DE4036636C2 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Gewöhnlich werden zur Versorgung elektronischer Geräte mit einer oder mehreren Gleichspannungen Netzgeräte oder getaktete Schaltnetzgeräte eingesetzt. Dabei wird die an den Eingangs­ klemmen der Netzgeräte anliegende Netzwechselspannung gleich­ gerichtet und die dadurch gleichgerichtete Spannung mit einem Kondensator geglättet. Wird ein Netzgerät eingeschaltet, so entstehen zum Einschaltzeitpunkt hohe Einschaltströme, die das Netzgerät bzw. das daran angeschlossene elektronische Gerät beschädigen können. Daher ist es erforderlich, den Einschalt­ strom zu begrenzen.

Aus der DE-OS 33 41 157 ist ein Schaltnetz­ gerät bekannt, das Mittel zur Begrenzung von Einschaltströmen aufweist. Zwischen einer Eingangsklemme und einem Gleichrichter ist eine Reihenschaltung aus einer Erregerspule und einem ma­ gnetisch steuerbaren Widerstand angeordnet, der sich räumlich im Einflußbereich des Magnetfeldes der Erregerspule befindet. Zum Einschaltzeitpunkt wird durch den ansteigenden Einschalt­ strom in der Erregerspule ein ansteigendes Magnetfeld erzeugt, das eine Vergrößerung des Widerstandswertes bewirkt, wodurch das Anwachsen des Stromes begrenzt wird. Ein Schutz der am Schaltnetzgerät angeschlossenen elektronischen Geräte vor Überspannungen, die z. B. durch Schaltvorgänge im Versorgungs­ netz am Eingang des Netzgerätes auftreten und an dessen Ausgang weitergeleitet werden, ist bei diesem bekannten Schaltnetzgerät nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen Überspannungsschutz für an die Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung angeschlossene elektronische Geräte vorsieht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Mit einfachen schal­ tungstechnischen Maßnahmen verhindert die neue Schaltungs­ anordnung, daß Überspannungen, die an ihrem Eingang anliegen, an den Ausgang weitergeleitet werden. Die erfindungs­ gemäße Anordnung kann sowohl an Gleichspannungs- oder Batterie­ netzen als auch an Wechselspannungsnetzen betrieben werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung werden die erfindungsgemäße Schaltungs­ anordnung sowie deren Vorteile näher erläutert.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird an einem Gleichspan­ nungs- oder Batterienetz betrieben. Mit E1, E2 und A1, A2 sind Eingangs- und Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung bezeich­ net. Ein an sich bekanntes Magnetsystem M besteht aus einem Magnetjoch, in dessen Luftspalt der magnetisch steuerbare Widerstand RF angeordnet ist und das im Schaltbild als Reihen­ schaltung einer Spule L1 mit dem Widerstand RF dargestellt ist. Parallel zu einem zwischen den Ausgangsklemmen A1 und A2 an­ geordneten Glättungskondensator Ca und in Serie zur Reihen­ schaltung L1, RF ist ein spannungsabhängiger Widerstand RV (Varistor) geschaltet. Eine Schutzeinrichtung, die bewirkt, daß eine Überspannung, die am Eingang der Schaltungsanordnung an den Klemmen E1, E2 anliegt, nicht an die Ausgangsklemmen A1, A2 weitergeleitet wird, besteht aus einem Übertrager W, einem Ein­ weggleichrichter D3, C3 und aus einem steuerbaren Schalter, der aus Feldeffekt-Transistoren T1, T2 gebildet ist. Eine Wicklung N2 des Übertragers ist in Serie mit dem spannungsabhängigen Widerstand RV geschaltet, die andere Wicklung N3 des Über­ tragers W an den Einweggleichrichter D3, C3 angeschlossen. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung am Kondensator C3 des Einweg­ gleichrichters D3, C3 wirkt zwischen dem Source-Anschluß S1 des Feldeffekt-Transistors T1 und dem Steueranschluß G2 des Feld­ effekt-Transistors T2. Die Source-Anschlüsse S1, S2 der Feld­ effekt-Transistoren T1, T2 liegen auf dem gleichen Potential wie die Ausgangsklemme A1 der Schaltungsanordnung. Eine "Ladungspumpe", die aus Transistoren T7, T8, aus Kondensatoren C5, C6, C7, C8, aus Widerständen R5, R6, R7, R8 und einer Diode D5 gebildet wird, versorgt den Steueranschluß G1 und den Source-Anschluß S1 des Feldeffekt-Transistors T1 mit einer Gleichspannung. Zenerdioden Z1, Z2 schützen die Steuer­ anschlüsse G1, G2 der Feldeffekt-Transistoren T1, T2.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltung näher er­ läutert. Es wird vorausgesetzt, daß eine Gleichspannung an den Eingangsklemmen E1, E2 anliegt, wobei E1 positive und E2 nega­ tive Polarität aufweist. Zum Einschaltzeitpunkt steigt der Einschaltstrom impulsartig an, wobei ab einem bestimmten Wert des Stromimpulses der Feldeffekt-Transistor T1 durchschaltet und die Eingangsspannung an den Glättungskondensator Ca weiter­ leitet. Der Stromimpuls steigt weiterhin an, und es baut sich ein Magnetfeld im Magnetjoch des Magnetsystems M auf, was bewirkt, daß der Widerstandswert des magnetischen Widerstandes RF sich vergrößert. Dadurch steigt der Stromimpuls nicht mehr an und bleibt zum Einschaltzeitpunkt auf diesen Wert begrenzt. Die den Ausgangsklemmen A1, A2 nachgeschalteten Steuer- und Gleichrichterschaltungen eines Schaltnetzgerätes oder ange­ schlossene elektronische Geräte oder Baugruppen werden vor zu hohen Einschaltströmen geschützt. Ein an den Eingangsklemmen E1, E2 wirkender Überspannungsimpuls verursacht, daß der span­ nungsabhängige Widerstand RV kurzzeitig niederohmig wird. Da­ durch steigt der Strom durch die Wicklung N2 des Übertragers W kurzzeitig an, und es wird eine Spannung in die Wicklung N3 des Übertragers induziert. Der Einweggleichrichter D3, C3 er­ zeugt eine Gleichspannung, die zwischen dem Gate-Anschluß G2 und Source-Anschluß S2 des Transistors T2 wirkt. Dieser schal­ tet durch, wodurch sich die Spannung zwischen dem Steuer­ anschluß G1 und dem Source-Anschluß S1 des Transistors T1 so weit vermindert, daß dieser sperrt. Dadurch wird verhindert, daß der Überspannungsimpuls zum Glättungskondensator Ca und an die Ausgangsklemmen A1, A2 weitergeleitet wird.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Schaltungsanordnung, die für einen Betrieb an Wechsel­ spannungsnetzen geeignet ist. Gleiche Teile in Fig. 1 und in Fig. 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um eine Gleichspannung an den Ausgangsklemmen A1, A2 zu erhalten, ist es erforderlich, die an den Eingangsklemmen E1, E2 anliegende Wechselspannung gleichzurichten. Dazu ist parallel zur Reihen­ schaltung L1, RF und der Eingangsklemme E2 ein Brückengleich­ richter B1 angeordnet, dessen Ausgangsgleichspannung zwischen dem Drain-Anschluß Dr1 des Transistors T1 und der Ausgangs­ klemme A2 wirkt. Im Normalbetrieb, d. h., es wirken keine Überspannungsimpulse an den Eingangsklemmen E1, E2, versorgt ein weiterer Einweggleichrichter D4, C4 den Steueranschluß G1 und Source-Anschluß S1 des Transistors T1 mit einer erforder­ lichen Gleichspannung. Dadurch ist gewährleistet, daß der Transistor T1 durchschaltet. Das Magnetjoch des Magnetsystems M enthält neben der Spule L1 eine Wicklung N4, in die der durch die Reihenschaltung L1, RF fließende Strom eine Spannung in­ duziert. Diese Wechselspannung wird im Einweggleichrichter D4, C4 gleichgerichtet und mit positiver Polarität über den Widerstand R1 dem Steueranschluß G1 und mit negativer Polarität dem Source-Anschluß S1 des Transistors T1 aufgeschaltet. Die Funktions- und Wirkungsweise der Schaltung zum Einschaltzeit­ punkt und beim Auftreten von Überspannungen an den Eingangs­ klemmen E1, E2 entspricht der Schaltung gemäß Fig. 1. Ab einem bestimmten Wert des Stromimpulses zum Einschaltzeitpunkt schal­ tet der Transistor T1 durch, so daß der Glättungskondensator Ca mit der gleichgerichteten Wechselspannung aus dem Brücken­ gleichrichter B1 aufgeladen wird. Dabei versorgt der Einweg­ gleichrichter D4, C4 den Transistor T1 mit der erforderlichen gleichgerichteten Wechselspannung, wobei die Wechselspannung in der Wicklung N4 aufgrund des Stromflusses durch die Spule L1 induziert wurde. Übersteigt der Stromimpuls diesen bestimmten Wert, so bleibt der Transistor T1 weiterhin durchgesteuert, der Widerstandswert des magnetfeldabhängigen Widerstandes RF erhöht sich und der Einschaltstrom wird auf einen Maximalwert be­ grenzt. Eine Überspannung an den Eingangsklemmen E1, E2 bewirkt wiederum, daß der spannungsabhängige Widerstand RV kurzzeitig niederohmig wird, was eine Stromänderung in der Wicklung N2 des Übertragers W verursacht. Diese Stromänderung bewirkt, daß in der Wicklung N3 des Übertragers W eine Spannung induziert wird, die nach einer Gleichrichtung durch den Einweggleichrichter D3, C3 dem Gate-Source-Anschluß G2, S2 des Transistors T2 aufge­ schaltet wird. Dadurch schaltet der Transistor T2 durch und die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß G1 und dem Source-Anschluß S1 des Transistors T1 wird so weit vermindert, daß dieser sperrt. Der Glättungskondensator Ca und an den Ausgangsklemmen A1, A2 angeschlossene elektronische Geräte oder Schaltungen werden sicher vor Überspannungen geschützt.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Schaltungsanordnung, die für einen Betrieb an Wechsel­ spannungsnetzen mit unterschiedlichen Eingangsspannungen, z. B. 115 und 230 Volt, geeignet ist. Die in den Fig. 1, 2 und 3 vorkommenden gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Anordnung besteht der Glättungskondensator aus zwei Kondensatoren Ca1, Ca2, wobei ein Schalter S im ge­ schlossenen Zustand die Eingangsklemme E2 zwischen den ersten und zweiten Glättungskondensator Ca1, Ca2 klemmt. Parallel zu den Eingangsklemmen E1, E2 ist ein Brückengleichrichter B2 angeordnet, dessen Ausgang mit positiver Polarität über die Reihenschaltung L1, RF an den Drain-Anschluß Dr1 des Transi­ stors T1 angeschlossen und dessen Ausgangsklemme mit negativer Polarität mit der Ausgangsklemme A2 verbunden ist.

Kann bei geöffnetem Schalter an den Ausgangsklemmen A1, A2 eine bestimmte Gleichspannung bei einer Versorgungswechselspannung mit einer Amplitude A an den Eingangsklemmen E1, E2 abgegriffen werden, so kann mit der vorliegenden Anordnung bei geschlosse­ nem Schalter S diese Gleichspannung auch bei einer Versorgungs­ wechselspannung mit doppelter Amplitude A abgegriffen werden. Damit der Feldeffekt-Transistor T1 im Normalbetrieb durch­ schaltet, erzeugt ein emittergekoppelter Oszillator, der aus zwei Transistoren T9, T10, einem Widerstand R10 und einem Kondensator C9 gebildet ist, eine Wechselspannung, die mit einem Übertrager Ü mit den Wicklungen N4, N5 ausgekoppelt und mit einem Gleichrichter D4, C4 gleichgerichtet wird. Die gleichgerichtete Spannung wird mit positiver Polarität über den Widerstand R1 dem Gate-Anschluß G1 und mit negativer Polarität dem Source-Anschluß S1 des Transistors T1 zugeführt. Wird eine Wechselspannung von z. B. 115 Volt bei geschlossenem Schalter S oder von 230 Volt bei offenem Schalter S an die Ein­ gangsklemmen E1, E2 gelegt, so wird mittels der vom emitter­ gekoppelten Oszillator T9, T10, C9 erzeugten Gleichspannung der Transistor T1 durchgesteuert, so daß die in Serienschaltung betriebenen Kondensatoren Ca1, Ca2 aufgeladen werden. Der zum Einschaltzeitpunkt ansteigende Stromimpuls bewirkt einen an­ steigenden Widerstandswert des magnetisch steuerbaren Wider­ standes RF und begrenzt den Einschaltstrom. Gelangt infolge von Schaltvorgängen auf dem Versorgungsnetz ein Überspannungs­ impuls an die Eingangsklemmen E1, E2, so wird der spannungs­ abhängige Widerstand RV kurzzeitig niederohmig. Die in der Sekundärwicklung N3 des Übertragers W auftretende Wechsel­ spannung steuert nach Gleichrichtung den Transistor T2 durch. Dadurch sperrt der Transistor T1 für die Dauer der Überspan­ nung, so daß die Kondensatoren Ca1, Ca2 sowie die an die Klemmen A1, A2 angeschlossenen Steuer- und Gleichrichter­ schaltungen eines Schaltnetzgerätes oder die an die Ausgangs­ klemmen A1, A2 angeschlossenen Baugruppen oder elektronischen Geräte vor dem Überspannungsimpuls geschützt sind.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung

• - mit Eingangsklemmen (E1, E2), denen eine Versorgungsspannung zugeführt wird,
• - mit Ausgangsklemmen (A1, A2), an denen eine Gleichspannung abgegriffen wird,
• - mit einem parallel zu den Ausgangsklemmen (A1, A2) angeordneten Glättungskondensator (Ca) und
• - mit einer an einer Eingangsklemme (E1, E2) angeordneten Reihenschaltung aus einer Induktivität (L1) und einem magnetisch steuerbaren Widerstand (RF),
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß in Serie zur Reihenschaltung und parallel zum Glättungskondensator (Ca) eine weitere Reihenschaltung aus einem spannungsabhängigen Widerstand (RV) und einer Wicklung (N2) eines Übertrages (W) geschaltet ist, wobei der spannungsabhängige Widerstand (RV) derart über den Übertrager (W) und über einen an die andere Wicklung (N3) des Übertragers (W) angeschlossenen Einweggleichrichter (D3, C3) auf einen steuerbaren Schalter (T1, T2) einwirkt, daß ein Durchschalten einer Überspannung von den Eingangsklemmen (E1, E2) an die Ausgangsklemmen (A1, A2) verhindert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (T1, T2) eine Eingangsklemme (E1, E2) mit einer Ausgangsklemme (A1, A2) verbindet und die Ausgangsspannung des Einweggleichrichters (D3, C3) zwischen dem Steueranschluß des steuerbaren Schalters (T1, T2) und der Ausgangsklemme (A1, A2) liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (T1, T2) aus einem ersten und einem zweiten Feldeffekt-Transistor (T1, T2) gebildet ist, wobei der Source-Anschluß (S1) des ersten Feldeffekt-Transistors (T1) und der Source-Anschluß (S2) des zweiten Feldeffekt-Transistors (T2) eine gemeinsame Ausgangs­ klemme (A1, A2) bilden, die Ausgangsspannung des Einweggleich­ richters (D3, C3) zwischen dem Steueranschluß (G2) des zweiten Feldeffekt-Transistors (T2) und der gemeinsamen Ausgangsklemme (A1, A2) anliegt, der Drain-Anschluß (Dr1) des ersten Feld­ effekt-Transistors (T1) mit dem magnetisch steuerbaren Wider­ stand (RF) verbunden ist, der Steueranschluß (G1) und der Source-Anschluß (S1) des ersten Feldeffekt-Transistors (T1) derart mit einer Gleichspannung versorgt werden, daß für den Fall, daß keine Überspannung auftritt, der Feldeffekt-Transi­ stor (T1) durchschaltet und für den Fall, daß eine Überspan­ nung auftritt, der Feldeffekt-Transistor (T2) durchsteuert und dadurch den Feldeffekt-Transistor (T1) sperrt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Diode (D1) vor der Reihen­ schaltung (L1, RF) angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung (L1, RF) und einer Eingangsklemme (E1, E2) eine Brückengleichrichterschaltung (B1) angeordnet ist, deren Aus­ gangsgleichspannung zwischen dem Drain-Anschluß (Dr1) des ersten Feldeffekt-Transistors (T1) und einer Ausgangsklemme (A1, A2) liegt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Brücken­ schaltung (B2) zwischen den Eingangsklemmen (E1, E2) angeordnet ist, deren Ausgang mit positiver Polarität über die Reihen­ schaltung (L1, RF) an den Drain-Anschluß (Dr1) des Transistors (T1) angeschlossen ist und deren Ausgang mit negativer Polari­ tät eine Ausgangsklemme (A1, A2) bildet, und der Glättungs­ kondensator (Ca) von einem ersten und einem zweiten Glättungs­ kondensator (Ca1, Ca2) gebildet ist, ein Schalter (S) vor­ gesehen ist, der im geschlossenen Zustand eine Eingangsklemme (E1, E2) zwischen den ersten und zweiten Glättungskondensator (Ca1, Ca2) klemmt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß keine Überspannung an den Eingangsklemmen (E1, E2) anliegt, Mittel (T7, T8, R5 bis R8, C5 bis C8, D5/M, D4, C4/T9, T10, C9, R10, Ü) vorgesehen sind, die den Steueranschluß (G1) und den Source-Anschluß (S1) des Transistors (T1) mit einer Gleich­ spannung derart beaufschlagen, daß dieser durchsteuert.