DE3538184C2

DE3538184C2 -

Info

Publication number: DE3538184C2
Application number: DE3538184A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. 8542 Roth De Duessel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1985-10-26
Filing date: 1985-10-26
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2005-10-27
Also published as: DE3538184A1; DE3538184C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen Über spannungen zwischen den Kontaktklemmen eines elektro nischen Schalters, der in Serie zu einer Lastimpendanz mit induktivem Anteil und einer Gleichspannungsquelle liegt.The invention relates to a protective circuit against over voltages between the contact terminals of an electro African switch that is in series with a load impedance with an inductive component and a DC voltage source lies.

Eine derartige Schaltunganordnung ist z.B. aus der Fig. 4 der Power Conversion International Proceedings, September 1982, Seite 75 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung wird bei einem Cuk-Konverter eingesetzt und soll Über spannungen zwischen dem Drain- und dem Source-Anschluß des FET-Schalttransistors verhindern. Die Gleichspan nungsquelle ist in der angegebenen Literaturstelle ein Kondensator, der selbst wieder über Induktivitäten auf geladen wird.Such a circuit arrangement is known, for example, from FIG. 4 of the Power Conversion International Proceedings, September 1982, page 75. The known circuit arrangement is used in a Cuk converter and is intended to prevent overvoltages between the drain and the source connection of the FET switching transistor. The source of direct voltage is a capacitor in the specified literature reference, which is itself recharged via inductors.

Überspannungen zwischen dem Drain- und Source-Anschluß des Schalttransistors treten - ohne Überspannungsschutz - z.B. deshalb auf, weil der Schaltzustand des Transistors u.a. den Stromfluß durch die Primärwicklung eines Über tragers plötzlich verringert und der damit verbundene Überschuß an magnetischer Energie wegen der Streuinduk tivität des Übertragers nicht vollständig auf die Sekun därseite übertragen werden kann.Surges between the drain and source connection of the switching transistor occur - without overvoltage protection - e.g. because of the switching state of the transistor i.a. the current flow through the primary winding of an over wearer suddenly decreased and the associated Excess magnetic energy due to the leakage induct activity of the transmitter not completely on the second can be transferred.

Bei der bekannten Schutzschaltung wird die nicht über tragbare Restenergie in den Kondensatoren zweier soge nannter RCD-Glieder zwischengespeichert und anschließend durch Entladung der Kondensatoren über Widerstände in Wärme umgewandelt.In the known protective circuit, the is not over portable residual energy in the capacitors of two so-called named RCD elements temporarily and then by discharging the capacitors through resistors in Heat converted.

Jedes RCD-Glied besteht aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Diode, die parallel zur Drain- Source-Strecke des Schalttransistors geschaltet ist, und aus einem Widerstand, über den der Kondensator wieder entladen wird.Each RCD element consists of a series connection of one Capacitor and a diode connected in parallel to the drain Source path of the switching transistor is switched, and from a resistor across which the capacitor again is discharged.

Die Verwendung zweier RCD-Glieder erlaubt verlustarme Bedämpfung auch sehr steiler Spannungsspitzen. Der Bau teileaufwand ist aber relativ hoch.The use of two RCD elements allows low loss Damping even very steep voltage peaks. The construction however, the cost of parts is relatively high.

Aus der DE 35 27 675 A1 (Offenlegungstag 12.02.1987) ist eine Dämpfungsschaltung bekannt, bei der parallel zu einem Halbleiterschalter ein RCD-Glied liegt. Um den Schutz des Halbleiterschalters durch das RCD-Glied zu verbessern, ist ergänzend eine zweite Diode, ein zweiter Kondensator und mindestens ein weiterer Widerstand vorgesehen. Die Reihenschaltung aus der zweiten Diode und dem zweiten Kondensator liegt parallel zum Kondensator des RCD-Gliedes. Über den weiteren Widerstand wird der zweite Kondensator bis auf die Betriebsspannung aufgeladen. Treten an dem Kondensator des RCD-Gliedes Überspannungsspitzen auf, so werden diese gedämpft und die mit ihnen verbundene Energie fließt über die zweite Diode in den zweiten Kondensator ab.From DE 35 27 675 A1 (date of disclosure February 12, 1987) a damping circuit known in parallel to an RCD element lies in a semiconductor switch. To the Protection of the semiconductor switch by the RCD element improve, is in addition a second diode, a second Capacitor and at least one further resistor are provided. The series connection of the second diode and the second capacitor is parallel to the capacitor of the RCD link. The second is about further resistance Capacitor charged to operating voltage. To step overvoltage peaks on the capacitor of the RCD element on, these are dampened and the associated with them Energy flows through the second diode into the second Capacitor.

Aus der EP 01 40 349 A2 ist eine Vielzahl von Schutzschaltungen für Halbleiterschaltung bekannt, die alle ein RCD-Glied enthalten. Bei einer Variante der Schutzschaltung liegt parallel zum Kondensator des RCD-Gliedes die Serienschaltung einer Z-Diode und eines Widerstandes.EP 01 40 349 A2 describes a large number of protective circuits known for semiconductor circuitry, all one RCD link included. In a variant of the protective circuit is parallel to the capacitor of the RCD element Series connection of a Zener diode and a resistor.

In der DE 33 45 481 A1 ist eine Schutzschaltung für einen Halbleiter beschrieben. Parallel zum Halbleiter liegt eine Entlastungsschaltung, die aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes besteht. Um Spannungssprünge abzuflachen, die an diesem Widerstand auftreten können, ist parallel zu ihm ein RCD-Glied geschaltet.DE 33 45 481 A1 is a protective circuit for one Semiconductor described. Is parallel to the semiconductor a relief circuit coming from the series circuit a capacitor and a resistor. Around Flatten voltage jumps on this resistor an RCD element is connected in parallel to it.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Variante von Schutzschaltungen der eingangs genannten Art anzugeben, die weniger Bauteile als zwei RCD-Glieder enthält, nur eine Diode aufweist und auch bei der Verwendung von induktivitätsbehafteten Widerständen steile Störimpulse wirksam dämpft.The invention has for its object a new variant of protective circuits of the type mentioned at the beginning, which contains fewer components than two RCD elements, has only one diode and also when used steep interference pulses from resistors with inductance effectively dampens.

Diese Aufgabe wird durch eine Schutzschaltung gelöst, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.This task is solved by a protection circuit which is characterized by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die Unteran sprüche.The subordinate contains advantageous refinements claims.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht auch darin, daß die verwendeten Widerstände unifilare Draht wickelwiderstände sein können; teure bifilare Draht wickelwiderstände oder induktivitätsarme Kohleschicht widerstände können somit vermieden werden. Kohleschicht widerstände kommen wegen ihrer zu geringen Strombelast barkeit in den meisten Anwendungsfällen ohnehin nicht in Frage. Schließlich werden durch die Erfindung im hohen Grade Nachschwingvorgänge unterdrückt, die sich nach dem Ausschalten des Schalters mit störenden Frequenzen aus bilden können.There is also an advantage achieved with the invention in that the resistors used unifilar wire winding resistances can be; expensive bifilar wire winding resistances or low inductance carbon layer resistance can thus be avoided. Coal layer resistors come because of their low current load in most applications anyway not in Question. Finally, the invention in high Degree reverberation suppressed, which after the Turn off the switch with interfering frequencies can form.

Anhand der Figur soll ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung näher erläutert werden.Based on the figure, an embodiment of the inven be explained in more detail.

Die Figur zeigt einen einfachen Sperrwandler mit einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung.The figure shows a simple flyback converter with a protection circuit according to the invention.

Der Sperrwandler nach der Figur wandelt eine Eingangs gleichspannung UE in eine Ausgangsgleichspannung UA um. Eingangskreis und Ausgangskreis des Wandlers sind durch einen Übertrager TR potentialmäßig voneinander getrennt. Im Primärkreis des Übertragers TR liegt dessen Primär spule LP und ein als Schalter verwendeter Feldeffekt- Transistor T. Der Strom I im Primärkreis wird durch Steuerung des Transistors T durch eine Impulsbreiten steuerung IBS über sein Gate G ein- und ausgeschaltet. Informationen über die Ein- und Ausschaltzeiten des Transistors T erhält die Impulsbreitensteuerung IBS vom Abgriff eines Spannungsteilers R 3, R 4, der auf der Sekundärseite des Sperrwandlers liegt. Ebenfalls auf der Sekundärseite des Wandlers liegt eine als Schalter wirkende Diode DD in Serie zur Sekundärspule LS des Über tragers TR. Mit einem Ausgangskondensator CA wird die Ausgangsspannung UA geglättet. Wird der Strom I im Primärkreis des Übertragers TR unterbrochen, so fällt praktisch gleichzeitig der magnetische Energieinhalt der Primärspule LP von einem endlichen Wert auf den Wert Null. Bei idealer Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärspule des Übertragers TR würde die gesamte Ener gie auf die Sekundärseite übertragen werden, vorausge setzt, daß gleichzeitig mit der Unterbrechung des Primär stromes I auch ein gleich großer Strom im Sekundärkreis des Übertragers TR fließen kann, also die Diode DD recht zeitig leitend wird. Kurzzeitige Verzögerungen beim Öffnen der Diode DD führen zu Spannungsspitzen über den Anschlüssen D und S des Transistors T und können ihn zerstören. Mit einer Schutzschaltung SS, die als Zweipol den Drain-Anschluß D mit dem Source-Anschluß S verbindet, werden die Spannungsspitzen dadurch verringert, daß zunächst zwei Kondensatoren C 1 und C 2 aufgeladen werden. Der Kondensator C 1 bildet mit einer Diode DI eine Serien schaltung, die parallel zur Drain-Source-Stecke des Transistors T geschaltet ist. Die Diode DI ist, bezogen auf die Gleichspannungsquelle, in Durchlaßrichtung gepolt, so daß bei einem plötzlichen Anstieg der Spannung über der Drain-Source-Strecke der Kondensator C 1 - wegen des geringen Diodenwiderstandes - sofort aufgeladen wird. Danach wird dann auch der Kondensator C 2 aufge laden, der in Serie zu einem Widerstand R 1 geschaltet ist, wobei die Serienschaltung parallel zum Kondensator C 1 liegt.The flyback converter according to the figure converts an input DC voltage UE into an output DC voltage UA . The input circuit and output circuit of the converter are potentially separated from one another by a transformer TR . In the primary circuit of the transformer TR is its primary coil LP and a field-effect transistor T used as a switch. The current I in the primary circuit is switched on and off by controlling the transistor T through a pulse width control IBS via its gate G. The pulse width controller IBS receives information about the on and off times of the transistor T from the tap of a voltage divider R 3 , R 4 , which is located on the secondary side of the flyback converter. Also on the secondary side of the converter is a diode DD acting as a switch in series with the secondary coil LS of the transformer TR . The output voltage UA is smoothed with an output capacitor CA. If the current I in the primary circuit of the transformer TR is interrupted, the magnetic energy content of the primary coil LP practically simultaneously drops from a finite value to the value zero. With ideal coupling between the primary and secondary coil of the transformer TR , the entire energy would be transferred to the secondary side, provided that at the same time as the interruption of the primary current I , an equally large current can flow in the secondary circuit of the transformer TR , i.e. the Diode DD becomes conductive at an early stage. Short delays when opening the diode DD lead to voltage peaks across the terminals D and S of the transistor T and can destroy it. With a protective circuit SS , which connects the drain terminal D to the source terminal S as a two-pole connection, the voltage peaks are reduced by first charging two capacitors C 1 and C 2 . The capacitor C 1 forms a series circuit with a diode DI , which is connected in parallel to the drain-source plug of the transistor T. The diode DI is polarized in the forward direction with respect to the DC voltage source, so that if the voltage across the drain-source path increases suddenly, the capacitor C 1 is charged immediately because of the low diode resistance. Then the capacitor C 2 is then loaded, which is connected in series to a resistor R 1 , the series circuit being parallel to the capacitor C 1 .

Der Wert des Widerstandes R 1 ist klein gegen den Wert eines Widerstandes R 2, der parallel zur Diode DI liegt. Über den Widerstand R 2 werden die Kondensatoren bei nichtleitender Drain-Source-Strecke des Transistors T entladen.The value of the resistor R 1 is small compared to the value of a resistor R 2 which is parallel to the diode DI . The capacitors are discharged via the resistor R 2 in the case of a non-conductive drain-source path of the transistor T.

Um den Transistor T gegen Störspannungen zu schützen, die unabhängig vom Schaltzustand des Transistors auftreten können, wird eine schnell schaltende Zener-Diode (nicht eingezeichnet) ebenfalls parallel zu Drain-Source-Strecke des Transistors T gelegt. Um unnötige Verluste zu ver meiden, sollte die Durchbruchspannung der Zener-Diode nicht unter den Spannungsspitzen liegen, die auch mit der Schutzschaltung SS zwischen dem Drain-Anschluß D und Source-Anschluß S des Transistors T auftreten.In order to protect the transistor T against interference voltages that can occur regardless of the switching state of the transistor, a fast-switching zener diode (not shown) is also placed in parallel with the drain-source path of the transistor T. In order to avoid unnecessary losses, the breakdown voltage of the Zener diode should not be below the voltage peaks that also occur with the protective circuit SS between the drain terminal D and source terminal S of the transistor T.

Claims

1. Protection circuit against overvoltages between the contact terminals of an electronic switch which is connected in series to a load impedance having an inductive component and a DC voltage source, in parallel to the contact path of the switch (T), the series circuit of a capacitor (C 1) and a forward-biased diode ( DI), and a first resistor (R 2 is arranged) in parallel with the diode (DI), characterized in that parallel to the first capacitor (C 1) a series circuit of a second capacitor (C 2) and a second resistor (R 1) is switched.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the first and second resistors ( R 2 , R 1 ) are unifilar wire winding resistors.

3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a fast Zener diode is connected in parallel to the contact path of the switch (T) .