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WO1999012240A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur strombegrenzung für wechselstromverbraucher - Google Patents

Schaltungsanordnung und verfahren zur strombegrenzung für wechselstromverbraucher Download PDF

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Publication number
WO1999012240A1
WO1999012240A1 PCT/DE1998/002361 DE9802361W WO9912240A1 WO 1999012240 A1 WO1999012240 A1 WO 1999012240A1 DE 9802361 W DE9802361 W DE 9802361W WO 9912240 A1 WO9912240 A1 WO 9912240A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
switching element
input
output
consumer
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE1998/002361
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bogdan Brakus
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
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE19881586T priority Critical patent/DE19881586D2/de
Priority to BR9812151-0A priority patent/BR9812151A/pt
Priority to US09/486,944 priority patent/US6281669B1/en
Publication of WO1999012240A1 publication Critical patent/WO1999012240A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/46—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/56—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/908—Inrush current limiters

Definitions

  • an inverter On the output side of an inverter there are several consumers, e.g. Assemblies, assembly units, modems, personal computers, printers and monitors etc. connected. These consumers are usually dimensioned for operation on a low-core network, with the result that high inrush currents are caused.
  • the inrush current of a consumer is often a multiple of its nominal current. This high inrush current results in a voltage drop at the inverter output. A voltage drop in turn causes malfunctions in the other consumers connected to the inverter.
  • the invention has for its object to provide a circuit arrangement and a method for current limitation for an AC consumer.
  • the invention has the further advantage that a high current caused by a consumer is thus limited to a permissible current value and other consumers connected to the inverter are not disturbed.
  • FIG. 1 shows a basic circuit diagram of an AC current limiting circuit
  • FIG. 2 shows a current limiting circuit
  • FIG. 3 shows a current and voltage profile of a current limiting circuit
  • FIG. 4 shows another switching configuration
  • Figure 5 shows another embodiment of a circuit design according to Figure 4
  • Figure 6 shows a circuit configuration of a clocked
  • Figure 7 characteristics of a current / voltage curve of a clocked current limiting circuit.
  • FIG. 1 A basic circuit diagram of a current limiting circuit S is shown in FIG.
  • the circuit arrangement for limiting the current has a rectifier unit G and a current limiting unit SB.
  • the rectifier unit G is inserted with a first input E1 and a second input E2 into an AC circuit formed with, for example, a load LAS and an AC voltage UW generated by an inverter WR.
  • the inverter WR is connected on the input side to a direct voltage source UE.
  • the current limiting unit SB is connected to a first and second output AI, A2 of the rectifier unit G.
  • the current limiting unit SB limits the instantaneous current when it rises above a maximum value.
  • only one further consumer KV is connected to the output of the inverter WR.
  • the current iWR through the inverter WR is divided into the current iLAS through the LAS and the electricity iKV by the other consumer.
  • a rectifier unit G is connected in series with a load LAS to an inverter WR.
  • a current limiting unit SB is connected to the outputs AI, A2 of the rectifier unit G.
  • the inverter WR is fed by a direct current source UE.
  • a differently high alternating voltage UW can be tapped at the output of the inverter WR.
  • the current limiting unit SB in particular a circuit arrangement for limiting the inrush current, is formed in this illustration from a measuring resistor Rm, a current regulator IR and a first switching element T1.
  • the rectifier unit G has a rectifier circuit consisting of four diodes Gl, G2, G3 and G4.
  • the outputs AI, A2 of the rectifier unit G are with one of the measuring resistor Rm and the first switching element
  • the control input GT of the first switching element T1 is connected to the output of a current regulator IR.
  • a first input of the current regulator IR is connected to a reference voltage UREF and a second input of the current regulator IR is connected to the measuring resistor Rm to which a voltage potential URm is applied.
  • the current i through the measuring resistor Rm is measured and the current controller IR controls the controlled system SD of the first switching element Tl via its control input GT in accordance with the measured current i.
  • the first switching element T1 is preferably designed as a linear actuator.
  • the current limiting unit SB is connected to the consumer LAS via a switch S, which is controlled, for example, by a switch-off device (not shown).
  • All currents iLAS, iWR, iKV indicated in FIG. 2 are instantaneous currents.
  • the abbreviations mean: iLAS: electricity through the consumer LAS, iWR: Current through the inverter WR and iKV: current through another consumer KV to be protected.
  • FIG. 3 shows a current profile iLAS through a consumer LAS.
  • the peak value of the current iLAS exceeds a maximum permissible output current iMAX which is set for the inverter WR in the first three half-periods.
  • the current iLAS is limited without delay when a maximum permissible value iMAX is exceeded. If a current exceeding a maximum permissible load current iMAX is measured at the measuring resistor Rm, a current controller IR controls, e.g. shown in Figure 3, a first switching element T1 via its control input GT accordingly, so that the current flow through the switching element T1 is reduced.
  • a power MOS transistor is preferably used as the first switching element T1.
  • the first switching element Tl is switched a priori conductive, i.e. low-resistance as long as a voltage drop URm at the measuring resistor Rm is smaller than a reference voltage UREF. If the current value of the current iLAS briefly exceeds the permissible current value iMAX, the first switching element T1 is activated immediately by the current regulator IR. The limitation to the permissible current iMAX is maintained until the load current iLAS has dropped below the current limit iMAX. Then the first switching element Tl is again controlled to be as conductive as possible. Since the first switching element Tl may have to absorb considerable energy loss during the current limiting process, this must be taken into account when dimensioning the first switching element Tl.
  • FIG. 4 shows a circuit configuration for the circuit arrangement known from FIG. 2.
  • the essential elements of the circuit arrangement SB are an auxiliary transformer TH, an auxiliary rectifier GH, a smoothing capacitor KH, a first switching element T1 and a second switching element T2.
  • the auxiliary transformer TH, the auxiliary rectifier GH and the smoothing capacitor KH are in the auxiliary voltage unit UHIL arranged.
  • the primary side of the auxiliary transformer TH is connected in parallel to the output of the inverter WR, not shown here, to which an alternating voltage UW is applied.
  • the auxiliary rectifier GH is connected to the secondary side of the auxiliary transformer TH.
  • the smoothing capacitor KH is arranged parallel to the auxiliary rectifier GH.
  • a first output of the auxiliary rectifier GH is connected via a measuring resistor Rm to the input S of the controlled system SD of the first switching element T1.
  • a second output of the auxiliary rectifier GH is connected to the control input GT of the first actuating element T1 via a series resistor RV.
  • the output C of the controlled system EC of the second switching element T2 is connected to the control input GT of the first switching element T1 and the control input B of the second switching element T2 is connected to the input S of the controlled system SD of the first switching element T1.
  • the input E of the controlled system EC of the second switching element T2 is connected to the first output of the auxiliary rectifier GH which is connected to the measuring resistor Rm.
  • the first switching element Tl receives the necessary through-voltage potential via the auxiliary transformer TH, the auxiliary rectifier GH and the series resistor RV and is switched with low resistance. If an increased current flow through the consumer LAS occurs during switching on or later in stationary operation, then the second switching element T2 is controlled in a conductive manner via the current measuring resistor Rm and the first switching element T1 becomes correspondingly high-resistance and the load current iLAS is at a maximum current value iMAX limited. When the dynamic process is complete, the first switching element T1 becomes low-resistance again.
  • FIG. 1 A further circuit configuration of a current limiting unit SB is shown in FIG.
  • the second switching element T2 from the circuit configuration according to FIG. 4 is replaced by a first operational amplifier OP1.
  • the current limiting unit SB becomes active with a second operational amplifier OP2 and the circuitry with the resistors RT1, RT2 and a diode D. held when the load current iLAS through the consumer LAS remains high for a long time.
  • the first switching element T1 is then exposed to a maximum thermal load which can lead to the destruction of the first switching element T1.
  • a temperature-dependent resistor RT1, the z. B. can be a PTC thermistor, monitors the temperature of the first switching element Tl.
  • the temperature-dependent resistor RT1 When a predetermined still permissible temperature value is exceeded, the temperature-dependent resistor RT1 becomes high-resistance and controls the second operational amplifier OP2.
  • the first switching element T1 is controlled from the active region into the saturation region via the diode D.
  • the first switching element T1 is thus controlled to be as conductive as possible and the power loss drops to a permissible value. Due to a thermal time constant given by the temperature-dependent resistor RT1, no instabilities occur at the time of the switchover.
  • the thermal protection circuit could also be implemented in such a way that the first switching element T1 is switched off when the temperature is too high, ie the current flow to the consumer LAS is interrupted.
  • the inputs on the second operational amplifier OP2 are to be exchanged and the diode D is reversed.
  • the voltage potential at the output of the second operational amplifier OP2 is reduced to such an extent when a critical temperature is exceeded that the first switching element T1 blocks. Which variant is used depends on the priorities for the overall system function.
  • a clocked current limiting unit SB is shown in FIG.
  • This current limiting unit SB is formed by a first module SBT for keeping a load current iLAS constant and in a second module SBF for forwarding load currents after the shutdown.
  • the module SBT is designed in such a way that the control input GT of a first switching element T1, in contrast to the previous circuit configurations, is controlled with a pulse-width-modulated signal.
  • the pulse width modulated signal is width modulator PWM formed.
  • the pulse width of a 20 KHz cycle for example, is varied by the signals from the current control unit IR due to the voltage potential at the measuring resistor Rm.
  • the current regulator IR can be a UCC 3802 component, for example. The current regulator IR ensures that the current remains constant in the event of an overload.
  • the second module SBF is arranged at the output of the current limiting unit SB.
  • This second module SBF is formed from a transistor switch consisting of a third and fourth switching element T3, T4 and a comparator K.
  • a first switch path is formed from the third switching element T3 with a first free-wheeling diode D1 and a second switch path is formed from the fourth switching element T4 with a second free-wheeling diode D2.
  • the comparator K for controlling the third and fourth switching elements T3 / T4 is arranged at the output of the second module SBF. Below a permitted current limit, the first switching element T1 is continuously controlled.
  • a choke L arranged in the main circuit has a rel.
  • the current controller IR in the first module SBT shortens the switch-on time of the first switching element T1 by appropriately controlling the pulse width modulator PWM
  • the comparator K evaluates the polarity of the output voltage UA and controls either the third or fourth switching element T3, T4. Is the third switching element T3 z. B. an N-channel transistor so with positive polarity of the output voltage UA, a current flow through the first freewheeling diode Dl is made possible. In the case of an ohmic load or a load with non-linear current but in phase with the voltage, when the clocking of the first switching element T1 begins, the first diode D1 active as a freewheeling diode. Analogously, the third switching element T3 releases the diode D2 with negative polarity, the output voltage UA if this is a P-channel transistor.
  • the third and fourth switching elements T3, T4 are actuated in push-pull and each conductive for half a period, the associated diodes are only used in the reverse direction.
  • a further auxiliary voltage potential +/- UH2 which is electrically isolated from the alternating voltage UW of the inverter WR, is required for the second module SBF.
  • the third and fourth switching elements T3, T4 can, for example, be transistors, IGBT or bipolar transistors.
  • the third and fourth switching elements T3, T4 only have to switch slowly, in time with the mains frequency (50/60 Hz).
  • a short blocking delay time corresponding to the clock frequency and switching speed of the first switching element T1, is also advantageous.
  • a high-frequency component can be reduced very strongly by a relatively small capacitor CA as indicated in FIG. 6 at the output of the current limiting unit SB.
  • the current limiting unit SB does not need to be terminated with the capacitor CA.
  • a capacitor CE must be arranged at the output of the inverter WR.
  • the circuit arrangement according to FIG. 6 is suitable for low-loss current limitation in the event of periodically occurring current peaks. With a circuit arrangement as shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a basic course of a current / voltage characteristic curve in a clocked current limiting unit SB.
  • a chopped mains voltage arises, as with a conventional switching regulator, on the first switching element T1, on the freewheeling diodes D1, D2 and on the choke L.
  • the current iLAS through the load LAS has a triangular superposition corresponding to the dimensioning.
  • the current curve shown in FIG. 7 over a period is typical for many power supply units as a continuous current. Crest factors of 3 to 4 are very common.
  • a crest factor is the ratio of the actual peak value to an ideal sine peak value at the same effective value.

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Abstract

Schaltungsanordnung und Verfahren zur Strombegrenzung für Wechselstromverbraucher, wobei der Wechselstrom eines Verbrauchers zur Messung gleichgerichtet und bei Überschreiten eines Grenzwertes begrenzt wird.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zur Strombegrenzung für Wechselstromverbraucher
An einen Wechselrichter sind ausgangsseitig mehrere Verbraucher wie z.B. Baugruppen, Baugruppeneinheiten, Modem, Personalcomputer, Drucker und Bildschirme usw. angeschlossen. Diese Verbraucher sind meistens für den Betrieb an einem niede- rohmigen Netz dimensioniert, was zur Folge hat, daß hohe Einschaltströme verursacht werden. Ein Einschaltstrom eines Verbrauchers beträgt oft ein mehrfaches seines Nennstromes. Dieser hohe Einschaltstrom hat einen Spannungseinbruch am Wechselrichterausgang zur Folge. Ein Spannungseinbruch verursacht wiederum Betriebsstörungen bei den anderen an dem Wechselrichter angeschalteten Verbrauchern. Um einen hohen Stromfluß durch einen an einem Wechselrichter angeschlossenen Verbraucher zu vermeiden, weisen diese häufig ausgangsseitig am Wechselrichter angeordnete Strombegrenzungen, gebildet aus einer Drossel auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Strombegrenzung für einen Wechselstromverbraucher anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 9 gelöst .
Die Erfindung bringt neben dem Vorteil, daß eine kostspielige Uberdimensionierung eines Wechselrichters vermeiden wird, den weiteren Vorteil mit sich, daß damit ein durch einen Verbraucher verursachter hoher Strom auf einen zulässigen Stromwert begrenzt wird und andere an den Wechselrichter angeschlossene Verbraucher nicht gestört werden.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden näheren Erläuterung zu Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer Wechselstrom- Strombegrenzungsschaltung ,
Figur 2 eine Strombegrenzungsschaltung, Figur 3 einen Strom- und Spannungsverlauf einer Strombegrenzungsschaltung,
Figur 4 eine weitere Schaltausgestaltung,
Figur 5 eine weitere Ausgestaltung einer Schaltungsausführung nach Figur 4 , Figur 6 eine Schaltungsausgestaltung einer getakteten
Einschaltstrombegrenzung und
Figur 7 Kennlinien eines Strom/Spannungsverlaufs einer getakteten StrombegrenzungsSchaltung .
In Figur 1 ist ein Prinzipschaltbild einer Strombegrenzungs- Schaltung S wiedergegeben. Die Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Stromes, insbesondere zur Begrenzung des Einschaltstromes weist eine Gleichrichtereinheit G und eine Strombegrenzungseinheit SB auf. Die Gleichrichtereinheit G ist mit einem ersten Eingang El und zweiten Eingang E2 in einen mit beispielsweise einem Verbraucher LAS und einer durch einen Wechselrichter WR erzeugten WechselSpannung UW gebildeten Wechselstromkreis eingefügt. Der Wechselrichter WR ist eingangsseitig mit einer Gleichspannungsquelle UE verbunden. Die Strombegrenzungseinheit SB ist mit einen ersten und zweiten Ausgang AI, A2 der Gleichrichtereinheit G verbunden. Die Strombegrenzungseinheit SB begrenzt jeweils den Momentanstrom wenn dieser über einen Maximalwert ansteigt . An den Ausgang des Wechselrichters WR ist der Übersicht halber nur ein wei- terer Verbraucher KV angeschlossen. Der Strom iWR durch den Wechselrichter WR teilt sich in die Strom iLAS durch den Ver- braucher LAS und den Strom iKV durch den weiteren Verbraucher auf .
In der Figur 2 ist eine Gleichrichtereinheit G in Reihe mit einem Verbraucher LAS an einen Wechselrichter WR angeschlossen. An die Ausgänge AI, A2 der Gleichrichtereinheit G ist eine Strombegrenzungseinheit SB geschaltet. Eingangsseitig wird der Wechselrichter WR durch eine Gleichstromquelle UE gespeist. Am Ausgang des Wechselrichters WR kann je nach Di- mensionierung des Wechselrichters WR eine unterschiedlich hohe WechselSpannung UW abgegriffen werden. Am Ausgang des Wechselrichters WR ist lediglich nur noch ein weiterer Verbraucher KV angeschaltet. Die Strombegrenzungseinheit SB, insbesondere eine Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombe- grenzung, ist in dieser Darstellung aus einem Meßwiderstand Rm, einem Stromregler IR und einem ersten Schaltelement Tl gebildet. Die Gleichrichtereinheit G weist eine Gleichrichterschaltung bestehend aus vier Dioden Gl, G2 , G3 und G4 auf. Die Ausgänge AI, A2 der Gleichrichtereinheit G sind mit einer aus dem Meßwiderstand Rm und dem ersten Schaltelement
Tl gebildeten Reihenschaltung verbunden. Der Steuereingang GT des ersten Schaltelementes Tl ist mit dem Ausgang eines Stromreglers IR verbunden. Ein erster Eingang des Stromreglers IR ist mit einer Referenzspannung UREF und ein zweiter Eingang des Stromreglers IR ist mit dem Meßwiderstand Rm an dem ein Spannungspotential URm anliegt verbunden. Der Strom i durch den Meßwiderstand Rm wird gemessen und der Stromregler IR steuert entsprechend des gemessenen Stromes i die Regelstrecke SD des ersten Schaltelements Tl über dessen Steuer- eingang GT. Das erste Schaltelement Tl ist dabei vorzugsweise als ein lineares Stellglied ausgebildet. Die Strombegrenzungseinheit SB ist über einen Schalter S, der beispielsweise gesteuert durch eine nicht dargestellte Abschaltevorrichtung, mit dem Verbraucher LAS verbunden. Alle in der Figur 2 ange- gebenen Ströme iLAS, iWR, iKV sind Momentanströme . Die Abkürzungen bedeuten: iLAS: Strom durch den Verbraucher LAS, iWR: Strom durch den Wechselrichter WR und iKV: Strom durch einen weiteren zu schützenden Verbraucher KV.
In Figur 3 ist ein Stromverlauf iLAS durch einen Verbraucher LAS dargestellt. Der Scheitelwert des Stromes iLAS überschreitet in den ersten drei Halbperioden einen maximal zulässigen Ausgangsstrom iMAX der für den Wechselrichter WR festgelegt ist. Der Strom iLAS wird bei Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes iMAX verzögerungsfrei begrenzt. Wird am Meßwiderstand Rm ein über einen maximal zulässigen Laststrom iMAX hinausgehender Strom gemessen, so steuert ein Stromregler IR, wie z.B. in Figur 3 gezeigt, ein erstes Schaltelement Tl über dessen Steuereingang GT entsprechend an, so daß sich der Stromfluß durch das Schaltelement Tl ver- ringert . Als erstes Schaltelement Tl wird vorzugsweise ein Power MOS-Transistor verwendet. Das erste Schaltelement Tl ist a priori leitend geschaltet, d.h. niederohmig, solange ein Spannungsabfall URm am Meßwiderstand Rm kleiner ist als eine Referenzspannung UREF. Überschreitet der Stromwert des Stromes iLAS kurzzeitig den zulässigen Stromwert iMAX, so wird das erste Schaltelement Tl vom Stromregler IR sofort angesteuert. Die Begrenzung auf den zulässigen Strom iMAX bleibt aufrecht erhalten bis der Laststrom iLAS unter die Stromgrenze iMAX abgesunken ist. Danach wird das erste Schal- telement Tl wieder maximal leitend gesteuert. Da während des Strombegrenzungsvorganges das erste Schaltelement Tl unter Umständen erhebliche Verlustenergie aufnehmen muß, ist dies bei der Dimensionierung des ersten Schaltelementes Tl zu berücksichtigen.
In Figur 4 ist eine Schaltungsausgestaltung zu der aus Fig. 2 bekannten Schaltunganordnung dargestellt. Die wesentlichen Elemente der Schaltungsanordnung SB sind ein Hilfstransformator TH, ein Hilfsgleichrichter GH, ein Glättungskondensator KH, ein erstes Schaltelement Tl und ein zweites Schaltelement T2. Der Hilfstransformator TH, der Hilfsgleichrichter GH und der Glättungskondensator KH sind in der Hilfsspannungseinheit UHIL angeordnet. Parallel zum Ausgang des hier nicht dargestellten Wechselrichters WR an dem eine WechselSpannung UW anliegt ist die Primärseite des Hilfstransformators TH angeschlossen, mit der Sekundärseite des Hilfstransformators TH ist der Hilfsgleichrichter GH verbunden. Parallel zum Hilfsgleichrichter GH ist der Glättungskondensator KH angeordnet . Ein erster Ausgang des Hilfsgleichrichters GH ist über einen Meßwiderstand Rm mit dem Eingang S der Regelstrecke SD des ersten Schaltelementes Tl verbunden. Ein zweiter Ausgang des Hilfsgleichrichters GH ist über einen Vorwiderstand RV mit dem Steuereingang GT des ersten Stellelementes Tl verbunden. Der Ausgang C der Regelstrecke EC des zweiten Schaltelementes T2 ist mit dem Steuereingang GT des ersten Schaltelemetes Tl und der Steuereingang B des zweiten Schaltelementes T2 mit dem Eingang S der Regelstrecke SD des ersten Schaltelementes Tl verbunden. Der Eingang E der Regelstrecke EC des zweiten Schaltelementes T2 ist mit dem ersten Ausgang des Hilfs- gleichrichters GH der mit dem Meßwiderstand Rm verbunden ist verbunden. Das erste Schaltelement Tl erhält über den Hilfstransformator TH, den Hilfsgleichrichter GH und den Vorwiderstand RV das nötige Durchschalte-Spannungspotential und wird niederohmig geschaltet . Tritt während des Einschaltens oder später im stationären Betrieb, ein erhöhter Stromfluß durch den Verbraucher LAS auf, so wird über den Strommeßwi- derstand Rm das zweite Schaltelement T2 leitend gesteuert und das erste Schaltelement Tl wird entsprechend hochohmig und der Laststrom iLAS wird auf einen maximalen Stromwert iMAX begrenzt. Ist der dynamische Vorgang abgeschlossen, wird das erste Schaltelement Tl wieder niederohmig.
In Figur 5 ist eine weitere Schaltungsausgestaltung einer Strombegrenzungseinheit SB dargestellt. Bei dieser Strombe- grenzungseinheit SB ist das zweite Schaltelement T2 aus der Schaltungausgestaltung nach Fig. 4 durch einen ersten Opera- tionsverstärker OP1 ersetzt. Mit einem zweiten Operationsverstärker OP2 und der Beschaltung mit den Widerständen RT1, RT2 und einer Diode D wird die Strombegrenzungseinheit SB aktiv gehalten, wenn der Laststrom iLAS durch den Verbraucher LAS für längere Zeit hoch bleibt. Das erste Schaltelement Tl ist dann jedoch einer maximalen thermischen Belastung ausgesetzt die zur Zerstörung des ersten Schaltelementes Tl führen kann. Um dies zu vermeiden, wird mit einem temperaturabhängigen Widerstand RT1, der z. B. ein Kaltleiter sein kann, die Temperatur des ersten Schaltelementes Tl überwacht . Beim Überschreiten eines vorgegebenen noch zulässigen Temperaturwertes wird der temperaturabhängige Widerstand RT1 hochohmig und steuert den zweiten Operationsverstärker OP2. Über die Diode D wird das erste Schaltelement Tl vom aktiven Bereich in den Sättigungsbereich gesteuert. Damit wird das erste Schaltelement Tl maximal leitend gesteuert und die Verlustleistung sinkt auf einen zulässigen Wert. Durch eine thermische Zeit- konstante die durch den temperaturabhänigen Widerstand RT1 gegeben ist treten zum Zeitpunkt der Umschaltung keine Instabilitäten auf. Die thermische SchutzSchaltung könnte auch so realisiert werden, daß das erste Schaltelement Tl bei zu hoher Temperatur abgeschaltet wird, d.h. der Stromfluß zum Ver- braucher LAS unterbrochen wird. Bei dieser Ausgestaltung sind die Eingänge am zweiten Operationsverstärker OP2 zu vertauschen und die Diode D umzupolen. Bei dieser parziellen Ausgestaltung wird das Spannungspotential am Ausgang des zweiten Operationsverstärker OP2 bei Überschreiten einer kritischen Temperatur soweit verringert, daß das erste Schaltelement Tl sperrt. Welche Variante eingesetzt wird, hängt von den Prioritäten bei der System-Gesamtfunktion ab.
In Figur 6 ist eine getaktete Strombegrenzungseinheit SB dar- gestellt. Diese Strombegrenzungseinheit SB ist durch ein erstes Modul SBT zur Konstanthaltung eines Laststromes iLAS und in ein zweites Modul SBF zur Weiterleitung von Lastströmen nach der Abschaltung ausgebildet. Das Modul SBT ist derart ausgebildet, daß der Stelleingang GT eines ersten Schaltele- mentes Tl im Gegensatz zu den vorangegangenen Schaltungsausgestaltungen mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert wird. Das pulsweitenmodulierte Signal wird in einem Puls- weitenmodulator PWM gebildet. Durch die Signale die von der Stromregeleinheit IR aufgrund des Spannungspotentials am Meßwiderstand Rm anliegt, wird die Pulsweite eines beispielsweise 20 KHz Taktes variiert. Der Stromregeier IR kann bei- spielsweise ein UCC 3802 Bauelement sein. Der Stromregler IR sorgt dafür, daß bei Überlast der Strom konstant bleibt.
Am Ausgang der Strombegrenzungseinheit SB ist das zweite Modul SBF angeordnet. Dieses zweite Modul SBF ist aus einer Transistorweiche bestehend aus einem dritten und vierten Schaltelement T3 , T4 und einem Komparator K gebildet. Eine erste Weichenstrecke wird aus dem dritten Schaltelement T3 mit einer ersten Freilaufdiode Dl und eine zweite Weichen- Strecke wird aus dem vierten Schaltelement T4 mit einer zwei- ten Freilaufdiode D2 gebildet. Am Ausgang des zweiten Moduls SBF ist der Komparator K zur Steuerung des dritten und vierten Schaltelementes T3/T4 angeordnet. Unterhalb einer erlaubten Stromgrenze ist das erste Schaltelement Tl dauernd durch- gesteuert . Eine im Hauptstromkreis angeordnete Drossel L hat eine rel . kleine Induktivität, so daß sie für einen Laststrom iLAS mit 50 Hz praktisch einen Kurzschluß darstellt. Kommt es zur Überschreitung einer zulässigen Stromgrenze iMAX, so verkürzt der Stromregler IR im ersten Modul SBT durch entsprechende Ansteuerung des Pulsweitenmodulators PWM die Ein- schaltzeit des ersten Schaltelementes Tl. Wird das erste
Schaltelement Tl abgeschaltet, so muß die erste oder zweite Freilaufdiode Dl oder D2 je nach Spannungs- bzw. Stromrichtung, den in der Drossel L eingeprägten Strom weiterführen.
Der Komparator K wertet die Polarität der AusgangsSpannung UA aus und steuert entweder das dritte oder vierte Schaltelement T3, T4 an. Ist das dritte Schaltelement T3 z. B. ein N-Kanal Transistor so werden bei positiver Polarität der Ausgangs- Spannung UA ein Stromfluß durch die erste Freilaufdiode Dl ermöglicht. Bei ohmscher Last oder einer Last mit nichtlinearen Strom aber in Phase mit der Spannung, wird beim Einsetzen der Taktung des ersten Schaltelementes Tl die erste Diode Dl als Freilaufdiode aktiv. Sinngemäß gibt das dritte Schaltelement T3 die Diode D2 bei negativer Polarität die Ausgangs- Spannung UA frei wenn dieses ein P-Kanal Transistor ist. Bleibt der Strom durch die Strombegrenzungseinheit SB unter einem Begrenzungswert, so sind das dritte und vierte Schaltelement T3 , T4 zwar im Gegentakt angesteuert und jeweils für eine halbe Periode leitend, die zugehörigen Dioden werden nur in Sperrichtung beansprucht. Neben dem Hilfsspannungspotenti- al UH1 für das erste Modul SBT wird für das zweite Modul SBF ein weiteres, galvanisch von der WechselSpannung UW des Wechselrichters WR getrennte Hilfsspannungspotential +/- UH2 benötigt . Die dritten und vierten Schaltelemente T3 , T4 können z.B. Transistoren, IGBT oder Bipolartransistoren sein. Die dritten und vierten Schaltelemente T3 , T4 müssen nur langsam, im Takt der Netzfrequenz (50/60Hz) schalten. Bei den ersten und zweiten Freilaufdioden Dl, D2 ist neben der Sperrfähigkeit auch noch eine kurze Sperrverzögerungszeit , entsprechend der Taktfrequenz und Schaltgeschwindigkeit des ersten Schaltelementes Tl von Vorteil .
Bei Bedarf läßt sich eine hochfrequente Komponente durch einen relativ kleinen Kondensator CA wie er in Figur 6 am Ausgang der Strombegrenzungseinheit SB angedeutet ist sehr stark reduzieren. Bei vorwiegend kapazitiver Last braucht die Strombegrenzungseinheit SB nicht mit dem Kondensator CA abgeschlossen zu werden. Zur Kompensation der Leitungslängen zwischen dem Ausgang des Wechselrichters WR bis zum Eingang der Strombegrenzungseinheit SB, ist am Ausgang des Wechselrichters WR ein Kondensator CE anzuordnen. Neben der Wirkung als Strombegrenzungseinheit für nichtperiodische Vorgänge wie Einschalten, Degauss usw., eignet sich die Schaltungsanord- nung nach Figur 6 für eine verlustarme Strombegrenzung bei periodisch auftretenden Stromspitzen. Mit einer wie in Figur 6 dargestellten Schaltungsanordnung kann die Dimensionierung eines Wechselrichters WR erheblich reduziert werden. Figur 7 zeigt einen prinzipiellen Verlauf einer Strom/Spannungskennlinie bei einer getakteten Strombegrenzungseinheit SB. Eine zerhackte Netzspannung entsteht, wie bei einem konventionellen Schaltregler, am ersten Schaltele- ment Tl, an den Freilaufdioden Dl, D2 und an der Drossel L. Der Strom iLAS durch den Verbraucher LAS hat eine, der Dimensionierung entsprechende, Dreiecksüberlagerung. Der in Fig. 7 dargestellte Stromverlauf über eine Periode ist bei vielen Netzgeräten als Dauerstrom typisch. Dabei sind Crest-Faktoren von 3 bis 4 sehr häufig. Ein Crest-Faktor ist das Verhältnis des tatsächlichen Spitzenwertes zu einem idealen Sinusscheitelwert beim gleichen Effektivwert.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung, insbesondere zur Begrenzung eines Einschaltstromes, für mindestens einen mit einem Wechselrichter (WR) verbundenen Verbraucher (LAS, KV) , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h , eine in Serie zu dem Verbraucher (LAS) angeordneten Gleichrichtereinheit (G) zur Gleichrichtung des durch seine ein- gangsseitigen Anschlüsse (El, E2) fließenden Wechselstromes (iLAS) und eine Strombegrenzungseinheit (SB) die mit ausgangsseitig angeordneten Anschlüssen (AI, A2) der Gleichrichterschaltung (G) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strombegrenzungseinheit (SB) aus einer Serienschaltung mit einem Meßwiderstand (Rm) und einer Regelstrecke (SD) eines ersten Schaltelementes (Tl) gebildet ist, daß ein erster Eingang eines Stromreglers (IR) mit einem Eingang (S) der Regelstrecke (SD) des ersten Schaltelementes (Tl) und ein zweiter Eingang des Stromreglers (IR) über eine Referenzspannungsquelle (UREF) und dem Meßwiderstand (Rm) mit einem Eingang (S) des ersten Schaltelementes (Tl) verbunden ist und daß ein Ausgang des Stromreglers (IR) mit einem Steuereingang (GT) des ersten Schaltelementes (Tl) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stromregler (IR) aus einem zweiten Schaltelement (T2) gebildet ist, wobei zwischen einem Eingang (E) der Regelstrecke (EC) des zweiten Schaltelementes (T2) und einem Steuereingang (B) des zweiten Schaltelementes (T2) der Meßwider- stand (Rm) angeordnet ist und ein Ausgang (C) der Regelstrek- ke (EC) des zweiten Schaltelementes (T2) mit dem Steuereingang (GT) des ersten Schaltelementes (Tl) verbunden ist, daß über einen Vorwiderstand (RV) der Steuereingang (GT) des ersten Schaltelementes (Tl) mit einem ersten Ausgang einer Hilfsspannungsquelle (UHIL) verbunden ist und daß ein zweiter Ausgang der Hilfsspannungsquelle (UHIL) mit dem Meßwiderstand (Rm) verbunden ist .
4. Schal tungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stromregler (IR) einen ersten Operationsverstärker (OP1) enthält, wobei ein erster Eingang des Operationsverstärkers (OP1) mit einer Referenzspannungsquelle (URef) verbunden und ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers (OP1) eine Verbindung zum Eingang (S) der Regelstrecke (SD) des ersten Schaltelementes (Tl) aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein erster Eingang eines zweiten Operationsverstärker (OP2) mit dem ersten Eingang des ersten Operationsverstärkers (OP1) verbunden ist, daß ein zweiter Eingang des zweiten Operationsversärkers (OP2) mit einem mit einer Hilfsspannungsquelle (UHIL) verbundenen Spannungsteiler, gebildet aus einem ersten und zweiten Widerstand (RT1, RT2 ) , verbunden ist, daß ein Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (OP2) über eine Diode (D) mit dem Steuereingang (GT) des ersten Schaltelementes (Tl) verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Widerstand (RT1) ein Temperatursensor ist und in thermischer Wirkverbindung mit dem ersten Schaltelementes (Tl) ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Ausgang des Stromreglers (IR) mit einem Steuereingang eines Pulsweitenmodulators (PWM) verbunden ist, daß ein Ausgang des Pulsweitenmodulators (PWM) mit dem Steuereingang (GT) des ersten Schaltelementes (Tl) verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß parallel zum Verbraucher (LAS) ein Komparator (K) angeordnet ist und ein Ausgang des Komparators (K) mit einem Steuereingang (G) eines dritten und vierten Schaltelementes (T3, T4) verbunden ist, daß ein Ausgang (D) der Regelstrecke (SD) des dritten Schaltelementes (T3) mit der Kathode einer ersten Freilaufdiode (Dl) verbunden ist, daß ein Ausgang (D) der Regelstrecke (SD) des vierten Schaltelementes (T4) mit der Anode einer zweiten Freilaufdiode (D2) verbunden ist, daß die Anode der ersten Freilaufdiode (Dl) und die Kathode der zweiten Freilaufdiode (D2) mit einem ersten Anschluß einer in Reihe zum Verbraucher (LAS) angeordneten Drossel (L) verbunden ist und daß ein Eingang (S) der Regelstrecke (SD) des dritten und vierten Schaltelements (T3, T4) über den Verbraucher (LAS) mit einem zweiten Anschluß der Drossel (L) verbunden ist.
9. Verfahren zur Begrenzung eines Stromes, insbesondere zur Begrenzung eines Einschaltstromes, für mindestens einen mit einer Wechselspannungsquelle (WR) verbundenen Verbraucher (LAS) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der von einer Wechselspannungsquelle (WR) abgegebene Wechselstrom (iLAS) gleichgerichtet wird, daß der gleichgerichtete Wechselstrom (iLAS) an den Eingängen einer Strombegrenzungseinheit (SB) angelegt wird und die Strombegrenzungseinheit (SB) den durch den Verbraucher (LAS) fließenden Wechselstrom (iLAS) bei Überschreiten eines zulässigen Stromwertes (iMAX) auf einen vorgegebenen Stromwert begrenzt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001095049A1 (de) * 2000-06-08 2001-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgung mit verlustarmer einschaltstrombegrenzung

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184683A1 (en) * 2005-02-04 2005-08-25 Osram Sylvania Inc. Method of converting line voltage to an RMS load voltage in a lamp using a phase-control clipping circuit
US20050162095A1 (en) * 2005-04-01 2005-07-28 Osram Sylvania Inc. Method of converting a line voltage to an RMS load voltage independently of variations in line voltage magnitude
JP3990421B2 (ja) 2005-10-20 2007-10-10 日本電信電話株式会社 突入電流低減回路および電気機器
KR100974213B1 (ko) * 2008-08-12 2010-08-06 주식회사 하이닉스반도체 전원 잡음 검출 장치 및 이를 이용한 전원 잡음 제어 장치
US20170346388A1 (en) * 2016-05-30 2017-11-30 Jacobo Frias Ac chopper power supplies
EP3561981A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur reduktion eines temperaturanstiegs bei einem steuerbaren schaltelement

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4396882A (en) * 1981-05-22 1983-08-02 Kellenbenz Carl W Inrush current limiter
DE3502195A1 (de) * 1985-01-24 1986-07-24 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Begrenzungsschaltung fuer wechselstrom

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3241668A1 (de) 1982-11-11 1984-05-17 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Gleichspannungswandler
DE3932776A1 (de) 1989-09-30 1991-04-11 Philips Patentverwaltung Stromversorgungseinrichtung mit spannungsregelung und strombegrenzung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4396882A (en) * 1981-05-22 1983-08-02 Kellenbenz Carl W Inrush current limiter
DE3502195A1 (de) * 1985-01-24 1986-07-24 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Begrenzungsschaltung fuer wechselstrom

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001095049A1 (de) * 2000-06-08 2001-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgung mit verlustarmer einschaltstrombegrenzung
US6839254B2 (en) 2000-06-08 2005-01-04 Siemens Aktiengesellschaft Power supply with low loss making current limitation

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