DD260153A1

DD260153A1 - Schaltungsanordnung zum schutz elektronischer einrichtungen vor ueberspannung und ueberstrom

Info

Publication number: DD260153A1
Application number: DD30215187A
Authority: DD
Inventors: Marius Geyer
Original assignee: Leipzig Rft Nachrichtenelekt
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1988-09-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum kombinierten Schutz elektronischer Einrichtungen vor Ueberspannung und Ueberstrom. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie den nachfolgenden Schaltungen einen zuverlaessigen Schutz vor Ueberstrom und Ueberspannung gewaehrleistet. Das wird durch den Einsatz eines Leistungsschaltelements, bei galvanischer Trennung der Erde im Nennlastfall und bei gleicher Bewertung der an den Eingangsklemmen und gegen Erde auftretenden Stroeme und Spannungen, moeglich. Im Ueberlastfall begrenzt ein bidirektionaler Schalter mit einem ueber Strom- und Spannungsfuehler gesteuerten Querstrom Strom und Spannung am Ausgang. Die Schaltung kann als Feinschutz fuer alle empfindlichen elektronischen Einrichtungen verwendet werden. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum kombinierten Schutz elektronischer Einrichtungen vor Überspannung und Überstrom. Eine solche Schaltungsanordnung wird allgemein als Sekundär- oder Feinschutz bezeichnet, da sie bei Betrieb mit Freileitungen einem Primär- oder Grobschutz nachgeschaltet ist. Als Anwendungsgebiet sind alle die elektronischen Anlagen zu nennen, die an Freileitungen oder Teilfreileitungen betrieben werden, z. B. Fernmeldevermittelungsanlagen, Signalanlagen, Computeranlagen usw.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für den sogenannten Grobschutz oder Primärschutz werden Überspannungsableiter auf Glimmstreckenbasis oder Funkenstrecken verwendet. Für den Feinschutz sind drei Grundanordnungen und deren Kombinationen bekannt:

1. Einsatzvon Varistoren in Parallelschaltung zur Spannungsbegrenzung

2. Einsatzvon temperaturabhängigen Widerständen in Reihen- und Parallelschaltung zur Strom- und Spannungsbegrenzung

3. Einsatzvon Halbleitern wie Transistoren, Thyristoren, Triacs und Dioden in Reihen-und Parallelschaltung zur Strom- und Spannungsbegrenzung.

Während temperaturabhängige Widerstände eine zu große Zeitkonstante aufweisen um einen idealen Schutz zu bieten, sind Varistoren auf nur einen Spannungswert — die Nennspannung —fixiert. Diese Nennspannung kann im unterschiedlichen Betriebsfall bei kleinen Widerständen schon zu Zerstörungen bestimmter Anlagenteile führen. Ein wirklich ausreichender Schutz empfindlicher elektronischer Geräte ist nur durch kombinierte strom- und spannungsbewertende Halbleiterschaltungen zu erreichen.

In der „Elektronik" 10/1985 wird ein dreipoliges Schutzelement der Fa. SGS-Ates Mailand L3100 in L-Schaltung vorgestellt. Aus zwei dieser Elemente ist der Aufbau einer Schutzschaltung möglich, deren Verhältnis möglicher Gleichspannung zu Wechselspannung durch die Teilung in zwei L-Glieder ungünstiger wird und keine galvanische Trennung der Erde erlaubt. Bei der Messung an Leitungen stören Gleichrichteranordnungen, wenn sie keine galvanische Trennung der Erdleitung zulassen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung unter Verwendung einfacher technischer Mittel eine ökonomische Schaltungsanordnung zu schaffen, die einen sicheren Schutz empfindlicher elektronischer Geräte vor Überstrom und Überspannung gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu schaffen mit der ein kombinierter Schutz elektronischer Einrichtungen vor Überstrom und Überspannung erreicht wird, die im Nennlastfall eine galvanische Trennung von der Erde aufweist und die an den Eingangsklemmen und gegen Erde möglichen Spannungen und Ströme gleich bewertet und die keine Versorgungs- und Hilfsspannungen benötigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Bildung eine Η-Gliedes als Anschlußvierpol gelöst. Dabei können die zwei Widerstände in Längsrichtung, von der Leitung kommend, als Sicherungswiderstände ausgebildet werden. Das Querglied besteht aus einem bidirektionalen Leistungsschalter, einer aus einem Leistungstransistor und einem Vortransistor gebildeten

Compositumschaltung im Diagonalzweig einer Grätzgleichrichterschaltung. Die beiden Widerstände zum geschützten Gerät hin sind durch einfache Halbleiterschaltungen als Stromfühler ausgebildet. Die Stromfühler sind zur Strombegrenzung mit kleinsten Verlustwiderstand aufgebaut und bestehen jeweils aus einem npn- und einem pnp-Transistor. Sie liefern, durch Dioden entkoppelt, in jedem Zweig eine stromproportionale Gleichspannung. Beide Gleichspannungen steuern gemeinsam und gleichberechtigt den als Querglied eingesetzten bidirektionalen Leistungsschalter so, daß der Ausgangsstrom, durch den ' Stromfühlerwiderstand einstellbar, konstant bleibt.

Der Leistungsschalter ist durch eine parallel zum Leistungstransistor bestehende Reihenschaltung von Dioden derartig entkoppelt, daß eine Mittenerde entsteht. Diese Mittenerde ist vom Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand galvanisch getrennt und nur im Überlastfall mit dem Schaltermittelpunkt verbunden. Dabei sind die Eingangsklemmen untereinander und nach Erde gleichberechtigt. Weiterhin ist zur Spannungsbegrenzung eine Z-Diode oder ein Varistor so am Leistungstransistor angeordnet, daß eine zu hohe Spannung am Leistungsschalter diesen durchschaltet und die Spannung an den Ausgangsklemmen durch einen Querstrom des Leistungsschalters begrenzt, wobei ein Varistor über dem Leistungstransistor zur Stützung angeordnet ist.

Da auch die drei möglichen Spannungen an den Eingangsklemmen und der Erde gleichberechtigt bewertet werden, ist ein idealer Schutz gegeben.

Die Entstehung eines differenzierten Stromstoßimpulses bis zum Schaltpunkt des Schalters wird durch die Tiefpaßwirkung des Η-Gliedes unterdrückt, weil der Leistungsschalter im Querzweig — im offenen Zustand — wie ein Kondensator wirkt.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Schaltung und ihre Wirkungsweise sollen an einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Zeichnung nach Figur 1 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Ausführung einer Grundschaltung mit dem Leistungstransistor T1 als Schaltelement im Diagonalzweig einer Grätzgleichrichterschaltung mit den Dioden D1, D2, D3 und D4. Die Spannungszuführung zu den Speisepunkten der Grätzgleichrichterschaltung erfolgt über die Sicherungswiderstände R1 und R2. Zur Bildung der galvanisch getrennten Erdbezugsklemme E sind die Dioden D5 und D6 in Reihenschaltung so angeordnet, daß bei hochohmigen TransistorTI kein Strom über die Dioden D 5 und D6fließen kann, denn es sind nur die Katoden der Dioden D 5 mit D1 und D 2 bzw. die Anoden der Dioden D6 mit D3 und D4 verbunden. Speist man in den Verbindungspunkt der Reihenschaltung der Dioden D5 und D6, fließt bei hochohmigen TransistorTI kein Strom. Es liegt eine galvanische Trennung vor. Wird der TransistorTI durch Ansteuerung leitend, kann ein Strom in positiver Richtung über den Widerstand R1 und die Diode D1 zum Kollektor des Transistors T1 nach Emitter, der Diode D4 und dem Widerstand R 2 fließen und in negativer Richtung über Widerstand R1, Diode D3, Emitter des Transistors T1 zum Kollektor und der Diode D2 zum Widerstand R2. Außerdem ist die Erdbezugsklemme E bei positiver Stromrichtung über die Diode D5, Kollektor/Emitter des Transistors T1 über die Diode D3 und dem Widerstand R1 bzw. über Diode D4 und Widerstahd R 2 mit den Eingangsklemmen a/E und b/E verbunden. Ein Strom in negativer Richtung fließt über die Diode D6, Emitter/Kollektor des Transistors TI, Diode D1 und Widerstand R1 bzw. Diode 2 und Widerstand R2. Die beiden Längszweige der Schaltung, die gleich aufgebaut sind, bestehen aus den Eingangsklemmen a/E; b/E, den Stromfühlern S und den Ausgangsklemmen a/A; b/A. Mit dem Spannungsabfall am Stromfühlerwiderstand R3 (R 4) werden die Fühlertransistoren T3 und T4 (T5 u. T6) je nach StromrichUing wechselweise angesteuert. Es handelt sich dabei jeweils um einen pnp- und einen npn-Transitorstyp, die gemeinsam mit dem Spannungsabfall eines Stromfühlerwiderstandes R3 (R4) angesteuert werden. Das bedeutet, der Widerstand R3 (R4) isteingangsseitig mit dem Emitter des pnp-TransistorsT3 (T6) und dem Emitter des npn-Transistors T4 (T5) verbunden, ausgangsseitig mit der Basis des pnp-Transistors T3 (T6), der Basis des npn-TransistorsT4 (T5) und der Ausgangsklemme. Die Kollektoren der npn-Transistoren T4 und T5 werden durch die Dioden D9 und D10 entkoppelt zusammengefaßt und steuern die Basisdespnp-LeistungstransistorsTI direkt. Die Kollektoren derpnp-Transistoren T3 und T6 sind ebenfalls durch die Dioden D7 und D8 entkoppelt zusammengefaßt und steuern die Basis des npn-Vortransistors T2.

Die Transistoren T1 und T2 bilden eine sogenannte Link- oder Compositumschaltung, die mit positiver und/oder negativer Spannung angesteuert werden kann. Ermöglicht wird die Ansteuerung der Transistorkombination T1 und T2, weil die Kollektoren über die Dioden der Grätzgleichrichterschaltung D1, D 2 bzw. D3 und D4 jeweils die gleich gepolte Spannung wie die der angesteuerten Basen erhalten. Dabei wirkt der Emitter des Transistors T1 vom Transistor T2 aus gesehen durch die Compositumschaltung als Kollektor. Auf diese Weise ist es möglich, daß jeder Stromfühler den gleichen Effekt, nämlich die Ansteuerung des Leistungstransistors T1 auch einzeln erreichen kann. Das bedeutet: Die Stromfühler sind so angeordnet, daß sowohl Transversal- als auch Longitudinalströme entsprechender Größe eine Überstrombegrenzung auslösen können. Steigt die Spannung an den Klemmen über die Nennspannung der Z-Diode Z, fließt ein Basisstrom über den TransistorTI und verhindert durch einen Querstrom ein Ansteigen der Spannung über den Nennwert. Der Varistor Va schützt den TransistorTI vor Spannungsspitzen, die durch unterschiedliche Zeitkonstanten entstehen können.

Claims

Schaltungsanordnung zum Schutz elektronischer Einrichtungen vor Überspannung und Überstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Grundaufbau in Η-Schaltung ausgeführt ist, wobei eingangsseitig Sicherungswiderstände und ausgangsseitig Stromfühler in den Längszweigen vorhanden sind, während der Querzweig aus einem bidirektionalen Leistungsschalter, einer aus einem Leistungstransistor und einem Vortransistor gebildeten Compositumschaltung im Diagonalzweig einer Grätzgleichrichterschaltung, besteht, daß parallel zum Leistungstransistor eine aus zwei Dioden bestehende Reihenschaltung, deren Flußrichtung entgegengesetzt zu der des Leistungstransistors ist und deren miteinander verbundenen Elektroden zu einer Erdbezugsklemme führen, und ein Varistor angeordnet sind, daß parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors eine Z-Diode oder ein Varistor geschaltet ist, daß die Stromfühler aus jeweils einem npn- und einem pnp-Transistor und einem Stromfühlerwiderstand bestehen, der eingangsseitig mit den Emitter- und ausgangsseitig mit den Basisanschlüssen dieser Transistoren verbunden ist, wobei die Kollektoranschlüsse der pnp-Transistoren über Dioden entkoppelt zusammengefaßt zur Basis des Vorstufentransistors und die Kollektoranschlüsse der npn-Transistoren über Dioden entkoppelt zusammengefaßt zur Basis des Leistungstransistors führen.

Hierzu 1 Seite Zeichnung