

gekennzeichnet durch

eine Erfassungseinrichtung (22, 23, 24), die für die Oszillationseinrichtung (25) vorgesehen ist, mit Temperaturkennlinien zum Erhöhen der Umwandlungsfrequenz bei einer niedrigen Temperatur; und

eine DC-Ausgaben-Erfassungseinrichtung (7, 9, R3, TH1), die einen Temperatursensor (TH1) enthält, zum temperaturabhängigen Erfassen der DC-Ausgangsleistung.

2. Leistungsquellenschaltung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung (22, 23, 24) ein Temperatursensor ist.

3. Leistungsquellenschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Bestimmungseinrichtung (121) die Umwandlungsfrequenz der AC-Leistung gemäß dem durch die Oszillationseinrichtung (25) erzeugten Steuersignal und gemäß einem durch die DC-Ausgaben-Erfassungseinrichtung (7, 9) bestimmt.

4. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin einen Transformator (TR1, Tr1) aufweist, der mit der Bestimmungseinrichtung (121) gekoppelt ist.

5. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmungseinrichtung (121) eine Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuerung (121) enthält, um ein Erhöhen der DC-Ausgangsleistung zu maximieren, wenn die Frequenz der DC-Leistungsversorgung größer wird.

6. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die folgendes aufweist:

eine Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung (R3, TH1) zum temperaturabhängigen Erfassen eines zu einer Last geführten Ausgangsstroms; und

eine Begrenzungseinrichtung (9) zum Begrenzen der Leistungsversorgung zu der Last gemäß dem durch die Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung (R3, TH1) erfaßten Ausgangsstrom.

7. Leistungsquellenschaltung nach Anspruch 6, wobei die Ausgangsstrom-Erfassungseinrichtung (R3, TH1) einen Thermistor (TH1) mit nichtlinearer positiver Temperaturkennlinie aufweist.

8. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die folgendes aufweist:

eine Ausgangsspannungs-Erfassungseinrichtung (7) zum temperaturabhängigen Erfassen einer zu einer Last geführten Ausgangsspannung; und

eine Begrenzungseinrichtung (7) zum Begrenzen der zu der Last geführten Leistung gemäß der durch die Ausgangsspannungs-Erfassungseinrichtung (7) erfaßten Ausgangsspannung.

9. Leistungsquellenschaltung nach Anspruch 8, wobei die Ausgangsspannungs-Erfassungseinrichtung (7) einen Thermistor (TH5) mit nichtlinearer negativer Temperaturkennlinie aufweist.

10. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die folgendes aufweist:

eine Eingangsstrom-Erfassungseinrichtung (R5, TH3) zum temperaturabhängigen Erfassen eines der Leistungsquellenschaltung zugeführten Eingangsstroms; und

eine Begrenzungseinrichtung (11) zum Begrenzen der zu einer Last geführten Leistung gemäß der durch die Eingangsstrom-Erfassungseinrichtung (R5, TH3) erfaßten Eingangsspannung.

11. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die folgendes aufweist:

wenigstens zwei von der Ausgangsstrom- Erfassungseinrichtung (R3, TH1) zum temperaturabhängigen Erfassen eines einer Last zugeführten Ausgangsstroms, einer Ausgangsspannungs-Erfassungseinrichtung (7) zum temperaturabhängigen Erfassen einer der Last zugeführten Ausgangsspannung, und einer Eingangsstrom- Erfassungseinrichtung (R5, TH3) zum temperaturabhängigen Erfassen eines der Leistungsquellenschaltung zugeführten Eingangsstroms; und

eine Begrenzungseinrichtung (7, 9, 11) zum Begrenzen der der Last zugeführten Leistung gemäß den durch wenigstens zwei der Erfassungseinrichtungen erfaßten Werte.

12. Leistungsquellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die folgendes aufweist:

eine Gleichrichterschaltung (1, 3) zum Gleichrichten eines Eingangs-Wechselstrom-(AC)-Signals und zum Ausgeben eines Gleichstrom-(DC)-Signals;

einen Wandlertransformator (TR1, Tr1), an den das DC- Signal angelegt wird, zum Umwandeln des an den Wandlertransformator (TR1; Tr1) angelegten DC-Signals in ein AC-Signal gemäß einer Frequenz, bei der die angelegte DC-Leistung EIN- und AUS-geschaltet wird;

eine Steuerschaltung (5), die die Oszillationsschaltung (25) und die Bestimmungseinrichtung (121) enthält, die das Steuersignal erzeugen, um die an den Transformator (TR1, Tr1) angelegte DC-Leistung EIN und AUS zu schalten, um dadurch die Umwandlungsfrequenz der AC-Leistung zu steuern; und

eine Einrichtung (D1, CH1, D3, C3), die an eine Sekundärwicklung des Wandlertransformators (TR1, Tr1) angeschlossen ist, zum Liefern einer DC-Ausgangsleistung zu einer Last.

13. Treiberschaltung zum Antreiben einer Last, insbesondere eines Motors, die die Leistungsquellenschaltung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche verwendet.

14. Verfahren in einer DC-Leistungsquellenschaltung nach Anspruch 1, zum Liefern eines Ausgangsleistungssignals mit Kennlinien, die den Temperaturkennlinien der Last folgen,

wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Erzeugen eines Steuersignals von einer Oszillatorschaltung (22, 25), das eine Umwandlungsfrequenz bestimmt, um ein DC-Signal gemäß der Temperatur in ein AC-Signal umzuwandeln;

Erfassen der Temperatur mit einer Temperatursensor (22) in der Oszillatorschaltung (22, 25);

Einstellen der Umwandlungsfrequenz gemäß der erfaßten Temperatur;

Erfassen eines Ausgangsstroms gemäß der Temperatur in einer Stromerfassungsschaltung (9, R3, TH1), wobei die Stromerfassungsschaltung (9, R3, TH1) einen Temperatursensor (TH1) enthält, und Erzeugen eines erfaßten Stromsteuersignals;

Erfassen einer Ausgangsspannung gemäß der Temperatur in einer Spannungserfassungsschaltung (7), wobei die Spannungserfassungsschaltung (7) einen Temperatursensor (TH5) enthält, und Liefern eines erfaßten Spannungssteuersignals;

Bestimmen der Umwandlungsfrequenz der AC-Leistung gemäß der Spannungs- und Stromsteuersignale, die zu einer Impulsbreitenmodulator-(PWM)-Schaltung (121) geliefert werden; und

Ausgeben des Ausgangsleistungssignals gemäß der Frequenz der AC-Leistung, die den Temperaturkennlinien der Last folgt.