WO2002061933A1 - Elektrische schaltungsanordnung - Google Patents

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Ewald Bayer
Walter Beck
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Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit arrangement according to the preamble of claim 1.
  • it is a circuit arrangement for the energy supply of a control circuit of a household appliance.
  • the invention has for its object to provide a circuit arrangement of the type mentioned, in which the risk of overvoltage in the circuit arrangement or the output-side working voltage is eliminated.
  • a monitoring circuit which advantageously has a device or component group for detecting the voltage value or voltage limit value with regard to an overvoltage.
  • the monitoring circuit can advantageously be separated from the first control circuit and connected in parallel with it and connected to the switching control IC. If the working voltage on the secondary side of the transmitter set by the first control circuit with the switching control IC is exceeded due to any fault, the corresponding device of the monitoring circuit detects it. The monitoring circuit is then activated and stops the energy transmission via the transformer. According to the invention, there are several possibilities for this. In one of these, the monitoring circuit switches off the first control circuit via the switching control IC or by connecting the first control circuit to it. In this way, the first control loop is prevented from generating the overvoltage of the working voltage.
  • the switching control IC is switched off by the monitoring circuit, so that there is also no energy transmission via the transformer controlled by the switching control IC.
  • the entire circuit arrangement, and in particular the downstream circuit, is protected against overvoltage or the resulting interference. To repair the whole Circuitry only needs to be replaced with the defective component or the corresponding defective assembly.
  • the first control circuit in particular also the monitoring circuit, can preferably have a switching element for the electrical isolation of the two circuits of the transformer. This can be an optocoupler, for example.
  • Zener diodes can also be used to set the desired working voltage on the secondary side of the transformer.
  • the voltage limit value can be determined by the choice of the appropriate Zener diode, advantageously together with a resistor in the monitoring circuit.
  • the monitoring circuit preferably switches off the first control loop permanently.
  • the monitoring circuit particularly preferably has its own voltage connection in order to be able to operate in a self-holding manner.
  • the monitoring circuit can have an optocoupler with a thyristor or triac.
  • the self-holding operation can be carried out by supplying the holding current of the thyristor or triac from the switching control IC.
  • the circuit module can advantageously remain conductive in the de-energized state and thus keep the first control circuit in the switching control IC switched off. In this way it can be ensured that the shutdown of the first control loop is safe and permanent. For example, after switching off and on or pulling out a plug of the device does not cause the same fault again. Thus, the error state remains stored in the monitoring circuit and it keeps the first control circuit switched off permanently.
  • a protective resistor for example between the switching control IC and the optocoupler in the monitoring circuit, can limit a power loss in the switching control IC.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.
  • the drawing shows a possible circuit arrangement for supplying energy to the control of a household appliance.
  • FIG. 1 An exemplary circuit arrangement 11 according to the invention is shown in FIG. 1.
  • a rectifier is connected to the mains input voltage, usually 230 volts.
  • This is followed by an intermediate circuit with an electrolytic capacitor and a capacitor for voltage smoothing.
  • a freewheeling circuit follows with a resistor and a con- capacitor, which could also be replaced by a Zener diode.
  • the freewheeling circuit also has a normal diode.
  • a transformer 12 connects to the freewheeling circuit with its primary side. Furthermore, a switching control IC 13 is provided.
  • the switching control IC 13 is advantageously a TNY254P or TNY255P in this example.
  • the secondary side of the transformer 12 is connected to two supply connections for control electronics or the like via a diode, which should be a fast diode, and a further electrolytic capacitor. One of them is a ground connection.
  • a first optocoupler OK1 is connected to the secondary side of the transformer 12 via a resistor R1 and a Zener diode ZD1. In this circuit example, these components form the first control circuit 15, which of course can also be designed differently.
  • the output of the optocoupler OK1 is connected to a connection EN and an internal ground connection of the switching control IC 13.
  • the voltage on the secondary side is generated in that the primary side of the transformer 12 is charged with energy by means of the switching control IC 13 and emits it with a translated voltage ratio on the secondary side.
  • the secondary-side working voltage is limited to a desired value, determined by the threshold voltage of the Zener diode ZD1. This is done by the Zener diode ZD1 switching on when the threshold voltage is exceeded and the switching control IC 13 being regulated down by the optocoupler OK1.
  • the optocoupler is used primarily because of the galvanic isolation between the circuits of the transmitter 12.
  • the secondary voltage of the transformer 12 is kept or stabilized at a certain value of the working voltage for the connected control electronics or the like.
  • a resistor R2 a Zener diode ZD2 and an optocoupler OK2 are provided here by way of example as the monitoring circuit 17 according to the invention.
  • An output of the optocoupler OK2 is connected to a connection BP (bypass) and another output to internal connections S1 to S5 of the switching control IC 13.
  • a resistor R3 is provided as a protective resistor for limiting the leakage current in the switching control IC 13.
  • thyristor or triac output for example TLP 3052
  • TLP 3052 can be used as optocouplers.
  • Zener diodes ZD1 and ZD2 unijunction transistors or diacs can be used. Information about the other advantages is irrelevant and will be spared for the sake of brevity, since the person skilled in the art will choose it based on his specialist knowledge after use.
  • the Zener diode ZD1 and the resistor R1 set the working voltage to 12 volts, that is to say 11 volts and 1 volt internally for the optocoupler OK1.
  • the optocoupler OK1 stabilizes the working voltage to this voltage value, so that the switching control IC 13 does not set a higher working voltage when the transformer 12 is being charged.
  • the values for the output power of the circuit arrangement 11 are in the range of a few VA, for example 5 to 10 VA.
  • the optocoupler OK1 can fail and the switching control IC 13 can then try to transmit a maximum of energy via the transformer 12 and thus set an excessively high secondary voltage. This increases the working voltage.
  • ZD2 and R2 for example, 15 volts can be set as the limit value. If the working voltage exceeds this Limit value, the monitoring circuit 17 or the optocoupler OK2 is activated. The overvoltage is determined by switching through the Zener diode ZD2.
  • the optocoupler OK2 then switches off the first control circuit 15 by removing the voltage from the connection EN of the switching control IC 13 via the connection BP and thus switching off the first control circuit or the connection EN. Now the switching control IC 13 can no longer bring energy to the secondary side by means of the transformer 12.
  • the voltage state on the OK2 optocoupler is operated in a latching manner via the BP connection. This is a kind of self-storage of the switching state of the monitoring circuit 17, as a result of which the first faulty control circuit 15 remains switched off permanently.

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Abstract

Durch die Erfindung kann beispielhaft eine Schaltungsanordnung (11) geschaffen werden, die folgende Merkmale aufweist:Ein Schaltnetzteil mit einem Übertrager (12), ein Gleichrichterteil mit anliegender Eingangswechselspannung, ein Schaltregel-IC (13), einen ersten Regelkreis (15) mit einem ersten Optokoppler (OK1), wobei der erste Regelkreis mit dem Schaltregel-IC (13) verbunden ist und mittels einer Zener-Diode (ZD1) eine bestimmte Arbeitsspannung einstellt, eine Überwachungsschaltung (17) mit einem zweiten Optokoppler (OK2) und einer Einrichtung (R2, ZD2) zur Detektierung eines Spannungsgrenzwertes aufweist. Die Überwachungsschaltung ist parallel zu dem ersten Regelkreis geschaltet und davon getrennt angesteuert; außerdem ist sie an das Schaltregel-IC (13) angeschlossen und bei einem von dem ersten Regelkreis durch einen Fehlerfall erzeugten Überschreiten der Arbeitsspannung über einen bestimmten Spannungsgrenzwert schaltet die Überwachungsschaltung den ersten Regelkreis über einen Anschluss (BP) am Schaltregel-IC ab. Als Vorteil ergibt sich hier vor allem, dass durch den fehlerhaften ersten Regelkreis keine Beschädigung von Bauteilen mehr durch Überspannung erfolgen kann.

Description

Beschreibung Elektrische Schaltungsanordnung
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um eine Schaltungsanordnung für die Energieversorgung einer Steuerungsschal- tung eines Haushaltsgeräts.
Bei Schaltungsanordnungen dieser Art können Fehler auftreten, die sich vor allem bei dem ersten Regelkreis fatal auswirken können. Wie bei allen Schaltnetzteilen besteht die Gefahr der ausgangsseitigen Über- Spannung im Falle einer offenen Ausgangs-Regelschleife. Eine offene Ausgangs-Regelschleife kann entstehen durch Lötfehler, schlechte Lötstellen oder durch Bauteilfehler. Im Falle einer offenen Ausgangs- Regelschleife erreicht die Ausgangsspannung gefährlich hohe Werte, weil das Schaltnetzteil - bedingt durch die fehlerhafte Regelgröße - dauernd versucht, den Ausgangs-Spannungswert zu erreichen und aus diesem Grund mit seiner größtmöglichen Leistung arbeitet. Bei einem Fehlerfall kann es vorkommen, dass beispielsweise durch einen Bauteilfehler ein Optokoppler im ersten Regelkreis eine höhere Spannung als die vorgesehene Arbeitsspannung einzustellen versucht über das Schaltregel-IC. Ein solcher Fehler kann zur Folge haben, dass die für Schutzkleinspannungen maximal zulässige Spannung überschritten wird, Elkos oder Bauteile der versorgten Schaltung oder Steuerung beschädigt werden und dass Brandgefahr besteht.
AUFGABE UND LÖSUNG Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Gefahr einer Überspannung in der Schaltungsanordnung bzw. der ausgangsseitigen Arbeitsspannung beseitigt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden näher beschrieben. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß wird somit eine Überwachungsschaltung vorgesehen, die vorteilhaft eine Einrichtung oder Bauteilgruppe zur Detektierung des Spannungswerts bzw. Spannungsgrenzwerts im Hinblick auf eine Über- Spannung aufweist. Dabei kann die Überwachungsschaltung vorteilhaft von dem ersten Regelkreis getrennt und parallel zu ihm geschaltet sowie an das Schaltregel-IC angeschlossen sein. Beim Überschreiten der von dem ersten Regelkreis mit dem Schaltregel-IC eingestellten Arbeitsspannung an der Sekundärseite des Übertragers durch einen beliebigen Fehlerfall detektiert die entsprechende Einrichtung der Uberwachungsschaltung dieses. Daraufhin wird die Überwachungsschaltung aktiviert und stoppt die Energieübertragung über den Übertrager. Dazu gibt es erfindungsgemäss mehrere Möglichkeiten. Bei einer davon schaltet die Überwachungsschaltung den ersten Regelkreis über das Schaltregel-IC bzw. den Anschluss des ersten Regelkreises daran ab. Auf diese Weise wird der erste Regelkreis daran gehindert, die Überspannung der Arbeitsspannung zu erzeugen. Bei einer weiteren Möglichkeit wird das Schaltregel-IC durch die Überwachungsschaltung abgeschaltet, so dass auch keine Energieübertragung über den von dem Schaltregel-IC ange- steuerten Übertrager erfolgt. Die gesamte Schaltungsanordnung sowie vor allem die nachgeschaltete Schaltung ist vor Überspannung oder daraus resultierender Störung geschützt. Zur Reparatur der gesamten Schaltungsanordnung braucht nur das defekte Bauteil oder die entsprechende defekte Baugruppe ausgetauscht zu werden.
Des weiteren kann durch die Abschaltung der Spannungsversorgung mittels der Überwachungsschaltung ein Bediener auf den Fehlerfall aufmerksam gemacht werden. Es ist möglich, andere Anzeigen, wie optische oder akustische, zu aktivieren.
Bevorzugt kann der erste Regelkreis, insbesondere auch die Überwach- ungsschaltung, ein Schaltelement zur galvanischen Trennung der beiden Stromkreise des Übertragers aufweisen. Dies kann beispielsweise ein Optokoppler sein.
Eine Möglichkeit zur Feststellung des Überspannungsfalles besteht da- rin, Zener-Dioden zu verwenden. Diese können auch für die Einstellung des Wertes der gewünschten Arbeitsspannung an der Sekundärseite des Übertragers verwendet werden. Durch die Wahl der entsprechenden Zener-Diode, vorteilhaft zusammen mit einem Widerstand in der Uberwachungsschaltung, kann der Spannungsgrenzwert festgelegt werden.
Bevorzugt schaltet die Überwachungsschaltung den ersten Regelkreis dauerhaft ab. Besonders bevorzugt weist die Überwachungsschaltung einen eigenen Spannungsanschluss auf, um selbsthaltend betrieben werden zu können. Beispielsweise kann die Überwachungsschaltung einen Optokoppler mit einem Thyristor oder Triac aufweisen. Der selbsthaltende Betrieb kann durch eine Speisung des Haltestroms des Thyristors oder Triacs aus dem Schaltregel-IC erfolgen. Der Schaltungsbaustein kann vorteilhaft im spannungslosen Zustand weiterhin leitend bleiben und so den ersten Regelkreis beim Schaltregel-IC ausgeschaltet halten. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Abschaltung des ersten Regelkreises sicher und von Dauer ist. Beispielsweise kann so nach einem Aus- und Einschalten oder einem Steckerziehen des Gerätes nicht der gleiche Fehlerfall erneut Schaden anrichten. Somit bleibt der Fehler-Zustand in der Überwachungsschaltung aufrechterhalten gespeichert und sie hält den ersten Regelkreis dauerhaft abgeschaltet. Ein Schutzwiderstand, beispielsweise zwischen Schaltregel-IC und Optokoppler in der Überwachungsschaltung, kann eine Verlustleistung im Schaltregel-IC begrenzen.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Ab- schnitte sowie Zwischen-Uberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine mögliche Schaltungsanordnung zur Energieversorgung der Steuerung eines Haushaltsgeräts.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In der Fig. 1 ist eine beispielhafte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 11 dargestellt. Links ist darin ein Gleichrichter an Netzeingangsspannung, in der Regel 230 Volt, angeschlossen. Darauf folgt ein Zwischenkreis mit einem Elko und einem Kondensator zur Spannungs- glättung. Es folgt ein Freilaufkreis mit einem Widerstand und einem Kon- densator, welche auch durch eine Zener-Diode ersetzt werden könnten. Der Freilaufkreis weist zusätzlich eine normale Diode auf.
An den Freilaufkreis schließt sich ein Übertrager 12 mit seiner Primär- seite an. Des weiteren ist ein Schaltregel-IC 13 vorgesehen. Das Schaltregel-IC 13 ist vorteilhaft in diesem Beispiel ein TNY254P oder TNY255P. Die Sekundärseite des Übertragers 12 ist über eine Diode, die eine schnelle Diode sein sollte, und einen weiteren Elko mit zwei Versorgungsanschlüssen für eine Steuerelektronik oder dgl. verbunden. Einer davon ist ein Masseanschluss.
Über einen Widerstand R1 und eine Zener-Diode ZD1 ist ein erster Optokoppler OK1 an die Sekundärseite des Übertragers 12 angeschlossen. Diese Bauteile bilden in diesem Schaltungsbeispiel den ersten Regel- kreis 15, der selbstverständlich auch anders ausgeführt sein kann. Der Ausgang des Optokopplers OK1 ist mit einem Anschluss EN und einem internen Masseanschluss des Schaltregel-ICs 13 verbunden.
Die Erzeugung der Spannung an der Sekundärseite erfolgt dadurch, dass die Primärseite des Übertragers 12 mittels des Schaltregel-ICs 13 jeweils mit Energie aufgeladen wird und diese mit übersetztem Spannungsverhältnis an der Sekundärseite abgibt. Über die Zener-Diode ZD1 wird die sekundärseitige Arbeitsspannung auf einen gewünschten Wert, festgelegt durch die Schwellspannung der Zener-Diode ZD1 , begrenzt. Dies geschieht dadurch, dass die Zener-Diode ZD1 bei Überschreiten der Schwellspannung durchschaltet und über den Optokoppler OK1 das Schaltregel-IC 13 herunterregelt. Der Optokoppler wird vor allem wegen der galvanischen Trennung zwischen den Kreisen des Übertragers 12 verwendet. So wird die sekundäre Spannung des Übertragers 12 auf einen bestimmten Wert der Arbeitsspannung für die angeschlossene Steuerelektronik oder dgl. gehalten bzw. stabilisiert. Als erfindungsgemäße Überwachungsschaltung 17 ist hier beispielhaft ein Widerstand R2, eine Zener-Diode ZD2 und ein Optokoppler OK2 vorgesehen. Ein Ausgang des Optokopplers OK2 ist mit einem Anschluss BP (Bypass) und ein anderer Ausgang mit internen Anschlüssen S1 bis S5 des Schaltregel-ICs 13 verbunden. Zusätzlich ist noch ein Widerstand R3 als Schutzwiderstand zur Verluststrombegrenzung im Schaltregel-IC 13 vorgesehen.
Als Optokoppler können solche mit einem Thyristor- bzw. Triac-Aus- gang, beispielsweise TLP 3052, verwendet werden. Anstelle der Zener- Dioden ZD1 und ZD2 können Unijunction-Transistoren oder Diacs verwendet werden. Angaben über die anderen Vorteile sind nebensächlich und werden der Kürze halber erspart, da der Fachmann diese nach Verwendung aus seinem Fachwissen heraus wählt.
FUNKTION
Bei der beispielhaften Schaltungsanordnung 11 ist durch die Zener- Diode ZD1 und den Widerstand R1 die Arbeitsspannung auf 12 Volt, al- so 11 Volt und 1 Volt intern für den Optokoppler OK1 , eingestellt. Auf diesen Spannungswert stabilisiert der Optokoppler OK1 im normalen Betriebsfall die Arbeitsspannung, so dass das Schaltregel-IC 13 beim Aufladen des Übertragers 12 keine höhere Arbeitsspannung einstellt. Die Werte für die Ausgangsleistung der Schaltungsanordnung 11 liegen im Bereich einiger weniger VA, beispielsweise 5 bis 10 VA.
Im Fehlerfall, beispielsweise im ersten Regelkreis 15, kann der Optokoppler OK1 ausfallen und daraufhin das Schaltregel-IC 13 versuchen, maximal viel Energie über den Übertrager 12 zu übertragen und so eine zu hohe Sekundärspannung einzustellen. Somit steigt die Arbeitsspannung an. Als Grenzwert kann durch die Wahl von ZD2 und R2 beispielsweise 15 Volt eingestellt sein. Überschreitet die Arbeitsspannung diesen Grenzwert, wird die Überwachungsschaltung 17 bzw. der Optokoppler OK2 aktiviert. Festgestellt wird die Überspannung durch Durchschalten der Zener-Diode ZD2. Daraufhin schaltet der Optokoppler OK2 den ersten Regelkreis 15 ab, indem er über den Anschluss BP die Spannung vom Anschluss EN des Schaltregel-ICs 13 wegnimmt und so der erste Regelkreis bzw. der Anschluss EN abgeschaltet wird. Nun kann das Schaltregel-IC 13 mittels des Übertragers 12 keine Energie mehr auf die Sekundärseite bringen.
Dabei wird der Spannungszustand am Optokoppler OK2 über den Anschluss BP selbsthaltend betrieben. Dies ist eine Art Selbstspeicherung des Schaltzustandes der Überwachungsschaltung 17, wodurch der erste fehlerhafte Regelkreis 15 dauerhaft abgeschaltet bleibt.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Schaltungsanordnung (1 1 ), insbesondere für die Energieversorgung einer Steuerung eines Haushaltsgerätes, mit: einem Schaltnetzteil mit einem Übertrager (12) mit Primärseite und Sekundärseite, einem Gleichrichterteil, an dem eine Eingangswechselspannung anliegt, einem Schaltregel-IC (13), einem ersten Regelkreis (15), wobei der erste Regelkreis (15) mit dem Schaltregel-IC (13) verbunden ist und diese über den Übertrager (12) eine bestimmte Arbeitsspannung an der Sekundärseite des Übertragers einstellen, gekennzeichnet durch: eine Überwachungsschaltung (17), die Schaltungsmittel (R2, ZD2) zur Detektierung eines Spannungsgrenzwertes aufweist, die Überwachungsschaltung (17) ist an das Schaltregel-IC (13) angeschlossen, wobei bei einem von dem ersten Regelkreis (15) durch einen Fehlerfall erzeugten Übersteigen der Arbeitsspannung über einen bestimmten Spannungsgrenzwert die Uberwachungsschaltung (17) die Energieübertragung über den Übertrager (12) abschaltet.
2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) den ersten Regelkreis (15) über einen Anschluss am Schaltregel-IC (13) abschaltet.
3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) parallel zu dem ersten Regelkreis (15) geschaltet ist.
4. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (15) ein Schaltelement aufweist, insbesondere ein Schaltelement mit einer galvanischen Trennung, vorzugsweise einen Optokoppler (OK1 ).
5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungsschaltung (17) ein Schaltelement aufweist, vorzugsweise mit galvanischer Trennung, insbesondere einen zweiten Optokoppler (OK2).
6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungsschaltung (17) den ersten Regelkreis (15) dauerhaft abschaltet.
7. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (17) einen eigenen Spannungsanschluss (BP) aufweist und selbsthaltend betreibbar ist, wobei sie vorzugsweise auch im spannungslosen Zustand aktiviert bleibt.
8. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungsschaltung (17) durch einen eigenen Spannungsanschluss (BP) auch nach zwischenzeitlichem Abtrennen vom Netz beim erneuten Einschalten durch den vorherigen Fehlerfall aktiviert bleibt und bei erneutem Überschreiten der Arbeitsspannung über einen bestimmten Spannungsgrenzwert den ersten Regelkreis (15) ausschaltet.
Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gleichrichterteil ein Zwischenkreis und ein Freilaufkreis nachgeschaltet ist.
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