DE2212286C3

DE2212286C3 - Device for controlling the current in the load circuit of a direct current source

Info

Publication number: DE2212286C3
Application number: DE19722212286
Authority: DE
Inventors: Donal E. Lima Ohio Baker (V.St.A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-03-14
Publication date: 1976-07-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Stromes im Lastkreis einer Gleichstromquelle mit einem steuerbaren Schaltelement im Lastkreis und einem Steuersignalgeber, der ein mit Stromspitzen behaftetes Steuersignal für das steuerbare Schaltelement abgibt.The invention relates to a device for controlling the current in the load circuit of a direct current source with a controllable switching element in the load circuit and a control signal transmitter that has a Emits current peaks afflicted control signal for the controllable switching element.

Eine solche Vorrichtung ist aus der Zeitschrift »Elektronik«, 1967, Heft 3, S. 81 bis 86, bekannt. Dabei wird als steuerbares Schaltelement ein Halbleiterbauelement eingesetzt. Solche Regeleinrichtungen werden unter anderem in Versorgungssystemen der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Dabei ist jeweils eine Regeleinrichtung für verschiedene Bürden des Systems vorzusehen. Diese Regeleinrichtungen müssen den Maximalstrom begrenzen, wenn eine Störung auftritt. Mit einer definierten oberen Grenze für den bei einer Störung fließenden Strom kann das System mit elektrischen Leitern aufgebaut werden, deren Durchmesser gerade so groß ist, daß die Leiter den normalen Strom sicher führen können. Wegen der großen Leiterlängen in solchen Versorgungssystemen, die eine Länge von mehreren Kilometern betragen können, wirkt sich dei Leiterdurchmesser auf das Gesamtgewicht des System· und auf den Kostenaufwand beträchtlich aus. Ein* Strombegrenzung ist auch wichtig, um SchwingungsvorSuch a device is known from the magazine "Electronics", 1967, Issue 3, pp. 81 to 86. Included a semiconductor component is used as the controllable switching element. Such control devices are Used, among other things, in supply systems in the aerospace industry. There is one control device in each case to be provided for different loads of the system. These control devices must have the maximum current limit when a fault occurs. With a defined upper limit for the event of a fault flowing current, the system can be built with electrical conductors whose diameter is straight is so large that the conductors can safely carry normal current. Because of the large conductor lengths in such supply systems, which can be several kilometers long, affects the Conductor diameter significantly affects the total weight of the system and the cost. A* Current limiting is also important to prevent vibration

gänge im Versorgungssystem zu unterdrücken. Mil Halbleiterbauelemente kann die geforderte Strombe »renzung erreicht werden. Es stellte sich jedoch heraus daß dabei andere Eigenschaften des Versorgungssy stems in unerwünschter Weise verändert werdento suppress gears in the supply system. Mil The required current limitation can be achieved for semiconductor components. However, it turned out that other properties of the supply system are changed in an undesirable manner

ίο Neben einer Strombegrenzung ist es erforderlich, daC mit einer Regeleinrichtung während einer Störung odei bei Überlast im Lastkreis ein steuerbarer, rauscharmei Strom geringer Welligkeit erhalten wird. Diese Forderungen zur Steuerung der Leistung in Versorίο In addition to a current limitation, it is necessary thatC with a control device during a fault or in the event of an overload in the load circuit, a controllable, low-noise Low ripple current is obtained. These demands to control the performance in supply

is gungssystemen werden bei der bekannten Vorrichtung nicht erfüllt, ohne die Regelgeschwindigkeit zu vermin dem oder die Kosten und den Aufwand zu erhöhen.is supply systems are in the known device not fulfilled without reducing the control speed or increasing costs and effort.

Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung dei eingangs genannten Art zu schaffen, bei der miiThe object is to create a device of the type mentioned at the outset, in which mii

ίο geringem Aufwand eine schnelle Steuerung be rauscharmem Strom geringer Welligkeit möglich ist.ίο A fast control with low-noise current with low ripple is possible with little effort.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß ein Strombegrenzer und ein Verstärker zui Unterdrückung der Stromspitzen zwischen dem SteuerAccording to the invention this object is achieved in that a current limiter and an amplifier zui Suppression of current peaks between the rudder

Signalgeber und der Steuerelektrode eines als Schaltelement dienenden Transistors angeordnet sind. Mit derr Strombejrerizer kann der Verstärker abhängig vor Schwankungendes Laststromes steuerbar sein.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eir gesteuerter, rauscharmer Strom geringer Welligkeil erhalten, da im Steuersignalgeber erzeugte Störunger nicht bis in den Lastkreis durchgreifen können. Es läßi sich damit, wie in bekannten Vorrichtungen, zui Steuersignalübertragung ein Transformator mit sättigSignal generator and the control electrode of a transistor serving as a switching element are arranged. With the current controller, the amplifier can be controlled depending on fluctuations in the load current.
With the device according to the invention, a controlled, low-noise current with a low wavy wedge is obtained, since disturbances generated in the control signal generator cannot reach into the load circuit. As in known devices, a transformer with saturation can thus be used for control signal transmission

barem Kern benützen. Stromspitzen, die durch die Eigenschaften des Übertragers entstehen, werder jedoch nicht in den Lastkreis eingekoppelt.use the bare core. Current peaks caused by the properties of the transformer will be but not coupled into the load circuit.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft an Hand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert. L· zeigtIn the following, the device according to the invention is exemplified with reference to FIGS. 1 to 4 explained in more detail. L · shows

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Vorrichtung zur Steuerung des Stromes im Lastkreis einei Gleichstromquelle,Fig. 1 is a circuit diagram of a known device for controlling the current in the load circuit eini DC power source,

Fig.2 den Spannungs- und Stromverlauf beinFig. 2 shows the voltage and current curve

_4S Betrieb einer Einrichtung nach Fig. 1, _4S operation of a device according to FIG. 1,

Fig.3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßer Vorrichtung zur Steuerung des Stromes im Lastkrel· einer Gleichstromquelle,3 shows a circuit diagram of a device according to the invention for controlling the current in the load circuit a direct current source,

Fig.4 Spannungs- und Stromverläufe in einei Vorrichtung nach F ig. 3.4 voltage and current curves in a device according to FIG. 3.

In Fig. 1 ist die Schaltung einer bekannter Vorrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise in Handel erhältlich ist. Bei dieser Vorrichtung ist dei Kollektor eines Transistor 10, der beispielsweise eir NPN-Leistungstransistor sein kann, mit der positiver Ausgangsklemme einer Gleichspannungsquelle 11 ver bunden. Der Emitter des Transistors 10 liegt an der Las 17, der zweite Anschluß der Last 17 führt zun Nullpotential. Der Transistor 10 kann als Verstärker inIn Fig. 1 the circuit of a known device is shown, for example, as in Is commercially available. In this device, the collector of a transistor 10, for example eir Can be NPN power transistor, ver with the positive output terminal of a DC voltage source 11 bound. The emitter of the transistor 10 is connected to the Las 17, the second connection of the load 17 leads to Zero potential. The transistor 10 can be used as an amplifier in

»Α-Betrieb« bis zur Sättigung betrieben werden. Seim Verstärkungseigenschaften sind durch den Steuerstron und die Steuerspannung bestimmt, die an die Basis de Transistors 10 gelegt werden. In der Schaltung nacl F i g. 1 ist als Steuersignalgeber ein Sättigungstaktgebe»Α mode« can be operated until saturation. Seim Amplification properties are determined by the control current and the control voltage applied to the base Transistor 10 are placed. In the circuit according to FIG. 1 is a saturation clock as a control signal generator

16 benützt, der durch den gestrichelten Linienzuj eingerahmt ist. Dieser Sättigungslaktgeber 16 weis einen Übertrager 12 mit sättigbarem Kern auf, der ein« Primärwicklung 13 mit Mittelanzapfung und zwe16 is used, which is indicated by the dashed lines is framed. This saturation actuator 16 knows a transformer 12 with a saturable core, which has a «primary winding 13 with a center tap and two

-kundärwicklungen _{14 und} 15 besitzt, die ebenfalls !^anzapfungen aufweisen.
Die Mittelanzapfung der Primärwicklung 13 ist über . Regeleinrichtung 18 mit der positiven Anschlußklemme der Stromversorgungsquelle 11 verbunden. Die Rütteleinrichtung 18 ist ein Konstantstromhalter, über An die Mittelanzapfung der Primärwicklung 13 mit tnnstantem Strom versorgt wird. Der Sättigungstaktgeher ist aus zwei Transistoren 20 und 22 aufgebaut. Eine Außenanzapfung der Primärwicklung 13 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 und über H Widerstand 21 und die Basis-Emitter-Strecke des T ansistors 22 mit Nullpotential verbunden. Die zweite Außenanzapfung der Primärwicklung 13 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 22 und außerdem über den Widerstand 23 und die Basis-Emit-,er-S-recke des Transistors 20 geerdet.- has secondary windings _{14 and} 15, which also have! ^ taps.
The center tap of the primary winding 13 is over. Control device 18 is connected to the positive terminal of the power supply source 11. The vibrating device 18 is a constant current holder, via An the center tap of the primary winding 13 is supplied with constant current. The saturation clock is made up of two transistors 20 and 22. An external tap on the primary winding 13 is connected to zero potential via the collector-emitter path of the transistor 20 and via H resistor 21 and the base-emitter path of the transistor 22. The second external tap of the primary winding 13 is grounded via the collector-emitter path of the transistor 22 and also via the resistor 23 and the base-emit, er-S path of the transistor 20.

Ober die Sekundärwicklung 14 wird die Basis des Transistors 10 angesteuert. Jede Außenanzapfung der Wicklung 14 >^st üb>^er eine Diode an die Basis des Transistors ίθ geführt. Die Dioden sind parallel geschaltet und liegen mit ihren Kathoden an der Basis des Transistors 10. Die Mittelanzapfung der Wicklung 13 ist mit dem Emitter des Transistors 10 verbunden.The base of the transistor 10 is controlled via the secondary winding 14. Each Außenanzapfung the winding 14> ^st üb> ^he conducted a diode to the base of transistor ίθ. The diodes are connected in parallel and their cathodes are connected to the base of the transistor 10. The center tap of the winding 13 is connected to the emitter of the transistor 10.

Ein Strombegrenzer 26 ist mit den Anzapfungen der z₅ Sekundärwicklung 15 verbunden. Die zweite Sekundärwicklung 15 wird dazu benützt, einen Teil des Steuerstromes von der Wicklung 14 und damit von der Basis des Transistors 10 in Abhängigkeit vom Laststrom abzuzweigen, der durch den Widerstand 27 fließt und mit dessen Hilfe angezeigt wird. Damit ist es möglich, den Transistor 10 in einem Arbeitspunkt unterhalb der Sättigung zu betreiben, womit eine Verstärkung im »A-IBetrieb« ermöglicht wird. Diese Betriebsweise wird im folgenden als »Strombegrenzungsbetrieb« bezeichnet. im Gegensatz zur Sättigung, bei der der Transistor voll durchgesteuert ist.A current limiter 26 is connected to the taps of the secondary winding ₅ for 15 °. The second secondary winding 15 is used to branch off part of the control current from the winding 14 and thus from the base of the transistor 10 as a function of the load current which flows through the resistor 27 and is displayed with its help. It is thus possible to operate the transistor 10 at an operating point below saturation, which enables amplification in "A-I operation". This operating mode is referred to in the following as "current limiting mode". in contrast to saturation, in which the transistor is fully turned on.

Schaltungen gemäß Fig. 1 besitzen eine ausreichende Leistungsfähigkeit und einen genügend geringen Spannungsabfall, falls sie mit voll ausgesteuertem Transistor 10 betrieben werden. Bewirkt jedoch der Spannungsbegrenzer 26 eine Verringerung des Steuerstromes, so erhält man einen äußerst welligen und mit Brumm behafteten Strom in Leistungskreis. In erster Linie resultiert dtes daraus, daß jeder Transformator eine beachtliche Streuinduktivität aufweist, durch die Spannungs- und Stromspitzen hervorgerufen werden, die im wesentlichen nur dadurch zu vermeiden sind, daß man auf die Ansprechzeit einwirkt.Circuits according to FIG. 1 have a sufficient one Efficiency and a sufficiently low voltage drop, if they are fully controlled Transistor 10 are operated. However, if the voltage limiter 26 causes a reduction in the control current, in this way you get an extremely wavy and hum-afflicted current in the power circuit. First Line results from the fact that every transformer has a considerable leakage inductance, which causes voltage and current peaks, which can essentially only be avoided by influencing the response time.

Fig. 2 zeigt den Strom- bzw. Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 1. Die F i g. 2 illustriert, daß die Schwingungs- bzw. Impulsspitzen beim »Α-Betrieb« des Transistors 10 sich bis in den Lastkreis fortpflanzen. Die aufgezeichneten Spannungen bzw. Ströme sind an den gekennzeichneten Punkten des, Schaltbildes nach Fig. 1 gemessen. Vp ist die Spannung, die an der halben Primärwicklung 13 liegt. Vs ist die Spannung, die an der halben Sekundärwicklung 14 abfällt. Vs ist die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 10. Ib ist der Steuerstrom für den Transistor 10. /eist der Kollektorstrom des Transistors 10, er ist der Ausgangsstrom, mit dem durch die Steuervorrichtung die Last gespeist wird. Der Figur entnimmt man, daß die Stromspitzen im Laststrom Ic groß sind. . ^6j FIG. 2 shows the current or voltage curve at various points in the circuit according to FIG. 1. The F i g. 2 illustrates that the oscillation or pulse peaks in the "Α operation" of the transistor 10 propagate into the load circuit. The recorded voltages and currents are measured at the points marked in the circuit diagram according to FIG. Vp is the voltage across half the primary winding 13. Vs is the voltage that is dropped across half the secondary winding 14. Vs is the voltage between the base and emitter of the transistor 10. Ib is the control current for the transistor 10. / eist the collector current of the transistor 10, it is the output current with which the load is fed by the control device. It can be seen from the figure that the current peaks in the load current Ic are large. . ^6y

Modifikationen einer Schaltung nach Fig. 1, bei denen der Konstantstromregler 18 mehr direkt und weniger über die Wicklung 13 gesteuert wird, weisen die gleichen Fehlerquellen auf. In jedem Fall ist die Beeinflussung des Steuerstromes für den Transistor 10 durch den Transformator 12 die gleiche und läßt keine Möglichkeit der Steuerung oder Begrenzung der Spannungs- und Stromspitzen auf der Sekundärseite des Übertragers zu.Modifications of a circuit according to FIG. 1, at which the constant current regulator 18 is controlled more directly and less via the winding 13, the equal sources of error. In any case, the control current for the transistor 10 is influenced through the transformer 12 the same and leaves no possibility of controlling or limiting the Voltage and current peaks on the secondary side of the transformer increase.

In Fig.3 ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese Vorrichtung weist einen genügend kleinen Spannungsabfall bei verbesserter Steuerung eines begrenzten Laststromes auf, wobei die Stromspitzen eines Steuersignalgebers, beispielsweise eines Sättigungstaktgebers, durch eine oder mehrere Verstärkerstufen unterdrückt werden, bevor das Steuersignal dem Leisuingsschaltelement zugeführt ist. Dabei ist die Vorrichtung zur Strombegrenzung getrennt vom Steuersignalgeber angeordnet. Eine solche Vorrichtung ist auch zur Leistungsfernsteuerung geeignet.In Fig.3 is the circuit diagram of an embodiment a device according to the invention shown. This device has a sufficiently small Voltage drop with improved control of a limited load current, with the current peaks a control signal generator, for example a saturation clock generator, through one or more amplifier stages be suppressed before the control signal is fed to the low-power switching element. Here is the Device for current limitation arranged separately from the control signal transmitter. Such a device is also suitable for remote power control.

In F i g. 3 ist ein Transistor Q1 als Leistungsschalter in der Speiseleitung zwischen einer Spannungsquelle 30 und einer Last 40 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Transistor Q\ ein NPN-Transistor, dessen Kollektor mit 31, dessen Basis mit 32 und dessen Emitter mit 33 bezeichnet ist. Der Kollektor 31 des Transistors Q1 ist mit der positiven Ausgangsklemme der Spannungsquelle 30 verbunden. Der Emitter 32 des Transistors Ql ist mit dem Verbindungspunkt 35 verbunden, an dem der nicht geerdete Anschluß der Last 40 liegt. Als Steuersignalgeber 36 ist ein Sättigungsiaktgeber für den Transistor Q1 vorgesehen. Der Steuersignalgeber 36 enthält einen Übertrager Π mit sättigbarem Kern, der eine einzige, mit mehreren Anzapfungen versehene Wicklung 37 aufweist. Die äußeren Anschlüsse 38 und 39 der Wicklung 37 sind mit Widerständen R 5 und R 6 und Transistoren Q 5 und Q 6 so verbunden, daß man einen Sättigungstaktgeber erhält, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Miltelanzapfung 41 der Wicklung 37 ist mit dem Verbindungspunkt 34 zwischen Spannungsquelle 30 und Kollektor 31 des Transistors Q\ verbunden und ist außerdem über den Kondensator Cl an die Emitter der Transistoren Q5 und ζ>6 geführt. Zwischenanzapfungen 42 und 43 der Wicklung 37, die symmetrisch zur Mittelanzapfung 41 liegen, sind jeweils mit den Anoden von Dioden CR 1 und CR 2 verbunden, deren Kathoden am Verbindungspunkt 44 liegen, der mit der Leitung 45 verbunden ist.In Fig. 3, a transistor Q 1 is arranged as a power switch in the feed line between a voltage source 30 and a load 40. In the exemplary embodiment, the transistor Q \ is an NPN transistor whose collector is denoted by 31, whose base is denoted by 32 and whose emitter is denoted by 33. The collector 31 of the transistor Q1 is connected to the positive output terminal of the voltage source 30. The emitter 32 of the transistor Ql is connected to the connection point 35, at which the ungrounded connection of the load 40 is connected. A saturation actuator for the transistor Q 1 is provided as the control signal generator 36. The control signal generator 36 contains a transformer Π with a saturable core, which has a single winding 37 provided with a plurality of taps. The external connections 38 and 39 of the winding 37 are connected to resistors R 5 and R 6 and transistors Q 5 and Q 6 in such a way that a saturation clock generator as described in connection with FIG. 1 is obtained. The medium tap 41 of the winding 37 is connected to the connection point 34 between the voltage source 30 and the collector 31 of the transistor Q \ and is also led via the capacitor Cl to the emitters of the transistors Q5 and ζ> 6. Intermediate taps 42 and 43 of the winding 37, which are symmetrical to the center tap 41, are each connected to the anodes of diodes CR 1 and CR 2, the cathodes of which are located at the connection point 44 which is connected to the line 45.

Ein Verstärker 47 enthält Transistoren C? 2, Q 3 und Q4. Der Emitter des PNP-Transistors Q2 ist mit der Leitung 45 und der Kollektor dieses Transistors mit der Basis 32 des Transistors Q i und über den Widerstand R1 mit dem Verbindungspunkt 35 verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors <?3 liegt direkt an der Basis des Transistors Q 2 und über den Widerstand R an der Leitung 45. Der Emitter des Transistors Q 3 ist an den Verbindungspunkt 35 geführt. Der Emitter des PNP-Transistors Q4 liegt an der Leitung 45, der Kollektor dieses Transistors ist mit der Basis des Transistors (?3 und über den Widerstand R 3 mit dem Verbindungspunkt 35 verbunden. Die Basis des Transistors Q 4 ist über den Widerstand /?4 an die Leitung 45 und über den Widerstand RS an einen Strombegrenzer 46 geführt, auf den noch eingegangen wird. Die Transistoren Q 2, Q 3 und Q4 sind als Kaskadenverstärker geschaltet und weisen einen gemeinsamen Ausgang 48 auf, der an der Basis 32 des Transistors Q1 liegt. Der Verstärker 47 wird vom Strombegrenzer 46 angesteuert. — Die Emitter derAn amplifier 47 includes transistors C? 2, Q 3 and Q 4. The emitter of the PNP transistor Q2 is connected to the line 45 and the collector of this transistor to the base 32 of the transistor Q i and via the resistor R 1 to the junction point 35. The collector of the NPN transistor <? 3 is connected directly to the base of the transistor Q 2 and via the resistor R to the line 45. The emitter of the transistor Q 3 is connected to the junction point 35. The emitter of the PNP transistor Q 4 is connected to the line 45, the collector of this transistor is connected to the base of the transistor (? 3 and via the resistor R 3 to the junction point 35. The base of the transistor Q 4 is connected to the resistor / 4 to the line 45 and via the resistor RS to a current limiter 46, which will be discussed later. The transistors Q 2, Q 3 and Q 4 are connected as cascade amplifiers and have a common output 48 which is connected to the base 32 of transistor Q 1. The amplifier 47 is controlled by the current limiter 46. The emitters of the

Transistoren ζ>5 und ζ)6 sind durch einen Widerstand R 7 mit dem Kollektor eines Transistors Q 7 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Mit dem Transistor Q 7 kann die Steuerung betätigt werden.Transistors ζ> 5 and ζ) 6 are connected through a resistor R 7 to the collector of a transistor Q 7 , the emitter of which is grounded. The control can be operated with the transistor Q 7.

Im Betriebszustand, d. h. bei angesteuertem Transistor Q 7, wird von dem Steuersignalgeber 36 über die Stromrichterventile CR 1 und CR 2 der Verstärker 47 mit Strom versorgt. Das Verhältnis der Windungen Ni und /Vi der Wicklung 37 und der Widerstandwert des Widerstandes Λ 7 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Leitung 45 einen genügend großen Strom führt. Dabei ist ΛΛ die Anzahl der Windungen zwischen den Anzapfungen 38 und 41 und /Vi die Anzahl der Windungen zwischen den Anzapfungen 41 und 42.In the operating state, ie when the transistor Q 7 is activated, the amplifier 47 is supplied with current by the control signal generator 36 via the converter valves CR 1 and CR 2. The ratio of the turns Ni and / Vi of the winding 37 and the resistance value of the resistor Λ 7 are coordinated so that the line 45 carries a sufficiently large current. Here, ΛΛ is the number of turns between the taps 38 and 41 and / Vi is the number of turns between the taps 41 and 42.

Es sei vorausgesetzt, daß die Ansprechgrenze der Steuervorrichtung bei einem Strom liegt, der 1,5mal so groß wie der normale Strom ist. Erst dann soll eine Strombegrenzung erfolgen. Falls diese Bedingung eintritt, wird der Transistor Q4 und mit ihm der gesamte Leistungsschalter, der aus den Transistoren Qi, Q2, <?3 und ζ)4 besteht, angesteuert. Der Spannungsabfall an dem Transistor Q1 wird dann gleich oder kleiner sein als der Spannungsabfall, den man bei dem Schaltkreis nach F i g. 1 für normale Lastbedingungen erhält. In dem Maße, in dem der Laststrom von Null aus anwächst, muß auch die Aussteuerung des Transistors Q1 anwachsen. Unter Überlastbedingungen wird Basisstrom im Ausmaß der Oszillatorkapazität von der Versorgungsquelle 30 geliefert. Der Schalter hat einen höheren Spannungsabfall für Überlastbedingungen als der beschriebene bekannte Schaltkreis; dies ist jedoch akzeptierbar. Bei bekannten Schaltkreisen erfordert Überlast einen höheren Steuerstrom für den Transistor, der dem Transistor Q1 enspricht, was die Leistungsfähigkeit des Systems beeinflußt.It is assumed that the operating limit of the control device is a current 1.5 times the normal current. Only then should the current be limited. If this condition occurs, the transistor Q 4 and with it the entire power switch, which consists of the transistors Qi, Q2, <? 3 and ζ) 4, is activated. The voltage drop across the transistor Q 1 will then be equal to or less than the voltage drop that is observed in the circuit according to FIG. 1 for normal load conditions. To the extent that the load current increases from zero, the modulation of the transistor Q 1 must also increase. Base current in the amount of the oscillator capacitance is supplied from supply source 30 under overload conditions. The switch has a higher voltage drop for overload conditions than the known circuit described; however, this is acceptable. In known circuits, overload requires a higher control current for the transistor corresponding to transistor Q 1, which affects the performance of the system.

Während des Betriebes als Strombegrenzer wird der Sättigungszustand des Transistors Q1 direkt durch Steuerung des Stromes Ic gesteuert. Der Strom /rkann so klein wie erforderlich gemacht werden, indem weitere Verstärker zwischen dem Verbindungspunkt 35 und'der Leitung 45 eingefügt werden. Im Ausführungsbeispiel sind vier Verstärker mit den Transistoren Q 1 bis ζ)4 vorgesehen. Falls ein Laststrom von 10A überwacht werden muß, sollte ein Strom Ic von ungefähr 1 mA oder weniger fließen. Bei solchen Strömen ist es möglich, integrierte Schaltkreise für den Strombegrenzer zu benützen, was bei bekannten Vorrichtungen nicht möglich ist.During operation as a current limiter, the saturation state of the transistor Q 1 is controlled directly by controlling the current Ic . The current / r can be made as small as necessary by inserting further amplifiers between the connection point 35 and the line 45 . In the exemplary embodiment, four amplifiers with transistors Q 1 to ζ) 4 are provided. If a load current of 10A has to be monitored, a current Ic of approximately 1 mA or less should flow. With such currents it is possible to use integrated circuits for the current limiter, which is not possible with known devices.

Auch während des Betriebes als Strombegrenzer ist der Ausgang des Steuersignalgebers 36 nicht direkt mit dem (Leistungs-)Transistor Q\ verbunden. Falls der Transistor Q1 verbunden. Falls der Transistor Q1 nicht voll ausgesteuert ist, sondern im »Strombegrenzungsbetrieb« arbeitet, ist auch der Transistor Q 2 nicht in Sättigung. Befindet sich der Transistor Q 2 im linearen Teil seiner Kennlinie, so dient er für seine Last, den Steuerstromkreis des Transistors Qi, als Stromquelle. Demzufolge bewirken Spannungsspitzen am Ausgang des Übertragers Π über das Stromrichterventil CRi keine Stromspitzen in der Basis von ζ>1. Die Möglichkeit, daß solche Stromspitzen entstehen, wird außerdem von der exponentiellen Kennlinie der Stromrichterventile CR1 und CR 2 reduziert, mit denen jede Spannungsspitze des Transformators Π vermin dert wird, bevor sie auf den Transistor Q1 eingekoppelt werden kann. Even during operation as a current limiter, the output of the control signal generator 36 is not directly connected to the (power) transistor Q \ . If transistor Q 1 is connected. If the transistor Q 1 is not fully controlled , but works in "current limiting mode", the transistor Q 2 is also not in saturation. If the transistor Q 2 is in the linear part of its characteristic curve, it serves as a current source for its load, the control circuit of the transistor Qi. As a result, voltage peaks at the output of the transformer Π via the converter valve CRi do not cause any current peaks in the base of ζ> 1. The possibility that such current peaks arise is also reduced by the exponential characteristic of the converter valves CR 1 and CR 2 , with which each voltage peak of the transformer Π is changed before it can be coupled to the transistor Q 1.

Im Ausführungsbeispiv-I nach Fig. 3 ist als Transformator Ti ein Spartransformator mit einer einzigen mehrfach angezapften Wicklung 37 benützt. Es kanr jedoch auch eine isolierte Sekundärwicklung vorgesehen sein, mit der die Anzapfungen 41, 42 und 43 zt verbinden sind. Mit einer solchen isolierten Sekundär wicklung kann der Laststromistwert für den Strombegrenzer in anderer Weise gewonnen werden. Vorzuziehen ist es dann, in den Lastkreis einen Widerstand einzufügen und die am Widersland abfallende Spannung als Maß für den Stromistwert zu wählen.In embodiment I according to FIG. 3, an autotransformer with a single multiple tapped winding 37 is used as the transformer Ti. However, an isolated secondary winding can also be provided, with which the taps 41, 42 and 43 are partially connected. With such an isolated secondary winding, the actual load current value for the current limiter can be obtained in a different way. It is then preferable to insert a resistor in the load circuit and to select the voltage dropping across the opposing land as a measure for the actual current value.

Der Strombegrenzer 46 kann verschiedenartig ausgeführt sein. Sein Zweck ist es, die Größe des Stromes Ic zu steuern, was eine umgekehrte Wirkung auf die Größe des Laststromes /;. hat. Der Begrenzer 46 kann ein von Hand betätigbarer Widerstand oder ein Transistor sein, der so geschaltet ist, daß Ic verändert werden kann. Vorzugsweise steuert der Strombegrenzer 46 die am Widerstand R 8 abfallende Spannung und damit den Strom Ic mittels eines Istwertgebers 49 für den Laststrom. Der Geber 49 kann ein Verstärker mit einem Widerstand an irgendeinem Punkt zwischen den Verbindungspunkten 34 und 35 sein und damit in der oben angedeuteten Weise den Istwert des Laststromes angeben. Bevorzugt wird eine Arbeitsweise des Strombegrenzers, bei der der Strom Ic verkleinert wird, falls der Laststrom /;. einen vorgegebenen Wert erreicht, wobei die Stromreduzierung unabhängig von der Impedanz der Last sein soll.The current limiter 46 can be designed in various ways. Its purpose is to control the magnitude of the current Ic , which has an inverse effect on the magnitude of the load current / ;. has. The limiter 46 can be a manually operable resistor or a transistor which is switched so that Ic can be varied. The current limiter 46 preferably controls the voltage drop across the resistor R 8 and thus the current Ic by means of an actual value transmitter 49 for the load current. The transmitter 49 can be an amplifier with a resistor at any point between the connection points 34 and 35 and thus indicate the actual value of the load current in the manner indicated above. A mode of operation of the current limiter is preferred in which the current Ic is reduced if the load current / ;. reaches a predetermined value, the current reduction should be independent of the impedance of the load.

In Fig.4 ist der Verlauf verschiedener SpannungenIn Fig. 4 is the course of various voltages

und Ströme des Schaltkreises nach Fig.3 dargestellt, wie sie bei einer Strombegrenzung auftreten. Die Übereinstimmungen und Unterschiede mit den entsprechenden Strömen bzw. Spannungen des bekannten Schaltkreises, die in Fig. 2 dargestellt sind, sindand currents of the circuit shown in Fig. 3, as they occur with a current limitation. The matches and differences with the corresponding Currents and voltages of the known circuit shown in Fig. 2 are

deutlich. Hervorzuheben ist, daß der Laststrom /;. keine Stromspitzen aufweist.clear. It should be emphasized that the load current / ;. has no current peaks.

Eine Vorrichtung, wie sie in Fig.3 dargestellt ist. wurde ausgeführt und erfolgreich erprobt. Hierzu wurden folgende Bauelemente benützt:A device as shown in Fig.3. was carried out and successfully tested. The following components were used for this purpose:

Transistor Q\ Transistor Q \

Transistor Q 2
Transistor Q 3
Transistor ζ) 4
Transistor Q5
Transistor Q 6
Transformer 71Transistor Q 2
Transistor Q 3
Transistor ζ) 4
Transistor Q5
Transistor Q 6
Transformer 71

Diode CR1
Diode CA 2
Widerstand R 1
Widerstand R 2
Kondensator C1
Widerstand R 3
Widerstand R 4
Widerstand R 5
Widerstand R 6
Widerstand R 7
Widerstand R 8
Last 40
SpannungsquelleDiode CR 1
Diode CA 2
Resistance R 1
Resistance R 2
Capacitor C1
Resistance R 3
Resistance R 4
Resistance R 5
Resistance R 6
Resistance R 7
Resistance R 8
Load 40
Voltage source

Westinghouse.
Type125,2N2117
2N3790
2N3441
2N4829
2N2243
2N2243Westinghouse.
Type125,2N2117
2N3790
2N3441
2N4829
2N2243
2N2243

11 :1 -Windungsverhältnis
1N4942
1N4942 47 Ohm
56 Ohm
5,6 Mikrofarad 1000 Ohm 2000 0hm 5100 0hm 5100 0hm 80 Ohm 10 000 Ohm 2,8 0hm 30 Volt 11: 1 turn ratio
1N4942
1N4942 47 ohms
56 ohms
5.6 microfarads 1000 ohms 2000 ohms 5100 ohms 5100 ohms 80 ohms 10,000 ohms 2.8 ohms 30 volts

Mit dieser Vorrichtung erhielt man folgende Betriebsergebnisse: The following operating results were obtained with this device:

Spannungsabfall
ElektrischerVoltage drop
Electric

0,32 Volt0.32 volts

WirkungsgradEfficiency

Ansprechzeitresponse time

StrombegrenzungsCurrent limiting

Fähigkeitcapability

WclligkeitMaturity

StromanleilPower supply

97 bis 98% bei voller97 to 98% at full

Lastload

kleiner als 20 msekless than 20 msec

15 A15 A

kleiner als 1%less than 1%

kleiner als l°/o Diese Ergebnisse sind im Vergleich mit Ergebnissen bekannter Vorrichtungen äußerst günstig.less than 1 ° / o These results are in comparison with results known devices extremely cheap.

In der Schaltung nach Fig. 3 ist eine genügende Stromkontrolle mittels des Widerstandes Rl gegeben. Ein Konstantstromhalter 18. wie er in Fig. 1 enthalten ist und der normalerweise zusätzliche aktive Elemente, beispielsweise Transistoren enthält, ist unnötig.In the circuit according to FIG. 3, sufficient current control is provided by means of the resistor R1 . A constant current holder 18 as contained in FIG. 1 and which normally contains additional active elements, for example transistors, is unnecessary.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

409629/193409629/193

Claims

Patent claims:

1. A device for controlling the current in the load circuit of a direct current source with a controllable switching element in the load circuit and a control signal transmitter which emits a control signal for the controllable switching element with current peaks, characterized in that a current limiter (46) and an amplifier (47) for suppression the current peaks between the control signal generator (36) and the control electrode (32) of a transistor (Q i) serving as a switching element are arranged (FIG. 3).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the current limiter (46) Amplifier (47) can be controlled as a function of fluctuations in the load current

3. Device according to claim 2, in which the control signal transmitter contains a transformer with a saturable core which has at least one winding with a center tap, two taps of the winding symmetrical to the center tap being connected to one another via mutually parallel converter valves and the center tap of the winding being connected to the direct current source is, characterized in that the input line (45) of the amplifier (47) with the connection point (44) of the converter valves (CR 1, CR 2) and the output (48) of the amplifier with the control electrode (32) of the transistor serving as a switching element (Qi) in the load circuit and the control input of the amplifier is connected to the current limiter (46).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the current limiter (46) through the Amplifier (47) is electrically separated from the transformer (7 "1).

5. Use of a device according to one of claims 1 to 4 in an energy supply system, characterized in that a power transistor is used as the controllable switching element in the load circuit is provided.