AT514791A1 - Circuit arrangement for overvoltage protection - Google Patents
Circuit arrangement for overvoltage protection Download PDFInfo
- Publication number
- AT514791A1 AT514791A1 AT6552013A AT6552013A AT514791A1 AT 514791 A1 AT514791 A1 AT 514791A1 AT 6552013 A AT6552013 A AT 6552013A AT 6552013 A AT6552013 A AT 6552013A AT 514791 A1 AT514791 A1 AT 514791A1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- overvoltage
- switching element
- controllable switching
- circuit arrangement
- arrangement according
- Prior art date
Links
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
- H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
- H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz mit zumindest einem steuerbaren Schaltelement (1) ' das zwischen einem offenen und einem durchgeschalteten Zustand umschaltbar ist, und zumindest einem Überspannungsschutzelement Überspannungsdetektionseinheit parallel geschalteten (2) ' wobei eine (3) vorgesehen ist, die bei Detektion einer Überspannung das zumindest eine steuerbare Schaltelement (1) in den durchgeschalteten Zustand überführt und den durchgeschalteten Zustand nach Abklingen der Überspannung oder gegebenenfalls nach einer vorbestimmbaren Zeitspanne wieder beendet.Circuit arrangement for overvoltage protection with at least one controllable switching element (1) 'which can be switched between an open and a switched state, and at least one overvoltage protection element overvoltage detection unit connected in parallel (2)' wherein one (3) is provided, the at least one upon detection of an overvoltage controllable switching element (1) transferred into the through-connected state and the switched-through state terminates after the overvoltage ceases or, if appropriate, after a predeterminable period of time.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zumÜberspannungsschutz mit zumindest einem steuerbarenSchaltelement, das zwischen einem offenen und einemdurchgeschalteten Zustand umschaltbar ist, und zumindest einemparallel geschalteten Uberspannungsschutzelement.The invention relates to a circuit arrangement for overvoltage protection with at least one controllable switching element, which can be switched between an open and a through-connected state, and at least one parallel-connected overvoltage protection element.
In Wechselstromnetzen können aus unterschiedlichen Gründenkurzzeitige Überspannungen (Transienten) auftreten, die zurBeeinträchtigung oder Zerstörung von elektrischen Verbrauchernoder Schaltelementen führen können. Wenngleich vieleelektrische Geräte relativ unempfindlich gegen Spannungspulseoder -spitzen sind, die durch Schaltvorgänge,Induktionsvorgänge, Blitzeinschläge oder dgl. hervorgerufenwerden können, gilt dies für manche Bauelemente, z.B.Halbleiterbauelemente hingegen nicht.In AC networks, transient overvoltages (transients) can occur for a variety of reasons, which can lead to deterioration or destruction of electrical loads or switching elements. While many electrical devices are relatively insensitive to voltage pulses or spikes that may be caused by switching, induction, lightning or the like, this is not true for some devices, e.g., semiconductor devices.
Geeignete Überspannungsschutzelemente für empfindlicheBauteile sind z.B. spannungsabhängige Widerstände,Gasüberspannungsableiter wie etwa Varistoren, über welche dieÜberspannungen aufgrund der besonderenStrom/Spannungscharakteristik dieser Bauteile abgeleitetwerden können. Nachteilig macht sich in manchen Fällen dierelativ lange Ansprechzeit bemerkbar.Suitable overvoltage protection elements for sensitive components are e.g. voltage dependent resistors, gas surge arresters such as varistors over which the overvoltages can be derived due to the particular current / voltage characteristics of these components. The disadvantage is sometimes dierelativ long response time noticeable.
Der Schutz empfindlicher Bauteile, wie z.B. steuerbarerHalbleiterschalter, und Eingänge geschieht daher vielfach mitTransient Voltage Suppressor Dioden (TVS-Dioden), die eineentsprechend schnelle Spannungsableitung gewährleisten undauch nach dem Überspannungsereignis ohne Austausch wiedereinsetzbar sind.The protection of sensitive components, such as controllable semiconductor switches, and inputs therefore often occur with Transient Voltage Suppressor Diodes (TVS diodes), which ensure a correspondingly fast voltage dissipation and are also reusable after the overvoltage event without replacement.
Nachteil derartiger Überspannungsschutzelemente ist dierelative leichte thermische Zerstörbarkeit aufgrund einer zuhohen oder zu lange anliegenden energiereichen Überspannung.Disadvantage of such overvoltage protection elements is the dierelative slight thermal destructibility due to excessive or too long applied high-energy overvoltage.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnunganzugeben, mit der eine thermische Überlastung derÜberspannungsschutzelemente vermieden wird bzw. die thermischeBelastung gering gehalten wird.The object of the invention is to provide a circuit arrangement with which a thermal overload of the overvoltage protection elements is avoided or the thermal load is kept low.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass eineÜberspannungsdetektionseinheit für das zumindest einsteuerbares Schaltelement mit dem parallel geschaltetenÜberspannungsschutzelement vorgesehen ist. Bei Detektion einerÜberspannung wird das zumindest eine steuerbare Schaltelementin den durchgeschalteten Zustand übergeführt und derdurchgeschaltete Zustand wird nach einer vorbestimmbarenZeitspanne wieder beendet.According to the invention, this is achieved by providing an overvoltage detection unit for the at least one controllable switching element with the parallel-connected overvoltage protection element. Upon detection of an overvoltage, the at least one controllable switching element is transferred into the through-connected state and the through-connected state is terminated again after a predeterminable period of time.
Damit es bei Überspannung zu keiner leistungsmäßigenÜberlastung des Überspannungsschutzelements kommt, wird beidetektierter Überspannung das steuerbare Schaltelementdurchgeschaltet, dadurch wird das Überspannungsschutzelementleistungsmäßig entlastet und es ergibt sich eineSpannungsteilung zwischen dem Spannungsabfall an der Last,z.B. der Heizwicklung oder eines anderen Verbrauchers und demgeringen Spannungsabfall am durchgeschalteten Schaltelementgegenüber dem Überspannungsschutzelement.In order to prevent the overvoltage protection element from overloading during overvoltage, the controllable switching element is switched through for the detected overvoltage, this relieves the load on the overvoltage protection element and results in a voltage division between the voltage drop across the load, e.g. the heater winding or other load and the small voltage drop across the switched-on switching element with respect to the over-voltage protection element.
Das Durchschalten des steuerbaren Schaltelements wird nacheiner vorbestimmbaren Zeitspanne wieder beendet. DieZeitspanne wird beispielsweise so gewählt, dass die genormtenÜberspannungsimpulse damit abgedeckt sind. Bei länger andauernden Überspannungen wird der Schalter wieder geöffnetund die Detektionseinheit erkennt wieder Überspannung, wodurchdas steuerbare Schaltelement abermals geschlossen wird.Während des kurzen Zustandes des offenen Schalters übernimmtdas Überspannungsschutzelement in Kombination mit der Last denÜberspannungsschutz.The switching of the controllable switching element is terminated after a predetermined period of time again. The time span is selected, for example, so that the standardized overvoltage pulses are covered. As the overvoltage persists, the switch is reopened and the detection unit again detects overvoltage, which again closes the controllable switching element. During the short state of the open switch, the overvoltage protection element in combination with the load takes over overvoltage protection.
Das mit einer geringen Ansprechzeit ausgebildeteÜberspannungsschutzelement kann in bevorzugter Weise durcheine oder mehrere TVS-Dioden gebildet sein. Es können aberauch andere Bauelemente mit geringer Ansprechzeit dafürvorgesehen sein.The over-voltage protection element formed with a low response time may preferably be formed by one or more TVS diodes. However, other devices having a low response time may be provided therefor.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können auchParallelschaltungen zu dem Überspannungselement von Dioden-,Widerstands- und Kondensatorkombinationen zur zusätzlichenDämpfung der Überspannung oder von Spannungsspitzenhervorgerufen durch das Schalten des steuerbarenSchaltelements eingesetzt werden.According to an embodiment of the invention, parallel connections to the overvoltage element of diode, resistor and capacitor combinations for additional attenuation of the overvoltage or voltage spikes caused by the switching of the controllable switching element may also be employed.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann dassteuerbare Schaltelement ein Leistungshalbleiter, z.B. einMOSFET mit einer internen antiparallelen Diode oder einanderes Halbleiterschaltelement entsprechend der jeweiligenAusbildung der Erfindung mit oder ohne einer internen oderexternen antiparallelen Diode sein, mit dem hohe Spannungenbei hohen Strömen schaltbar sind.According to an embodiment of the invention, the controllable switching element may be a power semiconductor, e.g. A MOSFET having an internal antiparallel diode or other semiconductor switching element according to the respective embodiment of the invention with or without an internal or external antiparallel diode, with which high voltages can be switched at high currents.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eineÜberspannungsdetektionseinheit zur Detektion einerÜberspannung vorgesehen, deren Schwellwert höher ist als diemaximale Betriebsspannung oder kleiner als die maximal zulässige Spannungsfestigkeit des steuerbaren Schaltelements.Der Ausgang der Überspannungsdetektionseinheit steuert übereine Steuereinheit das steuerbare Schaltelement an.In a further embodiment of the invention, an overvoltage detection unit is provided for detecting an overvoltage whose threshold value is higher than the maximum operating voltage or lower than the maximum permissible dielectric strength of the controllable switching element. The output of the overvoltage detection unit controls the controllable switching element via a control unit.
Die Überspannungsdetektionseinheit kann durch eineSerienschaltung einer TVS-Diode, eines ohmschen Widerstandesund einer Zenerdiode gebildet sein, die parallel zumsteuerbaren Schaltelement geschaltet ist, wobei derVerbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der Zenerdiodemit dem Eingang einer Steuereinheit verbunden ist, derenAusgang mit dem Steuereingang des steuerbaren Schaltelementsverbunden ist.The overvoltage detection unit may be formed by a series connection of a TVS diode, an ohmic resistor and a zener diode connected in parallel with the controllable switching element, the junction between the resistor and the Zener diode being connected to the input of a control unit whose output is connected to the control input of the controllable switching element.
Der Eingang der Steuereinheit greift somit zwischen demWiderstand und der Zenerdiode derÜberspannungsdetektionseinheit das geteilteÜberspannungssignal ab.The input of the control unit thus disconnects the divided overvoltage signal between the resistor and the Zener diode of the overvoltage detection unit.
Die Überspannungsdetektionseinheit kann im Rahmen derErfindung auch in einer anderen, dem Fachmann bekannten Weisegestaltet sein.The overvoltage detection unit may also be designed in another way known to those skilled in the art within the scope of the invention.
Die Steuereinheit kann gemäß einem Ausführungsbeispiel derErfindung durch z.B. eine digitale oder analoge Zeitschaltung,ein Widerstands-Kondensator-Zeitglied oder einen monostabilenMultivibrator gebildet sein, dessen Ausgang auch beiveränderlicher Überspannung am Eingang einen definiertenAnsteuerimpuls für das steuerbare Schaltelement liefert.The control unit according to an embodiment of the invention may be replaced by e.g. a digital or analog timing circuit, a resistor-capacitor timer or a monostable multivibrator whose output also provides a variable overvoltage at the input a defined drive pulse for the controllable switching element.
Schließlich kann gemäß einer weiteren Ausführungsform derErfindung der Ausgang der Zeitschaltung der Steuereinheit mitdem einen Eingang einer Logik-Schaltung verbunden sein, derenAusgang mit dem Steuereingang des steuerbaren Schaltelements verbunden ist. Der weitere Eingang der Logik-Schaltung kanndazu dienen, dass während der regulären Betriebsphase der Lastdie reguläre Ansteuerung der Logik-Schaltung erfolgt, indemder Ausgang der Logik-Schaltung ein Steuersignal an dassteuerbare Schaltelement anlegt, sodass dieser Vorgangebenfalls ein Durchschalten des steuerbaren Schaltelementsbewirkt. Sofern während der Betriebsphase auch eineÜberspannung auftritt, kann bei dem dann ohnehindurchgeschalteten steuerbaren Schaltelement und demÜberspannungsschutzelement die Überspannung keinen Schadenhervorrufen, da diese dann hauptsächlich an der Last auftritt.Finally, according to another embodiment of the invention, the output of the timing circuit of the control unit may be connected to the one input of a logic circuit whose output is connected to the control input of the controllable switching element. The further input of the logic circuit may be to have the logic circuit normally energized during the regular operating phase of the load by the logic circuit output applying a control signal to the controllable switching element, such that this event also causes the controllable switching element to be turned on. If an overvoltage also occurs during the operating phase, then the overvoltage can cause no damage in the then already switched-through controllable switching element and the overvoltage protection element, since this then occurs mainly at the load.
Eine andere Variante der Erfindung kann darin bestehen, dassdas Überspannungselement aus einer Serienschaltung aus zweioder mehreren TVS-Dioden gebildet ist, und dass einVerbindungspunkt zwischen den oder zwei der TVS-Dioden mit demEingang der Überspannungsdetektionseinheit verbunden ist,deren Ausgang mit einem Steuereingang des steuerbarenSchaltelements verbunden ist.Another variant of the invention can consist in that the overvoltage element is formed from a series connection of two or more TVS diodes, and that a connection point between the two or two of the TVS diodes is connected to the input of the overvoltage detection unit whose output is connected to a control input of the controllable switching element ,
Auf diese Weise kann das Auftreten einer Überspannung direktan dem Überspannungselement detektiert werden bzw. aus demÜberspannungselement abgeleitet werden.In this way, the occurrence of an overvoltage can be detected directly at the overvoltage element or be derived from the overvoltage element.
Weiters betrifft die Erfindung ein Schaltungssystem zumÜberspannungsschutz von Geräten zum Anschluss anSpannungsversorgungsleitungen, wobei an jederVersorgungsleitung eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnungvorgesehen ist, die jeweils zumindest aus einem steuerbarenSchaltelement, einem Überspannungsschutzelement, einerSteuereinheit und einer Detektionseinheit gebildet sein kann.Furthermore, the invention relates to a circuit system for overvoltage protection of devices for connection to voltage supply lines, wherein each supply line a circuit arrangement according to the invention is provided, which may each be at least formed of a controllable switching element, an overvoltage protection element, a control unit and a detection unit.
Weiters betrifft die Erfindung eine Überspannungsschutzanordnung für zwei oder mehrere steuerbareSchaltelemente der Last, z.B. einem ohmschen Verbraucher unterVerwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Aufdiese Weise kann das oder die steuerbaren Schaltelemente vorauftretenden Überspannungen geschützt und zugleich verhindertwerden, dass das verwendete Überspannungsschutzelement währenddes Auftretens der Überspannung leistungsmäßig überlastetwird.Furthermore, the invention relates to an overvoltage protection arrangement for two or more controllable switching elements of the load, e.g. an ohmic consumer using the circuit arrangement according to the invention. In this way, the one or more controllable switching elements can be protected from occurring overvoltages and at the same time be prevented from overloading the used overvoltage protection element during the occurrence of the overvoltage.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungendargestellten Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Eszeigt dabeiThe invention will be explained in detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows
Fig.l ein Schaltbild einer Ausführungsform dererfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;Fig.l is a circuit diagram of an embodiment of the inventive circuit arrangement;
Fig.2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform derA circuit diagram of another embodiment of the
Erfindung undInvention and
Fig.3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der3 is a circuit diagram of another embodiment of the
Erfindung.Invention.
Fig.l zeigt eine Überspannungsschutzanordnung für einsteuerbares Schaltelement 1 einer Heizpatrone 20 einesElektroboilers, wobei das steuerbare Schaltelement 1 je nachSchaltzustand eine Widerstandsheizwicklung 9 der Heizpatrone20 mit einer Phase L3 einer Wechselspannungsquelle verbindet.FIG. 1 shows an overvoltage protection arrangement for a controllable switching element 1 of a heating cartridge 20 of an electric booster, the controllable switching element 1, depending on the switching state, connecting a resistance heating winding 9 of the heating cartridge 20 to a phase L3 of an AC voltage source.
Da die Heizpatrone 20 für drei Wechselstromphasen mit z.B. mit400V Netzspannung ausgelegt ist, bestehen zwei weitere Zweigeeiner Sternschaltung, in denen in analoger Weise die PhasenLI, L2 über steuerbare Schalteinheiten 1', 1'' mit jeweiligenSince the heating cartridge 20 for three AC phases with e.g. is designed with 400V mains voltage, there are two other branches of a star connection, in which in an analogous manner the phases L1, L2 via controllable switching units 1 ', 1' 'with respective
Widerstandsheizwicklungen 9', 9''verbindbar sind.Resistance heating windings 9 ', 9' 'are connectable.
Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der Phasen,der Netzfrequenz und der Höhe der Wechselspannung zurVersorgung der Heizpatrone des Boilers nicht eingeschränkt.However, the invention is not limited in terms of the number of phases, the mains frequency and the level of the AC voltage for the supply of the heating cartridge of the boiler.
Die zwischen einem offenen und einem durchgeschalteten Zustandumschaltbaren, steuerbaren Schaltelemente 1, 1', 1'' sinddurch parallele Überspannungsschutzelemente 2, 2', 2'' gegenÜberspannungen geschützt.The controllable switching elements 1, 1 ', 1 "which can be switched between an open and a switched-through state are protected against overvoltages by parallel overvoltage protection elements 2, 2', 2".
Erfindungsgemäß ist eine Überspannungsdetektionseinheit 3vorgesehen, die bei Detektion einer Überspannung dassteuerbare Schaltelement 1 in den durchgeschalteten Zustandüberführt und den durchgeschalteten Zustand nach einervorbestimmbaren Zeitspanne wieder beendet. Auf diese Weisewird die Überlastung des Überspannungsschutzelements 2verhindert, indem fast die gesamte Überspannung an derWiderstandsheizwicklung 9 abfällt, welche gegenüber solchenÜberspannungen wenig empfindlich ist, während das eigentlicheÜberspannungsschutzelement 2 vor dem Auftreten einer zu hohenVerlustwärme geschützt wird.According to the invention, an overvoltage detection unit 3 is provided which, when an overvoltage is detected, converts the controllable switching element 1 into the through-connected state and terminates the switched-through state after a predeterminable period of time. In this way, the overload of the overvoltage protection element 2 is prevented by dropping almost all the overvoltage across the resistance heating coil 9, which is less susceptible to such overvoltages, while protecting the actual overvoltage protection element 2 from the occurrence of excessive heat loss.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.l ist aus Gründen derÜbersichtlichkeit die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mitder Überspannungsdetektionseinheit 3 und mit Logik-Schaltung 8nur für die Phase L3 dargestellt, sie könnte aber auch für diezwei anderen Phasen Ll und L2 genauso vorgesehen sein.In the embodiment according to FIG. 1, the circuit arrangement according to the invention with the overvoltage detection unit 3 and with logic circuit 8 is shown only for the phase L3 for the sake of clarity, but it could also be provided for the other two phases L1 and L2.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dasÜberspannungsschutzelement 2 ein Überspannungsableiter, z.B.eine Transient Voltage Suppressor-Diode (TVS-Diode), kann aberauch durch andere Bauelemente, welche diese Funktion mit einerkurzen Ansprechzeit erfüllen, ersetzt werden. Die TVS-Diode geht in den leitenden Zustand, sobald eine bestimmtebauteilabhängige Schwellenspannung überschritten wird.In the embodiment shown, the overvoltage protection element 2 is a surge arrester, for example a transient voltage suppressor diode (TVS diode), but can also be replaced by other components which fulfill this function with a short response time. The TVS diode goes into the conductive state as soon as a certain component-dependent threshold voltage is exceeded.
Das steuerbare Schaltelement 1 ist ein Leistungshalbleiter,z.B. ein MOSFET mit einer internen antiparallelen Diode,könnte aber auch ein anderes Bauelement, wie z.B. einHalbleiterschalter entsprechend der jeweiligen Ausbildung derErfindung mit einer internen oder externen antiparallelenDiode sein, der zu Schaltzwecken, insbesondere für hoheSpannungen und Ströme geeignet ist. Im vorliegenden Fall wirddas Schaltelement 1 im regulären Betrieb während einerbestimmten Zeitspanne von einer nicht dargestelltenRegeleinheit in den geschlossenen Zustand gesteuert, um einAufheizen des Boilers zu bewirken.The controllable switching element 1 is a power semiconductor, e.g. a MOSFET with an internal antiparallel diode, but could also be another device, such as e.g. a semiconductor switch according to the respective embodiment of the invention with an internal or external anti-parallel diode, which is suitable for switching purposes, in particular for high voltages and currents. In the present case, the switching element 1 is controlled in the regular operation for a certain period of time by a control unit, not shown, in the closed state to cause heating of the boiler.
Unabhängig von diesem regulären Betrieb können Überspannungenauftreten, die zur Zerstörung des steuerbaren Schaltelements 1führen können. Gegen diese Auswirkungen ist das steuerbareSchaltelement 1 durch das parallel geschalteteUberspannungsschutzelement 2 geschützt.Irrespective of this regular operation, overvoltages can occur which can lead to the destruction of the controllable switching element 1. Against this effect, the controllable switching element 1 is protected by the parallel-connected overvoltage protection element 2.
Die Überspannungsdetektionseinheit 3 ist durch eineSerienschaltung einer TVS-Diode 4, eines ohmschen Widerstandes3 und einer Zenerdiode 6 gebildet, die parallel zumsteuerbaren Schaltelement 1 geschaltet ist, wobei derVerbindungspunkt zwischen dem Widerstand 3 und der Zenerdiode6 mit dem Eingang einer Steuereinheit 7 verbunden ist. Somitdient die zwischen dem Widerstand 3 und der Zenerdiode 6abgegriffene Spannung als Eingangssignal für die Steuereinheit7. Der Ausgang der Steuereinheit 7 steht über die Logik-undTreiber-Schaltung 8 mit dem Steuereingang des steuerbarenSchaltelements 1 in Verbindung.The overvoltage detection unit 3 is constituted by a series circuit of a TVS diode 4, an ohmic resistor 3, and a Zener diode 6 connected in parallel with the controllable switching element 1, the junction between the resistor 3 and the Zener diode 6 being connected to the input of a control unit 7. Thus, the voltage taken between the resistor 3 and the Zener diode 6 serves as an input to the control unit 7. The output of the control unit 7 is connected to the control input of the controllable switching element 1 via the logic and driver circuit 8.
Im Falle einer auftretenden Überspannung an der Phase L3 gehtdas Überspannungsschutzelement 2 in den leitenden Zustandüber, wodurch die Zerstörung des Schaltelements 1 durch dieanliegende Überspannung verhindert wird. Zugleich beginnt dieVerlustleistung an dem Überspannungsschutzelement 2 mit demeintretenden Stromfluss schlagartig zu steigen und die Gefahreiner Überhitzung droht.In the event of an overvoltage occurring at the phase L3, the overvoltage protection element 2 passes into the conductive state, whereby the destruction of the switching element 1 is prevented by the adjacent overvoltage. At the same time, the loss performance at the overvoltage protection element 2 begins to rise abruptly as the incoming current flows, and the danger of overheating threatens.
Durch die auftretende Überspannung an derÜberspannungsdetektioneinheit 3 steigt aber auch die Spannungan der TVS-Diode 4, und diese gelangt in den leitendenZustand, wodurch sich an der vorher gesperrten Zenerdiode 6während der Überspannung die Durchbruchspannung einstellt,über welche die Steuereinheit 7, eine Zeitschaltung, z.B. einmonostabiler Multivibrator, getriggert wird.However, due to the overvoltage that occurs across the overvoltage detection unit 3, the voltage on the TVS diode 4 also rises, and this goes into conducting state, whereby the breakdown voltage is set at the previously locked Zener diode 6 during the overvoltage, via which the control unit 7, a timing circuit, e.g. monostable multivibrator, is triggered.
Aufgrund der Verzögerungen in derÜberspannungsdetektionseinheit 3, den Laufzeiten in derSteuereinheit 7 und der Einschaltverzögerung der steuerbarenSchalteinheit 1 geschieht das Durchschalten der steuerbarenSchalteinheit 1 mit einer geringen Zeitverzögerung, sodass dieTVS-Diode 2 bereits auf ihren Spannungsschwellwert begrenzt,bevor die steuerbare Schalteinheit 1 in den leitenden Zustandkommt. Für eine vorbestimmbare Zeitspanne geht dann die Steuereinheit7 an ihrem Ausgang auf ihren logisch aktiven Zustand undbewirkt dabei einen Übergang der steuerbaren Schalteinheit 1in den geschlossenen Zustand, sodass die Überspannungpraktisch nur mehr an der Widerstandsheizwicklung 9 anliegt und das Überspannungsschutzelement 2 durch das parallelesteuerbare Schaltelement 1 entlastet wird.Due to the delays in the overvoltage detection unit 3, the running times in the control unit 7 and the turn-on delay of the controllable switching unit 1, the turn-on of the controllable switching unit 1 occurs with a small time delay, so that the TVS diode 2 is already limited to its voltage threshold before the controllable switching unit 1 enters the conducting state. For a predeterminable period then the control unit 7 goes at its output to its logic active state and thereby causes a transition of the controllable switching unit 1 in the closed state, so that the overvoltage practical only applied to the Widerstandsheizwicklung 9 and the overvoltage protection element 2 is relieved by the parallel controllable switching element 1.
Da das steuerbare Schaltelement 1 üblicherweise nur einenSteuereingang aufweist, der für die Ansteuerung desSchaltelements 1 zum Zwecke des Boiler-Aufheizens vorgesehenist, ist eine Logik-Schaltung 8 vorgesehen, die beideAnsteuerarten, die Aufheiz-Ansteuerung und dieÜberspannungsschutzansteuerung ermöglicht.Since the controllable switching element 1 usually has only one control input, which is provided for the control of the switching element 1 for the purpose of boiler heating, a logic circuit 8 is provided which allows both types of control, the heating drive and the overvoltage protection control.
Zu diesem Zweck ist der Ausgang der Steuereinheit 7, also desz.B. monostabilen Multivibrators mit dem einen Eingang derLogik-Schaltung 8 verbunden. Deren Ausgang ist mit demSteuereingang des steuerbaren Schaltelements 1 verbunden. Derandere Eingang der Logik-Schaltung 8 ist für die Ansteuerungzu Heizzwecken vorgesehen.For this purpose, the output of the control unit 7, so desz.B. monostable multivibrator connected to the one input of the logic circuit 8. Its output is connected to the control input of the controllable switching element 1. The other input of the logic circuit 8 is provided for driving for heating purposes.
Es kann z.B. auch nur eine Widerstandsheizwicklung mit nureiner Wechselstromphase ausgebildet sein oder auch inGleichstromnetzen angewandt werden. In ersterem Fall ist jeAnschlussleitung eine Kombination aus steuerbaremSchaltelement 1, Überspannungsschutzelement 2,Überspannungsdetektionseinheit 3 und Logik-Schaltung 8vorzusehen. In letzterem Fall reicht die Anordnung in derPlus- oder Minusleitung.It can e.g. Also only a Widerstandsheizwicklung be formed with nureine AC phase or be applied in Gleichstromnetzen. In the former case, a combination of controllable switching element 1, overvoltage protection element 2, overvoltage detection unit 3 and logic circuit 8 is to be provided per connection line. In the latter case, the arrangement is in the plus or minus line.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist gemäß diesemAusführungsbeispiel für den Überspannungsschutz dersteuerbaren Schalteinheit einer Boiler-Heizpatronebeschrieben, ist aber auch für jegliche andere Vorrichtungenverwendbar.The circuit arrangement according to the invention is described according to this embodiment for the overvoltage protection of the controllable switching unit of a boiler heating cartridge, but is also usable for any other devices.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist ein Schaltungssystemmit zwei Phasen L2 und L3 mit Lastwiderständen 9, 9'' gezeigt,für die jeweils ein Überspannungsschutzelement 2, 2'' undjeweils eine Überspannungsdetektionseinheit 3, 3'' vorgesehensind, wobei die Überspannungsdetektionseinheiten 3, 3'' baugleich wie in Fig.l ausgebildet sein können undinsbesondere zur Detektion einer Überspannung vorgesehen sind,deren Wert höher ist als die maximale Betriebsspannung. Während eines Überspannungsimpulses zwischen den Phasen, z.B.L3 und L2, wobei der positive Impuls an L3 eintrifft, ergibtsich ein Stromfluss von L3, der ParallelschaltungÜberspannungsschutzelement 2 bzw. Schaltelement 1,Lastwiderstände 9, 9'', antiparallele Diode des Schaltelements 1'' und L2.2 shows a circuit system with two phases L2 and L3 with load resistors 9, 9 '', for each of which an overvoltage protection element 2, 2 '' and an overvoltage detection unit 3, 3 '' are provided, the overvoltage detection units 3, 3 ' 'can be constructed identical as in Fig.l and are provided in particular for the detection of an overvoltage whose value is higher than the maximum operating voltage. During an overvoltage pulse between the phases, eg L3 and L2, with the positive pulse arriving at L3, there is a current flow of L3, the parallel circuit over-voltage protection element 2, load resistors 9, 9 ", anti-parallel diode of the switching element 1" and L2 ,
Die steuerbaren Schaltelemente 1, 1'' sind in diesemThe controllable switching elements 1, 1 '' are in this
Ausführungsbeispiel Leistungshalbleiter, die jeweils durcheinen MOSFET mit einer internen antiparallelen Diode gebildetsind.Embodiment Power semiconductors each formed by a MOSFET having an internal antiparallel diode.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.3gezeigt.Another embodiment of the invention is shown in FIG.
Die steuerbaren Schaltelemente 1, 1' und 1'' der Phasen LI, L2und L3 sind jeweils durch das aus einer Serienschaltung ausdrei TVS-Dioden 2, 20, 21, und 2', 20', 21', sowie 2'', 20'',21'' gebildete Überspannungsschutzelement gegen Überspannungengeschützt.The controllable switching elements 1, 1 'and 1' 'of the phases LI, L2 and L3 are each by the series of three TVS diodes 2, 20, 21, and 2', 20 ', 21', and 2 '', 20th '', 21 '' formed overvoltage protection element against overvoltages.
Jeweils ein Verbindungspunkt zwischen zwei der TVS-Dioden 2,20 und 2', 20' und 2'', 20'' ist mit dem Eingang der Überspannungsdetektionseinheiten 30, 30', 30'' verbunden,deren Ausgang jeweils mit einem Steuereingang des steuerbarenSchaltelements 1, 1', 1'' verbunden ist. Somit wird dieSpannung an diesen Verbindungspunkten überwacht und dasAuftreten der Überspannung unmittelbar an einer der TVS-Diodendetektiert. Die Ansteuerung der steuerbaren Schaltelemente 1,1', 1'' erfolgt über die Ausgänge derÜberspannungsdetektionseinheiten 30, 30', 30''.In each case a connection point between two of the TVS diodes 2, 20 and 2 ', 20' and 2 ", 20" is connected to the input of the overvoltage detection units 30, 30 ', 30 "whose output is connected in each case to a control input of the controllable switching element 1, 1 ', 1' 'is connected. Thus, the voltage at these connection points is monitored and the occurrence of the overvoltage detected directly on one of the TVS diodes. The control of the controllable switching elements 1,1 ', 1' 'via the outputs of the overvoltage detection units 30, 30', 30 ''.
In Fig.3 wurden Logikelemente, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigtsind, der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen,können aber in gleicher Weise vorgesehen sein.In Fig. 3, logic elements as shown in Figs. 1 and 2 have been omitted for the sake of clarity, but may be provided in the same manner.
Weiters sind Parallelschaltungen zu denÜberspannungsschutzelementen 2, 2', 2'', 20, 21, 20', 21',20'', 21'' von Dioden-, Widerstands- undKondensatorkombinationen 60, 70, 71, 72, 73, 80 vorgesehen,die zur zusätzlichen Dämpfung der Überspannung oder vonSpannungsspitzen hervorgerufen durch das Schalten dessteuerbaren Schaltelements eingesetzt werden.Furthermore, parallel connections to the overvoltage protection elements 2, 2 ', 2 ", 20, 21, 20', 21 ', 20", 21 "of diode, resistor and capacitor combinations 60, 70, 71, 72, 73, 80 are provided which are used for additional damping of the overvoltage or voltage spikes caused by the switching of the controllable switching element.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA655/2013A AT514791B1 (en) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | Circuit arrangement for overvoltage protection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA655/2013A AT514791B1 (en) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | Circuit arrangement for overvoltage protection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT514791A1 true AT514791A1 (en) | 2015-03-15 |
| AT514791B1 AT514791B1 (en) | 2017-05-15 |
Family
ID=52598879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA655/2013A AT514791B1 (en) | 2013-08-22 | 2013-08-22 | Circuit arrangement for overvoltage protection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT514791B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070127179A1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-07 | Ludjin William R | Burnout protection switch |
| EP2293403A1 (en) * | 2009-08-06 | 2011-03-09 | Giga-Byte Technology Co., Ltd. | Protection circuit |
-
2013
- 2013-08-22 AT ATA655/2013A patent/AT514791B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070127179A1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-07 | Ludjin William R | Burnout protection switch |
| EP2293403A1 (en) * | 2009-08-06 | 2011-03-09 | Giga-Byte Technology Co., Ltd. | Protection circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT514791B1 (en) | 2017-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69514459T2 (en) | Circuit breaker and voltage limiting circuit | |
| DE102010006525B4 (en) | Device for deriving surge currents or transient overvoltages | |
| DE102017109378B4 (en) | Electronic fuse for a load that can be connected to a low-voltage direct current network to protect against transient and temporary overvoltages | |
| EP2568480B1 (en) | Overvoltage protection device | |
| EP3304671B1 (en) | Overvoltage protection circuit | |
| EP3021444A1 (en) | Circuit for protection against overvoltages | |
| DE102013202795B3 (en) | Reversible separation device for over-voltage protection device, has switch having shape memory alloy in thermal connection with protecting device, such that protection device is reversibly separated upon heating of protection device | |
| DE102013202796B4 (en) | cut-off | |
| EP3031109B1 (en) | Spark gap arrangement | |
| EP3257157B1 (en) | Circuit assembly for protecting a unit to be operated from a supply network against overvoltage | |
| WO2016091281A1 (en) | Device for power limitation while switching a load, circuit arrangement, and method | |
| EP2523296A1 (en) | Switch assembly for providing excess voltage protection and method for operating same | |
| DE102013202793B4 (en) | Reversible separating device | |
| DE102016001689A1 (en) | Circuit arrangement for protecting a unit to be operated from a supply network against overvoltages | |
| EP3108559B1 (en) | Overvoltage protection device with leakage current cutoff | |
| DE202013103823U1 (en) | Ignition circuit for overvoltage protection | |
| DE102020206253B3 (en) | Overvoltage protection | |
| AT514791B1 (en) | Circuit arrangement for overvoltage protection | |
| DE102015016232A1 (en) | Switchable overvoltage protection arrangement | |
| DE202015102834U1 (en) | Overvoltage protection circuit | |
| EP3414809B1 (en) | Arrangement for the dc-isolated control of a triggered spark gap with adjustment of the response and residual voltage of the spark gap used | |
| DE102020206250B3 (en) | Overvoltage protection | |
| DE3519791A1 (en) | Protection circuit against overload and short-circuit | |
| EP3043473B1 (en) | Circuit assembly for thyristor controller | |
| DE102017106770B4 (en) | Circuit arrangement for protection against network overvoltages for power converters in vehicles, in particular in vehicles connected to overhead lines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20200822 |