DE3538184A1 - Schutzschaltung gegen ueberspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen Über­ spannungen zwischen den Kontaktklemmen eines elektro­ nischen Schalters, der in Serie zu einer Lastimpendanz mit induktivem Anteil und einer Gleichspannungsquelle liegt.

Eine derartige Schaltunganordnung ist z.B. aus der Fig. 4 der Power Conversion International Proceedings, September 1982, Seite 75 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung wird bei einem Cuk-Konverter eingesetzt und soll Über­ spannungen zwischen dem Drain- und dem Source-Anschluß des FET-Schalttransistors verhindern. Die Gleichspan­ nungsquelle ist in der angegebenen Literaturstelle ein Kondensator, der selbst wieder über Induktivitäten auf­ geladen wird.

Überspannungen zwischen dem Drain- und Source-Anschluß des Schalttransistors treten - ohne Überspannungsschutz - z.B. deshalb auf, weil der Schaltzustand des Transistors u.a. den Stromfluß durch die Primärwicklung eines Über­ tragers plötzlich verringert und der damit verbundene Überschuß an magnetischer Energie wegen der Streuinduk­ tivität des Übertragers nicht vollständig auf die Sekun­ därseite übertragen werden kann.

Bei der bekannten Schutzschaltung wird die nicht über­ tragbare Restenergie in den Kondensatoren zweier soge­ nannter RCD-Glieder zwischengespeichert und anschließend durch Entladung der Kondensatoren über Widerstände in Wärme umgewandelt.

Jedes RCD-Glied besteht aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Diode, die parallel zur Drain- Source-Strecke des Schalttransistors geschaltet ist, und aus einem Widerstand, über den der Kondensator wieder entladen wird.

Die Verwendung zweier RCD-Glieder erlaubt verlustarme Bedämpfung auch sehr steiler Spannungsspitzen. Der Bau­ teileaufwand ist aber relativ hoch.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die Spannungsspitzen weitgehend unterdrückt und außerdem weniger Bauteile als zwei RCD-Glieder enthält.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß parallel zur Kon­ taktstrecke des Schalters die Serienschaltung eines er­ sten Kondensators und einer in Durchlassrichtung gepolten Diode liegt, daß parallel zum ersten Kondensator eine Serienschaltung aus einem zweiten Kondensator und einem ersten Widerstand geschaltet ist und daß parallel zur Diode ein zweiter Widerstand angeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die Unteran­ sprüche.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht auch darin, daß die verwendeten Widerstände unifilare Draht­ wickelwiderstände sein können; teure bifilare Draht­ wickelwiderstände oder induktivitätsarme Kohleschicht­ widerstände können somit vermieden werden. Kohleschicht­ widerstände kommen wegen ihrer zu geringen Strombelast­ barkeit in den meisten Anwendungsfällen ohnehin nicht in Frage. Schließlich werden durch die Erfindung im hohen Grade Nachschwingvorgänge unterdrückt, die sich nach dem Ausschalten des Schalters mit störenden Frequenzen aus­ bilden können.

Anhand der Figur soll ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung näher erläutert werden.

Die Figur zeigt einen einfachen Sperrwandler mit einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung.

Der Sperrwandler nach der Figur wandelt eine Eingangs­ gleichspannung UE in eine Ausgangsgleichspannung UA um. Eingangskreis und Ausgangskreis des Wandlers sind durch einen Übertrager TR potentialmäßig voneinander getrennt. Im Primärkreis des Übertragers TR liegt dessen Primär­ spule LP und ein als Schalter verwendeter Feldeffekt- Transistor T. Der Strom I im Primärkreis wird durch Steuerung des Transistors T durch eine Impulsbreiten­ steuerung IBS über sein Gate G ein- und ausgeschaltet. Informationen über die Ein- und Ausschaltzeiten des Transistors T erhält die Impulsbreitensteuerung IBS vom Abgriff eines Spannungsteilers R 3, R 4, der auf der Sekundärseite des Sperrwandlers liegt. Ebenfalls auf der Sekundärseite des Wandlers liegt eine als Schalter wirkende Diode DD in Serie zur Sekundärspule LS des Über­ tragers TR. Mit einem Ausgangskondensator CA wird die Ausgangsspannung UA geglättet. Wird der Strom I im Primärkreis des Übertragers TR unterbrochen, so fällt praktisch gleichzeitig der magnetische Energieinhalt der Primärspule LP von einem endlichen Wert auf den Wert Null. Bei idealer Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärspule des Übertragers TR würde die gesamte Ener­ gie auf die Sekundärseite übertragen werden, vorausge­ setzt, daß gleichzeitig mit der Unterbrechung des Primär­ stromes I auch ein gleichgroßer Strom im Sekundärkreis des Übertragers TR fließen kann, also die Diode DD recht­ zeitig leitend wird. Kurzzeitige Verzögerungen beim Öffnen der Diode DD führen zu Spannungsspitzen über den Anschlüssen D und S des Transistors T und können ihn zerstören. Mit einer Schutzschaltung SS, die als Zweipol den Drain-Anschluß D mit dem Source-Anschluß S verbindet, werden die Spannungsspitzen dadurch verringert, daß zunächst zwei Kondensatoren C 1 und C 2 aufgeladen werden. Der Kondensator C 1 bildet mit einer Diode DI eine Serien­ schaltung, die parallel zur Drain-Source-Stecke des Transistors T geschaltet ist. Die Diode DI ist, bezogen auf die Gleichspannungsquelle, in Durchlassrichtung gepolt, so daß bei einem plötzlichen Anstieg der Spannung über der Drain-Source-Strecke der Kondensator C 1 - wegen des geringen Diodenwiderstandes - sofort aufgeladen wird. Danach wird dann auch der Kondensator C 2 aufge­ laden, der in Serie zu einem Widerstand R 1 geschaltet ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Kondensator C 1 liegt.

Der Wert des Widerstandes R 1 ist klein gegen den Wert eines zweiten Widerstandes R 2, der parallel zur Diode DI liegt. Über den Widerstand R 2 werden die Kondensatoren bei nichtleitender Drain-Source-Strecke des Transistors T entladen.

Um den Transistor T gegen Störspannungen zu schützen, die unabhängig vom Schaltzustand des Transistors auftreten können, wird eine schnell schaltende Zener-Diode (nicht eingezeichnet) ebenfalls parallel zu Drain-Source-Strecke des Transistors T gelegt. Um unnötige Verluste zu ver­ meiden, sollte die Durchbruchspannung der Zener-Diode nicht unter den Spannungsspitzen liegen, die auch mit der Schutzschaltung SS zwischen dem Drain-Anschluß D und Source-Anschluß S des Transistors T auftreten.

Claims (3)

1. Schutzschaltung gegen Überspannungen zwischen den Kontaktklemmen eines elektronischen Schalters, der in Serie zu einer Lastimpedanz mit induktivem Anteil und einer Gleichspannungsquelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kontaktstrecke des Schalters (T) die Serienschaltung eines Kondensators (C 1) und einer in Durchlassrichtung gepolten Diode (DI) liegt, daß parallel zum ersten Kondensator (C 1) eine Serien­ schaltung aus einem zweiten Kondensator (C 2) und einem ersten Widerstand (R 1) geschaltet ist und daß parallel zur Diode (DI) einer zweiter Widerstand (R 2) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich bei dem ersten und zweiten Widerstand (R 1, R 2) um unifilare Drahtwickelwider­ stände handelt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, daß parallel zur Kontaktstrecke des Schalters (T) eine schnelle Zener-Diode geschaltet ist.