DE69207453T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz gegen Überlaste von elektrischen Umwandlungsschaltungen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überlastungen für eine elektrische Wandlerschaltung, die mit einem gepulsten Strom gespeist wird, der von einer Primärquelle kommt.
• Sie betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, Wandlerschaltungen wie spannungsgeregelte Stromversorgungen, die in für ihre Bestandteile akzeptablen Betriebsgrenzen gehalten werden und fähig sein müssen, ohne übermäßige Erwärmung ihre maximal möglichen Verluste abzuführen.
• Zu diesem Zweck verwendet man normalerweise Schutzvorrichtungen, die auf die Wandlerschaltung einwirken, um ihre Ausgangsleistung zu begrenzen, wenn diese (oder aber die von der Quelle gelieferte Leistung) eine vorbestimmte Schwelle erreicht. Diese Vorrichtungen enthalten in üblicher Weise Mittel, die es ermöglichen, diese Leistung zu berechnen, sowie Mittel, um sie mit einem Schwellwert zu vergleichen. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um zum Wandler ein Signal zu übertragen, das diese Begrenzung bewirkt, wenn diese Ausgangsleistung diesen Wert erreicht.
• Wenn der Wandler nur einen spannungsgeregelten Ausgang aufweist, beschränkt sich die Kontrolle der Leistung auf die Messung des gelieferten Stroms.
• Diese einfachen Prinzipien können jedoch nur in dem Fall angewandt werden, wo die Regelung präzise genug ist.
• Dagegen können sie nicht angewandt werden bei einem Wandler mit vielen Ausgängen, bei dem bestimmte Ausgänge nicht geregelt sind und stark fluktuieren.
• Gleiches gilt, wenn die Gesamtleistung, die man beherrschen will, unterhalb der Summe der maximalen Leistungen liegt, die von jedem der Ausgänge geliefert werden können, was bei vielen handelsüblichen Stromversorgungen der Fall ist.
• In diesen verschiedenen Fällen, die es nicht erlauben, durch einfach Messung eine Information in Bezug auf die Ausgangsleistung zu erhalten, ist es notwendig, Rechenschaltungen zu verwenden, deren Kosten in Abhängigkeit von der erhaltenen Präzision rasch ansteigen.
• Dies rührt daher, daß die Berechnung einer Leistung P = UxI normalerweise die Verwendung eines teuren Multiplizierers erfordert, der ein Produkt Spannung x Stromstärke erzeugt.
• Eine schlechte Präzision bei der Berechnung dieser Leistung erzeugt aber eine entsprechende Ungenauigkeit des Betriebs der Schutzschaltung, was eine Überdimensionierung und somit zusätzliche Kosten für diesen Wandler bedingt, wenn man in den oben erwähnten Grenzbedingungen für den Betrieb bleiben will.
• Das Patent US-A-4 326 245 beschreibt eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überlastungen eines Wandlers, die die im Oberbegriff des Anspruchs 7 definierten Merkmale aufweist und die einen Komparator verwendet, der die Ausgangsspannung des Wandlers mit einer Bezugsspannung vergleicht und der den gepulsten Primärstrom des Wandlers in Abhängigkeit vom Er gebnis dieses Vergleichs steuert. Die Bezugsspannung kann verringert werden, wenn der Mittelwert der Stromstärke des gepulsten Primärstroms des Wandlers über einen Schwellwert ansteigt, mit dem Ziel, die Ausgangsspannung des Wandlers zu reduzieren.
• Das Patent DE-A-3 110 075 schlägt vor, eine Begrenzung der vom Wandler übertragenen Leistung in Abhängigkeit vom Vergleich zwischen einer ersten, für den momentanen Wert des gepulsten Primärstroms repräsentativen Spannung und einer zweiten Spannung durchzuführen, die proportional zum zyklischen Verhältnis des gepulsten Primärstroms ist.
• Die Erfindung hat also zum Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überlastungen eines Wandlers zu liefern, die es ermöglichen, die Kosten der Schutzvorrichtung zu reduzieren und gleichzeitig eine erhöhte Präzision zu gewährleisten, d.h. ohne eine Überdimensionierung des Wandlers zu erfordern.
• Um zu diesem Ergebnis zu kommen, schlägt sie ein Verfahren zum Schutz gegen Überlastungen für einen elektrischen Wandler vor, der mit einem Strom gespeist wird, welcher von einer Primärquelle kommt und gemäß einem ersten zyklischen Verhältnis gepulst wird, wobei dieses Verfahren darin besteht:
• - eine erste Spannung zu erzeugen, die für den Mittelwert des gepulsten Stroms oder das Produkt dieses Mittelwerts mit einem zweiten zyklischen Verhältnis, das vom gepulsten Strom abgeleitet wird, repräsentativ ist,
• - eine zweite Spannung zu erzeugen, die für das Produkt der maximalen Nutzleistung des Wandlers und des ersten zyklischen Verhältnisses repräsentativ ist, und
• - die erste und die zweite Spannung zu vergleichen und eine Begrenzung der vom Wandler gelieferten Leistung durchzuführen, wenn die erste Spannung größer wird als die zweite.
• Die Erfindung ermöglicht es, auszunutzen,
• - einerseits, daß in jeder Vorrichtung zur Energieumwandlung mit geregelter Zerhackung die Regelschleife eine Umwandlung Eingangsspannung/zyklisches Verhältnis durchführt, wobei dieses letztere in Höhe der Steuerung des Zerhackers zugänglich ist, und
• - andererseits, daß das Produkt Spannung x zyklisches Verhältnis mit Hilfe einer einfachen Integrierschaltung sehr einfach zu erhalten ist.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens, wobei diese Vorrichtung den Schutz eines Wandlers vor Überlastungen gewährleistet, der mit einem von einer Primärquelle kommenden und gemäß einem ersten zyklischen Verhältnis gepulsten Strom gespeist wird, und die zu diesem Zweck eine erste Filterzelle, an die eine für die Stromstärke dieses gepulsten Stroms repräsentative Spannung angelegt wird, wobei diese erste Filterzelle so ausgebildet ist, daß sie eine Ausgangsspannung liefert, die für den Mittelwert der Stromstärke repräsentativ ist, und einen Komparator aufweist, der eine erste Spannung, die von der Ausgangsspannung abhängt, mit einer zweiten Spannung ver gleicht, die von einer Bezugsspannung abhängt, wobei dieser Komparator ein Fehlersignal liefert, das eine Begrenzung der vom Wandler gelieferten Leistung steuert, wenn die erste Spannung die zweite Spannung erreicht oder größer wird als diese.
• Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist
• - eine erste Integrierschaltung, deren Eingang alternativ mittels eines ersten Schalters mit dem Ausgang der ersten Filterzelle und mit einem Bezugspotential verbunden werden kann, wobei diese erste Integrierschaltung es ermöglicht, an ihrem Ausgang die erste Spannung zu liefern, die für das Produkt dieser Ausgangsspannung mit einem vom gepulsten Strom abgeleiteten zyklischen Verhältnis repräsentativ ist,
• - eine zweite Integrierschaltung, deren Eingang alternativ mittels eines zweiten Schalters mit der Bezugsspannung und mit einem Bezugspotential verbunden werden kann, wobei diese zweite Integrierschaltung es ermöglicht, an ihrem Ausgang die zweite Spannung zu liefern, die für das Produkt der Bezugsspannung mit dem ersten zyklischen Verhältnis repräsen tativ ist.
• Nachfolgend werden Ausführungsformen von Schutzvorrichtungen, die das erfindungsgemäße Verfahren verwenden, als nicht beschränkend zu verstehende Beispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• Figur 1 ist ein Schema, das es ermöglicht, das Betriebsprinzip einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung darzustellen, die auf eine Stromversorgung mit Zerhacker in direkter Phase (Wandler der Art Forward, Halb-Brücke, Brükke) angewendet ist.
• Figur 2 ist ein Schema, das es ermöglicht, das Betriebsprinzip einer Schutzvorrichtung darzustellen, die für eine Stromversorgung mit Zerhacker der Art fly-back verwendet wird.
• Die Figuren 3 und 4 sind Diagramme, die in Abhängigkeit von der Zeit für Veränderungen der Stromstärken Ip und Is sowie der Spannung VL der in Figur 2 gezeigten Schaltung für den Fall einer nie entmagnetisierten Induktanz (Figur 3) und für den Fall repräsentativ sind, in dem die Induktanz periodisch entmagnetisiert wird (Figur 4).
• Figur 5 ist ein Schema eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung zur Erfassung einer Grenzleistung, die in einer Stromversorgung mit Zerhacker der für die Figuren 1 und 2 beschriebenen Art verwendbar ist.
• Figur 6 zeigt eine Stromversorgung mit Zerhacker der Art fly back, mit periodisch entmagnetisierter Induktanz, die mit einer Schaltung ausgestattet ist, die es ermöglicht, ein Rechtecksignal einer Periode T zu erhalten, dessen Rechteckimpulsdauer gleich toff-tm ist.
• Figur 7 ist das Schema einer einfachen elektronischen Schaltung, die es ermöglicht, ein Produkt einer Spannung mit einer Zeit zu erhalten.
• Die in Figur 1 gezeigte Stromversorgung mit Zerhacker enthält eine Primärschaltung, die von einer Spannungsquelle VE gespeist wird und in Serie an den Klemmen AB dieser Quelle die Primärwicklung eines Transformators T&sub1;, einen steuerbaren Schalter S&sub1; und eine Erfassungs- und Filterzelle 10 für den Strom Ip aufweist, der in dieser Primärschaltung fließt.
• Die Sekundärwicklung des Transformators T&sub1; ist über eine ihrer Klemmen mit einer Ausgangsklemme A' der Stromversorgung über eine Schaltung verbunden, die in Serie eine in Leitrichtung gepolte Diode D&sub2; und eine Induktanz L&sub1; aufweist.
• Die andere Klemme der Sekundärwicklung ist verbunden:
• - mit der zweiten Klemme B' der Stromversorgung über eine direkte leitende Verbindung;
• - mit der Verbindungsstelle zwischen der Diode D&sub2; und der Induktanz L&sub1; über eine zweite Diode D&sub1; und mit der Ausgangsklemme A' über einen Kondensator C&sub1;, der einen Filter mit der Induktanz L&sub1; bildet.
• Die Wicklungsrichtungen der Spulen des Transformators T&sub1; sind so vorgesehen, daß die Energieübertragung zur Sekundärwicklung während der Erzeugung des Stroms Ip stattfindet.
• Der Schalter S&sub1; wird periodisch während einer Zeit ton geschlossen und während einer Zeit toff geöffnet, gemäß einer Zerhackungsperiode T, unter der Wirkung eines Rechteck-Steuersignals SC, das von einer Regelschaltung CR gesendet wird.
• Diese Schaltung CR dient dazu, das zyklische Verhältnis α = ton/T des Steuersignals in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der zwischen den Klemmen A', B' vorhandenen Ausgangsspannung VS und einem Sollwert VC zu regeln. Vorteilhafterweise ist diese Schaltung CR so ausgebildet, daß sie eine galvanische Isolierung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung gewährleistet (Isoliersperre BR, die durch T&sub1; verläuft und in unterbrochenen Linien dargestellt ist).
• Wenn man mit Ipm den Mittelwert des Primärstroms und mit n das Übersetzungsverhältnis bezeichnet, wird die Ausgangsspannung VS folgendermaßen ausgedrückt:
• VS = α x VE x n
• während die an der Klemme Pa absorbierte Leistung folgendermaßen ausgedrückt wird:
• Pa = VE x Ipm = VS x Ipm/αn
• Die Bedingung "Nutzleistung" ≤ "Soll-Leistung", die die Erfindung erfüllen will, um den Schutz der Stromversorgungs-Schaltung zu gewährleisten, kann dann folgendermaßen ausgedrückt werden:
• Pa = VS x Ipm/αn ≤ "Soll-Leistung"
• Die Soll-Leistung ist im Prinzip gleich maximal der Ausgangs-Nutzleistung vorgesehen.
• Diese Bedingung läuft auf die folgende Bedingung hinaus:
• Ipm ≤ K x α
• in der K ein konstanter Wert ist, der vom Wirkungsgrad η abhängt, der ausgedrückt wird:
• K = "Soll-Leistung" x n/VS x η
• Um die Bedingung "Nutzleistung" ≤ "Soll-Leistung" herzustellen, schlägt die Erfindung einfach vor, eine Bildspannung von Ipm mit einer zu α proportionalen Spannung zu vergleichen.
• Im in Figur 1 gezeigten Beispiel wird der Wert Ipm (mittlere Stromstärke des von der Quelle gelieferten Stroms) von einer Erfassungs- und Filterzelle 10 gemessen, die in Serie mit dem Schalter S1 angeordnet ist, während die zum zyklischen Verhältnis α proportionale Spannung Kα ausgehend vom Umschaltungs-Steuersignal Sc erarbeitet wird, das von der Regelschaltung CR geliefert wird.
• Die erfindungsgemäße Schutzschaltung besitzt also einen Komparator 11, der an seinen beiden Eingängen das Signal Ipm bzw. das Signal K x α empfängt.
• Wenn der Wert Ipm den Wert Kα erreicht, überträgt der Komparator zur Regelschaltung CR ein Begrenzungssignal L, das die von der Stromversorgung gelieferte Leistung begrenzt.
• Figur 2 zeigt eine Stromversorgung der Art Fly Back, bei der der Vierpol eine Primärschaltung aufweist, die zwischen den Klemmen A und B der Gleichstromquelle VE angeschlossen ist, wobei diese Schaltung in Serie mit der Primärwicklung B&sub1; einer Induktanz L&sub2; einen steuerbaren Schalter S&sub2; und eine Erfassungs- und Filterzelle 12 aufweist, die den mittleren Strom Ipm bestimmen kann, der sie durchquert.
• Die Sekundärschaltung dieser Stromversorgung enthält in Serie zwischen den Ausgangsklemmen A', B' eine Sekundärwicklung B&sub2; der Induktanz L&sub2; und eine Diode D&sub2; in Leitrichtung. Ein Filterkondensator C&sub2; ist außerdem zwischen diesen Klemmen A', B' angeordnet.
• In einer solchen Schaltung wird die beim Schließen des Schalters S&sub2; übertragene Energie in einer ersten Phase (Phase der Magnetisierung) in der Induktanz L&sub2; gespeichert und wird dann während einer zweiten Phase (Phase der Entmagnetisierung) zur Last übertragen.
• Wie im vorhergehenden Beispiel wird der Schalter S&sub2; von einer Regelschaltung CR gesteuert, die die Ausgangsspannung VS auf einem Sollwert halten soll.
• Die in dieser Figur beschriebene Stromversorgung besitzt zwei Betriebsmodi, nämlich:
• - einen ersten Betriebsmodus, während dem die Induktanz L&sub2; nie entmagnetisiert bleibt; und
• - einen zweiten Betriebsmodus, während dem die Induktanz L&sub2; während eines Zeitraums ungleich Null im entmagnetisierten Zustand bleibt.
• Figur 3 zeigt die Veränderung in der Zeit des Primärstroms Ip, des Sekundärstroms IS sowie der Spannung VL der in Figur 2 gezeigten Schaltung.
• Wie man sehen kann, sind die Ströme Ip und IS trapezförmige gepulste Ströme, wobei der Strom IS während der Schließzeiten ton des Schalters S&sub2; Null ist, im Gegensatz zum Strom Ip, der während der Öffnungszeiten toff des Schalters S&sub2; Null ist. Die Spannung VL an den Klemmen der Primärwicklung B&sub1; hat niemals den Wert Null. Während der Schließzeit des Schalters hat sie eine Wert U, während sie während der Öffnungszeit des Schalters (Phase der Entmagnetisierung) einen Wert - VS/n aufweist (n ist das Übersetzungsverhältnis n = NS/Np = Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung/Anzahl der Windungen der Primärwicklung).
• Aufgrund des Prinzips der Bewahrung der Energie ist die mittlere Spannung an den Klemmen der Primärwicklung B&sub1; gleich Null, was sich durch die folgende Gleichung ausdrückt:
• VE x ton - VS x toff/n = 0
• Die Spannung VE wird dann folgendermaßen ausgedrückt:
• VE = VS(1/n) x toff/ton = VS x (1 - α)/(α x n) mit α = tonit und (1 - α) = toff/T.
• Da η der Wirkungsgrad der Stromversorgung ist, kann die Nutzleistung Pu folgendermaßen geschrieben werden:
• Pu = η x Ipm x VE = Ipm x VS x η/n x (1 - α)/α
• Die Bedingung, bei der die Nutzleistung einen Sollwert nicht übersteigen kann, kann sich dann in äquivalenter Weise ausdrücken:
• Ipm x (1 - α) ≤ K α
• wobei K ein konstanter Wert ist, der als Ausdruck hat:
• K = "Soll-Leistung" x n/ηVS
• Diese Bedingung kann leicht ausgeführt werden, indem man eine Spannung proportional zur Stromstärke Ipm und zum zyklischen Verhältnis (1 - α) mit einer Spannung proportional zum zyklischen Verhältnis α vergleicht.
• Auch hier verwendet die erf indungsgemäße Schutzschal tung einen Komparator 13, der an seinen beiden Eingängen eine für das Produkt Ipm(1 - α) bzw. eine für das Produkt K α repräsentative Spannung empfängt, wobei die Werte (1 - α) und α ausgehend vom Steuersignal der Umschaltung des Schalters S&sub2; entnommen werden.
• In analoger Weise zur vorhergehenden wirkt der Komparator 13 auf die Regelschaltung CR ein, um die Leistung der Stromversorgung zu begrenzen, wenn das Produkt Ipm(1 - α) gleich dem oder größer als das Produkt K α wird.
• Wenn die in Figur 2 gezeigte Stromversorgung gemäß dem zweiten Betriebsmodus arbeitet (entmagnetisierte Induktanz), sind die Ströme Ip und IS dreieckige gepulste Ströme, im wesentlichen in entgegengesetzer Phase (Figur 4). Die Spannung VL nimmt den Wert VE während der Zeit ton an. Während der Zeit toff geht sie zuerst auf einen Wert - VS/n und annuliert sich dann während einer Zeit tm, die in toff enthalten ist.
• In diesem Fall bleiben alle Beziehungen, die für den ersten Betriebsmodus erstellt wurden, gültig, jedoch unter der Bedingung, daß die Zeiten toff durch toff-tm und das zyklische Verhältnis (1 - α) durch (1 - α - tm/T) = 1 - β ersetzt werden, mit β = α + tm/T.
• Wenn man will, daß die Nutzleistung unterhalb eines Sollwerts bleibt, ist die zu respektierende Bedingung dann:
• Ipm x (1 - β) ≤ K α
• In Höhe der in Figur 2 gezeigten Schaltung reicht es, an die beiden Eingänge des Komparators 13 für Ipm (1 - β) bzw. K α repräsentative Spannungen anzulegen.
• Die für K α repräsentative Spannung wird ausgehend vom Steuersignal des Zerhackerschalters S&sub2; erhalten.
• Die Ausarbeitung einer für das Zeitintervall toff - tm repräsentativen Größe basiert auf der Tatsache, daß, solange die Entmagnetisierung der Induktanz nicht vollständig ist, eine Spannung an den Klemmen der Wicklungen der Induktanz vorliegt.
• Mit Hilfe einer Vorrichtung der in Figur 6 gezeigten Art ist es so möglich, ein Rechtecksignal zu erhalten, bei dem jeder Rechteckimpuls eine für das Intervall toff- tm repräsentative Breite aufweist.
• Diese Vorrichtung kann wie gezeigt eine Sekundärwicklung B&sub3; der Induktanz L&sub2; aufweisen, an deren Klemmen in Serie eine Diode D&sub3; und eine Spannungsteilerbrücke R&sub2;, R&sub3; angeordnet sind, die die Polarisierung der Basis eines NPN-Transistors T&sub1; gewährleistet. Der Kollektor dieses Transistors T&sub1; ist mit einer Gleichspannungsquelle V&sub1; über einen Widerstand R&sub4; verbunden, während sein Emitter an Masse liegt.
• Während jeder der Entmagnetisierungsphasen der Induktanz L&sub2; (toff-tm) ist so der Transistor T&sub1;, der vom durch die Diode D&sub3; in Leitrichtung fließenden Strom vorgespannt ist, leitend, und seine Emitter/Kollektor-Spannung ist im wesentlichen Null. Sowohl während der Magnetisierungsphasen ton als auch während der Perioden tm, in denen die Spannung an den Klemmen der Induktanz L&sub2; sich annuliert, hat dagegen der Transistor T&sub1;, dessen Basis auf Massepotential gebracht wird (kein Strom fließt in der Brücke) eine Emitter/Kollektor- Spannung im wesentlichen in Höhe derjenigen der Quelle.
• Man erhält so am Kollektor des Transistors T&sub1; eine Rechtecksignal, dessen Intervall zwischen den Rechteckimpulsen gleich toff-tm ist.
• Die Herstellung eines Produckts Spannung x zyklinisches Verhältnis, wie das Produkt Ipm x (1 - α), das Produkt K x α oder sogar das Produkt Ipm (1 - β), kann mittels einer einfachen elektronischen Schaltung erhalten werden, wie sie in Figur 7 dargestellt ist, die aus einem Vierpol besteht, der zwei Eingänge A&sub2;, B&sub2;, die je mit einem von zwei festen Kontakten eines Schalters S&sub3; verbunden sind, und zwei Ausgangsklemmen A'&sub2;, B'&sub2; aufweist, von denen eine direkt mit der Einglangsklemme verbunden ist, während die andere mit dem beweglichen Kontakt des Schalters S&sub3; über einen Widerstand R&sub5; verbunden ist. Dieser Widerstand R&sub5; ist Teil eines Filters R&sub5;, C&sub3;, dessen Kondensator C&sub3; zwischen den beiden Klemmen A'&sub2;, B'&sub2; angeordnet ist.
• Doe Spannung V&sub2;, die amn mit einem zyklischen Verhältnis ta/T multiplizieren will, wird zwischen den Eingenagsklemmen A&sub2;, B&sub2; angelegt, während der Schalter S&sub3; von einem Rechtecksignal einer Period T gesteuert wird, dessen Rechteckimpulse alle die Dauer ta haben. Während jedes Rechteckimpulses leitet der Schalter S&sub3; die zu multiplizierende Spannung V&sub2; an die Filterzelle R&sub5;, C&sub3;, während im Verlauf der Intervalle zwischen den Rechteckimpulsen der Schalter S&sub3; an die Zelle R&sub5;, C&sub3; eine Nullspannung anlegt.
• Die Spannung V&sub3; an den Klemmen A'&sub2;, B'&sub2; der Schaltung hat dann den Ausdruck
• V&sub3; = V&sub2; x ta/T + 0 x to T wobei T = ta + to
• = V&sub2; x α wobei α das zykliche Verhältnis des Rechtecksignals ta/T ist
• = V&sub2;/T x ta
• Es zeigt sich also, daß es aufgrund einer solchen Schaltung möglich ist, sehr einfach und zu geringen Kosten das Produkt einer Spannung V&sub2; mit einem zyklischen Verhältnis α eines Rechtecksignals durchzuführen.
• Diese Schaltung wird in der in Figur 5 gezeigten Grenzleistungs-Erfassungsvorrichtung angewendet, die in einer Schutzschaltung wie den in den Figuren 1 und 2 gezeigten anwendbar ist.
• In diesem Beispiel wurde nur der Zerhackerschalter S der Zerhacker-Stromversorgung in Serie mit einem Widerstand Ro der Stromerfassung dargestellt, wobei selbstverständlich diese Stromversorgung von der Art in direkter Phase, wie in Figur 1 gezeigt, von der Art fly back mit nie entmagnetisierter Induktanz, oder mit entmagnetisierter Induktanz wie in Figur 2 dargestellt sein kann.
• Die Spannung an den Klemmen des Widerstands Ro wird an eine Filterzelle angelegt, die einen Widerstand R&sub6; und einen Kondensator C&sub6; aufweist, deren Werte so bestimmt werden, daß an den Klemmen des Kondensators C&sub6; eine für den mittleren Wert Ipm des Stroms Ip, der in der Primärwicklung der Zerhacker-Stromversorgung fließt, repräsentative Spannung erhalten wird.
• Dieser Kondensator C&sub6; ist außerdem mit den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers IC&sub1; verbunden, dessen Verstärkungsgrad mit Hilfe eines Potentiometers P&sub1; einstellbar ist und der eine einstellbare Ausgangs-Gleichspannung V&sub4; liefert.
• Diese Spannung V&sub4; wird an einen der beiden Eingänge 16 eines Schalters S&sub4; angelegt, dessen anderer Eingang 17 mit Masse verbunden ist (Spannung 0V). Der Ausgang 18 dieses Schalters S&sub4; ist mit einer Filterzelle verbunden, die in Serie einen Widerstand R&sub7; und einen an Masse gelegten Kondensator C&sub7; aufweist. Die Einheit Schalter S&sub4; - Filterzelle R&sub7;, C&sub7; bildet eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Spannung V&sub4;, die für die Stromstärke Ipm repräsentativ ist, mit einem ersten Faktor zu multiplizieren, der das zyklische Verhältnis (1 - α) des Steuersignals des Schalters 5 oder das oben erwähnte zyklische Verhältnis (1 - β) sein kann.
• Die Spannung V&sub5; an den Klemmen des Kondensators C&sub7; (die für das erwähnte Produkt repräsentativ ist) wird an den direkten Eingang eines Operationsverstäkers IC&sub2; angelegt, der hier als Komparator dient.
• Der invertierende Eingang des Verstärkers IC&sub2; empfängt seinerseits die Ausgangsspannung V&sub6; einer Schaltung der Art, die in Figur 7 dargestellt ist, die das Produkt einer Bezugsspannung Vref mit einem zweiten zyklischen Verhältnis erzeugt, das von der gleichen Art wie das erste ist.
• Diese Schaltung enthält einen Schlater S&sub5;, dessen einer Eingang 19 mit einer Spannungsquelle Vref und dessen anderer Eingang 20 mit Masse verbunden ist (0V). Der Ausgang 21 ist mit einer Filterzelle verbunden, die in Serie eine Widerstand R&sub8; und einen an Masser liegenden Kondensator C&sub8; aufweist. Die and der Verbindungsstelle zwischen den Widerstand R&sub8; und dem Kondensator C&sub8; vorhandene Spannung wird an den negativen Eingang des Operationsverstärkers IC&sub2; angelgt.
• Wenn die Stromversorgung eine Umwandlung in direkter Phase durchführt (Fall der in Figur 1 gezeigten Schaltung), ist der Ausgang 18 des Schlaters S&sub4; permanent mit dem Eingang 16 verbunden, während der Schalter S&sub5; vom Steuersignal SC des Schalters S gesteuert wirdm um an die Zelle R&sub8;, C&sub8; die Spannung Vref während der Zeiten ton dieses Steuersignals SC anzulegen.
• In diesem Fall vergleicht der Verstärke IC&sub2; die Spannung V&sub4;, die für die mittlere Stromstärke Ipm repräsentativ ist, und die Spannung V&sub6;, die dann (bis aud einen Verstärkungsgrad) für das zyklische Verhältnis a des Steuersignals SC des Zerhackerschlaters S repräsentativ ist.
• Der Verstärker IC&sub2; ist so ausgebildet, daß er ein Fehlersignal liefert, wenn die Spannung V&sub5; gleich der oder größer als die Spannung V&sub6; wird.
• Wenn die Stromversorgung von der Art "fly back" mit unvollständiger Entmagnetisierung ist, wird der Schalter S&sub4; vom Steuersignal SC so gesteuert, daß er die Spannung V&sub4; an die Zelle R&sub7;, C&sub7; während der Zeiten toff des Steuersignals SC anlegt. Der Schlater S&sub5; wird von diesem gleichen Signal SC gesteuert, aber derart, daß an die Zelle R&sub6;, C&sub8; während der Zeiten ton des Steuersignals SC die Spannung Vref angelegt wird.
• In diesem Fall vergleicht der Komparator IC&sub2; die Spannung V&sub4;, die für das Produkt Ipm x (1 - α) repräsentativ ist, mit der Spannung V&sub6;, die für die Spannung Vref multipliziert mit dem zyklischen Verhältnis ci repräsentativ ist (Herstellung der Bedingung Ipm x (1 - α) ≤ K α)
• Wenn die Stromversorgung von der Art "fly back" mit periodisch entmagnetisierter Induktanz ist, wird der Schalter S&sub4; von einem Signal der Art gesteuert, das von der in Figur 6 dargestellten Schaltung erzeugt wird, um die Spannung V&sub4; an die Zelle R&sub7;, C&sub7; während der Zeitintervalle toff-tm des gepulsten Stroms anzulegen, der in der Induktanz L&sub2; fließt. Der Schalter S&sub5; wird seinerseits vom Steuersignal SC des Schalters I gesteuert, um an die Zelle R&sub8;, C&sub8; während der Zeiten ton die Spannung Vref anzulegen.
• Der Komparator IC&sub2; überprüft dann die Bedingung:
• Ipm x (1 - β) ≤ K α
• wobei β = (ton - tm)/T
• und sendet ein Fehlersignal, wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist.

Claims (12)

1. Verfahren zum Schutz gegen Überlastungen für einen elektrischen Wandler, der mit einem Strom (Ip) gespeist wird, welcher von einer Primärquelle (VE) kommt und gemäß einem ersten zyklischen Verhältnis (α) gepulst wird, wobei dieses Verfahren darin besteht:

- eine erste Spannung zu erzeugen, die für den Mittelwert (Ipm) des gepulsten Stroms oder das Produkt dieses Mittelwerts (Ipm) mit einem zweiten zyklischen Verhältnis, das vom gepulsten Strom abgeleitet wird, repräsentativ ist,

- eine zweite Spannung (Kα) zu erzeugen, die für das Produkt der maximalen Nutzleistung des Wandlers und des ersten zyklischen Verhältnisses (α) repräsentativ ist, und

- die erste und die zweite Spannung zu vergleichen und eine Begrenzung der vom Wandler gelieferten Leistung durchzuführen, wenn die erste Spannung größer wird als die zweite.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste zyklische Verhältnis (α) des gepulsten Stroms so eingestellt ist, daß die Ausgangsspannung des Wandlers konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Wandler von der Art mit Umwandlung in direkter Phase ist, daß die erste Spannung für den Mittelwert (Ipm) des gepulsten Stroms repräsentativ ist und daß die zweite Spannung für die maximale Nutzleistung des Wandlers repräsentativ ist, multipliziert mit dem ersten zyklischen Verhältnis (α) des gepulsten Stroms und dem Übersetzungsverhältnis (n) des Wandlers, und dividiert durch das Produkt der Ausgangsspannung (VS) des Wandlers mit dem Wirkungsgrad (η) des Wandlers.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Wandler von der Art flyback mit nie entmagnetisierter Induktanz ist, daß die erste Spannung für das Produkt des Mittelwerts (Ipm) des gepulsten Stroms mit dem zyklischen Verhältnis (1 - α) der Unterbrechungen dieses Stroms repräsentativ ist und daß die zweite Spannung für die maximale Nutzleistung des Wandlers multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis (n) und dem ersten zyklischen Verhältnis (α) und dividiert durch das Produkt der Ausgangsspannung (VS) des Wandlers mit dem Wirkungsgrad (η) dieses Wandlers repräsentativ ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Wandler von der Art fly back mit periodisch entmagnetisierter Induktanz ist und daß die erste Spannung für das Produkt

Ipm x (toff-tm)/T

repräsentativ ist, wobei

Ipm der Mittelwert des gepulsten Stroms ist,

toff das Zeitintervall zwischen den Impulsen des gepulsten Stroms darstellt und

tm die Zeitperiode darstellt, während der die Spannung an den Klemmen der Primärwicklung (B&sub1;) der Induktanz (L&sub2;) des Wandlers sich annuliert,

T die Periode der Unterbrechung des gepulsten Stroms darstellt,

und daß die zweite Spannung für das Produkt

K x ton/T

repräsentativ ist, wobei

K ein Wert repräsentativ für die maximale Nutzleistung des Wandlers multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis (n) des Wandlers und dividiert durch das Produkt der Ausgangsspannung (VS) des Wandlers mit dem Wirkungsgrad (η) dieses Wandlers ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkte aus einem Wert und einem zyklischen Verhältnis erhalten werden, indem alternativ eine für diesen Wert repräsentative Spannung und ein Bezugspotential (0V) auf eine Filterzelle der Art Integrator während Zeitspannen geleitet werden, die je für das zyklische Verhältnis repräsentativ sind.

7. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese Vorrichtung den Schutz eines Wandlers vor Überlastungen gewährleistet, der mit einem von einer Primärquelle (VE) kommenden und gemäß einem ersten zyklischen Verhältnis (α) gepulsten Strom gespeist wird, und die zu diesem Zweck eine erste Filterzelle (R&sub6;, C&sub6;, IC&sub1;), an die eine für die Stromstärke (Ip) dieses gepulsten Stroms repräsentative Spannung angelegt wird, wobei diese erste Filterzelle (R&sub6;, C&sub6;, IC&sub1;) so ausgebildet ist, daß sie eine Ausgangsspannung (V&sub4;) liefert, die für den Mittelwert (Ipm) der Stromstärke (Ip) repräsentativ ist, und einen Kom parator (IC&sub2;) aufweist, der eine erste Spannung (V&sub5;), die von der Ausgangsspannung (V&sub4;) abhängt, mit einer zweiten Spannung (V&sub6;) vergleicht, die von einer Bezugsspannung (Vref) abhängt, wobei dieser Komparator (IC&sub2;) ein Fehlersignal liefert, das eine Begrenzung der vom Wandler gelieferten Leistung steu ert, wenn die erste Spannung (V&sub5;) die zweite Spannung (V&sub6;) erreicht oder größer wird als diese,

dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist

- eine erste Integrierschaltung (R&sub7;, C&sub7;), deren Eingang alternativ mittels eines ersten Schalters (S&sub4;) mit dem Ausgang der ersten Filterzelle (R&sub6;, C&sub6;, IC&sub1;) bzw. mit einem Bezugspotential (0V) verbunden sein kann, wobei diese erste Integrierschaltung (R&sub7;, C&sub7;), es ermöglicht, an ihrem Ausgang die erste Spannung (V&sub5;) zu liefern, die für das Produkt dieser Ausgangsspannung (V&sub4;) mit einem vom gepulsten Strom abgeleiteten zyklischen Verhältnis repräsentativ ist,

- eine zweite Integrierschaltung (R&sub8;, C&sub8;), deren Eingang alternativ mittels eines zweiten Schalters (S&sub5;) mit der Bezugsspannung (Vref) bzw. mit einem Bezugspotential (0V) verbunden sein kann, wobei diese zweite Integrierschaltung (R&sub8;, C&sub8;) es ermöglicht, an ihrem Ausgang die zweite Spannung (V&sub6;) zu liefern, die für das Produkt der Bezugsspannung (Vref) mit dem ersten zyklischen Verhältnis (α) repräsentativ ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 für einen Wandler, der eine Wandlung in direkter Phase durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (S&sub4;) so gesteuert wird, daß er kontinuierlich an den Eingang der ersten Integrierschaltung (R&sub7;, C&sub7;) die für die mittlere Stromstärke (Ipm) des gepulsten Stroms repräsentative Spannung anlegt, und daß der zweite Schalter (S&sub5;) so gesteuert wird, daß er die Bezugsspannung (Vref) an die zweite Integrierschaltung (R&sub8;, C&sub8;) während Zeitperioden ton überträgt, die den Impulsen des gepulsten Stroms entsprechen, und eine Nullspannung während Zeitperioden toff, die den Intervallen zwischen den Impulsen dieses Stroms entsprechen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 für einen Wandler der Art fly-back mit unvollständiger Entmagnetisierung, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (S&sub4;) so gesteuert wird, daß er an den Eingang der ersten Integrierschaltung (R&sub7;, C&sub7;) die für die mittlere Stromstärke (Ipm) des gepulsten Stroms (Ip) repräsentative Spannung während der Zeitperioden toff anlegt, die den Intervallen zwischen den Impulsen des gepulsten Stroms entsprechen, und eine Nullspannung während der Zeitperioden ton, die diesen Impulsen entsprechen, und daß der zweite Schalter (S&sub5;) so gesteuert wird, daß er an den Eingang der zweiten Integrierschaltung (R&sub8;, C&sub8;) die Bezugsspannung (Vref) während der Zeitperioden ton anlegt, die diesen Impulsen entsprechen, und eine Nullspannung während der Zeitperioden toff, die den Intervallen zwischen den Impulsen entsprechen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 für einen Wandler der Art fly-back mit vollständiger Entmagnetisierung, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste Schalter (S&sub4;) so gesteuert wird, daß er an den Eingang der ersten Integrierschaltung (R&sub7;, C&sub7;) die für die mittlere Stromstärke (Ipm) des gepulsten Primärstroms (Ip) repräsentative Spannung während der Intervalle toff-tm der Periode (T) des gepulsten Stroms anlegt, wobei toff das Zeitintervall zwischen den Impulsen des gepulsten Stroms und tm die Zeit dieser Periode ist, während der die Spannung an den Klemmen der Primärwicklung (B&sub1;) der Induktanz (L&sub2;) des Wandlers sich annuliert, und daß der zweite Schalter (S&sub5;) so gesteuert wird, daß er an den Eingang der zweiten Integrierschaltung (R&sub8;, C&sub8;) die Bezugsspannung (Vref) während der Zeitperioden ton anlegt, die diesen Impulsen entsprechen, und eine Nullspannung während der Zeitperioden toff, die den Intervallen zwischen den Impulsen entsprechen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filterzelle eine Schaltung enthält, die in Serie einen Widerstand (R&sub6;) und einen mit Masse verbundenen Kondensator (C&sub6;) aufweist, wobei die am Verbindungspunkt zwischen diesem Widerstand (R&sub6;) und diesem Kondensator (C&sub6;) vorhandene Spannung an den Eingang eines Operationsverstärkers (IC&sub1;) mit regelbarem Verstärkungsgrad angelegt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (S&sub4;) von einem Signal gesteuert wird, das am Kollektor eines Transistors (T&sub1;) entnommen wird, dessen Basis von einer Spannungsteilerbrücke (R&sub2;, R&sub3;) polarisiert wird, die in Serie in einer Schaltung angeordnet ist, welche eine Diode (D&sub3;) und eine Sekundärwicklung (B&sub3;) der Induktanz (L&sub2;) des Wandlers enthält, dessen Primärwicklung (B&sub1;) von diesem von der Primärquelle (VE) kommenden gepulsten Strom durchflossen wird.