DE3840406A1 - Schutzschaltung fuer eine schaltmodus-stromversorgungsschaltung - Google Patents

Schutzschaltung fuer eine schaltmodus-stromversorgungsschaltung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltmodus- oder Kop­ pel-Stromversorgungsschaltung, bei der ein Schalt-Transistor wiederholt durchgeschaltet und gesperrt wird, wobei durch den einer Primärwicklung eines Transformators aufgeprägten Gleichstrom in einer Sekundärwicklung eine Spannung indu­ ziert wird, und betrifft insbesondere eine Schutzschaltung für eine derartige Stromversorgungsschaltung, bei welcher der Durchschalt/Sperrbetrieb eines Schalt-Transistors be­ endet werden kann, wenn eine Überspannung abgegeben wird.
Bei einer bisherigen, in Fig. 1 dargestellten Schutzschal­ tung für eine Stromversorgungsschaltung der angegebenen Art sind eine Stromeingangsklemme V IN mit dem Kollektor eines Schalt-Transistors TR 1 über eine Primärwicklung T 11 eines Transformators T 1 verbunden und der Emitter des Tran­ sistors TR 1 an eine Zwischenklemme bzw. Mittelanzapfung einer Sekundärwicklung T 12 des Transformators T 1 angeschlos­ sen, während die beiden anderen Seiten der Sekundärwick­ lung T 12 mit der Basis des Transistors TR 1 über einen Wider­ stand R 14 und einen Kondensator C 1 bzw. einen Rückkopplungs­ kreis 1 verbunden sind; die Sekundärwicklungen T 13, T 14 sind jeweils mit einer Eingangsklemme eines Gleichrichters 2 aus einer Diode D 1, Kondensatoren C 2, C 3 und einer Spule L 1 bzw. eines anderen Gleichrichters 3 aus einer Diode D 2, Kondensatoren C 4, C 5 und einem Regler REG verbunden. Eine Ausgangsklemme des Gleichrichters 2 ist andererseits an einer Zener-Diode ZD 1 und einen Widerstand R 2 über den Wider­ stand R 1 angeschlossen, deren Knotenpunkt über einen Wider­ stand R 3 mit dem Emitter des Transistors TR 2 und außerdem über einen Widerstand R 4 mit einer invertierenden Eingangs­ klemme (-) eines Komparators COMP verbunden ist; eine Aus­ gangsklemme ist mit einem Widerstand R 6 und einer nicht­ invertierenden Eingangsklemme (+) des Komparators COMP über einen Widerstand R 5 verbunden, während die Ausgangsklemme des Komparators COMP mit der Basis des Transistors TR 2 über einen Widerstand R 8 verbunden ist. Der Kollektor des Tran­ sistors TR 2 ist über einen Widerstand R 10 an die Basis eines Transistors TR 3 angeschlossen. Der Emitter des Tran­ sistors TR 3 ist über einen Widerstand R 13 mit der Gate- Elektrode eines Thyristors SCR 1 und einem Kondensator C 6 verbunden, und an die Anode des Thyristors SCR 1 sind die Diode D 1, der Kondensator C 2 und die Spule L 1 angeschlos­ sen.
Die Arbeitsweise der beschriebenen bisherigen Schaltung ist nachstehend erläutert.
Wenn ein Gleichstrom über die Stromeingangsklemme V IN ein­ gespeist wird, wird der Gleichstrom an die Primärwicklung T 11 des Transformators T 1 angelegt, so daß in den Sekundär­ wicklungen T 12, T 13 in Abhängigkeit vom Durchschalten und Sperren des Transistors TR 1 Spannung induziert wird, wobei der (die) in der Sekundärwicklung T 12 induzierte Strom (Spannung) über den Rückkopplungskreis 1 an die Basis des Transistors TR 1 angelegt wird, wodurch das wiederholte Durchschalten und Sperren des Transistors TR 1 herbeigeführt wird.
Dabei wird der in der anderen Sekundärwicklung T 13 durch die induzierte Spannung hervorgerufene Strom durch den Gleichrichter 2 gleichgerichtet, der eine konstante Span­ nung V 1 abgibt, die gleichzeitig über den Widerstand R 1 an die Zener-Diode ZD 1 angelegt wird und zu einer anderen konstanten Spannung wird, die sodann an die invertierende Eingangsklemme (-) des Komparators COMP über einen Wider­ stand R 4 angelegt wird. Der in der anderen Sekundärwick­ lung T 14 hervorgerufene bzw. induzierte Strom wird weiter­ hin durch den Gleichrichter 3 gleichgerichtet, der eine konstante Spannung V 2 liefert, die gleichzeitig über einen Widerstand R 5 der nichtinvertierenden Klemme (+) des Kompa­ rators COMP aufgeprägt wird.
Wenn dabei die an der invertierenden Klemme (-) des Kompa­ rators COMP anliegende Spannung niedriger ist als die Span­ nung an der nichtinvertierenden Klemme (+) des Komparators COMP, liefert der Komparator COMP ein ein hohes Potential besitzendes bzw. hochpegeliges Signal, wodurch der Tran­ sistor TR 2 und auch der Transistor TR 3 gesperrt werden; dementsprechend liegt ein niedriges Potential an der Gate- Elektrode des Thyristors SCR 1 an, so daß dieser sperrt, wodurch der Gleichrichter 2 zur Durchführung des Normalbe­ triebs gebracht wird.
Wenn dabei die an der invertierenden Eingangsklemme (-) des Komparators COMP anliegende Spannung die an seiner nichtinvertierenden Eingangsklemme (+) anliegende Spannung übersteigt, gibt der Komparator COMP ein niedrigpegeliges Signal ab. Im Gegensatz zur obigen Beschreibung wird dabei der Transistor TR 2 durchgeschaltet, und der Transistor TR 3 schaltet daher ebenfalls durch, und er gibt an seinem Emitter ein hochpegeliges Signal ab, das der Gate-Elek­ trode des Thyristors SCR 1 aufgeprägt wird, so daß dieser leitend wird bzw. durchschaltet und damit der Betrieb des Gleichrichters 2 beendet wird.
Falls jedoch bei dieser bisherigen Schutzschaltung der Gleichrichter 2 eine Überspannung abgibt, wiederholt der Schalt-Transistor TR 1 fortlaufend seine Durchschalt- und Sperrvorgänge, so daß der an der Stromeingangsklemme V IN eingespeiste Gleichstrom unnötig vergeudet wird. Ein wei­ terer Nachteil besteht dabei darin, daß die Schaltmodus- Stromversorgungsschaltung eindeutig nicht mehr geschützt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Schutz­ schaltung für eine Schaltmodus- oder Koppel-Stromversor­ gungsschaltung (switching mode power supply circuit), wel­ che unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik die zugeordnete Stromversorgungsschaltung sicher zu schützen vermag.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeich­ neten Merkmale gelöst.
Die erwähnte Schutzschaltung arbeitet in der Weise, daß dann, wenn die Schaltmodus-Stromversorgungsschaltung eine Überspannung liefert, die erste konstante Spannung, indem sie detektiert wird, nicht abgegeben wird, wobei (indem) gleichzeitig der Durchschalt/Sperrbetrieb des Schalt-Tran­ sistors beendet wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Schutzschaltung für eine Schaltmodus- oder Koppel-Stromversorgungs­ schaltung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Schutzschaltung für eine Schaltmodus- und Koppel-Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 3 ein Schaltbild einer Schutzschaltung für eine Schaltmodus- oder Koppel-Stromversorgungsschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.
Fig. 2 veranschaulicht eine Schaltmodus-Stromversorgungs­ schaltung; dabei sind eine Strom-Eingangsklemme V IN mit dem Kollektor eines Schalt-Transistors TR 21 über eine Pri­ märwicklung T 21 eines Transformators T 2 und der Emitter des Transistors TR 21 mit einer Zwischenklemme bzw. Mittel­ anzapfung einer Sekundärwicklung T 22 verbunden, deren bei­ de Seiten mit der Basis des Transistors TR 21 über einen Widerstand R 21 und einen Kondensator C 21 bzw. einen Rück­ kopplungskreis 21 verbunden sind, während andere Sekundär­ wicklungen T 23, T 24 des Transformators T 2 jeweils an die Eingangsklemmen von Gleichrichtern 22 bzw. 23 angeschlossen sind, so daß konstante Spannungen V 21 bzw. V 22 geliefert werden. Die Ausgangsklemme des Gleichrichters 23 ist an eine Photodiode PD 21, einen Widerstand R 23, einen Kondensa­ tor C 26, die Gate-Elektrode eines Thyristors SCR 21 über einen Widerstand R 22 und eine Zener-Diode ZD 21 (parallel) angeschaltet, während an die Anode des Thyristors SCR 21 die Ausgangsklemme des Gleichrichters 22 über den Wider­ stand R 24 angeschlossen ist. Der Emitter eines Phototran­ sistors PTR 21, welcher das Licht von der Photodiode PD 21 abnimmt, ist mit der Gate-Elektrode eines Thyristors SCR 22, einem Widerstand R 25 und einem Kondensator C 27 verbunden. Der Knotenpunkt zwischen zwei Widerständen R 26 und R 27, die zur Strom-Eingangsklemme V IN in Reihe geschaltet sind, ist an eine Anode des Thyristors SCR 22 und den Kollektor des Phototransistors PTR 21 angeschlossen. Der Knotenpunkt der Basis des Schalt-Transistors TR 21, des Widerstands R 27 und des Kondensators C 21 ist an die Gate-Elektrode des Thyristors SCR 22 und den Kollektor des Phototransistors PTR 21 angeschlossen.
Arbeitsweise und Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung sind nachstehend erläutert.
Wenn über die Strom-Eingangsklemme V IN ein Gleichstrom ein­ gespeist wird, wird dieser an eine Primärwicklung T 21 des Transformators T 2 angelegt, wobei in den Sekundärwicklun­ gen T 22, T 23 und T 24 entsprechend dem Durchschalten und Sperren des Transistors TR 21 Spannung induziert wird. Dabei wird die in der Sekundärwicklung T 22 induzierte Spannung über den Rückkopplungskreis 21 der Basis des Transistors TR 21 aufgeprägt, wodurch der Transistor TR 21 zur Wiederholung seiner Durchschalt- und Sperrvorgänge gebracht wird; die in den Sekundärwicklungen T 23 und T 24 induzierte Spannung wird durch die Gleichrichter 22 bzw. 23 gleichgerichtet, so daß konstante Spannungen V 21 bzw. V 22 abgegeben werden.
Wenn bei diesem Betrieb eine Nennspannung abgegeben wird, geht die Zener-Diode ZD 21 in den Sperrzustand über, weil ihre Zener-Spannung höher als die Nennspannung festgelegt ist. Dabei bleiben die Photodiode PD 21 im nichtleuchtenden Zustand und der Thyristor SCR 21 im Sperrzustand. Unter die­ sen Bedingungen gibt daher der Gleichrichter 22 normaler­ weise eine Nennspannung V 21 ab, und der Phototransistor PTR 21 verbleibt entsprechend dem Nichtleuchtzustand der Photodiode PD 21 im Sperrzustand; dementsprechend wird der Thyristor SCR 22 im Sperrzustand gehalten, so daß der Schalt-Transistor TR 21 seine Schaltvorgänge (Durchschalten und Sperren) fort­ laufend wiederholt.
Wenn in diesem Zustand der Gleichrichter 23 eine Überspan­ nung abgibt und damit an der Zener-Diode ZD 21 eine deren Zener-Spannung übersteigende Spannung anliegt, wird die Zener-Diode ZD 21 leitend, d. h. sie schaltet durch. Zu die­ sem Zeitpunkt wird daher eine vom Gleichrichter 23 abge­ gebene Nennspannung V 22 an die Photodiode PD 21 und die Gate- Elektrode des Thyristors SCR 21 über den Widerstand R 22 und die Zener-Diode ZD 21 angelegt, so daß die Photodiode PD 21 aufleuchtet und der Thyristor SCR 21 leitend wird bzw. durchschaltet.
Bei durchgeschaltetem Thyristor SCR 21 fließt daher eine vom Gleichrichter 22 abgegebene konstante Spannung V 21 über den Widerstand R 24 und den Thyristor SCR 21 zur Masse ab.
Da weiterhin der Phototransistor PTR 21 in Abhängigkeit vom Aufleuchten der Photodiode PD 21 durchschaltet, wird der Strom von der Strom-Eingangsklemme V IN der Gate-Elektrode des Thyristors SCR 22 über den Widerstand R 26 und den Photo­ transistor PTR 21 aufgeprägt, so daß dieser Thyristor durch­ schaltet. Dementsprechend fließt der an die Basis des Schalt- Transistors TR 21 angelegte Strom über eine Diode D 23 zum Thyristor SCR 22, so daß der Schalt-Transistor TR 21 nicht betätigt oder angesteuert wird und sperrt.
Fig. 3 veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung für einen Schaltstrom­ kreis (switching power circuit). Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Verbindungs- oder Knotenpunkt eines Widerstands R 46 und eines Kollektors eines Transistors TR 34, der eine zweite konstante Spannung V 32 abgibt, über einen Widerstand R 47 an die Basis eines Transistors TR 33 ange­ schlossen ist, dessen Kollektor über einen Widerstand R 48 mit einer Photodiode PD 32 verbunden ist. Der Emitter eines Phototransistors PTR 32, welcher das Licht von der Photo­ diode PD 32 abnimmt, ist mit der Gate-Elektrode eines Thyristors SCR 31, einem Widerstand R 36 und einem Konden­ sator C 31 verbunden, während der Knotenpunkt von Wider­ ständen R 32 und R 33, die mit der Eingangsklemme V IN in Reihe geschaltet sind, mit der Anode des Thyristors SCR 31 und dem Kollektor des Phototransistors PTR 32 verbunden ist. Die Basis eines Schalt-Transistors TR 31 ist mit der Anode des Thyristors SCR 31 und dem Kollektor des Photo­ transistors PTR 32 verbunden. Die Basis des Schalt-Tran­ sistors TR 31 ist außerdem über eine Diode D 32 an die Anode des Thyristors SCR 31 und den Kollektor des Photo­ transistors PTR 32 angeschlossen.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die zwischen die andere Seite der Sekundärwicklung T 32 des Transforma­ tors T 3 und die Basis des Schalt-Transistors TR 31 einge­ schalteten Bauelemente mit dem üblichen Rückkopplungskreis ausgebildet, in welchem Widerstände R 32, R 35, R 38,R 41, ein Kondensator C 36, ein Transistor TR 35 und ein Photo­ transistor PTR 31 zum Steuern der Schaltperiode des Schalt- Transistors TR 31 durch Detektieren oder Abgreifen des Stroms dienen. Ein Widerstand R 40, eine Zener-Diode ZD 31 und eine Diode D 35 dienen zur Steuerung nach Maßgabe der Eingangs­ spannungsänderung an der Primärwicklungsseite. Widerstände R 39 und R 42, ein Kondensator C 32 und eine Diode D 34 dienen zum Schutze der Stromquelle bzw. der Stromversorgungsschal­ tung und einer Sekundärlast vor einem Überstrom.
Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 3 ist nach­ stehend im einzelnen erläutert.
Wenn ein Überstrom deshalb fließt, weil eine mit der zwei­ ten konstanten Spannung V 32 gespeiste Last einem Kurzschluß od. dgl. unterliegt, wird ein Spannungsabfall am Widerstand R 45 größer, und es wird ein niedriges Potential der Basis des Transistors TR 33 aufgeprägt; infolgedessen schaltet der Transistor TR 33 durch, so daß demzufolge die Photodiode PD 32 aufleuchtet. Da demzufolge der mit dem Licht von der Photodiode PD 32 beaufschlagte Phototransistor PTR 32 durch­ schaltet, wird der Strom von der Strom-Eingangsklemme V IN an die Gate-Elektrode des Thyristors SCR 31 über den Wider­ stand R 32 und den Phototransistor PTR 32 angelegt, so daß der Thyristor SCR 31 leitend wird bzw. durchschaltet. In­ folgedessen fließt der an der Basis des Schalt-Transistors TR 31 anliegende Strom über die Diode D 32 und den Thyristor SCR 31, so daß der Schalt-Transistor TR 31 seine Schaltopera­ tion nicht ausführt und sodann sperrt.
Mit der vorstehend im einzelnen beschriebenen Schutzschal­ tung gemäß der Erfindung wird somit verhindert, daß Strom bzw. Energie unnötig vergeudet wird, weil die Schaltopera­ tion des Schalt-Transistors beendet wird, indem eine ge­ gebenenfalls abgegebene Überspannung erfaßt oder detektiert wird.

Claims (1)

  1. Schutzschaltung für eine Schaltmodus- oder Koppel-Strom­ versorgungsschaltung, bei welcher durch den Strom von einer Strom-Eingangsklemme (V IN ) eine Spannung in Sekun­ därwicklungen (T 23, T 24) eines Transformators (T 2) indu­ ziert und entsprechend der in einer Sekundärwicklung (T 22) des Transformators (T 2) induzierten Spannung das Durchschal­ ten/Sperren eines Schalt-Transistors (TR 21) über einen Rückkopplungskreis (21) gesteuert wird, und bei welcher die in den Sekundärwicklungen (T 23, T 24) induzierte Span­ nung durch Gleichrichter (22, 23) gleichgerichtet und dann als konstante Spannungen (V 21, V 22) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    ein Ausgang des Gleichrichters (23) über eine Zener- Diode (ZD 11) mit einer Photodiode (PD 21) und auch mit der Gate-Elektrode eines Thyristors (SCR 21) verbunden ist, des­ sen Anode über einen Widerstand (R 24) an den Ausgang eines Gleichrichters (22) angeschlossen ist,
    der Emitter eines mit dem Licht von der Photodiode (PD 21) beaufschlagten Phototransistors (PTR 21) mit einem Konden­ sator (C 27) und der Gate-Elektrode eines Thyristors (SCR 22) verbunden ist,
    die Strom-Eingangsklemme (V IN ) an den Kollektor des Phototransistors (PTR 21) und die Anode des Thyristors (SCR 22) angeschlossen ist, an deren Verzweigungs- oder Knotenpunkt die Basis des Schalt-Transistors (TR 21) über eine Diode (D 23) angeschlossen ist, und
    der Durchschalt/Sperrvorgang des Schalt-Transistors (TR 21) unterbrechbar ist, wenn eine die Zener-Spannung der Zener-Diode (ZD 21) übersteigende Überspannung vom Gleich­ richter (23) abgegeben wird.
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