DE3538184C2 - - 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.

Aus der DE 35 27 675 A1 (Offenlegungstag 12.02.1987) ist eine Dämpfungsschaltung bekannt, bei der parallel zu einem Halbleiterschalter ein RCD-Glied liegt. Um den Schutz des Halbleiterschalters durch das RCD-Glied zu verbessern, ist ergänzend eine zweite Diode, ein zweiter Kondensator und mindestens ein weiterer Widerstand vorgesehen. Die Reihenschaltung aus der zweiten Diode und dem zweiten Kondensator liegt parallel zum Kondensator des RCD-Gliedes. Über den weiteren Widerstand wird der zweite Kondensator bis auf die Betriebsspannung aufgeladen. Treten an dem Kondensator des RCD-Gliedes Überspannungsspitzen auf, so werden diese gedämpft und die mit ihnen verbundene Energie fließt über die zweite Diode in den zweiten Kondensator ab.

Aus der EP 01 40 349 A2 ist eine Vielzahl von Schutzschaltungen für Halbleiterschaltung bekannt, die alle ein RCD-Glied enthalten. Bei einer Variante der Schutzschaltung liegt parallel zum Kondensator des RCD-Gliedes die Serienschaltung einer Z-Diode und eines Widerstandes.

In der DE 33 45 481 A1 ist eine Schutzschaltung für einen Halbleiter beschrieben. Parallel zum Halbleiter liegt eine Entlastungsschaltung, die aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes besteht. Um Spannungssprünge abzuflachen, die an diesem Widerstand auftreten können, ist parallel zu ihm ein RCD-Glied geschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Variante von Schutzschaltungen der eingangs genannten Art anzugeben, die weniger Bauteile als zwei RCD-Glieder enthält, nur eine Diode aufweist und auch bei der Verwendung von induktivitätsbehafteten Widerständen steile Störimpulse wirksam dämpft.

Diese Aufgabe wird durch eine Schutzschaltung gelöst, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet 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 gleich großer 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 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, wobei parallel zur Kontaktstrecke des Schalters (T) die Serienschaltung eines Kondensators (C 1) und einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode (DI) liegt und parallel zur Diode (DI) ein erster Widerstand (R 2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Kondensator (C 1) eine Serienschaltung aus einem zweiten Kondensator (C 2) und einem zweiter Widerstand (R 1) geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten und zweiten Widerstand (R 2, R 1) um unifilare Drahtwickelwiderstände handelt.

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