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DE2643985C3 - Overload protection circuit for a transistor blocking converter with several output voltages - Google Patents

Overload protection circuit for a transistor blocking converter with several output voltages

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Publication number
DE2643985C3
DE2643985C3 DE19762643985 DE2643985A DE2643985C3 DE 2643985 C3 DE2643985 C3 DE 2643985C3 DE 19762643985 DE19762643985 DE 19762643985 DE 2643985 A DE2643985 A DE 2643985A DE 2643985 C3 DE2643985 C3 DE 2643985C3
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DE
Germany
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converter
overload protection
voltage
transistor
protection circuit
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Application number
DE19762643985
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German (de)
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DE2643985B2 (en
DE2643985A1 (en
Inventor
Josef Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Preis
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE2643985A1 publication Critical patent/DE2643985A1/en
Publication of DE2643985B2 publication Critical patent/DE2643985B2/en
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Publication of DE2643985C3 publication Critical patent/DE2643985C3/en
Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters

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

Description

IiIi

211211

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlastschutz- »chaltung für einen Transistor-Sperrumrichter, dessen Übertrager eine Primärwicklung und wenigstens zwei Sekundärwicklungen zur Erzeugung mehrerer Ausgangsspannungen aufweist. Eine solche Überlastschutz- h'' «chaining ist bekannt aus der DE-OS 23 64 060.The invention relates to an overload protection circuit for a transistor blocking converter, the transformer of which has a primary winding and at least two secondary windings for generating several output voltages. Such overload protection h '''chaining is known from DE-OS 23 64 060th

Sperrwandler geben wegen des als Speicher wirkenden Übertragers eine begrenzte Ausgangsleistung ab und sind daher in gewissem Maße gegen Überlastung geschützt. Durch eine Strombegrenzung im Ptimärkreis des Sperrwandlers kann bei einer definierten Eingangsspannung die übertragbare Leistung weiter begrenzt werden. Besitzt der Übertrager eines Sperrumrichters zur Erzeugung mehrerer Ausgangsspannungen eine entsprechende Anzahl von Ausgangswicklungen, so muß jeder Ausgangskreis für die volle übertragbare Leistung des Gerätes ausgelegt werden, da bei einem sekundärseitigen Kurzschluß jedem Ausgangskreis die gesamte übertragbare Leistung entnomrren werden kann. Der Aufwand für einen Sperrumrichter kann sich dadurch beträchtlich vergrößern.Flyback converters give a limited output power due to the transformer acting as a memory and are therefore protected against overload to a certain extent. By means of a current limitation in the primary circuit of the flyback converter can further limit the power that can be transmitted at a defined input voltage will. If the transformer of a flyback converter has one to generate several output voltages corresponding number of output windings, each output circuit must be for the full transferable Power of the device can be designed, since in the event of a secondary-side short circuit, the entire transferable power can be withdrawn. The effort for a flyback converter can increase thereby increase considerably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache Überwachungsschaltung anzugeben, die bei Kurzschluß eines beliebigen Ausgangskreises den Betrieb des Sperrumrichters unterbrichtThe invention is based on the object of specifying a simple monitoring circuit which is included in Short circuit of any output circuit interrupts the operation of the flyback converter

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelost.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Mit der Schaltung gemäß der Erfindung kann eine beliebige Anzahl von Ausgängen eines Sperrumrichters mit einem einfachen Schaliungszusatz überwachi und der Sperrumrichter beim Kurzschluß an einem beliebigen Ausgangskreis abgeschaltet werden. Wenn keine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang des Sperrumrichters verlangt wird, kann die Summenspannung von einer der Ausgangswicklungen abgeleitet werden. Die galvanisch Trennung kann durch Verwendung einer zusätzlichen Transformatorwicklung erreicht werden oder ohne zusätzlichen Aufwand auch dann erzielt werden wenn der Sperrumrichter eine Rückkopplungswicklung oder eine Wicklung ζιτ Erzeugung einer Vergleichs-EMK für eine Spannungsregelung aufweist, da dann die benötigten Hilfsspannungen in der Regel bereits vorhanden sind.With the circuit according to the invention, any number of outputs of a flyback converter with a simple formwork additive monitoring and the flyback converter can be switched off in the event of a short circuit on any output circuit. If no galvanic isolation between the input and output of the flyback converter is required, the total voltage can be can be derived from one of the output windings. The galvanic separation can be achieved by using an additional transformer winding can be achieved or without additional effort can then be achieved when the flyback converter has a feedback winding or a winding ζιτ generation a comparison EMF for a voltage regulation, since then the required auxiliary voltages usually already exist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines in der Figur dargestellten Eintaktsperrumrichters näher erläutert.Further details of the invention are based on a single-ended blocking converter shown in the figure explained in more detail.

Die Erfindung wird an einer Schaltung beschrieben, die als geregelter, durch Rückkopplung selbsterregter Sperrumrichter ausgebildet ist und die getrennte Ausgänge für drei Verbraucher aufweist. Die dieses Schaltungsprinzip kennzeichnenden Schaltungsteile sind in der Figur durch eine gestrichelte Umrahmung hervorgehoben. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist licht von der Verwendung des Rückkopplungsprinzips und/oder von der Ausgangsspannungsregelung abhängig.The invention will be described using a circuit that operates as a regulated, self-excited by feedback Blocking converter is designed and has separate outputs for three consumers. The this Circuit parts characterizing the circuit principle are shown in the figure by a dashed frame highlighted. The application of the solution according to the invention is light from the use of the Feedback principle and / or dependent on the output voltage regulation.

Der an seine Spannungsquelle Ui angeschlossene Eingangskreis des Sperrumrichters besteht aus einer Primärwicklung I eines Übertrager·; 0 und der Kollektor-Emitttrstrecke eines Schalttransistors Vi. Über drei Sekundärwicklungen II. Ill und IV mit je einer Diode und einem Siebkondensator werden z. B. gleiche Ausgangsspannungen Ul abgenommen. Über eine Rückkopplungswicklung V und die in Reihe geschaltete Knilektor Kmitterstrecke eines .Steuertransistors VA wird der Schalttransistor V1 gesteuert. Die Gleichspannung + Un für die Rückkopplung wird über eine Diode V5 an einem Kondensator C i gewonnen. Die Regelung der Ausgangsspannung erfolgt mittels eines Regelverstärkers RVate EMK-Regelung. Die dazu erforderliche dem Istwert proportionale Gleichspannung — Uh wird über eine Diode V6 und einen Kondensator Cl ebenfalls aus der Rückkopplungswickliing V gewonnen.The input circuit of the flyback converter connected to its voltage source Ui consists of a primary winding I of a transformer ·; 0 and the collector-emitter path of a switching transistor Vi. About three secondary windings II. Ill and IV each with a diode and a filter capacitor z. B. the same output voltages Ul removed. The switching transistor V 1 is controlled via a feedback winding V and the series-connected Knilektor Kmitter path of a control transistor VA. The DC voltage + Un for the feedback is obtained via a diode V 5 on a capacitor C i . The output voltage is regulated by means of a control amplifier RVate EMF regulation. The direct voltage - Uh required for this, which is proportional to the actual value, is also obtained from the feedback winding V via a diode V6 and a capacitor C1.

Die für die Überlastschutzschaltung erforderliche Zusatzschaltung greift in das beschriebene Schaltprinzip nicht ein. sondern wird in einfacher Weise zugefügt.The additional circuit required for the overload protection circuit engages in the switching principle described not a. but is added in a simple manner.

Die Überlastschutzschaltung wird im KurzschluBfall als niederohmiger Nebenschluß zur Reihenschaltung der Basis-Emitterstrecken der Transistoren V 4 und Vl. Dazu wird die Schaltstrecke eines Thyristors als Halbleiterschalter V3 verwendet, die mit einem Widerstand Ä/ in Reihe geschaltet ist. Für die Steuerung des Thyristors benutzt die Überwachungsschaltung die Summe der zur Steuerung und Regelung des Schalttransistors Vl vorhandenen Gleichspannungen + Un und — Uh- Die Gleichspannung + Un wird während der Einschaltphase des Schalttransistors transformatorisch erzeugt (Prinzip Durchflußumrichter). Sie steht daher bereits unmittelbar nach dem Einschalten des Sperrumrichters zur Verfügung. An den Absolutwert dieser Gleichspannung sind keine besonderen Anforderungen gestellt. Die negative Gleichspannung — Uu ist nach dem Sperrumrichterprinzip erzeugt und mittels des Regelverstärkers auf einen kostanten Wert geregelt. Gegenüber der positiven Gleichspannung + Uh steht sie erst mit zeitlicher Verzögerung zur Verfügung. Da beide Gleichspannungen aus der Rückkopplungswicklung abgeleitet werden, biidet diese zusammen mit den Dioden VS, V6 und den Kondensatoren Cl, C2 eine unter der Bezeichnung »Greinacher-Schaltur.g« bekannte Schaltungsanordnung. Infolge der unterschiedlichen Spannungsimpulse an der Rückkopplungswicklung während der Durchlaß- und Sperrphase erfolgt jedoch keine Spannungsverdopplung sondern eine Summierung der Gleichspannungen + Uh und — Uh- Die Steuerung des Halbleiterschaftes V3 erfolgt mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus einer Zenerdiode V2 und eines Widerstandes R2, der an die Summe der beiden Gleichspannungen angeschlossen ist und wobei der Abgriff des Spannungsteilers über eine Diode mit der Steuerelektrode des Thyristors verbunden ist. Die Wirkungsweise der Überwachungsschaltung ergibt sich daraus, daß im Falle des Kurzschlusses einer Ausgangsspannung dsr Absolutwert der negativen Gleichspannung — Uh, absinkt, da sie ebenso wie die Ausgangs-'■ spannungen U 2 während der Sperrzeit des Schalttransistors Vl erzeugt wird. Die positive Gleichspannung + UH dagegen bleibt zunächst in voller Höhe erhalten, da sie während der Durchlaßphase des Schalttransistors erzeugt wird, und hierbei wegen der ausgangsseitigIn the event of a short circuit, the overload protection circuit is used as a low-resistance shunt to the series connection of the base-emitter paths of the transistors V 4 and Vl. For this purpose, the switching path of a thyristor is used as a semiconductor switch V3, which is connected in series with a resistor λ /. To control the thyristor, the monitoring circuit uses the sum of the DC voltages + Un and - Uh- available for controlling and regulating the switching transistor Vl. The DC voltage + Un is generated by a transformer during the switch-on phase of the switching transistor (principle flow converter). It is therefore available immediately after switching on the flyback converter. There are no special requirements placed on the absolute value of this direct voltage. The negative DC voltage - Uu is generated according to the flyback converter principle and regulated to a constant value by means of the control amplifier. Compared to the positive DC voltage + Uh , it is only available with a time delay. Since both DC voltages are derived from the feedback winding, this, together with the diodes VS, V6 and the capacitors C1, C2, forms a circuit arrangement known as "Greinacher-Schaltur.g". Due to the different voltage pulses to the feedback winding during the forward and reverse phase, however, no voltage doubling but a summation of the DC voltages + Uh and is carried out - UH The control of the semiconductor shaft V3 takes place by means of a voltage divider comprising a Zener diode V2, and a resistor R2 to the sum of the two DC voltages is connected and the tap of the voltage divider is connected to the control electrode of the thyristor via a diode. The mode of operation of the monitoring circuit results from the fact that in the event of a short circuit of an output voltage dsr the absolute value of the negative DC voltage - Uh, drops because it, like the output voltages U 2 , is generated during the blocking time of the switching transistor Vl. The positive DC voltage + U H, on the other hand, is initially retained in full, since it is generated during the conducting phase of the switching transistor, and in this case because of the output side

m vorgesehenen Dioden der Eingang vom Ausgang entkoppelt ist, d.h. der ausgangsseitige Kurzschluß nicht wirksam wird. Das Potential UT am Abgriff des Spannungsteilers steigt deshalb an und zündet den Halbleiterschalter V3, der dann den Schalttransistorm provided diodes the input is decoupled from the output, ie the short circuit on the output side is not effective. The potential U T at the tap of the voltage divider therefore rises and ignites the semiconductor switch V3, which then the switching transistor

ii Vl dauernd sperrtii Vl locks permanently

Da beim Einschalten die positive Gleichspannung + Uh schneller ihren Sollwert erreicht als die negative Gleichspannung — UH, muß das Zünden des Thyristors beim Einschalten verhindert werden. Dazu ist eineSince the positive DC voltage + Uh reaches its nominal value faster than the negative DC voltage - U H when it is switched on, the thyristor must be prevented from igniting when it is switched on. There is also a

-'ii einfache Hilfsschaltung mit einem ÄC-Glied C3, R 1 und einem Transistor V7 vorgesehen,.i-ssen Kollektor-Emitterstrecke der Zenerdiode V2 des Spannungsteilers parallelgeschaltet ist Das flC-Glied C3, R 1 ist in Reihe mit einer Diode V8 an die Summe der-'ii simple auxiliary circuit with a C element C3, R 1 and a transistor V7 provided, .i-ssen the collector-emitter path of the Zener diode V2 of the voltage divider is connected in parallel. The FLC element C3, R 1 is connected in series with a diode V8 the sum of the

-"> Gleichspannungen + UH und — UH angeschlossen und der VerKndungspunkt zwischen der Diode und dem ÄC-Glied mit der Basis des Transistors V7 verbunden. Entsprechend der Ladezeitkonstanten des /?C-Gliedes wird der Transistor V7 kurzzeitig während des- "> DC voltages + U H and - U H connected and the junction between the diode and the C element connected to the base of the transistor V7. According to the charging time constant of the /? C element, the transistor V7 is briefly during the

i» Hochlaufens der Gleichspannungen leitend gesteuert und verhindert somit einen Potentialanstieg an der Steuerelektrode und damit ein Zünden des Thyristors bzw. Halbleiterschalters V3. V8 sorgt dafür, daß beim Ausschalten der Kondensator C3 schneil wiederi »Run-up of the DC voltages conductively controlled and thus prevents a potential increase at the control electrode and thus triggering of the thyristor or semiconductor switch V3. V8 ensures that when the capacitor C3 is switched off again quickly

!"> entladen wird.! "> is discharged.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Überlastschutzschaltung für einen Transistor-Sperrumrichter, dessen Übertrager eine Primärwicklung und wenigstens zwei Sekundärwicklungen zur Erzeugung mehrerer Ausgangsspannungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von einer der sekundärseitigen Ausgangswicklungen oder einer zusätzlichen Tertiärwicklung (V) des Übertragers (O) zwei Gleichspannungen {+UH, — UH) verschiedener Polarität mit gemeinsamem Bezugspunkt abgeleitet sind, von denen die eine (+ Uh) nach dem Durchflußumrichierprinzip und die andere (-Uh) nach dem Sperrumrichterprinzip erzeugt ist, und daß an die Summe der Gleichspannungen ein Spannungsteiler (R 2, Vl) angeschlossen ist, dessen Abgriff mit der Steuerelektrode eines Halbleiterschalters (VI) verbunden ist. der mit seiner Schaltstrecke der Steuerstrecke des Schalttransistors (V1) des Sperrumrichters parallelgeschaltet ist, uod daß an die Steuerelektrode eine Hilfsschaltung (C3, R 1, V7) angeschlossen ist, die das Leitendsteuern des Halbleiterschalters (Vi) bei Einschalten des Transistor-Sperrumrichters verhindert. 1. Overload protection circuit for a transistor blocking converter whose transformer has a primary winding and at least two secondary windings for generating several output voltages, characterized in that one of the secondary output windings or an additional tertiary winding (V) of the transformer (O) has two DC voltages {+ U H , - U H ) of different polarity with a common reference point, of which one (+ Uh) is generated according to the flow converter principle and the other (-Uh) according to the reverse converter principle, and that a voltage divider (R 2, Vl) is connected, the tap of which is connected to the control electrode of a semiconductor switch (VI) . which is connected in parallel with its switching path of the control path of the switching transistor (V 1) of the flyback converter, uod that an auxiliary circuit (C3, R 1, V7) is connected to the control electrode, which prevents the conductive control of the semiconductor switch (Vi) when the transistor flyback converter is switched on . 2. Überlastschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem rückkopplungsgcsieuerten Sperrumrichter die Gleichspannungen (+ Uh, -Uh) in einer als Greinacherschaltung ausgebildeten Summierschaltung von der Rückkopplungswicklung abgeleitet sind und daß ein Pol der SumHerschaltung gegen den Schaltungsmittelpunkt ihres Ausganges gleichzeitig die Rückkopplungsspjnnung für den Svnalttransistor (Vi) liefert.2. Overload protection circuit according to claim 1, characterized in that with a feedback-controlled flyback converter, the DC voltages (+ Uh, -Uh) are derived from the feedback winding in a summing circuit designed as a Greinacher circuit and that one pole of the summing circuit against the switching center point of its output simultaneously provides the feedback voltage for supplies the basic transistor (Vi). 3. Überlastschutzschaltung naci. Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem geregelten Sperrumrichter die nach dem Durchflußumrichterprinzip erzeugte Gleichspannung [-Un) gleichzeitig die Vergleichs-EMK für dessen Spannungsregelung liefert.3. Overload protection circuit naci. Claim I or 2, characterized in that in the case of a regulated reverse converter, the direct voltage [-Un] generated according to the flow converter principle simultaneously supplies the comparison EMF for its voltage regulation. 4. Überlastschutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem geregelten rückkopplungsgesteuerten Sperrumrichter die beiden Gleichspannungen (+Uh. -Uh) als Rückkopplungsspannung für den Schalttransistor (VX) oder als Vergleichs-EMK für dessen Spannungsregelung verwendet sind.4. Overload protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that in a regulated feedback-controlled reverse converter, the two DC voltages (+ Uh. -Uh) are used as a feedback voltage for the switching transistor (VX) or as a comparison EMF for its voltage regulation. 5. Überlastschutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschaltung einen Hilfstransistor (Vl) enthält, dessen Kollektor-Emitterstrecke als steuerbarer Widerstand einem Teil (Vl) des Spannungsteilers parallelgeschaltet ist der über ein an der Summe der Hilfsspannungen liegendes RCCUed (R I. C3) gesteuert iM.5. Overload protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary circuit contains an auxiliary transistor (Vl) whose collector-emitter path is connected in parallel as a controllable resistor to a part (Vl) of the voltage divider via a RCCUed (R I. C3) controlled iM. II)II)
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