DE3245759A1

DE3245759A1 - Schaltnetzteil mit spannungs- und stromregelung

Info

Publication number: DE3245759A1
Application number: DE19823245759
Authority: DE
Inventors: Waldemar 6832 Hockenheim Lau
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1984-06-14

Description

Schaltnetzteil mit Spannungs- und Stromregelung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil mit Spannungs- und Stromregelung, bestehend aus der Reihen schaltung eines Schaltelementes, einer Speicherspule, einem Stromfühler und einem Stützkondensator am Ausgang und findet Anwendung bei geregelten Stromversorgungsgeräten.
Bei vielen Schaltnetzgeräten wird aus einer hohen unstabilisierten Gleichspannung eine niedrige stabilisierte Gleichspannung erzeugt. Hierfür sind Schaltungen bekannt, beispielsweise aus dem Prospekt der Fa. National Semiconductor Corp. vom April 1967. Aus Fig. 21 dieses Prospektes sowie der zugehörigen Beschreibung ist die Wirkungsweise eines derartigen Netzgerätes ersichtlich.
ttber ein Stellglied (Q1,Q2) wird die hohe Eingangsspannung auf eine Spule (L1) gegeben. Die Spule bildet mit dem Ausgangskondensator (C3) einen Reihenresonanzkreis.
Ein Regler (LM100) stellt fest, ob die geforderte Spannung am Ausgang vorhanden ist. Bei zu niedriger Spannung schaltet der Regler das Stellglied (Q1,Q2) voll durch.
leber die Spule (L1) fließt ein ansteigender Strom in den Kondensator (C3) und lädt diesen bis zur geforderten Ausgangsspannung auf. Der Regler schaltet sodann das Stellglied wieder ab. Der Strom durch die Spule fließt aber weiter, so daß die Spule als Generator wirkt. Der abklingende Strom fließt jetzt über den Kondensator (C3), Massepotential und Freilaufdiode (dz). Bei zu niedriger Spannung wiederholt sich der physikalische Vorgang mit dem langsam ansteigenden Strom durch die Spule, dem Zu- und Abschalten des Stellgliedes und dem Abklingen bei Erreichen der geforderten Werte. Je größer der Kondensator am Ausgang ist, desto langsamer füllt er sich auf, und die Spule muR mehr Strom liefern. Nachteilig hierbei ist die Abhängigkeit der gesamten Schaltung von der Größe des Kondensatns. Ist der Kondensator zu groß, können die Stellglieder beschädigt werden, oder der Eisenkern der Spule kann in die Sättigung gelangen.
Der Kondensator muß deshalb sehr genau an die Schaltung angepaßt werden. Bei Kurzschluß am Ausgang können ebenfalls Bauteile beschädigt werden.
Um im Betriebszustand den Strom durch die Spule nicht gefährlich ansteigen zu lassen, ist aus dem obengenannten Prospekt eine Strombegrenzerschaltung (03,Q4) bekannt. Diese Anordnung schaltet bei erhöhtem Ausgangsstrom den Strom durch die Spule ab und kurz darauf wieder zu. Hierdurch ergibt sich eine hohe Schwingfrequenz mit einer großen Verlustleistung. Ein dauernd anstehender Kurzschluß am Ausgang wird kurz abgeschaltet und wieder zugeschaltet, so daß Bauteile leicht beschadigt werden können. Es ist somit nur ein Schutz gegen kurze Laststöße gegeben.
Es sind auch Netzgeräte mit kurzschlußfeteri Endstufen bekannt. Aus einer Veröffentlichung "Application Note U-80" der Fa. Unitrode Corporation von 1979 wird anhand der Seiten 9 bis 11 die Wirkungsweise einer derartigen Schaltung erläutert. Die Kurzschlußfestigkeit dieses Netzgerates beruht physikalisch darauf, daß der Drossel Zeit gegeben wird, einen Teil der aufgenommenen Energie abzugeben. Dazu wird in einer Strombegrenzerschaltung (SG1524) festgestellt, ob ein zu hoher Strom fließt. Ist dies der Fall, wird silber ein Schaltteil (PIC600) der Ausgang abgetrennt und bei Kurzschluß oder Überlast periodisch über ein Zeitglied (Q2,R10,R13,C7) wieder zugeschaltet (beispielsweise mit einer Taktfrequenz von 500kHz). Am Ausgang einer derartigen Schaltung wird gern ein Kondensator mit großer KaPazitEt eingesetzt, um die Welligkeit der Spannung zu verringern und gute Regeleigenschaften zu erzielen (Kondensator Überbrückt Laststöße). Dieser große Kondensator wirkt aber beim Zuschalten der Spannung nach einem Kurzschluß wie ein erneuter KurzschluR, so daß ein Takten möglich ist und das Netzgerät dauernd auf Störung bleibt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Schaltnetzteil mit einer geregelten Gleichspannung und einem geregelten Maximalstrom zu finden, das sehr einfach aufgebaut, das kurzsehluB- und berlastfest ist und eine schnelle Spannungszuschaltung gewährleistet.
ErfindungsgemSß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs erreicht.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil kann zur Erhöhung der abgegebenen Leistung in vorteilhafter Weise mit anderen Netzteilen derselben Bauart parallel geschaltet werden. Durch die getaktete Regelung des Maximalstromes kann am Ausgang des Netzteils ein beliebig großer Kondensator eingesetzt werden. Große Kondensatoren am Ausgang eines Netzgerates bewirken aber ein Stützen der Ausgangsspannung gegen Spannungseinbriiche (Laststöße).
Die Leistungsbauteile des Netzgerätes werden geschont, weil beispielsweise bei Kurzschluß am Ausgang die Energiebabgabe in der Spule sehr langsam erfolgt und die Leistungshalbleiter kalt bleiben. Vorteilhaft ist auch besonders, daß der große Kondensator mit einem maximalen Strom geladen wird und sich dadurch die Ausgangsspannung sehr schnell und sicher auf den vorgeschriebenen Wert einstellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erlautert.
Am Eingang UE des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils liegt eine ungeregelte Gleichspannung (ca. 24V) an, die am Ausgang UA einen niedrigen, gegen Kurzschluß und Stromüberhöhung gesicherten Wert (ca. 5V) annimmt. Eingang und Ausgang beziehen sich auf das Potential O-Volt.
Der Eingang UE führt auf ein Schaltelement 1 tbeispielsweise Schalttransistor), das durch ein ODER-Glied 2 gesteuert wird. Dieses Schaltelement 1 trennt bei Kurzschluß oder erhöhtem Strom den Ausgang UA vom Eingang UE. Dem Schaltelement 1 ist eine Spule 3 mit Eisenkern (Speicherdrossel) und ein Stromfühler 4 nachgeschaltet.
Hinter dem Stromfühler liegt am Ausgang UA die geregelte Ausgangsspannung an. Der Stromfühler 4 kann auch zwischen das Schaltelement 1 und die Spule 3 eingeschaltet werden. Vom Ausgang UA ist ein Kondensator 9 gegen O-Volt-Potential geschaltet. Der Stromfühler 4 steuert einen Zweipunkt-Stromregler 6 an, der wiederum auf das ODER-Glied 2 wirkt. Vom Ausgang UA wird weiterhin noch ein Zweipunkt-Spannungsregler 7 angesteuert, der wiederum auf das ODER-Glied 2 einwirkt. Zwischen Schaltelement 1 und Spule 3 ist noch zusätzlich eine Freilaufdiode 8 gegen O-Volt-Potential gelegt.
Diese erfindungsgemäße Anordnung arbeitet wie folgt: Die Spannung am Ausgang UA soll spannungs- und strommE-ßig geregelt werden. Wenn die Spannung am Ausgang UA zu niedrig ist, wird dies über den Zweipunktregler 7 festgestellt. Dleser Regler beeinflußt das ODER-Glied 2, wodurch das Schaltelement 1 schließt. Durch die Reihenschaltung von Schaltelement 1, SDule 3, Stromffihler 4 fließt nun ein Strom vom Eingang UE zum Ausgang UA. Die Spule 3 wirkt dabei als Speicher tImpedanzverhalten).
Dor Strom durch die Spule 3 steigt solange an, bis am Kondensator 5 bzw. am Ausgang UA ein oberer Grenzwert erreicht ist. Der Zweipunkt-Spannungsregler 7 hat einen definierten oberen Einschaltpunkt und einen definierten unteren Ausschaltpunkt und wirkt so bei Erreichen des oberen Grenzwertes am Kondensator 5 über das ODER-Glied -2 auf das Schaltelement 1 ein. Das heißt, der Stromfluß vom Eingang UE zum Ausgang UA wird unterbrochen.
Die Speicherspule 3 wirkt nun als Generator. Sie kehrt ihre Polarität um und gibt einen Strom ab, der über den Stromfühler 4, den Kondensator 5, die Freilaufdiode 8 wieder zurck zur Spule 3 fließt. Wird nach einer gewissen Zeit die Stromabgabe von der Speicherspule 3 immer geringer, schaltet bei Erreichen eines unteren Grenzwertes am Kondensator 5 der Zweipunkt-Spannungsregler 7 das Schaltelement 1 über das ODER-Clied 2 wieder zu.
Die Stromregelung erfolgt auf ähnliche Art, nur wird jetzt der Strom von dem Strommeßfühler 4 abgenommen und auf den Zweipunkt-Stromregler 6 geführt. Dieser Stromregler 6 weist wiederum einen definierten oberen Einschaltpunkt und einen definierten unteren Ausschaltpunkt auf. Auch der Stromregler 6 wirkt über das ODER-Glied 2 auf das Schaltelement 1. Ein Strom fließt jetzt wieder durch die Speicherspule, so daß über den Strommeßfühler Lt der Stromregler 6 abschaltend auf das ODER-Glied 2 und das Schalteleint 1 einwirkt.
Im Falle von Kurzschluß oder berlast am Ausgang UA wird über den Stromfühler 4 der Zweipunkt-Stromregler 6 angesteuert, wodurch das Schaltelement 1 den Eingang UE vom Ausgang UA trennt. Durch den Stromfühler 4 fließt ein Konstantstrom, so daß am Ausgang UA auch bei Vollast und großem Kondensator 5 eine kurze Einschaltdauer gewährleistet ist. Durch diese Konstantstrombegrenzung am Meßfühler 4 werden beim Einschalten unzulässig hohe Strom werte durch die Spei-cherspule 3 und damit durch das Schaltelement 1 unterbunden.
Das Erfindungswesentliche ist also eine getrennte Zweipunkt-Spannungs- und -Stromregelung, die über ein Verknüpfungsglied auf das Schaltelement einwirkt. Durch ein weiteres nicht gezeigtes Verknilpfungsglied kann in vorteilhafter Weise eine Vorrangigkeit beispielsweise des Stromreglers vor dem Spannungsregler erzielt werden. Die erfindungsgem§Re Anordnung läßt sich auch bei Eintaktdurchflußwandlern oder nach dem Gegentaktt>rinzip arbeitenden primärgetakteten Durchflußwandlern einsetzen.
Leerseite

Claims

A n- s p r u c h Schaltnetzteil mit Spannungs- und Stromregelung, bestehend aus der Reihenschaltung eines Schaltelementes, einer Speicherspule, einem Stromfühler und einem Stützkondensator am Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfühler (4) einen Zweipunkt-Stromregler (6) und der Ausgang (UA) einen Zweipunkt-Spannungsregler (7) ansteuert und daß dem Zweipunkt-Spannungsregler (7) und dem Zweipunkt-Stromregler (6) ein Verkntipfungsglied (2) nachgeschaltet ist, das auf das Schaltelement (1) einwirkt.