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DE3110075C2 - Current limiter for a flyback converter - Google Patents

Current limiter for a flyback converter

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Publication number
DE3110075C2
DE3110075C2 DE19813110075 DE3110075A DE3110075C2 DE 3110075 C2 DE3110075 C2 DE 3110075C2 DE 19813110075 DE19813110075 DE 19813110075 DE 3110075 A DE3110075 A DE 3110075A DE 3110075 C2 DE3110075 C2 DE 3110075C2
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DE
Germany
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current
voltage
transistor
circuit
input
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.)
Expired
Application number
DE19813110075
Other languages
German (de)
Other versions
DE3110075A1 (en
Inventor
Klaus Dipl.-Ing. 8033 Krailling Rambold
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
Priority to DE19813110075 priority Critical patent/DE3110075C2/en
Publication of DE3110075A1 publication Critical patent/DE3110075A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3110075C2 publication Critical patent/DE3110075C2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/33507Conversion 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 with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strombegrenzer für einen Sperr umrichter. Der Transistorstrom des im Primärstromkreis eines Transformators (TR) liegenden Transistors (TS) wird über einen Stromwandler (SW) gemessen und mit einer vom Tastverhältnis des Transistorstromes abhängigen Referenzspannung verglichen. Wird der zulässige Transistorstrom überschritten, so wird der Transistor bis zum Beginn einer neuen Schaltperiode gesperrt. Durch die vom Tastverhältnis abhängige Referenzspannung wird auch bei unterschiedlichen Eingangsspannungen des Sperrumrichters praktisch immer beim gleichen Ausgangsstrom abgeschaltet. Die Begrenzerschaltung (BS) enthält einen Differenzverstärker (DV), dem eine dem Transistorstrom (i ↓T) proportionale Meßspannung (u ↓i) und eine Referenzspannung (U ↓C) zugeführt sind. Die Referenzspannung wird über einen Schalter (S), der entsprechend dem Tastverhältnis gesteuert wird, einem dem Schalter nachgeschalteten Widerstand (R ↓1), einem Spannungsteiler (R ↓2, R ↓3) und einem der Siebung dienenden Kondensator (C) erzeugt.The invention relates to a current limiter for a blocking converter. The transistor current of the transistor (TS) in the primary circuit of a transformer (TR) is measured by a current transformer (SW) and compared with a reference voltage that depends on the duty cycle of the transistor current. If the permissible transistor current is exceeded, the transistor is blocked until a new switching period begins. Due to the reference voltage, which is dependent on the pulse duty factor, the inverter is almost always switched off at the same output current, even with different input voltages. The limiter circuit (BS) contains a differential amplifier (DV) to which a measurement voltage (u ↓ i) proportional to the transistor current (i ↓ T) and a reference voltage (U ↓ C) are fed. The reference voltage is generated via a switch (S), which is controlled according to the duty cycle, a resistor (R ↓ 1) connected downstream of the switch, a voltage divider (R ↓ 2, R ↓ 3) and a capacitor (C) used for filtering.

Description

Schluß des Kondensators verbunden istThe end of the capacitor is connected

Durch den Spannungsteiler wird als Referenzspannung eine Gleichspannung verwendet, der eine zweite dem Tastverhältnis proportionale Gleichspannung überlagert ist. Hierdurch ist bei unterschiedlichen Eingangsspannungen und damit auch bei unterschiedlichen Tastverhältnissen ein Begrenzen bei annähernd gleichem maximalem Ausgangsstrom des Sperrumrichters möglich.The voltage divider uses a DC voltage as the reference voltage and a second one DC voltage proportional to the pulse duty factor is superimposed. This is for different input voltages and thus a limitation with approximately the same even with different pulse duty factors maximum output current of the flyback converter possible.

Weitere vcfteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the remaining subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIGS. 1 to 5 explained in more detail.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Begrenzerschaltung,F i g. 1 a limiter circuit according to the invention,

Fig.2 das Prinzipschaltbild eines Sperrumrichters mit der erfindungsgemäßen Begrenzerschaltung,2 shows the basic circuit diagram of a flyback converter with the limiter circuit according to the invention,

F ι g. 3 den prinzipiellen Verlauf des Transistorstromes Fig. 3 shows the basic course of the transistor current

Fig.4 die Strom-Spannungs-Ausgangskennlinie eines Sperrumrichters mit der erfindungsgemäßen Begrenzerschaltung. Fig. 4 the current-voltage output characteristic of a Blocking converter with the limiter circuit according to the invention.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Begrenzerschaltung ßSdargestelltIn Fig. 1 is the limiter circuit according to the invention ßS shown

Zunächst soll jedoch das Schaltbild und die Funktion eines Sperrumrichters an Hand der F i g. 2 und 3 erläutert werden.First, however, the circuit diagram and the function of a flyback converter should be based on FIG. 2 and 3 explained will.

F i g. 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines Sperrumrichters. Der Eingangsstromkreis ist über die Eingangsklemmen £1 und £2 an eine Eingangsspannung Ue angeschaltet. An der Eingangsklemme £ 1 liegt hierbei das positive Versorgungspotential + Ue, während die zweite Eingangsklemme £2 an 0 Volt (J.) liegt. In dem Eingangsstromkreis liegt eine Reihenschaltung der Primärwicklung eines Transformators 77? und eines Transistors TS. Der in Reihe zu dem Transistor geschaltete Stromwandler SW braucht zunächst nicht betrachtet werden. An die Sekundärwicklung des Transformators TR ist eine Gleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter G und mit einem Kondensator C1 angeschaltet. Die Ausgangsklemmen sind mit A 1 und mit A 2 bezeichnet. Ein Verbraucher, der zwischen diesen Ausgangsklemmen liegt, wurde nicht dargestellt. Die Basis des Transistors TS ist an einem Ausgang AS einer Steuerung STangeschaltet. Ein Meßwandler MWist an die Ausgangsklemmen Ai, A 2 angeschlossen. Sein Ausgang ist mit einem ersten Eingang £13 der Steuerung verbunden.F i g. 2 shows the basic circuit diagram of a flyback converter. The input circuit is connected to an input voltage Ue via input terminals £ 1 and £ 2. The positive supply potential + Ue is applied to input terminal £ 1, while the second input terminal £ 2 is connected to 0 volts (J.). In the input circuit there is a series connection of the primary winding of a transformer 77? and a transistor TS. The current converter SW connected in series with the transistor does not initially need to be considered. A rectifier circuit with a rectifier G and a capacitor C 1 is connected to the secondary winding of the transformer TR. The output terminals are labeled A 1 and A 2. A consumer that lies between these output terminals has not been shown. The base of the transistor TS is connected to an output AS of a controller ST . A transducer MWis connected to the output terminals Ai, A 2 . Its output is connected to a first input £ 13 of the controller.

Außerdem ist die Begrenzerschaltung BS über einen zweiten Eingang, den Schaltungspunkt 52, ebenfalls an den Ausgangs des Meßwandlers MW angeschaltet. Der erste Eingang £11 der Begrenzerschaltung ist an den Ausgang des Stromwandlers SW angeschlossen. Der Takteingang £Tder Begrenzerschaltung SS ist mit dem Taktausgang A Tder Steuerung verbunden. Die Begrenzerschaltung erhält eine Steuerspannung, die dem Tastverhältnis des Transistorstromes entspricht. Der Steuerausgang AB der Begrenzerschaltung BS ist mit dem Begrenzereingang EB der Steuerung verbunden.In addition, the limiter circuit BS is also connected to the output of the transducer MW via a second input, the node 52. The first input £ 11 of the limiter circuit is connected to the output of the current transformer SW . The clock input £ T of the limiter circuit SS is connected to the clock output A T of the control. The limiter circuit receives a control voltage which corresponds to the pulse duty factor of the transistor current. The control output AB of the limiter circuit BS is connected to the limiter input EB of the controller.

Über diesen Begrenzungseingang EB wird der Transistor 7"S gesperrt und erst bei Beginn einer neuen Periode erneut eingeschaltet. Eine Schaltungsanordnung hierzu verwendet eine RS-Kippstufe (Setzen-Rücksetzen-Kippstufe). In der Steuerung werden zwei Takte erzeugt, von denen der erste die RS-Kippstufe einstellt und der zweite sie zurücksetzt. Während der Einstellzeit wird auch der Transistor 7"S durchgeschaltet. Von der Begrenzerschaltung wird bei zu großem Transistorstrom ein Signal abgegeber., das die Kippstufe über den Clear-Eingang (Lösch-Eingang) vorzeitig zurückstellt Das Sperren des Transistors TS selbst, der im Ausführungsbeispiel ein npn-Typ ist, erfolgt durch Anlegen einer negativen Spannung oder Masse an der Basis.The transistor 7 ″ S is blocked via this limiting input EB and is only switched on again at the beginning of a new period. A circuit arrangement for this purpose uses an RS flip-flop (set-reset flip-flop) The RS flip-flop is set and the second resets it. During the setting time, the transistor 7 "S is also turned on. Of the limiter is in too large transistor current a signal abgegeber., That takes place the flip-flop on the clear input (clear input) prematurely resetting the blocking of the transistor TS itself, which is an npn-type in the embodiment by applying a negative voltage or ground at the base.

Die Steuerung ST sorgt für periodisches Durchschalten und Sperren des Transistors TS. Die Frequenz soll in diesem Ausführungsbeispiel konstant sein. Eine typische Kurvenform des Transistorstromes h ist in F i g. 3 dargestellt Wird der Transistor eingeschaltet, steigt sein Strom praktisch senkrecht bis zu einem Wert i\ an. Dann folgt ein weiterer langsamer Anstieg, dessen Steilheit von der Eingangsspannung Ue und von der Induktivität des Transformators abhängig ist, bis zu einem mais ximalen Wert k- Nach Erreichen dieses Wertes fällt der Transistorstrom auf den Wert 0 ab, um nach insgesamt einer Taktperiodendauer Γ wieder schlagartig auf den Wert i\ anzusteigen. Die Dauer des Stromflusses wurde mit yT, die Dauer der Strompause mit (1 —y) Tbezeichnet. The control ST ensures periodic switching through and blocking of the transistor TS. The frequency should be constant in this embodiment. A typical waveform of the transistor current h is shown in FIG. When the transistor is switched on, its current rises practically vertically up to a value i \ . This is followed by a further slow rise, the steepness of which depends on the input voltage Ue and the inductance of the transformer, up to a maximum value k- After reaching this value, the transistor current drops to the value 0, and after a total of one cycle period Γ again to rise suddenly to the value i \. The duration of the current flow was denoted by yT, the duration of the current pause with (1-y ) T.

Das Verhältnis //(1—/) wird als Tastverhältnis bezeichnet. Als Maximalwert für γ ist 0,5 sinnvoll. Das Tastverhältnis ist abhängig von der Eingangsspannung. Bei höheren Eingangsspannungen genügt ein kleineres Tastverhältnis, um bei derselben Ausgangsspannung Ua denselben Ausgangsstrom U zu erzeugen.The ratio // (1— /) is called the duty cycle. The maximum value for γ is 0.5. The duty cycle depends on the input voltage. With higher input voltages, a smaller pulse duty factor is sufficient to generate the same output current U with the same output voltage Ua.

Unter Vernachlässigung von Verlusten und bei einem Obersetzungsverhältnis des Transformators TS von 1 :1 beträgt die AusgangsspannungDisregarding losses and with a transformation ratio of the transformer TS of 1: 1, the output voltage is

UA = Ue-U A = Ue-

\-y\ -y

und der Ausgangsstromand the output current

UA Q-YU A QY

ILIL

Der Transistor TS des Sperrumrichters wird nun so gesteuert, daß die Ausgangsspannung bei unterschiedlicher Last konstant ist. Dies geschieht beispielsweise über den Meßwandler MW. der die Ausgangsspannung Ua mißt und in eine zur Ausgangsspannung proportionale zweite Hilfsspannung Uh 2 umsetzt, die über den ersten Eingang £13 der Steuerung S7"das Tastverhältnis des Transistors TS bestimmt. Steuerungen dieser Art sind aus zahlreichen Schaltungen für Sperrumwandler bekannt. Da die Steuerung nicht zur Erfindung gehört, soll sie auch nicht näher beschrieben werden.The transistor TS of the flyback converter is now controlled so that the output voltage is constant with different loads. This is done, for example, via the transducer MW. which measures the output voltage Ua and converts it into a second auxiliary voltage Uh 2 proportional to the output voltage, which determines the duty cycle of the transistor TS via the first input £ 13 of the controller S7 ". Controls of this type are known from numerous circuits for flyback converters belongs to the invention, it should not be described in more detail.

Über den Meßwandler MW sind die Ausgangsspannung Ua und die zweite Hilfsspannung Uh 2 im allgemeinen galvanisch getrennt. Die galvanische Trennung kann z. B. optisch erfolgen, ebenso kann die auch zur Regelung der Ausgangsspannung Ua dienende zweite Hilfsspannung Uh 2 über eine Hilfswicklung des Transformators 77? und eine anschließende Gleichrichtung gewonnen werden.The output voltage Ua and the second auxiliary voltage Uh 2 are generally galvanically separated via the transducer MW. The galvanic separation can, for. B. can be done optically, as can the second auxiliary voltage Uh 2 , which is also used to regulate the output voltage Ua, via an auxiliary winding of the transformer 77? and a subsequent rectification can be obtained.

Der Zusammenhang zwischen Ausgangsstrom und Ausgangsspannung eines Sperrumrichters mit herkömmlicher Begrenzung des Transistorstroms wird an Hand der Ausgangskenniinien in Fig.4 erläutert. Die Ausgangskennlinien wurden für zwei verschiedene Eingangsspannungen Ueί und Ue2 dargestellt. Die Eingangsspannung Ue \ sei die minimale Spannung, d. h. der Sperrumrichter arbeitet mit maximalem Tastverhältnis (/=0,5). Bis zu dem Knickpunkt K\ bleibt bei zunehmendem Ausgangsstrom U die Ausgangsspannung Ua konstant, um dann anschließend langsam bei weiter zu-The relationship between the output current and output voltage of a flyback converter with conventional limitation of the transistor current is explained using the output characteristics in FIG. The output characteristics were shown for two different input voltages Ue ί and Ue2 . The input voltage Ue \ is the minimum voltage, ie the flyback converter works with the maximum pulse duty factor (/ = 0.5). Up to the knee point K \ , the output voltage Ua remains constant with increasing output current U , and then slowly with further increasing

nehmendem Ausgangsstrom bis auf den Wert 0 abzunehmen. Bei einer größeren Eingangsspannung Ue2 wird ein kleineres Tastverhältnis (z. B. mit /=0,3) benötigt. Aufgrund des kleineren Tastverhältnisses erfolgt ein Absinken der Ausgangsspannung bei wesentlich höheren Werten des Ausgangsstromes Ia beim Knickpunkt K 2. Es ist bekannt, durch die Rückführung der Ausgangsspannung auf die Steuerung sogenannte »einziehende Kennlinien« zu erzielen, die in F i g. 4 als gestrichelte Linien dargestellt sind. In Abhängigkeit von ι ο der Eingangsspannung tritt jedoch eine Begrenzung der Ausgangsspannung weiterhin bei unterschiedlichen Ausgangsströmen Ia auf, wodurch die Schaltungsanordnung für den Maximalwert dimensioniert werden muß.decreasing output current down to the value 0. With a higher input voltage Ue2 , a smaller pulse duty factor (e.g. with / = 0.3) is required. Due to the smaller duty cycle, the output voltage drops at significantly higher values of the output current Ia at the break point K 2. It is known to achieve so-called "pull-in characteristics" by feeding the output voltage back to the control system, which are shown in FIG. 4 are shown as dashed lines. Depending on the input voltage, however, the output voltage continues to be limited in the case of different output currents Ia , which means that the circuit arrangement must be dimensioned for the maximum value.

Durch die erfindungsgemäße Begrenzerschaltung wird praktisch ein Zusammenfallen der Knickpunkte K1, K.2 erreicht (Fig.5). Die Anordnung der Begrenzerschaltung ist aus F i g. 1 ersichtlich. Der Begrenzerschaltung wird über einen Eingang £ 11 eine Spannung Ui zugeführt, die dem Istwert des Transistorstroms ir proportional ist. Diese Spannung u, wird über einen Stromwandler SW gewonnen, der in den Eingangsstromkreis eingeschaltet ist und den Emitterstrom des Transistors /V mißt Ebenso kann der Stromwandler auch in den Kollektorstromkreis eingeschaltet werden. Im einfachsten Fall stellt ein ohmscher Widerstand den Stromwandler dar.The limiter circuit according to the invention practically coincides the breakpoints K 1, K.2 (FIG. 5). The arrangement of the limiter circuit is shown in FIG. 1 can be seen. A voltage Ui which is proportional to the actual value of the transistor current ir is fed to the limiter circuit via an input £ 11. This voltage u is obtained via a current transformer SW , which is switched into the input circuit and measures the emitter current of the transistor / V. The current transformer can also be switched into the collector circuit. In the simplest case, an ohmic resistor represents the current transformer.

Die Begrenzerschaltung BS ist, wie bereits erwähnt, in der F i g. 1 dargestellt. Sie enthält einen Komparator (Vergleicher) CO. Der erste Eingang £ 11 des Komparators CO ist an den Ausgang des Stromwandlers SW angeschaltet Der zweite Eingang £12 des Komparators CO ist an einen Kondensator C angeschaltet, dessen zweiter Anschluß gegen 0 Volt (X) geschaltet ist. Außerdem ist dieser Anschluß mit einer Widerstandskombination, die aus drei Widerständen R\,R2 und R 3 besteht, angeschlossen. Der zweite Widerstand R 2 und der dritte Widerstand R 3 bilden einen Spannungsteiler, wobei der zweite Widerstand Λ 2 an den Schaltungspunkt 52, an dem eine zweite Hilfsspannung Uni liegt, angeschlossen ist und der Widerstand R 3 an 0 Volt (X) angeschaltet ist Der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände ist mit dem zweiten Eingang £12 des Komparators CO verbunden und gleichzeitig auf einen Anschluß des ersten Widerstandes R 1 geführt, dessen zweiter Anschluß mit dem Umschaltkontakt eines Schalters S verbunden ist Der Umschaltkontakt wird abwechselnd an 0 Volt (X) oder an eine erste konstante Hilfsspannung Um geschaltet Gesteuert wird der Schalter über einen Takteingang ET. Als Schalter kann beispielsweise ein C-MOS-Gatter verwendet werden. Ebenso kann auch der Ausgang einiger Kippstufentypen direkt als Schalter verwendet werden.As already mentioned, the limiter circuit BS is shown in FIG. 1 shown. It contains a comparator (comparator) CO. The first input £ 11 of the comparator CO is connected to the output of the current transformer SW. The second input £ 12 of the comparator CO is connected to a capacitor C, the second terminal of which is connected to 0 volts (X). In addition, this connection is connected to a resistor combination consisting of three resistors R \, R2 and R 3. The second resistor R 2 and the third resistor R 3 form a voltage divider, the second resistor Λ 2 being connected to the circuit point 52, to which a second auxiliary voltage Uni is connected, and the resistor R 3 is connected to 0 volts (X) The connection point of these two resistors is connected to the second input £ 12 of the comparator CO and at the same time led to a connection of the first resistor R 1, the second connection of which is connected to the changeover contact of a switch S. The changeover contact is alternately at 0 volts (X) or on a first constant auxiliary voltage Um switched The switch is controlled via a clock input ET. A C-MOS gate, for example, can be used as the switch. The output of some types of multivibrator can also be used directly as a switch.

Während am ersten Eingang £11 des Komparators CO die dem Transistorstrom h proportionale Spannung Ui anliegt, liegt an dem zweiten Eingang £ 12 die Referenzspannung Uc an. Solange die Referenzspannung größer als die Spannung u, ist bleibt die Ausgangsspannung des Komparators CO positiv. Erreicht dagegen die Spannung u, einen größeren Wert als die Referenzspannung Uc so wird die Ausgangsspannung des Komparators CO negativ. Dies bewirkt ein Sperren des Transistors 75 bis zum Beginn der nächsten Taktperiode, bei dem der Transistor TS erneut eingeschaltet wird. Die Referenzspannung Uc setzt sich aus einer Gleichspannung zusammen, die durch das Verhältnis der Widerstände R2 und A3 gebildet wird, und einer weiteren Gleichspannung, die von dem Tastverhältnis des Transistorstromes ir bestimmt wird und einen Innenwiderstand R 1 hat. Der Kondensator Cdient der Siebung und sorgt dafür, daß die Referenzspannung ίΛ-eine Gleichspannung ist. Die am Schaltungspunkt 52 anliegende zweite Hilfsspannung Un wird zunächst als konstant betrachtet. Sie soll dieselbe Größe wie die erste Hilfsspannung Uu 1 haben. Es wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, daß bei minimaler Eingangsspannung Un die Referenzspannung Ucd\e Hälfte der Hilfsspannungen beträgt und/=0,5 ist. Dann wird R 2 = R 3 gewählt. Der Schalter 5 liefert bei /=0,5 ebenfalls dieselbe Referenzspannung Uo Eine Begrenzung soll beim Knickpunkt K 1 der F i g. 4 einsetzen. Bei einer höheren Eingangsspannung Ue des Sperrumwandlers verringert sich das Tastverhältnis. Da nun der Schalter 5 längere Zeit an 0 Volt (X) und kürzere Zeit an der ersten Hilfsspannung Uh \ anliegt, wird die Referenzspannung Uc kleiner. Die Begrenzung tritt infolgedessen früher (bei kleineren Werten des Transistorstromes /V) ein und die erstrebte Ausgangskennlinie in F i g. 5 wird erzielt. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände Ri, R 2, R 3 können die Knickpunkte wunschgemäß verschoben werden. In Sonderfällen ist es möglich, auf einen der Widerstände R 2, R 3 oder auch auf beide zu verzichten. Hierbei ergeben sich im allgemeinen jedoch größere Streuungen der Knickpunkte. While the voltage Ui proportional to the transistor current h is applied to the first input £ 11 of the comparator CO , the reference voltage Uc is applied to the second input £ 12. As long as the reference voltage is greater than the voltage u, the output voltage of the comparator CO remains positive. If, on the other hand, the voltage u, reaches a value greater than the reference voltage Uc , the output voltage of the comparator CO becomes negative. This causes the transistor 75 to be blocked until the beginning of the next clock period at which the transistor TS is switched on again. The reference voltage Uc is composed of a direct voltage, which is formed by the ratio of the resistors R2 and A3, and a further direct voltage, which is determined by the duty cycle of the transistor current ir and has an internal resistance R 1. The capacitor C is used for sieving and ensures that the reference voltage is ίΛ-a direct voltage. The second auxiliary voltage Un present at the circuit point 52 is initially considered to be constant. It should have the same size as the first auxiliary voltage Uu 1. For the sake of simplicity, it is assumed that, with the minimum input voltage Un, the reference voltage Ucd \ e is half of the auxiliary voltages and / = 0.5. Then R 2 = R 3 is chosen. The switch 5 also supplies the same reference voltage Uo at / = 0.5. A limitation is intended at the inflection point K 1 of FIG. 4 insert. With a higher input voltage Ue of the flyback converter, the pulse duty factor is reduced. Since the switch 5 is now applied to 0 volts (X) for a longer time and to the first auxiliary voltage Uh \ for a shorter time, the reference voltage Uc becomes smaller. As a result, the limitation occurs earlier (with smaller values of the transistor current / V) and the desired output characteristic is shown in FIG. 5 is achieved. By suitably dimensioning the resistors Ri, R 2, R 3 , the break points can be shifted as desired. In special cases it is possible to dispense with one of the resistors R 2, R 3 or both. In general, however, there are greater scattering of the break points.

Die Stromversorgung des Komparators CO erfolgt über eine weitere hier nicht dargestellte Hilfsspannung. Je nach verwendetem Komparatortyp kann selbstverständlich auch das Ausgangssignal beispielsweise zwischen einer positiven Spannung und der Spannung 0 variieren. The comparator CO is supplied with power via a further auxiliary voltage, not shown here. Depending on the type of comparator used, the output signal can of course also vary between a positive voltage and voltage 0, for example.

In vielen Anwendungsfällen werden die in F i g. 5 dargestellten »einziehenden Kennlinien« gewünscht. Dies wird dadurch erreicht, daß als zweite Hilfsspannung Uh 2 eine der Ausgangsspannung Ua proportionale Spannung verwendet wird.In many applications, the in F i g. 5 "drawing in characteristics" is desired. This is achieved in that a voltage proportional to the output voltage Ua is used as the second auxiliary voltage Uh 2.

Es ist auch möglich, als erste Hilfsspannung Uh 1 ebenfalls die zweite Hilfsspannung Uh 2 zu verwenden. Dies ergibt noch stärker »einzuziehende Kennlinien«. In diesem Fall muß beachtet werden, daß der Schalter 5 funktionsfähig bleibt.It is also possible to use the second auxiliary voltage Uh 2 as the first auxiliary voltage Uh 1. This results in an even stronger "characteristic curve to be drawn in". In this case it must be ensured that the switch 5 remains functional.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Strombegrenzer für einen Sperrumrichter, der einen Transformator (TR) und einen in Reihe mit dessen Primärwicklung geschalteten Transistor (TS) enthält, mit einer an die Sekundärwicklung des Transformators angeschalteten Gleichrichterschaltung (G, C1) und mit einer Steuerung (ST), die den Transistor (TS) periodisch durchschaltet und durch ι ο Änderung des Tastverhältnisses so steuert daß die Ausgangsspannung des Sperrumrichters konstant ist, mit einer Begrenzerschaltung (BS), die eine Vergleichsschaltung enthält deren Ausgang (AB) mit einem Begrenzungseingang (EB) der Steuerung (ST) verbunden ist, mit einem in Reihe mit dem Transistor (TS) geschalteten Stromwandler (SW), der einem Eingang (Eli) der Vergleichsschaltung eine dem Transistorstrom (fr) proportionale Meßspannung (u,) zuführt, die beim Überschreiten einer Referenzspannung (U0) die Abgabe eines. Signals an die Steuerung (ST) bewirkt, durch das der Transistor (TS) bis zum Beginn einer neuen Taktperiode sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsschaltung ein Komparator (CO) vorgesehen ist, dessen zweiten Eingang (E 12) die Referenzspannung (Uc) zugeführt wird, die mit kleiner werdendem Tastverhältnis des Transistorstromes (fr) ebenfalls kleiner wird, daß die Referenzspannung (Uc) mit Hilfe eines Schalters (S) mit einem Umschaltkontakt erzeugt wird, der entsprechend dem Tastverhältnis des Transistorstromes (i-f) zwischen einer ersten Hilfsspannung (Uh i) und 0 Volt (I) periodisch hin- und hergeschaltet wird,1.Current limiter for a flyback converter, which contains a transformer (TR) and a transistor (TS) connected in series with its primary winding , with a rectifier circuit (G, C 1) connected to the secondary winding of the transformer and with a controller (ST), which switches the transistor (TS) periodically through and controls by changing the duty cycle so that the output voltage of the flyback converter is constant, with a limiter circuit (BS) which contains a comparison circuit whose output (AB) with a limiting input (EB) of the controller ( ST) is connected to a current transformer (SW ) connected in series with the transistor (TS) , which supplies an input (Eli) of the comparison circuit with a measuring voltage (u,) proportional to the transistor current (fr) , which when a reference voltage (U 0 ) submitting a. Signal to the controller (ST) causes the transistor (TS) to block until the beginning of a new clock period, characterized in that a comparator (CO) is provided as the comparison circuit, the second input (E 12) of which the reference voltage (Uc) is supplied, which is also smaller with decreasing duty cycle of the transistor current (fr) that the reference voltage (U c ) is generated with the help of a switch (S) with a changeover contact, which corresponds to the duty cycle of the transistor current (if) between a first auxiliary voltage (Uh i) and 0 volts (I) are periodically switched back and forth, daß der andere Anschluß des Schalters (S) über einen Widerstand (Rl) mit dem zweiten Eingang (E 12) des !Comparators (CO) verbunden ist
und daß an den zweiten Eingang (E 12) des !Comparators (CO) ein Kondensator (C) angeschlossen ist.
that the other terminal of the switch (S) is connected to the second input (E 12) of the comparator (CO) via a resistor (Rl)
and that a capacitor (C) is connected to the second input (E 12) of the comparator (CO).
2. Strombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen (R 2, R 3) vorgesehen ist, der zwischen einem Schaltungspunkt (S 2), an dem eine der Ausgangsspannung (Ua) des Sperrumrichters proportionale zweite Hilfsspannung (Uh 2) anliegt, und 0 Volt geschaltet ist, und daß der Verbindungspunkt der Widerstände (R 2, R 3) ebenfalls mit dem Anschluß des Kondensators (C) verbunden ist.2. Current limiter according to claim 1, characterized in that a voltage divider with two resistors (R 2, R 3) is provided between a circuit point (S 2) at which one of the output voltage (Ua) of the reverse converter proportional second auxiliary voltage (Uh 2) is applied, and 0 volts is switched, and that the connection point of the resistors (R 2, R 3) is also connected to the terminal of the capacitor (C) . 3. Strombegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwandler (MW), der eine der Ausgangsspannung (Ua) des Sperrumsetzers proportionale zweite Hilfsspannung (Uh 2) abgibt, vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem Schaltungspunkt (S 2) verbunden ist.3. Current limiter according to claim 2, characterized in that a transducer (MW) which outputs a second auxiliary voltage (Uh 2) proportional to the output voltage (Ua) of the reverse converter is provided, the output of which is connected to the node (S 2). 4. Strombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Hilfsspannung (Uh]) eine konstante Spannungsquelle vorgesehen ist. 4. Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that a constant voltage source is provided as the first auxiliary voltage (Uh]). 5. Strombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als er-Die Erfindung betrifft einen Strombegrenzer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-AS 28 38 009).5. Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that as he-Die The invention relates to a current limiter according to the preamble of claim 1 (DE-AS 28 38 009). In der Zeitschrift »telcom report I (1978), Heft 6, Seiten 404—409« ist die Wirkungsweise von Umrichtern beschrieben.In the magazine »telcom report I (1978), issue 6, pages 404-409 «describes how converters work. Durch Überlastung kommt es bei Sperrumrichtern mit trapezförmigem Transistorstrom auch bei Begrenzung dieses Stromes durch bisher übliche Maßnahmen zu einer Zerstörung der Bauteile des Ausgangskreises. Dieser Zerstörung versuchte man durch Überdirnensionierung der Bauteile vorzubeugen. Hierdurch wurden die Sperrumrichter jedoch größer, schwerer und teurer.In the case of flyback converters with trapezoidal transistor current, overloading occurs even when limited of this current to the destruction of the components of the output circuit through the measures that have been customary up to now. Attempts were made to prevent this destruction by overdimensioning the components. This made however, the flyback converters are bigger, heavier and more expensive. In der DE-AS 28 38 009 ist eine Strombegrenzerschaltung für einen Gleichstromumrichter beschrieben, die irn wesentlichen eine zweite Strommeßeinrichtung umfaßt, die über eine Steuer- und Regelschaltung den Schalttransistor bei Überlastung sperrt. Ein erster Transistor der zweiten Strommeßeinrichtung wird über die Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes von der Sekundärwicklung eines vom Emitterstrom des Schalttransistors durchflossenen Stromwandlers angesteuert. In DE-AS 28 38 009 a current limiter circuit for a DC converter is described, which essentially comprises a second current measuring device via a control and regulating circuit Switching transistor blocks when overloaded. A first transistor of the second current measuring device is via the Series connection of a diode and a resistor from the secondary winding one from the emitter current of the Switching transistor through which the current transformer flows. Die zweite Strommeßschaltung greift über weitere Transistoren nur dann über die Steuer- und Regelschaltung ein, wenn die Mindestschaltzeit des Schalttransistors aufgrund überhöhter Eingangsspannung oder starker Überlast bis zum Kurzschluß unterschritten werden müßte.The second current measuring circuit only engages via further transistors via the control and regulating circuit on if the minimum switching time of the switching transistor is due to excessive input voltage or higher Overload would have to be undershot until the short circuit. Sie sorgt durch wiederholtes Sperren für die Dauer von jeweils mehreren Perioden dafür, daß der Strom im Leistungskreis nicht die zulässige Grenze übersteigt. Nach Wegfall der Störung, z, B. eines Kurzschlusses, setzt die Strombegrenzung sofort wieder aus.It ensures that the current in the Power circuit does not exceed the permissible limit. After the fault has ceased, e.g. a short circuit, immediately suspends the current limitation. Bei dieser Schaltungsanordnung ist jedoch die Strombegrenzung von der Eingangsspannung abhängig und deshalb eine leistungsmäßige entsprechend ausgelegte Dimensionierung der Bauelemente erforderlich.In this circuit arrangement, however, the current limitation is dependent on the input voltage and therefore a performance-related appropriately designed dimensioning of the components is necessary. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Begrenzerschaltung anzugeben, bei der unabhängig von der Eingangsspannung die Ausgangsströme des Sperrumrichters bei ungefähr den gleichen Werten begrenzt werden.The object of the invention is to provide a limiter circuit in which the output currents of the flyback converter are independent of the input voltage limited to approximately the same values. Ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.Based on the preamble of claim 1, the object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Transistorstrom überwacht wird. Durch seine Begrenzung werden ebenfalls alle weiteren Bauteile des Sperrumrichters vor Überlastung geschützt. Da der überwachte maximal zulässige Transistorstrom vom Tastverhältnis abhängig ist, ist eine zuverlässige Begrenzung gewährleistet.It is particularly advantageous if the transistor current is monitored. Be by its limitation all other components of the flyback converter are also protected against overload. Since the monitored maximum permissible Transistor current is dependent on the duty cycle, a reliable limitation is guaranteed. Es ist vorteilhaft, wenn eine Schaltungsanordnung mit einem Kondensator, einem Widerstand und einem Schalter zur Erzeugung der Referenzspannung vorgesehen ist, daß der Umschaltkontakt des Schalters über den Widerstand mit einem Anschluß des Kondensators verbunden ist und daß der Schalter periodisch entsprechend dem Tastverhältnis des Transistorstromes zwischen einer ersten Hilfsspannung und 0 Volt hin- und hergeschaltet wird. Hierdurch wird auf einfache WeiseIt is advantageous if a circuit arrangement with a capacitor, a resistor and a Switch for generating the reference voltage is provided that the changeover contact of the switch has the resistor is connected to one terminal of the capacitor and that the switch is periodically corresponding the duty cycle of the transistor current between a first auxiliary voltage and 0 volts back and forth is switched on. This makes it easy Sie nüiSapttiiilüiig (OHi; cüciiiäiiS uic /.Weite iiiuS-You nüiSapttiiilüiig (OHi; cüciiiäiiS uic /. Wide iiiuS- spannung (Uh 2) vorgesehen ist.voltage (Uh 2) is provided. 6. Strombegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Hilfsspannung (Uh 1) eine konstante Spannungsquelle vorgesehen ist.6. Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that a constant voltage source is provided as the first auxiliary voltage (Uh 1). t-1i_' _ _ ±* 1 Π £t-1i_ '_ _ ± * 1 Π £ cmc UClU ι aaivci iiaiiiiia ριυμυι uuuaiv; i\ticii,ii£.3)/aunung gewonnen. cmc UClU ι aaivci iiaiiiiia ριυμυι uuuaiv; i \ ticii, ii £ .3) / au nung won. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen vorgesehen ist, der zwischen dem Schaltungspunkt, an dem eine der Ausgangsspannung des Sperrumrichters proportionale Hilfsspannung anliegt, und 0 Volt geschaltet ist, und daß der Verbindungspunkt der Widerstände ebenfalls mit dem An-It is also advantageous if a voltage divider is provided with two resistors, the between the switching point at which an auxiliary voltage proportional to the output voltage of the reverse converter is applied, and 0 volts is switched, and that the connection point of the resistors also with the
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