[go: up one dir, main page]

DE19620803A1 - Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last

Info

Publication number
DE19620803A1
DE19620803A1 DE19620803A DE19620803A DE19620803A1 DE 19620803 A1 DE19620803 A1 DE 19620803A1 DE 19620803 A DE19620803 A DE 19620803A DE 19620803 A DE19620803 A DE 19620803A DE 19620803 A1 DE19620803 A1 DE 19620803A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
load
circuit arrangement
winding
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19620803A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19620803C2 (de
Inventor
Ulrich Prof Dipl Ing Schlienz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABAC ELEKTRONISCHE KOMMUNIKATIONSEINRICHTUNGEN GMB
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19620803A priority Critical patent/DE19620803C2/de
Publication of DE19620803A1 publication Critical patent/DE19620803A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19620803C2 publication Critical patent/DE19620803C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem klassischen Schaltregler wie zum Beispiel dem Eintaktflußwandler, dem Sperrwandler oder dem Gegentaktwandler und betrifft vor allem Wandler zur Spannungserhöhung, wie sie bei Kraftfahrzeug- oder Photovoltaikanwendungen vorkommen.
Dort werden die Leistungsschalter möglichst schnell geschaltet, um die Schaltverluste klein zu halten.
Die Leistungsschalter schalten magnetische Bauteile, bei denen ein schnelles Schalten durchaus möglich und er­ wünscht ist, doch haben alle magnetischen Bauteile auch parasitäre Kapazitäten, die beim Ein- bzw. Umschalten zu Stromspitzen führen. Der gleiche Effekt tritt durch die Sperrverzugszeiten von Dioden auf, die im Leistungspfad vorhanden sind.
Die Stromspitzen führen mit den vorhandenen Induk­ tivitäten zu Schwingungen.
Beide Effekte bedeuten Streß für die Bauelemente, Ver­ schlechterung des Wirkungsgrades und erhöhte Hochfrequenz­ abstrahlung der Schaltung.
Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung war es, die Stromspitzen und die Schwingungen zu unterdrücken, indem eine verlustlose Strombegrenzung vor den eigentlichen Wandler geschaltet wird.
Beschreibung der Erfindung
Die hauptsächlichen Auslöser der Überschwinger in einem Wandler sind - am Beispiel des Gegentaktwandlers er­ läutert - die Sperrverzugszeiten der Dioden (10) und (11) und die Wicklungskapazitäten des Transformators (7).
Zusammen mit den zwangsläufig vorhandenen Streuinduk­ tivitäten im Transformator (7) entstehen beim Schaltvor­ gang aus der Stromspitze gedämpfte Schwingungen.
Zur Vermeidung der Stromspitze beim Ein- bzw. Umschalten des Transformators wird die Induktivität (1) zwischen die Eingangsspannung und den Schaltregler (15) als Längsin­ duktivität geschaltet. Sie wirkt somit als induktiver Vorwiderstand.
Der Strom in einer Induktivität kann sich nicht sprunghaft ändern, so daß im Einschaltmoment von (8) oder (9) der Strom durch (1) unverändert weiter fließt. (1) begrenzt den Einschaltstrom auf den momentan in (1) vorhandenen Stromwert und schneidet damit die Stromspitze ab, die ohne (1) vorhanden wäre.
Gleichzeitig fällt an (1) eine Spannung ab, deren Höhe bis nahezu an die Höhe der Eingangsspannung Ue reichen kann. Der Transformator (7) liegt dadurch an einer ver­ ringerten Eingangsspannung an.
Trotzdem fließt der Nennstrom durch den Trafo (7), wo­ durch einerseits die beschriebenen Kapazitäten gemächlich aufgeladen werden, bis sie die Nennspannung erreicht haben und andererseits die Dioden (10) oder (11) mit einem begrenzten Sperrstrom in den sperrenden Zustand übergeführt werden. Die Primärspannung am Wandler stellt sich dabei zu jedem Zeitpunkt automatisch auf den dafür notwendigen Wert ein.
Sperren (8) und (9) (während taus), muß der Strom durch (1) weiter fließen. Hierzu dient der Kondensator (4), der den Strom über die Diode (5) aufnimmt. Ohne weitere Schaltungsmaßnahmen würde die Spannung auf (4) mit jedem Ausschaltvorgang weiter ansteigen, da der Kondensator (4) niemals entladen würde.
Zur Entladung von (4) dient der Transistor (6), der immer kurz nach Ablauf des Einschaltvorganges eingeschaltet wird und nur kurz vor dem Einschaltvorgang ausgeschaltet wird, wie in Fig. 2 dargestellt.
Im leitenden Zustand von (6) kann der Strom in beiden Richtungen durch (6) fließen. Ist die Spannung auf (4), bedingt durch den Einschaltvorgang größer als Ue, so fließt ein Teil der Stromaufnahme des Wandlers (15) aus (4), wodurch dieser zwangsläufig wieder auf den ursprüng­ lichen Wert entladen wird.
Die Spannung auf (4) stellt sich damit auf einen Wert ein, der nur geringfügig über Ue liegt.
Durch die Strombegrenzung wird der Einschaltvorgang verlangsamt, was nur in bestimmten Grenzen erwünscht ist.
Mit der Ergänzung einer zweiten Wicklung (2), die mit (1) magnetisch verkoppelt ist, und der Diode (3) kann er­ reicht werden, daß zusätzlich zur Strombegrenzung eine untere Spannungsbegrenzung erfolgt. Dazu stützt sich die Wicklung (2) über die Diode (3) auf der negativen Strom­ versorgung ab und stellt über das Übersetzungsverhältnis von (1) und (2) die minimal mögliche Primärspannung am Eingang von (15) ein.
Dieser Betriebsmodus ist besonders bei langen taus-Zeiten vorteilhaft, weil dann der Strom durch (1) im Einschalt­ moment einen zu kleinen Wert haben kann und unnötig viel Zeit für den Stromanstieg bis zum Nennstrom vergehen würde. Die magnetisch verkoppelten Wicklungen (1) und (2) wirken transformatorisch und liefern schon ab dem ersten Moment des Einschaltens einen definierten Spannungsstart­ wert, durch den der Stromstartwert für einen konkreten Wandler (15) eingestellt werden kann.
Beide Funktionen zusammen erlauben ein genaues Einstellen der Dauer des Umschaltvorganges und des maximal auftre­ tenden Stromes.
Die Diode (3) wird nur mit einem kurzen Stromimpuls zu Beginn des Einschaltvorganges belastet und bleibt die übrige Zeit stromlos. Dadurch kann sie relativ klein gewählt werden. Für kleine Eingangsspannungen Ue wird sie zweckmäßigerweise als Schottky-Diode ausgeführt, da diese praktisch keine Sperrverzugszeiten aufweisen.
Für die Diode (5) kann in dem hier vorliegenden speziel­ len Fall die interne Body-Diode von (6) verwendet werden.
Ihre relativ große Sperrverzugszeit tritt hier nicht auf, da (6) die eventuell noch leitende Diode (5) durch einen Parallelkurzschluß von den Ladungsträgern befreit, sie also bei Diodenspannung Null ausschaltet.
Der Kondensator (4) wird ebenfalls mit einem im­ pulsförmigen Strom belastet, der vorwiegend beim Abschal­ ten von (8) oder (9) auftritt und in den Einschaltzeiten von (8) oder (9) auf kleine Werte abklingt, so daß ins­ gesamt der Stromeffektivwert durch (4) nur ein Bruchteil des Wandlerstromes beträgt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die Reduzierung der Einschaltstromspitze bei hart schaltenden Wandlern bei gleichzeitiger Reduzierung der Schaltver­ luste und der Stoßstrombelastung in den Leistungsschal­ tern und vermeidet dabei zusätzliche Verluste in einem ohmschen Widerstand.
(6) schaltet praktisch verlustleistungsfrei, da entweder die geschaltete Spannung oder der geschaltete Strom nahezu Null sind.
Die Belastung des Wandlertrafos (7) mit hochfrequenten Strömen unterbleibt, wodurch der Skineffekt gegenüber dem harten Schalten stark reduziert wird.
Auch an den Wicklungsaufbau des Trafos werden weniger harte Anforderungen gestellt, da eine größere Wick­ lungskapazität verkraftet werden kann.
Ein eventuell vorhandener sekundärseitiger Gleichrichter (hier (10) und (11) muß spannungsmäßig nicht überdimen­ sioniert werden und wird während der Sperrverzugszeit mit einem reduzierten Strom belastet.
(5) kann die sowieso vorhandene Body-Diode von (6) sein.
Zur Verminderung der Abschaltverluste von (8) und (9) kann eine Kapazität parallel zur Drain-Source-Strecke geschaltet werden, ohne daß diese beim Einschalten stören würde (Nachteil aller Snubber-Netzwerke).
Der Kondensator (4) führt nur eine (einstellbaren) Teil des Laststromes.
Insgesamt führt die Maßnahme durch die Vermeidung der hochfrequenten Schwingungen zu einer deutlichen Reduzie­ rung der elektromagnetischen Abstrahlung und macht zusätz­ liche Entstörfilter entbehrlich.
Da die Strombegrenzung bereits eingangsseitig erfolgt, wirkt sie auf alle parasitären Effekt, sowohl auf der Primärseite des Wandlers, als auch auf dessen Sekundär­ seite.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschal­ ten einer elektrischen Last (15), mit wenigstens einem in Serie zur Last (15) geschalteten elektrischen Schalter (8) oder (9) und mit einer zur Last in Serie geschalteten Induktivität (1), die den Stromgrenzwert bestimmt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß parallel zur Last (15) der Kondensator (4) mit der dazu in Serie geschalteten Diode (5) ergänzt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß parallel zur Diode (5) ein Schalter (6) vorgesehen wird, der einen gesteuerten Stromfluß in beide Richtungen durch (4) erlaubt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Induktivität (1) eine zweite, magnetisch gekoppelte Wicklung (2) erhält, die mit einem Wicklungsende über die Diode (3) an die negative Strom­ versorgung angeschlossen wird und die mit dem zweiten Wicklungsende an den Knoten angeschlossen wird, an dem auch der Kondensator (4) und die Wicklung (1) angebunden sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Wicklung (2) deutlich weni­ ger Windungen enthält, als die erste Wicklung (1) und damit die am Wandler (15) anliegende Primärspannung im Strombegrenzungsfalle auf einen definierten Wert redu­ ziert.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalter (6) kurz vor dem Einschal­ ten von (8) oder (9) ausgeschalten wird und kurz danach wieder eingeschalten wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Induktivitätswert von (1) so dimen­ sioniert wird, daß der Strom durch (1) nahezu dem mitt­ leren Laststrom des Wandlers entspricht.
DE19620803A 1996-05-23 1996-05-23 Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last Expired - Fee Related DE19620803C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19620803A DE19620803C2 (de) 1996-05-23 1996-05-23 Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19620803A DE19620803C2 (de) 1996-05-23 1996-05-23 Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19620803A1 true DE19620803A1 (de) 1997-11-27
DE19620803C2 DE19620803C2 (de) 2001-03-22

Family

ID=7795136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19620803A Expired - Fee Related DE19620803C2 (de) 1996-05-23 1996-05-23 Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19620803C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0924775A1 (de) 1997-12-20 1999-06-23 abac Elektronische Kommunikationseinrichtungen GmbH Solarbatterie

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0515988A1 (de) * 1991-05-29 1992-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Eintakt-Durchflussumrichter mit einem Transformator und mit einer Schutzschaltung für einen elektronischen Schalter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0515988A1 (de) * 1991-05-29 1992-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Eintakt-Durchflussumrichter mit einem Transformator und mit einer Schutzschaltung für einen elektronischen Schalter

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 1-157274 (A) In: Patents Abstr. of Japan, Sect.E, 1989, Vol.13, Nr.421, (E-822) *
JP 1-202161 (A) In: Patents Abstr. of Japan, Sect.E, 1989, Vol.13, Nr.503, (E-844) *
JP 4-236165 (A) In: Patents Abstr. of Japan, Sect.E, 1993, Vol.17, Nr.3, (E-1301) *
SATOSHI Ohtsu u.a., Stability in High-Output- Voltage..., In: IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.8, No.2, April 1993, S.135-139 *
T.M. UNDELAND, Electrical Power Conversion with Transistors, Dissertation, University of Trond- heim, Second Edition Feb.1981, S.64-71 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0924775A1 (de) 1997-12-20 1999-06-23 abac Elektronische Kommunikationseinrichtungen GmbH Solarbatterie

Also Published As

Publication number Publication date
DE19620803C2 (de) 2001-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2834512C2 (de) Umformer mit ausschaltbaren Thyristoren
DE4210092A1 (de) Daempfungsschaltung fuer leistungswandler
DE19746112A1 (de) Stromrichteranordnung
DE102011076573A1 (de) Snubberschaltung für Gleichspannungswandler
DE60200710T2 (de) Schaltnetzteil
DE3213869C2 (de) Selbstschwingender Sekundärschaltregler
DE3429488A1 (de) Elektronische schaltvorrichtung
EP0057910B1 (de) Schaltung zur geregelten Speisung eines Verbrauchers
DE3405793A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum kurzschlussschutz eines stromrichtergeraetes mit gto-thyristoren
DE3241086A1 (de) Anordnung zur verlustmindernden nutzung der in einem entlastungsnetzwerk gespeicherten elektrischen energie
EP1867035B1 (de) Verfahren zum betreiben eines schaltnetzteils mit rückspeisung primärseitiger streuenergie
DE3342010A1 (de) Wechselrichterschaltung
DE3140175A1 (de) Transistorvorschalt-geraet
DE19620803C2 (de) Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung beim Einschalten einer elektrischen Last
DE2716367C2 (de) Schutzbeschaltung für im Wechselschaltbetrieb gegen induktive Last arbeitende Transistoren
DE4447406C1 (de) GTO-Stromrichter mit weicher Kommutierung
DE3513239C2 (de)
DE4113603C1 (en) High-power GTO converter - uses thyristors connected in three=phase rectifier circuit
DE4430078A1 (de) Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Schaltverlusten eines Zweigpaares eines selbstgeführten Stromrichters mit eingeprägter Zwischenkreisgleichspannung
DE19527178C1 (de) Rückspeiseschaltung für eine Entlastungsschaltung für einen Zweipunkt- bzw. Dreipunkt-Ventilzweig
DE3717488C2 (de)
AT390855B (de) Schaltungsanordnung zur erzeugung einer aus phasenleitern und einem mittelpunktsleiter abgeleiteten stromversorgung fuer fehlerstromschutzschalter
DE3134628A1 (de) Schaltnetzteil
DE4106045C1 (en) Multi-phase semiconductor three-stage AC inverter - has low inductance capacitors which limit sheet duration voltage transients
AT386497B (de) Sperrwandler mit einem gleichstromgespeisten eingangskreis

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ABAC ELEKTRONISCHE KOMMUNIKATIONSEINRICHTUNGEN GMB

8181 Inventor (new situation)

Free format text: SCHLIENZ, ULRICH, PROF. DIPL.-ING., 72805 LICHTENSTEIN, DE

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee