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Spannungsgeregeltes Gleichspannungsgerät
Die Erfindung betrifft ein spannungsgeregeltes Gleichspannungsgerät mit im positiven Leiter der Speisestromquelle in Reihe zur Last geschalteter Kollektor-Emitterstrecke eines Längstransistors und einem zwischen seinem Emitter und der Last liegenden Widerstand, wobei für den Längstransistor der Basisstrom von einem Regelverstärker geliefert und als Schutz bei lastseitigem Kurzschluss der Widerstand und die Basis-Emitterstrecke des Längentransistors mit einer Zenerdiodeüberbrückbar sind und der Basis-Emitterstreckedes Längstransistors die Basis-Emitterstrecke eines Steuertransistors parallelgeschaltet ist.
Stabilisierte, aus dem Netz gespeiste Speisespannungsquellen sind bekannt. In Reihe mit der Last werden dabei ein oder mehrere Transistoren angeordnet, die über einen oder mehrere Transistoren von der Spannung über der Last gesteuert werden. Derartige, zwischen den Ausgang der ungeregelten Speisespannungsquelle und den Belastungskreis geschaltete Transistoranordnungen arbeiten an sich zufriedenstellend. Bei Auftreten von Überlastungen infolge zu hohen Stromkonsums oder infolge Kurzschlusses in der Last ergeben sich Schwierigkeiten. Bis jetzt sind als Schutz für solche Fälle Sicherungen, Relais od. dgl. verwendet worden. Bei Verwendung von Sicherungen hat es sich gezeigt, dass der Transistor meist schon vor der Sicherung zerstört wurde.
Für einen wirksamen Schutz sollte es möglich sein, einen Überlaststrom über dem Nennwert der Speisespannungsquelle wenigstens für eine begrenzte Zeitdauer zuzulassen, jedoch bei Kurzschluss solltedas Gerät möglichst rasch abgeschaltet werden. Sind in der Last Tantal-Kondensatoren verwendet, so ist auch eine hohe Welligkeit, wie sie beispielsweise bei Ausfall einer Phase in dreiphasigen Gleich- richtern entsteht, gefährlich. Die Schutzschaltung sollte auch in diesem Fall ansprechen und das Speisegerät abschalten.
Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der zwecks Überwachung des Ausgangsstromes in Serie zur Ausgangsleitung ein niederohmiger Widerstand eingefügt ist. Mit dem Spannungsabfall über diesem Widerstand wird der Ausgangsstrom überwacht, indem beim Überschreiten einer gewissen Spannung eine Zenerdiode leitend wird, die auf den Regelverstärker einwirkt und damit den Längstransistor sperrt. Diesselbe Schaltung überwacht auch den Spannungsabfall über dem Längstransistor. Beim Auftreten einer bestimmten Spannung wird die Durchbruchspannung einer weiteren Zenerdiode überschritten, so dass diese leitet. Ein an die Zenerdiode angeschlossenes Halbleiter-Thyratron wird in diesem Fall leitend geschaltet, wodurch eine in dessen Schaltkreis liegende Relaisschaltung betätigt wird.
Diese Relaisschaltung ist so ausgelegt, dass bei kurzzeitiger Überlastung der Längstransistor nur vorübergehend von der Spannungsquelle getrennt wird. Bei längerer Dauer des Überlastungszustandes dagegen wird der Längstransistor dauernd abgeschaltet.
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Eine weitere bekannte Schaltungsanordnung benutzt ebenfalls den Spannungsabfall eines nieder- ohmigen Seriewiderstandes in der Ausgangsleitung zur Überwachung des Ausgangsstromes. Bei dieser
Schaltung wird neben einem einstellbaren Teil dieses Spannungsabfalles ebenfalls ein Teil der Spannung über dem Längstransistor einem Steuertransistor zugeführt. Der Kollektorstrom dieses Steuertransistors wird zum Steuersignal des Regelverstärkers addiert und der Basis des Längstransistors zugeführt. Diese Anordnung bewirkt, dass der Ausgangsstrom auf einen voreinstellbaren Wert begrenzt wird.
Die erstgenannte Schaltunghat den Nachteil, dass in der Schutzschaltung elektromechanische Relais eingebaut sind, die nur ein verzögertes Ansprechen der Schutzschaltung zulassen.
Die andere Schaltung hat die Eigenschaft, dass die Schutzschaltung auch bei kurzzeitiger Überschreitung des Nennwertes den Ausgangsstrom begrenzt, auch wenn an sich noch keine Gefahr für die Speisespannungsquellebesteht. DieBegrenzung des Ausgangsstromes auf den Nennwert ist nicht in jedem Fall erwünscht.
Der Zweck der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der der Gleichstrompfad im Speisegerät bei andauernder Überbelastung, bei Kurzschluss in der Last und bei hoher Welligkeit unterbrochen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass an den Kollektor des Steuertransistors einerseits eine Spannungsintegrierschaltung angeschlossen ist, welche über einen Kondensator einer weiteren Integrierschaltung mit dem negativen Leiter der Speisestromquelle verbunden ist, anderseits der Kollektor des Steuertransistors über den Ausgang einer der erstgenannten Integrierschaltung zugeordneten bistabilen Schaltstufe mit der vom Regelverstärkerausgang gespeisten Basis des Längstransistors verbunden ist.
An Hand der Zeichnungen wird nachfolgend die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 ein Schaltungsschema und Fig. 2 eine Auslöse-Charakteristik.
An die Eingänge-El und E2-- in Fig. 1 ist ein nicht dargestellter Gleichrichter angeschlossen, der in bekannter Weise ein-oder mehrphasigen Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Die Ausgän- ge --Al und A2-- sind für den Anschluss einer Last vorgesehen. Der Eingang-El-ist mit dem Ausgang-AI-über eine Leitung-L1--, der Eingang --E2-- ist mit dem Ausgang --A1-- über eine Lei- tung --L2-- verbunden. Ein Transistor --H8--, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in der Leitung --L1- zwischen dem Eingang-El-und dem Ausgang --A1-- liegt, dient zur Regelung der Gleichspannung.
Die Stellgrösse liefert einen Verstärker-V--, dem eine Vergleichsspannung-UR-- und eine zwischen
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nungsteiler mit den Widerständen R6 und R7-- abgenommen, wobei als Widerstand --R6-- ein Potentiometer vorgesehen ist. Ein Kondensator --C3-- parallel zum genannten Spannungsteiler dient zur Siebung.
Zwischen dem Transistor --H8-- und dem Ausgang --A1-- ist ein Potentiometer --R1-- vorgesehen. Parallelzur Basis-Emitter-Strecke des Transistors --H8-- und zum Potentiometer --R1-- ist eine bistabile Schaltstufe-BS-geschaltet. Der Abgriff des Potentiometers --R1-- ist über einen Widerstand --R2-- auf den Eingang der bistabilen Schaltstufe --BS-- geführt. An diesen Eingang sind ferner noch ein Kondensator --C1--, der Kollektor eines Transistors --H3-- und ein Kondensator --C2-- an-
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undtung --L1-- verbunden ist. Der Emitter des Transistors --H3-- ist über einen Strombegrenzer-Widerstand-ran die Leirung --L1-- angeschlossen.
Zwischen dem Eingang-El-und dem Kollektoranschluss des Steuertransistors-HS-- ist ein Unterbrechungskontakt --D-- vorgesehen, der bei Betätigung die Zuleitung zum Kollektor unterbricht.
In diesem Ausführungsbeispiel ist als bistabile Schaltstufe-BS-eine bekannte bistabile Schaltung mit zwei komplementären Transistoren --H1 und H2-- vorgesehen. Dabei ist der Transistor-Hl-ein NPN- und der Transistor-H2-- ein PNP-Transistor. Die Basis des Transistors-Hl-ist mit dem Kollektor des Transistors-H2-- verbunden und ist zugleich der Steuereingang der bistabilen Schaltstufe --BS--. Die Basis des Transistors --H2-- ist mit dem Kollektor des Transistors-Hl-verbunden.
Der Emitter des Transistors-Hl-ist mit der Leitung --L1-- und der Emitter des Transistors --H2-mit der Verbindungsleitung zwischen Verstärker --V-- und Regeltransistor --HS-- verbunden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung wird nachfolgend unter Annahme der drei zu überwachenden Störungen : Überstrom, Kurzschluss und Welligkeit beschrieben.
Im Normalfall ist die bistabile Schaltstufe-BS-nichtleitend ; somit wird die Gleichspannung zwi-
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sehen den zwei Leitungen --L1 und L2-- in bekannter Weise durch den Transistor --H8-- geregelt.
Bei Überstrom steigt der Spannungsabfall über dem Widerstand --R1--, und der Kondensator-Clwird über den Widerstand-R2-- geladen. Steigt die Spannung über dem Kondensator --C1-- über die Ansprechspannung des Transistors --H1--, so wird dieser leitend. Durch die gegenseitige Rückkopplung zwischendenTransistoren--H1 und HZ-werdenbeide Transistoren rasch leitend und bilden einen Kurzschluss über der Basis-Emitter-Strecke des Transistors --HS--, so dass dieser abgeschaltet wird. Die La- dezeit des Spannungsintegrationsgliedes mit dem Widerstand-R2-- und dem Kondensator-C l-hängt bekanntlich von den Zeitkonstanten ab, die die Werte dieser zwei Glieder bilden.
Damit kann eine beliebige Ansprechcharakteristik gewählt werden, die beispielsweise einer trägen Schmelzsicherung entspricht, so dass kurzzeitige Stromspitzen über dem normalen Belastungsniveau kein Ansprechen verursachen.
Bei Kurzschluss steigt der Spannungsabfall am Widerstand-Rl-stark an, so dass schliesslich die Zenerspannung an der Zenerdiode --G-- überschritten wird. Mit dieser Spannung, die an die Basis des Transistors --H3-- gelangt, wird dieser leitend und bewirkt das Schalten der bistabilen Schaltstufe-BS-. Da dieser Kreis sehr niederohmig ist, bewirkt der Kondensator --C1-- praktisch keine Verzögerung. Die Ansprechgrenze kann durch Wahl der Zenerspannung der Zenerdiode --G-- oder des Widerstandswertes des Widerstandes-Rl-festgelegt werden.
Ist der Gleichrichter, der mit den Eingangsklemmen-El und E2-verbunden ist, eine dreiphasige Gleichrichteranordnung, so werden vielfach nach dem Gleichrichter keine Siebmittel vorgesehen. Bei Ausfall einer Phase entsteht eine Brummspannung, die durch die Regelung nicht genügend ausgeglichen werden kann. Diese Brummspannung gelangt über dem Kondensator --C2-- auf den Eingang der bi- stabilenSchaltstufe--BS--. Sobald die Spannungsamplituden der Brummspannung die Ansprechspannung des Transistors --H1-- überschreiten, so wird die bistabile Schaltstufe --B8-- in den leitenden Zustand übergeführt.
InFig. 2 ist einecharakteristik für die Auslösung der bistabilen Schaltstufe dargestellt. Auf der Abszisse ist die Ansprechzeit-t-und auf der Ordinate der in der Leitung-Ll-fliessende Strom-I- dargestellt. Es ist bekannt, dass bei einem Strom-I,-, der etwa dem 1, 5-fachen Nennstrom entsprechen mag, durch Wahl der Zeitkonstanten mit dem Kondensator-Cl-und dem Widerstand-Rl- eine bestimmte Ansprechzeit gegeben ist.
Steigt der Strom --1-- an, so wird die Ansprechzeit --t-immer kleiner, bis sie bei Kurzschlussstrom eine Zeit erreicht. Bei diesem Strom-L- leitet die Zenerdiode --G-- und damit auch der Transistor--H3--. Damit spricht die Schaltung sofort an, und der Transistor-HS-sperrt. Wenn die Störung behoben ist, so muss die bistabile Schaltstufe beispielsweise durch Unterbrechen der Gleichspannung mit einem Kontakt --D-- abgeschaltet werden.
Selbstverständlich lässt die Erfindung Modifikationen an diesem Ausführungsbeispiel zu. So könnte beispielsweisederTransistor --H3-- durch eine Diode ersetzt werden, nur müsste man dann auf die ver- stärkte Wirkung eines Transistors verzichten. Die Kurzschluss-Schutzschaltung mit der Zenerdiode --G-kann für spezielle Anwendungszwecke auch weggelassen werden, was vor allem bei Speisegeräten für kleine Leistungen der Fall wäre. Auch die bistabile Schaltstufe--BS-- muss nicht die dargestellte Form aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. SpannungsgeregeltesGleichspannungsgerätmitim positiven Leiter der Speisestromquelle inRefi1e zur Last geschalteter Kollektor-Emitterstrecke eines Längstransistors und einem zwischen seinem Emitter und der Last liegenden Widerstand, wobei für den Längstransistor der Basisstrom von einem Regelverstärker geliefert und als Schutz bei lastseitigem Kurzschluss der Widerstand und die Basis-Emitterstrecke des Längstransistors mit einer Zenerdiode überbrückbar sind und der Basis-Emitterstrecke des Längstransistors die Basis-Emitterstrecke eines Steuertransistors parallelgeschaltetist, dadurch gekenn- zeichnet, dass an den Kollektor des Steuertransistors (H3) einerseits eine Spannungsintegrierschaltung (R2, C1) angeschlossen ist, welche über einen Kondensator (C2)
einer weiteren Integrierschal-
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geordneten bistabilen Schaltstufe (BS) mit der vom Regelverstärkerausgang gespeisten Basis des Längstransistors (HS) verbunden ist.