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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Strombegrenzung bzw. ein Verfahren zum Betrieb der Schaltung.
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Grundsätzlich besteht das Problem, einen Einschaltstrom für einen elektrischen Verbraucher, z. B. ein elektrisches Gerät, zu begrenzen. Unmittelbar nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers werden z. B. Kondensatoren aufgeladen, was kurzzeitig zu einer hohen Strombelastung der Versorgung und des Verbrauchers und des (externen) Schalters im Besonderen führt. Einerseits ist die starke Belastung der Versorgung unerwünscht und andererseits ist es nachteilig, dass die betroffenen Bauteile des Verbrauchers für diesen hohen Strom, der um ein Vielfaches höher ist als der Strom während des Normalbetriebs, ausgelegt werden müssen. Daher ist es z. B. aus [1] bekannt, eine Einschaltstrombegrenzung vorzusehen, um die Netzbelastung während des Einschaltens des Verbrauchers zu reduzieren. Dazu wird in [1] ein Feldeffekttransistor geeignet angesteuert, so dass der Feldeffekttransistor höchstens mit einer vorgebbaren maximalen Verlustleistung belastet ist.
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Hierbei ist es von Nachteil, dass der Feldeffekttransistor in einem linearen Betrieb operiert und dabei signifikante Verluste bewirkt.
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[3] zeigt eine getaktete Stromversorgung mit einer dynamischen Anpassung der ermittelten Stromschwelle. Es wird keine Schaltung zur Strombegrenzung vorgeschlagen, sondern lediglich eine Einstellmöglichkeit der Stromschwelle geschaffen.
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[4] betrifft einen zweiseitigen strombegrenzenden Konverter mit einem Stromsensor, der ein Massepotenzial als Bezugspunkt aufweist.
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In [5] ist eine bekannte LC-Siebschaltung dargestellt als ein passives Filter ohne Schalter.
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[6] zeigt ein Verfahren und eine Schaltung zur aktiven Eingangsstrombegrenzung sowie zur Powerfaktorkorrektur.
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[7] betrifft eine Umschalteeinrichtung für eine Stromversorgungseinheit.
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[8] zeigt eine Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Startermotor.
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[9] zeigt Schaltungen zur Powerfaktorkorrektur sowie eine kombinierte Hochsetz-Tiefsetzschaltung mit einer strombegrenzenden Funktion.
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Auch gemäß der Norm EN610003-3 darf der Einschaltstrom bestimmte vorgegebene Werte nicht überschreiten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltung zur wirksamen Strombegrenzung ohne hohe Verluste bzw. ein Verfahren zum Betrieb dieser Schaltung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung zur Strombegrenzung angegeben gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die beschriebene Beschaltung der genannten Bauelemente eignet sich als eine getaktete Strombegrenzung. Dabei kann bei hochfrequenter Ansteuerung des Schalters eine entsprechend kleine Induktivität eingesetzt werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, bei Überschreiten eines vorgegebenen Strom-Schwellwertes den Schalter zu öffnen und dadurch den Ausgang von dem Eingang zu trennen. Dies kann vorteilhaft sowohl während der Einschaltphase als auch während des Betriebs der Schaltung erfolgen, z. B. wenn ein Verbraucher an den Ausgang angeschlossen ist.
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Hierbei sei angemerkt, dass die vorliegende Schaltung zur Strombegrenzung bevorzugt als Teil einer Schaltung, insbesondere eines elektrischen Verbrauchers, eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird dabei die Schaltung in einer Stromversorgung, insbesondere in einem Netzteil bzw. einem (getakteten) Schaltnetzteil eingesetzt. Auch ist es ein möglicher Einsatz der Schaltung, dass diese Stromversorgung, insbesondere das Schaltnetzteil, auf einer Hutschiene und/oder in einem Schaltschrank montierbar ist.
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Erfindungsgemäß ist die Schaltung eine Schaltung zur getakteten Strombegrenzung.
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Es ist von Vorteil, da das HF-Filter bereits eine Induktivität aufweist, die von der Schaltung zur Strombegrenzung ebenfalls genutzt und daher eine zusätzliche Induktivität eingespart werden kann.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Schalter mindestens ein elektronischer Schalter, insbesondere ein Transistor, ein Mosfet, ein Thyristor oder ein IGBT ist. Auch kann der elektronische Schalter eine Kombination aus mehreren Schaltern, insbesondere elektronischen Schaltern, sein.
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Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass ein Widerstand zwischen den Schalter und die Kathode der Diode bzw. die Induktivität geschaltet ist. Dieser Widerstand eignet sich insbesondere als Messwiderstand zur Strommessung und somit zur Ansteuerung des (elektronischen) Schalters.
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Eine Weiterbildung besteht darin, dass dem Eingang der Schaltung zur Strombegrenzung eine Gleichrichterschaltung vorgeschaltet ist.
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Auch ist es eine Weiterbildung, dass an dem Ausgang der Schaltung zur Strombegrenzung ein Kondensator vorgesehen ist. Insbesondere kann dieser Kondensator ein Elektrolytkondensator (”Puffer-Kondensator”) sein. Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung wird dieser Kondensator anhand des Schalters getaktet aufgeladen, wobei anhand der Taktrate der durch die Schaltung fließende Strom begrenzt wird.
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Die Schaltung zur Powerfaktorkorrektur kann bevorzugt ausgeführt sein als ein Hochsetzer, der über eine geeignete Ansteuerung verfügt. Insbesondere weist die Powerfaktorkorrektur mindestens einen elektronischen Schalter, z. B. einen Transistor, einen Mosfet, einen Thyristor oder einen IGBT auf.
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Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Strombegrenzung insbesondere durch Ansteuerung der vorstehend beschriebenen Schaltung angegeben, bei der der Schalter bei Überschreiten eines vorgegebenen Strom-Schwellwertes geöffnet wird.
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Bevorzugt wird dabei ein aktueller Stromwert insbesondere anhand eines Widerstands gemessen.
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Erfindungsgemäß wird der Schalter zumindest zeitweise mit einem vorgegebenen Takt geschlossen und geöffnet.
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Eine Weiterbildung ist es, dass der Schalter anhand mindestens eines Impulsgebers und/oder mindestens eines Schmitt-Triggers oder mindestens eines Komparators angesteuert wird. Bevorzugt kann dabei der Takt eine (ggf. variable) Frequenz von ca. 1 KHz bis ca. 1 MHz aufweisen.
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Auch ist es eine Weiterbildung, dass durch das getaktete Schließen und Öffnen des Schalters mindestens ein Kondensator (Puffer-Kondensator) aufgeladen wird.
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Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung und/oder zur Transientenerkennung eingesetzt wird.
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Hierbei sei angemerkt, dass als Überspannung alle Formen von Spannungen größer als eine vorgegebene Versorgungsspannung, insbesondere eine Netzspannung, sowie jede Form von Spannungsspitzen zusammengefaßt sind. Insbesondere sind mit dem Begriff ”Transiente” alle Arten von zeitlich begrenzten Überspannungen gemeint, die von den Sollvorgaben der elektrischen Versorgungsspannung abweichen. Ergänzend sei bemerkt, dass eine Überspannung auch auf einer Stromspitze beruhen kann.
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Insbesondere bei der Versorgung durch elektrische Netze ist es nötig, Schaltungen, Geräte oder Verbraucher vor Überspannungen, insbesondere Überspannungsimpulsen zu schützen. Ein solcher Impuls ist zum Beispiel definiert in der Norm EN 61000-4-5 mit einer Stirnzeit von 1,2 μs und einer Halbwertszeit von 50 μs und kann beispielsweise bei Einschlag eines Blitzes auftreten. Auch bekannt ist aus der Norm VDE 0160W2 ein Impuls mit einer Spitzenspannung von 747 Volt (Stirnzeit 100 μs, Halbwertszeit 1,3 μs), der als reiner Spannungsimpuls einen (theoretisch unendlich) hohen Strom bereithält.
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Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:
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1 Ein Schaltbild einer Schaltung zur Strombegrenzung;
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2 ein Schaltbild einer alternativen Schaltung zur Strombegrenzung;
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3 ein Schaltbild einer Stromversorgung mit einer Schaltung zur Strombegrenzung;
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4 ein Schaltbild einer Schaltung zur Strombegrenzung mit einem elektronischen Schalter;
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5 ein Detailschaltbild einer Schaltung zur Strombegrenzung mit einem elektronischen Schalter.
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Die Beispiele gemäß 1 und 2 sind keine beanspruchten Ausführungsbeispiele.
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1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zur Strombegrenzung umfassend einen Eingang mit Anschlüssen 101 und 102, einen Ausgang mit Anschlüssen 103 und 104, einen Schalter S1 mit Anschlüssen 106 und 107, ein Induktivität L1 mit Anschlüssen 108 und 109 und eine Diode D1.
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Der Anschluss 101 des Eingangs ist mit dem Anschluss 106 des Schalters S1 verbunden, der Anschluss 107 des Schalters S1 ist mit dem Anschluss 108 der Induktivität L1 und mit der Kathode der Diode D1 verbunden. Der Anschluss 109 der Induktivität L1 ist mit dem Anschluss 103 des Ausgangs verbunden. Ferner ist die Anode der Diode D1 mit dem Anschluss 102 des Eingangs und mit dem Anschluss 104 des Ausgangs verbunden.
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Das Schaltbild von 1 veranschaulicht die prinzipielle Anordnung von Bauelementen zur (getakteten) Strombegrenzung. Der Schalter S1 kann insbesondere ausgeführt sein als ein elektronischer Schalter, der im Falle eines Stroms oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts öffnet. Dazu wird eine geeignete Ansteuerung des vorzugsweise elektronischen Schalters S1 vorgesehen.
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Die Funktionsweise – auch bei einem Strom oberhalb des Schwellwerts – der Schaltung, insbesondere des an den Ausgang über die Anschlüsse 103 und 104 angeschlossenen Verbrauchers, wird dadurch sichergestellt, dass der Schalter S1 mit einer vorgegebenen Frequenz geschlossen und wieder geöffnet wird. Durch diese Frequenz wird der Strom durch die Schaltung, insbesondere der über die Anschlüsse 103 und 104 an den Verbraucher bereitgestellte Strom, wirksam begrenzt. Eine derartige Begrenzung erfolgt zweckmäßig während des Einschaltvorgangs der Schaltung bzw. des Verbrauchers (z. B. zum Aufladen etwaiger ungeladener Kapazitäten) und/oder während des Betriebs der Schaltung beim (plötzlichen) Auftreten großer Ströme (verursacht z. B. durch Überspannungsimpulse oder Transienten).
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2 zeigt ein Schaltbild einer erweiterten Schaltung zur Strombegrenzung. Dabei ist im Unterschied zur 1 zusätzlich ein Widerstand R1 mit den Anschlüssen 201 und 202 vorgesehen. Der Anschluss 201 des Widerstands R1 ist mit dem Anschluss 107 des Schalters S1 und der Anschluss 202 des Widerstands R1 mit dem Anschluss 108 der Induktivität L1 und mit der Kathode der Diode D1 verbunden. Somit ist der Anschluss 107 des Schalters S1 nicht mehr, wie in 1 dargestellt, mit der Induktivität L1 und der Diode D1 verbunden, vielmehr ist der Widerstand R1 zwischen den Anschluss 107 des Schalters S1 aus 1 und der dem Knotenpunkt zwischen Induktivität L1 und Diode D1 angeordnet.
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Der Widerstand R1 ist dabei bevorzugt als ein Messwiderstand zur Detektion des durch ihn fließenden Stroms ausgeführt. Ein auf diese Art detektierter Strom kann zur Ansteuerung des (insbesondere elektronischen) Schalters S1 eingesetzt werden.
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In 3 ist ein Schaltbild einer Stromversorgung mit einer Schaltung zur Strombegrenzung dargestellt. Das Schaltbild aus 3 zeigt einen Eingang mit Anschlüssen 301 und 302 und einen Ausgang mit Anschlüssen 303 und 304. Ferner vorgesehen sind ein Gleichrichter 310, eine Einheit 320 (ausgeführt als ein Hochfrequenz-Filter (HF-Filter) mit einer Schaltung zur Strombegrenzung), eine (Einheit zur) Powerfaktorkorrektur 330 (beispielhaft ausgeführt als Hochsetzer), ein Kondensator C3 (”Puffer-Kondensator”), insbesondere ausgeführt als Elektrolytkondensator, und ein Übertrager bzw. DC/DC Wandler 340.
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Der Gleichrichter 310 ist mit den Anschlüssen 301 und 302 des Eingangs verbunden. Das vorzugsweise anliegende Wechselspannungssignal wird von dem Gleichrichter 310 in ein Gleichspannungssignal gewandelt und an das HF-Filter mit der Schaltung zur Strombegrenzung 320 übertragen.
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Die Einheit 320 umfasst einen Kondensator C1 (mit Anschlüssen 351 und 352), einen Kondensator C2 (mit Anschlüssen 353 und 354), eine Diode D2, einen Schalter S2 (mit Anschlüssen 355 und 356) und eine Induktivität L2 (mit Anschlüssen 357 und 358).
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Der Kondensator C1 liegt parallel am Eingang der Einheit 320, wobei der Anschluss 351 des Kondensators C1 mit dem Anschluss 355 des Schalters S2 verbunden ist. Der Anschluss 356 des Schalters S2 ist mit der Kathode der Diode D2 und mit dem Anschluss 357 der Induktivität L2 verbunden. Der Kondensator C2 liegt parallel zum Ausgang der Einheit 320, wobei der Anschluss 353 des Kondensators C2 mit dem Anschluss 358 der Induktivität L2 verbunden ist. Der Anschluss 354 des Kondensators C2 ist mit dem Anschluss 352 des Kondensators C1 und der Anode der Diode D2 verbunden. Dieser gemeinsame Anschlusspunkt wird auch als Knoten 367 bezeichnet.
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Betrachtet man die Einheit 320 als einen Vierpol, d. h. eine Einheit mit einem Eingang und einem Ausgang mit jeweils zwei Anschlüssen, so umfasst der Eingang einerseits eine Verbindung des Anschlusses 351 des Kondensators C1 mit dem Anschluss 355 des Schalters S2 und andererseits eine Verbindung des Anschlusses 352 des Kondensators C1 mit der Anode der Diode D2 und dem Anschluss 354 des Kondensators C2 (dies entspricht dem Knoten 367). Der Ausgang umfasst einerseits eine Verbindung des Anschlusses 358 der Induktivität L2 mit dem Anschluss 353 des Kondensators C2 und andererseits eine Verbindung zu dem Knoten 367.
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Die Powerfaktorkorrektur 330 umfaßt eine Induktivität L3 (mit Anschlüssen 359 und 360), einen Schalter S3 (mit Anschlüssen 361 und 362) und eine Diode D3.
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Der Anschluss 359 der Induktivität L3 ist mit dem Anschluss 353 des Kondensators C2 (bzw. mit dem Anschluss 358 der Induktivität L2) verbunden. Der Anschluss 360 der Induktivität L3 ist mit dem Anschluss 361 des Schalters S3 und mit der Anode der Diode D3 verbunden. Der Anschluss 362 des Schalters S3 ist mit dem Anschluss 354 des Kondensators C2 (bzw. mit der Anode der Diode D2, dem Anschluss 352 des Kondensators C1 und mit dem Ausgang des Gleichrichters 310, also mit dem Knoten 367) verbunden.
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Der Schalter S3 ist vorzugsweise als ein elektronischer Schalter ausgeführt, insbesondere als ein Transistor, ein Mosfet, ein Thyristor oder ein IGBT. Eine geeignete Ansteuermimik sorgt dafür, dass der Hochsetzer den kapazitiven bzw. induktiven Widerständen der Schaltung entgegenwirkt (siehe z. B. [2]).
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Der ”Puffer-Kondensator” C3, insbesondere ausgeführt als Elektrolytkondensator, umfasst die Anschlüsse 363 und 364, wobei der Anschluss 363 des Kondensators C3 mit der Kathode der Diode D3 und mit dem Eingang des Übertragers 340 verbunden ist. Der Anschluss 364 des Kondensators C3 ist mit dem Knoten 367 und dem anderen Eingang des Übertragers 340 verbunden. Somit liegt der Kondensator C3 mit seinen Anschlüssen 363 und 364 parallel am Eingang des Übertragers 340. Am Ausgang des Übertragers 340 wird an den Anschlüssen 303 bzw. 304 die gewandelte Gleichspannung, insbesondere in einen Bereich von zum Beispiel 3 Volt bis 48 Volt (regelbar) bereit gestellt.
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Der Übertrager 340 kann insbesondere ausgeführt sein als ein Gleichspannungswandler, z. B. als Sperrwandler, Durchflusswandler oder Gegentaktwandler.
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Die Einheit 320 umfasst den Schalter S2, die Induktivität L2 und die Diode D2 zur Strombegrenzung, wobei diese Bauteile als Bestandteile des HF-Filters ausgeführt sind. Insbesondere ist die Induktivität L2 sowohl Bestandteil des HF-Filters (im Zusammenhang mit den Kondensatoren C1 und C2) als auch ein Bauelement der Schaltung zur Strombegrenzung.
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Bei geeigneter Taktung des Schalters S2 kann während des Einschalt-Vorgangs der Kondensator C3 kontrolliert, d. h. so dass der Strom einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet, aufgeladen werden.
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Alternativ kann auf der Sekundärseite des DC/DC-Wandlers 340 die Schaltung zur Strombegrenzung z. B. gemäß 1 vorgesehen sein, um eine Kurzschlußfestigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten.
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4 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zur Strombegrenzung mit einem elektronischen Schalter.
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4 umfaßt einen Eingang mit Anschlüssen 401 und 402, einen Ausgang mit Anschlüssen 403 und 404, einen Widerstand R4 (mit Anschlüssen 415 und 416), einen n-Kanal Mosfet V1, eine Diode D4, eine Induktivität L4 (mit Anschlüssen 417 und 418) und eine Ansteuereinheit 405 (mit Eingängen 419, 420 und einem Ausgang 421).
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Der Anschluss 401 des Eingangs ist mit dem Drain-Anschluss des Mosfets V1 verbunden. Der Source-Anschluss des Mosfets V1 ist mit dem Anschluss 415 des Widerstands R4 und dem Eingang 420 der Ansteuereinheit 405 verbunden. Der Anschluss 416 des Widerstands R4 ist mit dem Eingang 419 der Ansteuereinheit 405, dem Anschluss 417 der Induktivität L4 und der Kathode der Diode D4 verbunden. Der Anschluss 418 der Induktivität L4 ist mit dem Anschluss 403 des Ausgangs verbunden. Die Anode der Diode D4 ist mit dem Anschluss 402 des Eingangs und mit dem Anschluss 404 des Ausgangs verbunden. Der Ausgang 421 der Ansteuereinheit 405 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets V1 verbunden
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FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄSS Fig. 4:
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Der Mosfet V1 ist der elektronische Schalter zur Strombegrenzung. Überschreitet der Strom I durch den Messwiderstand R4 einen vorgegebenen Schwellwert, so wird der Mosfet V1 über die Ansteuereinheit 405 abgeschaltet. Der Strom durch den Widerstand R4 wird anhand der Eingänge 419 und 420 der Ansteuereinheit 405 ermittelt und ausgewertet. Der Mosfet V1 wird entsprechend dem ausgewerteten Signal von der Ansteuereinheit 405 leitend oder sperrend geschaltet.
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Damit dies jedoch nicht zu einer dauerhaften Sperrung führt, steuert die Ansteuereinheit den Mosfet V1 derart an, dass er mit einer (insbesondere variablen) Frequenz schließt und öffnet und somit der Strom I durch die Frequenz, mit der der Mosfet V1 angesteuert wird, bestimmt ist. Durch geeignete Wahl der Frequenz kann somit der Strom I geregelt, insbesondere begrenzt, werden. Ist der Strom I größer als ein vorgegebener Schwellwert, so regelt die Ansteuereinheit 405, wobei bspw. mindestens ein Komparator in der Ansteuereinheit 405 genutzt wird, um die Frequenz zur Ansteuerung des Mosfets V1 zu beeinflussen. Alternativ kann in der Ansteuereinheit 405 mindestens ein Schmitt-Trigger eingesetzt werden, um bspw. eine Hysterese für einen Regelvorgang zu erzeugen.
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Somit ist es möglich, mit der Schaltung gemäß 4 sowohl Überspannungen bzw. Stromspitzen zu erkennen und zu begrenzen, als auch den Strom während des Einschaltvorgangs zu begrenzen, z. B. wenn mehrere anfangs entladene Kapazitäten an den Anschlüssen 403 und 404 des Ausgangs anliegen.
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5 zeigt ein Detailschaltbild einer Schaltung zur Strombegrenzung mit einem elektronischen Schalter. 5 entspricht in einigen Bereichen der vorstehend beschriebenen 3, insbesondere der Gleichrichter 310, die Powerfaktorkorrektur 330, der Puffer-Kondensator C3 und der Übertrager bzw. Wandler 340 entsprechen denen von 3 mit zugehöriger Beschreibung. Auch die Anschlüsse 301 und 302 des Eingangs bzw. die Anschlüsse 303 und 304 des Ausgangs sind in 3 behandelt. Der Unterschied zur 3 besteht in der Detailbeschaltung der Einheit 320, die ein HF-Filter und eine Schaltung zur Strombegrenzung, insbesondere zur Einschaltstrombegrenzung bzw. zur Transientenabschaltung, aufweist.
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Dazu umfaßt die Einheit 320 einen Kondensator C4 (mit Anschlüssen 551 und 552), einen Elektrolytkondensator C5 (mit Anschlüssen 553 (positiver Pol) und 554), einen Kondensator C6 (mit Anschlüssen 555 und 556), einen Widerstand R5 (mit Anschlüssen 559 und 560), einen Widerstand R6 (mit Anschlüssen 557 und 558), einen Widerstand R7 (mit Anschlüssen 561 und 562), eine Primärwicklung N1 einer Induktivität L5 (mit Anschlüssen 565 und 566) und eine Sekundärwicklung N2 der Induktivität L5 (mit Anschlüssen 563 und 564). Ferner sind vorgesehen eine Diode D5, eine Zener-Diode D6, ein n-Kanal Mosfet V3 und ein npn-Transistor V4.
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Zur besseren Übersicht umfaßt die Einheit 320 ferner einen Eingang mit Anschlüssen 571 und 572 und einen Ausgang mit Anschlüssen 573 und 574.
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Der Anschluss 551 des Kondensators C4 ist mit dem Anschluss 571 des Eingangs, dem Anschluss 560 des Widerstands R5, der Kathode der Diode D5, dem Anschluss 553 des Kondensators C5 und dem Anschluss 573 des Ausgangs verbunden. Der Anschluss 552 des Kondensators C4 ist mit dem Anschluss 572 des Eingangs, dem Anschluss 564 der Sekundärwicklung N2 der Induktivität L5, der Anode der Zener-Diode D6, dem Emitter des Transistors V4 und dem Anschluss 562 des Widerstands R7 verbunden. Der Anschluss 554 des Kondensators C5 ist mit dem Anschluss 566 der Primärwicklung N1 der Induktivität L5 und dem Anschluss 574 des Ausgangs verbunden. Der Anschluss 565 der Primärwicklung N1 der Induktivität L5 ist mit dem Drain-Anschluss des Mosfets V3 und der Anode der Diode D5 verbunden. Der Anschluss 563 der Sekundärwicklung N2 der Induktivität L5 ist mit dem Anschluss 555 des Kondensators C6 verbunden. Der Anschluss 556 des Kondensators C6 ist mit dem Anschluss 557 des Widerstands R6 verbunden. Der Anschluss 558 des Widerstands R6 ist mit der Kathode der Zener-Diode D6, dem Anschluss 559 des Widerstands R5, dem Kollektor des Transistors V4 und dem Gate-Anschluss des Mosfets V3 verbunden. Der Source-Anschluss des Mosfets V3 ist mit der Basis des Transistors V4 und mit dem Anschluss 561 des Widerstands R7 verbunden.
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Der Eingang der Einheit 320 ist entsprechend 3 und zugehöriger Beschreibung mit dem Gleichrichter 310 und der Ausgang der Einheit 320 mit der Powerfaktorkorrektur 330 gemäß (der Beschreibung von) 3 verbunden.
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FUNKTIONSWEISE DER SCHALTUNG GEMÄSS Fig. 5:
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Die Schaltung von 5 trennt anhand des Mosfets V3 den Ausgang der Einheit 320 von ihrem Eingang, sofern ein Strom größer als ein vorgegebener Schwellwert fließen würde.
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Einschalten des Mosfets V3:
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Der Kondensator C6 lädt sich über die Widerstände R5 und R6 aus der Betriebsspannung solange auf bis der Gate-Anschluss des Mosfets V3 die Schwellspannung erreicht, worauf der Mosfet V3 linear leitend wird. An der Primärwicklung der Induktivität L5N1 baut sich eine Spannung auf, die gemäß Übersetzungsverhältnis entsprechend auch an der Sekundärwicklung L5N2 anliegt und somit den Gate-Anschluss des Mosfets V3 zusätzlich durchsteuert. Somit erfolgt ein Mitkopplungseffekt, d. h. sobald der Gate-Anschluss des Mosfets V3 seine Schwellspannung überschritten hat und durchschaltet wird durch die Mittkopplung über die Sekundärwicklung L5N2 das Durchschalten verstärkt.
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Abschalten des Mosfets V3:
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Ist der Mosfet V3 durchgesteuert, so fließt durch den Messwiderstand R7 ein Strom. Sobald die Basis des Transistors V4 gegenüber dem Emitter die Schwellspannung erreicht, beginnt der Transistor V4 durchzuschalten. Der Mosfet V3 sperrt, woraufhin die Spannung an der Primärwicklung L5N1 (und damit auch an der Sekundärwicklung L5N2) das Vorzeichen wechselt. Dadurch erfolgt wiederum eine Mitkopplung des Transistors V4 bis der Kondensator C6 entladen ist und die Basis des Transistors V4 nicht mehr positiv gegenüber dem Emitter ist.
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Alternativ kann anstelle des Transistors V4 auch ein Thyristor vorgesehen werden, der mit einer bestimmten Zündspannung gezündet wird und daraufhin den Mosfet V3 abschaltet. Der Thyristor kann anhand der Spannung an der Primärwicklung L5N1 wieder gelöscht werden.
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Literaturverzeichnis:
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- [1] DE 200 10 283 U1
- [2] Powerfaktorkorrektur, siehe: www.tpub.com/neets/book2/4k.htm
- [3] US 4,811,184
- [4] US 5,233,287
- [5] NÜHRMANN, Dieter: Das große Werkbuch Elektronik, Band 3, Poing, Franzis-Verlag, 1998, Seiten 2606–2608, ISBN 3-7723-6547-7
- [6] WO 02/052688 A1
- [7] DE 299 23 111 U1
- [8] DE 43 44 355 A1
- [9] High Power Factor Preregulators for Off-line Power Supplies, L. H. Dixon Jr., 2003