DE3504200A1 - Kurzschlussueberwachung fuer schaltregler - Google Patents

Kurzschlussueberwachung fuer schaltregler

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DE3504200A1
DE3504200A1 DE19853504200 DE3504200A DE3504200A1 DE 3504200 A1 DE3504200 A1 DE 3504200A1 DE 19853504200 DE19853504200 DE 19853504200 DE 3504200 A DE3504200 A DE 3504200A DE 3504200 A1 DE3504200 A1 DE 3504200A1
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DE19853504200
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Rainer 8000 München Obergfell
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0826Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/06Details with automatic reconnection

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Description

  • Kurzschlußüberwachung für Schaltregler Die Erfindung betrifft eine Kurzschlußüberwachung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei Schaltstromversorgungen, Schaltumrichtern, Schaltreglern und ähnlichen Schaltungsanordnungen werden über Schalttransistoren periodisch hohe Ströme geschaltet.
  • Als Schalttransistoren können hierbei bipolare oder unipolare Halbleiterschaltelemente verwendet werden.
  • Es ist allgemein bekannt, die Schalttransistoren über elektronische Schutzschaltungen vor Kurzschluß und Überlast zu schützen. Schmelzsicherungen und Sicherungsautomaten lösen zu langsam aus, um einen wirksamen Schutz vor Zerstörung der Leistungshalbleiter zu bieten.
  • Bei weiterhin üblichen elektronischen Schutzschaltungen liegt z.B. ein Meßwiderstand im Emitterzweig des Schalttransistors, an dem eine Spannung abgreifbar ist, die in Beziehung zum Ausgangsstrom des Schalttransistors steht.
  • Bei Überschreitung eines bestimmten Spitzenstromes spricht die Schutzschaltung an, die den Schalttransistor dauernd sperrt. Ein Wiederanlauf ist nur nach Abschaltung der Betriebsspannung möglich.
  • Weiter ist eine elektronische Schutzschaltung bekannt ("Lineare Schaltungen, 1981, 82, Fa. Siemens, Seite 237), bei der nach Überschreitung eines Maximalstromes der Ausgangsstrom auf einen Wert beschränkt wird, der etwas größer ist als der maximal erlaubte Betriebsstrom.
  • Wird durch eine weitere Verringerung des Lastwiderstandes versucht, den Strom weiter zu erhöhen, wird oftmals der Kurzschlußstrom bei gleichzeitiger Reduzierung der Ausgangsspannung zurückgenommen. Es wird also eine rückläufige Stromspannungskennlinie erzeugt. In der Regel wird hierbei am Schalttransistor eine Verlustleistung erzeugt, die größer ist als die im Betriebsfall.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatisch wirkende Anordnung zur Kurzschlußüberwachung für Halbleiterelemente anzugeben, die einfach und kostengünstig ausgebildet ist, und die bei Vorliegen eines Kurzschlußes den Kurzschlußstrom trägheitsarm unterbricht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanschluß 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Der Schalttransistor wird im Kurzschluß fall für eine vorbestimmte Zeit gesperrt. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise bei der erfingungsgemäßen Anordnung die im Schalttransistor erzeugte Verlustleistung gering. Der Schalttransistor wird nach der vorbestimmten Zeit wieder leitend geschaltet, und bei noch vorliegendem Kurzschluß wieder gesperrt.
  • Beim Übergang vom Kurzschlußbetrieb zum Normalbetrieb treten bei Verwendung der Erfindung keine wilden Schwingungen auf.
  • Wenn durch den Meßwiderstand nur ein Strom während der Leitendphase des Schalttransistors fließt, ist die Belastung bzw. Erwärmung des Meßwiderstandes gering.
  • Wenn die Schalteinrichtung einen Ausgangstransistor mit offenem Kollektor aufweist, so ist diese einfach galvanisch mit der Regelstufe koppelbar.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
  • Dabei zeigen Fig. 1 eine Ansteuerstufe mit der erfindungsgemäßen Kurzschlußüberwachung zur Ansteuerung eines Schalttransistors, Fig. 2 einen Tiefsetzsteller mit dieser Ansteuerstufe, Fig. 3 einen Hochsetzsteller mit dieser Ansteuerstufe, und Fig. 4 einen Primärschaltregler mit dieser Ansteuerstufe.
  • In Fig. 1 ist ein Schalttransistor T1 dargestellt, der das geschaltete Stellglied in einen primär oder sekundär getakteten Schaltregler sein kann. Weiter ist ein Meßwiderstand MR dargestellt, der in diesem Schaltegler derart angeordnet ist, daß über ihn der gleiche Transistorstrom TI fließt wie durch den Schalttransistor T1 selbst. Die nähere Anordnung des Schalttransistors Tl sowie des Meßwiderstandes MR in verschiedenen Typen von Schaltreglern wird später anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert. Der Schalttransistor T1 und der Meßwiderstand MR sind, evtl. unter Zwischenschaltung anderer Bauelemente in Reihe zwischen eine erste und eine zweite Eingangsklemme El, E2 geschaltet.
  • Ein Steuereingang S des Schalttransistors Tl wird über eine Ansteuerstufe AS angesteuert. Die Ansteuerstufe AS weist eine Regelstufe RS, einen Steuertransistor T2 und einen Widerstand R auf. Vom Steuertransistor T2 wird der Steuereingang S des Schalttransistors T1 über den Widerstand R gegen ein Bezugspotential OV geschaltext, wenn an der Basis des Steuertransistors T2 ein der logischen 1 entsprechendes Potential anliegt. Der Schalttransistor T1 und der Steuertransistor T2 sind in diesem Beispiel entweder beide leitend geschaltet oder beide gesperrt. Die Regelstufe RS steuert den Steuertransistor T2, und damit auch den Schalttransistor Tl, derart an, daß vom Schaltregler eine konstante Ausgangsspannung abgegeben wird. Diese Verbindungen sind in der Fig. 1 nicht dargestellt. Die Regelstufe RS kann hierbei festtaktgesteuert oder Teil eines freischwingenden Schaltreglers sein.
  • Die Ansteuerstufe AS weist als Anordnung zur Kurzschlußüberwachung einen Schwellwertschalter SW, der durch einen Komparatorverstärker realisiert sein kann, und eine monostabile Kippstufe MK auf. Am nichtinvertierenden Eingang des Schwellwertschalters SW liegt eine Referenzspannung UR an, die auf ein Bezugspotential OV bezogen ist, und am invertierenden Eingang liegt ein am Meßwiderstand MR abgegriffener Spannungswert U an. Die Referenzspannung OV und der Spannungswert U werden jeweils an einem Anschluß des Meßwiderstandes MR abgegriffen.
  • Dieser Spannungswert U ist proportional dem Wert des Transistorstromes TI. Der Ausgang des Schwellwertschalters SW ist an dem mit dem entsprechenden Symbol gekennzeichneten Takteingang der monostabilen Kippstufe MK angeschaltet. Wenn der Schwellwertschalter SW an seinem Ausgang eine abfallende Flanke abgibt, so wird daraufhin von der monostabilen Kippstufe MK ein negativer Impuls mit einer Impulsdauer T abgegeben. Negativer Impuls bedeutet hier, daß während der Impulsdauer T, da der Ausgang der monostabilen Kippstufe mit der Basis des Steuertransistors T2 verbunden ist, dieser gesperrt wird.
  • Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kurzschlußüberwachung beschrieben.
  • Wenn aufgrund eines ansteigenden Transistorstromes TI durch den Schalttransistor T1 und durch den Meßwiderstand MR, der an diesem abgreifbare Spannungswert U einen vorbestimmten Wert erreicht, so ändert der Schwellwertschalter SW seinen Ausgangszustand. Der am Ausgang des Schwellwertschalters SW abgreifbare Spannungspegel wechselt beispielsweise von einem den logischen Wert "1" entsprechenden Spannungspegel zu einem den logischen Wert "0" entsprechenden; das heißt er gibt eine abfallende Flanke ab. Hierdurch wird bewirkt, daß über die monostabile Kippstufe MK der Steuertransistor T2 und damit auch der Schalttransistor T1 für eine vorbestimmte Zeitdauer T gesperrt wird.
  • Diese Zeit-bzw. Impulsdauer T kann beispielweise Werte vom 10 bis 100-fachen Wert der Sperrdauer des Schalttransistors T1 annehmen. Da die monostabile Kippstufe MK nur bei abfallenden Flanken des Schwellwertschalters SW aktiviert wird, ist sichergestellt, daß nach Ablauf der Schaltdauer T der Schaltregler wieder anläuft. Erst bei nochmaligem Erreichen des Grenzwertes des Transistorstromes TI wird der Schaltregler, das heißt der Schalttransistor T1 wieder gesperrt.
  • Die monostabile Kippstufe MK weist einen Ausgangstransi stor mit offenem Kollektror auf. Aus diesem Grund sind der Ausgang der monostabilen Kippstufe MK und der der Regelstufe RS galvanisch koppelbar.
  • In den Figuren 1 bis 4 sind gleichfunktionierende Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichent.
  • Der Aufbau und die Wirkungsweise der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Sekundärschaltregler sind in dem Buch Halbleiterschaltungstechnik von Tietze und Schenk, 5. Auflage in dem Kapitel 16.5.1 beschrieben.
  • In Fig. 2 ist ein Tiefsetzsteller dargestellt, bei dem eine Induktivität L impulsweise vom Schalttransistor T1 mit Strom geladen wird. Im Sperrzustand des Schalttransistors T1 wird der Stromfluß über einen Lastwiderstand RL durch eine Freilaufdiode F aufrechterhalten. Der Lastwiderstand RL ist an zwei Ausgangsklemmen Al, A2 angeschaltet, zwischen die ebenfalls ein Glättungskondensator C geschaltet ist. Der Meßwiderstand MR ist zwischen die Anode der Freilaufdiode F und die zweite Eingangsklemme E2 geschaltet, so daß über ihn nur Strom fließt, wenn der Schalttransistor Tl leitend geschaltet ist. Der Steuereingang S des Schalttransistors Tl wird von der Ansteuerstufe AS angesteuert.
  • In Fig. 3 ist ein Hochsetzsteller dargestellt. Zwischen die Eingangsklemmen El, E2 ist die Serienschaltung aus der Induktivität L, der Emitterkollektorstrecke des Schalttransistors Tl und dem Meßwiderstand MR geschaltet. Während der Leitendphase des Schalttransistors Tl wird die Induktivität L impulsweise mit Strom geladen.
  • Während der Sperrphase des Schalttransistors Tl wird die in der Induktivität L gespeicherte Energie über eine Gleichrichterdiode G an den zwischen die Ausgangsklemmen Al, A2 geschalteten Lastwiderstand RL abgegeben. Auch hier ist zwischen die Ausgangsklemmen Al, A2 der Glättungskondensator C geschaltet. Der Steuereingang S des Schalttransistors T1 wird von der Ansteuerstufe AS angesteuert. Beim Hochsetzsteller sind in üblicher Art und Weise die zweite Eingangsklemme E2 und die zweite Ausgangsklemme A2 miteinander verbunden.
  • Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten primärgetakteten Schaltreglers sind in dem Buch "Schaltnetzteile" von Joachim Wüstehube, 1979 in den Kap. 2 und 3 beschrieben. In Fig. 4 ist nur die Primärseite des Primärschaltreglers dargestellt, da die Ausführungsform der Sekundärseite, Sperrwandler bzw.
  • Durchflußwandler, für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist.
  • Zwischen die Eingangsklemmen El, E2 ist die Serienschaltung aus einer Primärwicklung PW eines Übertragers Ü, die Emitterkollektorstrecke des Schalttransistors Tl, und der Meßwiderstand MR geschaltet. Der Steuereingang S des Schalttransistors Tl wird von der Ansteuerstufe AS angesteuert. Der Übertrager Ü weist eine Sekundärwicklung SW auf, die Teil eines hier nicht dargestellten Sperrumrichters bzw. Durchflußumrichters ist.
  • Als Schalttransistoren T1 sind in den Fig. 1 bis 4 PNP-Typen dargestellt. Bei einer entsprechenden Umgestaltung des Steuertransistors T2 der Ansteuerstufe AS können stattdessen auch NPN-Typen oder MOS-Typen verwendet werden.
  • In den Fig. 1 bis 4 sind die Meßwiderstände MR derart angeordnet, daß durch sie nur der ebenfalls durch den Schalttransistor Tl fließende Transistorstrom TI fließt.
  • Das heißt über sie fließt nur ein Strom, wenn der Schalttransistor Tl leitend geschaltet ist. Dadurch, daß über die Meßwiderstände MR nicht auch der über die Lastwiderstände RL fließende Strom fließt, werden sie weniger stark belastet. Eine Ausnahme bildet hierbei der in Fig. 2 dargestellte Tiefsetzsteller, bei dem über den Meßwiderstand MR der ebenfalls über den Lastwiderstand RL fliessende Strom fließt, allerdings nur, wenn der Schalttransistor T1 leitend geschaltet ist.
    7 Patent)4 rüche
    4 Figur
    Bezugszeichenliste T1 Schalttransistor S Steuereingang T2 Steuertransistor TI Transistorstrom El, E2 Eingangsklemmen Al, A2 Ausgangsklemmen MR Meßwiderstand R Widerstand RS Regelstufe AS Ansteuerstufe OV Bezugspotential SW Schwellwertschalter UR Referenzspannung U Spannungswert MK Monostabile Kippstufe T Impulsdauer, Zeitdauer L Induktivität RL Lastwiderstand C Glättungskondensator F Freilaufdiode G Gleichrichterdiode Ü Übertrager PW Primärwicklung SW Sekundärwicklung

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1 lußüberwachung fü ' Anordnung zur Kurzschlußüberwachung für ein von einem Strom durchflossenes Halbleiterelement mit einem von diesem Strom durchflossenen Meßwiderstand (MR), g e k e n n z e i c h n e t durch einen Schwellwertschalter (SW), der den an dem Meßwiderstand (MR) abgreifbaren, dem Strom proportionalen Spannungswert (U) mit einer vorgebbaren Referenzspannung (UR) vergleicht, und durch eine dem Schwellwertschalter (SW) zugeordnete monostabile Schalteinrichtung(MK), die bei Überschreitung der Referenzspannung (UR) das Halbleiterelement für eine Zeitdauer (T) sperrt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwellwertschalter (SW) als Komparatorverstärker ausgebildet ist, an dessen ersten Eingang die Referenzspannung (UR) und an dessen zweiten Eingang der Spannungswert (U) anliegen.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schalteinrichtung eine monostabile Kippstufe (MK) ist.
  4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n r e i c h n e t , daß das Halbleiterlement ein von einem Transistorstrom (TI) durchflossener Schalttransistor (T1) in einem Schaltregler ist, wobei der Schalttransistor (T1) in an sich bekannter Weise von einer Regelstufe (RS) angesteuert wird.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßwiderstand (MR) derart angeordnet ist, so daß über ihn nur der Transistorstrom (TI) fließt.
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schalteinrichtung bzw. die monostabile Kippstufe (MK) einen Ausgangstransistor mit offenem Kollektor aufweist.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zeitdauer (T) um den Faktor 10 bis 100 mal größer ist als eine von der Regelstufe (RS) bewirkte Sperrzeit des Schalttransistors (T1)
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4897594A (en) * 1987-11-09 1990-01-30 Texas Instruments Incorporated High gain driver circuit and method
EP0361212A2 (de) * 1988-09-28 1990-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltung für einen Schalttransistor
DE3844210A1 (de) * 1988-12-29 1990-07-05 Electronic Werke Deutschland Schaltnetzteil mit ueberlastschutz

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4897594A (en) * 1987-11-09 1990-01-30 Texas Instruments Incorporated High gain driver circuit and method
EP0361212A2 (de) * 1988-09-28 1990-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltung für einen Schalttransistor
EP0361212A3 (en) * 1988-09-28 1990-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Protection circuit for a switching transistor
DE3844210A1 (de) * 1988-12-29 1990-07-05 Electronic Werke Deutschland Schaltnetzteil mit ueberlastschutz

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