DD283226A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR VOLTAGE STABILIZATION WITH FOLDBACK CHARACTERISTICS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung, bei der im Falle der UEberlastung durch Kurzschlusz oder durch UEberschreiten eines vorgegebenen Stromgrenzwertes eine Foldbackcharakteristik der U-I-Kennlinie bewirkt und somit zuverlaessiger Schutz sowohl des Lastwiderstandes als auch des Laengsreglers erreicht wird. Gleichzeitig ist nach Wegfall der UEberlastungsursache das Wiedereinschalten mit geringer Rueckschalthysterese gesichert. Die Foldbackcharakteristik mit selbstaendigem Wiedereinschalten des bei UEberlast gesperrten Laengsreglers erfolgt durch Umschalten des Strommeszwiderstandes in Verbindung mit der Bereitstellung einer zweiten Referenzspannung fuer einen Komparator, der nach Eintritt normaler Lastbedingungen das Rueckschalten in den Betriebszustand gewaehrleistet. Fig. 1{Spannungsstabilisierung; Foldbackcharakteristik; UEberlastschutz; Kurzschluszschutz; Laengsregelung; geringe Rueckschalthysterese; Wiedereinschalten; Strommeszwiderstand; Umschaltung; zweite Referenzspannung}The invention relates to a circuit arrangement for voltage stabilization, in which in case of overloading by short circuit or by exceeding a predetermined current limit causes a Foldbackcharakteristik the U-I curve and thus reliable protection of both the load resistance and the Laengsreglers is achieved. At the same time, after elimination of the overload cause, the restart is ensured with a low reset hysteresis. The Foldbackcharakteristik with selbstaendigem reconnection of locked at overload Laengsreglers done by switching the current collection resistance in conjunction with the provision of a second reference voltage for a comparator, which ensures the return to the operating state after the occurrence of normal load conditions. Fig. 1 {voltage stabilization; Foldbackcharakteristik; Overload protection; Kurzschluszschutz; Laengsregelung; low reset hysteresis; Turn back on; Strommeszwiderstand; switching; second reference voltage}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung ist anwendbar für alle Gebiete der Stromversorgungstechnik, bei denen eine sichere Strombegrenzung auf einen sowohl für den Lastwiderstand als auch für die Spannungsquelle unkritischen Wert erforderlich ist und gleichzeitig das Wiedereinschalten in den normalen Betriebsbereich nach Wegfall der Überlastung gewätn 'eistet-sein muß.The invention is applicable to all areas of power supply technology in which a safe current limit is required on both the load resistor and the voltage source uncritical value and at the same time the reconnection in the normal operating range after elimination of the overload gewätn 'must be.
Für Spannungsstabilisierungsschaltungen mit Strombegrenzung im Überlastfall kommen als Vergleichsstand zwei Grundtypen in Betracht. Erstens die Strombegrenzung mittels Längsregler, wobei ein Strommeßwiderstand im Lastkreis unmittelbar zur Gewinnung der Regelgröße dient. Ein Transistor T2 wird beim Überschreiten der Schwellspannung von 0,6V leitend und begrenzt den Ausgangsstrom auf einen Wert, der vom Strommeßwiderstand bestimmt wird. Im Kurzschlußfall muß der Längsregler die gesamte Verlustleistung I1 η,,, · U, umsetzen, wobei U, die Eingangsgleichspannung und I, mlx der durch den Strommeßwiderstand begrenzte maximal zulässige Laststrom ist. Der Strommeßwiderstand muß im Interesse eines geringen Spannungsabfalls bei maximal zulässigem l.aststrom möglichst klein sein. Das hat zur Folge, daß bei Kurzschluß der Längsregler entweder zerstört wird bzw. so überdimensioniert sein muß, daß er dem Kurzschlußfall zumindest zeitbegrenzt widersteht. Elektronische Abschalteinrichtungen lösen, dieses Problem, erfordern aber gleichfalls einen Strommeßwiderstand zur Erfassung des Laststrom-Ist-Wertes.For voltage stabilization circuits with current limitation in the event of overload, two basic types can be considered as comparison levels. First, the current limit by means of series regulator, with a current measuring resistor in the load circuit directly used to obtain the controlled variable. A transistor T2 becomes conductive when the threshold voltage of 0.6 V is exceeded and limits the output current to a value which is determined by the current measuring resistor. In the event of a short circuit, the series regulator must convert the total power loss I 1 η ,,, · U, where U is the DC input voltage and I, mlx is the maximum permissible load current limited by the current measuring resistor. The current measuring resistor must be as small as possible in the interest of a small voltage drop at the maximum permissible current. This has the consequence that in case of short circuit of the series regulator is either destroyed or must be so oversized that it withstands the short circuit case at least for a limited time. Solve electronic shutdown, this problem, but also require a current measuring resistor for detecting the actual load current value.
Die zweite technische Lösung beinhaltet eine rückläufige Strombegrenzung, die Foldback-Kennlinie. Die Ausgangsspannung wird bis zum maximalen Laststrom konstant gehalten. Im Kurzschlußfall sinkt der Laststrom auf einen Wert ab, der wesentlich unter dem maximalen Laststrom liegt, so daß die durch den Längsregler umgesetzte Verlustleistung unkritische Werte annimmt.The second technical solution includes a retrograde current limit, the foldback characteristic. The output voltage is kept constant up to the maximum load current. In the event of a short circuit, the load current drops to a value which is substantially lower than the maximum load current, so that the power loss converted by the series regulator assumes uncritical values.
Der Nachteil einer solchen Lösung besteht darin, daß die Stromversorgung nach einem Überlastungsfall zum Wiedereinschalten entweder kurzzeitig unterbrochen werden muß oder aber zusätzliche Mittel zum Wiedereinschalten des gesperrten Längsreglers vorgesehen sind.The disadvantage of such a solution is that the power supply must either be interrupted for a short time after a congestion case to reconnect or additional means for reconnecting the locked longitudinal regulator are provided.
DD-WP 147430 beschreibt ein elektronisches Spannungsregelteil mit Kurzschlußabschaltung, bei dem ein Differenzverstärker eine Referenzspannung mit einer der Ausgangsspannung äquivalenten Teilspannung vergleicht und einen Längstransistor auf eine konstante Ausgangsspannung einregelt. Der Spannungsabfall über dem Strommeßwiderstand wird kompensiert. Im Kurzschlußfall wird ein auf Ausgangspotential liegender Kondensator entladen. Sinkt die Ausgangsspannung unter den Wert einer Bezugsspannung, die an der Basis eines im Normalfall gesperrten ersten Transistors liegt, wird dieser Transistor leitend. Damit liefert er einem zweiten Transistor Basisstrom, der seinerseits sofort den Längstransistor sperrt. Diese Sperrung bleibt auch nach Wegfall der Überlast erhalten, so daß über den Lastwiderstand maximal der Reststrom des gesperrten Längstransistors fließt. Zum Wiedereinschalten ist ein Schalter erforderlich, der für den. -sten Transistor einen Sperrimpuls liefert, so daß für den zweiten Transistor kein Basisstrom mehr fließt und der Längstransistor wieder öffnet und über die Referenzspannung und den Differenzverstärker das ursprüngliche Ausgangspotential wiederaufgebaut wird. Nachteilig ist, daß ein selbständiges Wiedereinschalten mit dieser Schaltungsanordnung nicht realisiert wird.DD-WP 147430 describes an electronic voltage control part with short-circuit cut-off, in which a differential amplifier compares a reference voltage with a partial voltage equivalent to the output voltage and regulates a series transistor to a constant output voltage. The voltage drop across the current measuring resistor is compensated. In the event of a short circuit, a capacitor lying at the output potential is discharged. If the output voltage drops below the value of a reference voltage which is at the base of a normally-off first transistor, this transistor becomes conductive. He thus delivers a second transistor base current, which in turn immediately locks the series transistor. This blocking is maintained even after elimination of the overload, so that flows over the load resistance maximum of the residual current of the locked longitudinal transistor. To turn it back on, a switch is required for the. The first transistor provides a blocking pulse, so that no base current flows for the second transistor and the series transistor opens again and the original output potential is rebuilt via the reference voltage and the differential amplifier. The disadvantage is that an independent reconnection with this circuit arrangement is not realized.
Eine rückläufige Strombegrenzung wird in der Fachliteratur beschrieben, z. B. in „Elektronische Schaltungstechnik", Kost η er, Möschwitzer, Verlag Technik Berlin, 1982, S. 226ff. Sie wird durch ein Rückkoppelnetzwerk zwischen Längstransistor und Strommeßwiderstand erreicht, wobei entsprechend dem gewählten Teilerverhältnis im Kurzschlußfall der Kurzschlußstrom auf den Wert lk = lam(„/k abfällt und damit die Verlustleistung, die der Längstransistor umsetzen muß, sich um den Faktor 1A vermindert. Nachteilig wirkt, daß die Belastung des Strommeßwiderstandes um diesen Faktor steigt. Gleichzeitig erhöht sich der Mindestspannungsabfall am Strommeßwiderstand um diesen Faktor. Ein weiterer Nachteil ist die große Rückschalthysterese der Schaltung, so daß ein selbständiges Wiedereinschalten in den Betriebszustand nicht möglich ist.A retrograde current limit is described in the literature, for. It is achieved by a feedback network between the series transistor and the current measuring resistor, the short-circuit current corresponding to the selected divider ratio in the event of a short circuit to the value I k = l decreases ( "/ k and thus the power loss, which must be implemented by the longitudinal transistor, reduced by a factor of 1. A disadvantage is that the load of the current measuring resistor increases by this factor. At the same time, the minimum voltage drop across the current measuring resistor increases by this factor. Another disadvantage is the large Rückschalthysterese the circuit, so that an independent reconnection to the operating state is not possible.
Die Erfindung hat das Ziel, eine Spannungsstabilisierung zu schaffen, die mit einfachen elektronischen Mitteln einen zuverlässigen Kurzschluß· und Überlastungsschutz sichert und ein selbständiges Wiederanlaufen der Schaltung nach Entfall der Überlastung garantiert.The invention has the goal to provide a voltage stabilization, which secures a reliable short circuit and overload protection with simple electronic means and guarantees an independent restart of the circuit after elimination of the overload.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung anzugeben, die sowohl den Vorteil der Foldbackcharakteristik, eine geringe thermische Belastung des Längsreglers, im Kurzschluß und Überlastungsfall aufweist als auch ein selbständiges Wiedereinschalten nach dem Wegfall der Überlastursache realisiert, wobei der Spannungsabfall am Strommeßwiderstand und die thermischen Verluste gering sein sollen.The invention has for its object to provide a circuit for voltage stabilization, which has both the advantage of Foldbackcharakteristik, a low thermal load of the series regulator, in short circuit and overload case as well as an independent reconnection realized after the elimination of the overload cause, the voltage drop across the current measuring resistor and the thermal losses should be low.
Erfindungsgemäß wird bei einer Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung mit Foldbackcharakteristik, bestehend aus einem Spannungsregler mit Längstransistor und Strommeßwiderstand, einem Komparator, dessen erster Eingang auf Ausgangspotential liegt und dessen zweiter Eingang mit einer ersten Referenzspannung verknüpft ist, dadurch gelöst, daß der Strommeßwiderstand in die Teilwiderstände Rm1 und Rm2 aufgeteilt und der Teilwiderstand Rn,2 im Betriebsfall durch einen Schalter S1 kurzgeschlossen ist sowie ein Umschalter vorhanden ist, wobei im Betriebsfall die erste Referenzspannung, im Überlastungs- oder Kurzschlußfall dagegen eine zweite Referenzspannung mit dem zweiten Eingang des Komparator verbunden und in diesem Fall gleichzeitig der Schalter St geöffnet ist.According to the invention is in a circuit arrangement for voltage stabilization with foldback characteristic consisting of a voltage regulator with a series transistor and current measuring resistor, a comparator whose first input is at output potential and the second input is associated with a first reference voltage, achieved in that the current measuring resistor in the partial resistors R m1 and R m2 divided and the partial resistance R n , 2 is shorted in the event of operation by a switch S 1 and a switch is present, wherein in the case of operation, the first reference voltage, in the overload or short circuit case, however, a second reference voltage connected to the second input of the comparator and in this case, the switch S t is opened at the same time.
Der Schalter S) ist dabei günstig als Halbleiterschalter aufgebaut und die zweite Referenzspannung wird im Interesse eines geringen Bauelemente- und Schaltungsaufwandes als Teilspannung der ersten Referenzspannung bereitgestellt, wobei die erste Referenzspannung gleichzeitig die Bezugsspannung für den Spannungsregler und den Komparator darstellt. Vorteilhaft ist dabei, daß der erste Teilwiderstand Rm ι so klein gehalten werden kann, daß der Spannungsabfall über dem Strommeßwiderstand vernachlässigbar bleibt, während im Überlast- oder Kurzschlußfall durch Öffnen des Schalters S1, damit Hinzuschalten des Teilwiderstandes Rm2, der Kurzschlußstrom um den FaktorThe switch S) is advantageously designed as a semiconductor switch and the second reference voltage is provided in the interest of low component and circuit complexity as a partial voltage of the first reference voltage, wherein the first reference voltage is also the reference voltage for the voltage regulator and the comparator. It is advantageous that the first partial resistance R m ι can be kept so small that the voltage drop across the current measuring remains negligible, while overload or short circuit by opening the switch S 1 , thus adding the partial resistance R m2 , the short-circuit current to the factor
vermindert wird. Gleichzeitig wird durch das Umschalten des Komparators auf die zweite Referenzspannung die Schaltschwelle soweit abgesenkt, daß nach Wegfall der Überlastung bereits ein geringfügiger Anstieg der Spannung am Ausgang zum Wiedereinschalten führt und damit eine sehr geringe Rückschalthynterese erreicht wird. Im Kurzschlußfall begrenzen Rn, ι + Rm2 gemeinsam den Kurzschlußstrom so, daß die zulässige Verlustleistung des Längstransistors nicht überschritten wird. Im Normallastbereich kann durch das Kurzschließen des Teilwiderstandes RmJ der zulässige Kollektorstrom des Längsreglers im vollen Umfang ausgeschöpft werden.is reduced. At the same time the switching threshold is lowered by switching the comparator to the second reference voltage so far that after elimination of the overload already a slight increase in the voltage at the output leads to reconnection and thus a very low Rückschalthynterese is achieved. In the event of a short circuit R n , ι + R m2 together limit the short-circuit current so that the allowable power loss of the series transistor is not exceeded. In the normal load range, the short-circuiting of the partial resistance R mJ allows the maximum permissible collector current of the series regulator to be fully utilized.
Die Erfindung f.oll abschließend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dazu zeigtThe invention f.oll be finally explained on an embodiment. In addition shows
Fig. 1: die Schaltungsanordnung im Blockschaltbild und Fig. 2: die realisierte Kennlinie und das Schaltverhalten.Fig. 1: the circuit arrangement in the block diagram and Fig. 2: the realized characteristic and the switching behavior.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Schaltungsanordnung aus den bekannten Baugruppen Spannungsregler 1 mit dem Längstransistor T1 und der Strombegrenzungsschaltung mit dem Strommeßwiderstand 3 und dem Transistor T2. Die Referenzspannung U„(1 liefert den Soll-Wert für den Spannungsregler 1 und liegt über dem Umschalter S 2 gleichzeitig am zweiten Eingang eines Komparators 2, während dessen erster Eingang auf Ausgangspotential liegt. Das Ausgangspotential liegt ebenfalls als Ist-Wert am Eingang des Spannungsreglers 1. Erfindungsgemäß ist der Strommeßwiderstand 3 in die Teilwiderstände Rn,, und Rn, 2 aufgeteilt, wobei der Teilwiderstand Rm2 im Normalfall durch den Schalters 1 kurzgeschlossen ist. Weiterhin ist eine Referenzspannung U„f2 vorhanden, die mittels Umschalters S2 an den zweiten Eingang des Komparators 2 gelegt werden kann. Über den Komparatorausgang wird im Kurzschluß- oder Überlastfall ein Umschaltvorgang ausgelöst, der den Schalter S1 öffnet und damit den Teilwiderstand Rm2 für den Laststromkreis wirksam macht und gleichzeitig über den Umschalter S 2 die zweite Referenzspannung Uter2 an den zweiten Eingang des Komparators 2 legt. Damit wird der Ausgangsstrom I, „,„ um den Faktor 1A reduziert, und sinkt sprunghaft auf den Wert lk. Der Wert Vk ergibt sich ausAs can be seen from Fig. 1, the circuit arrangement consists of the known components voltage regulator 1 with the series transistor T1 and the current limiting circuit with the current measuring resistor 3 and the transistor T2. The reference voltage U " (1 supplies the setpoint value for the voltage regulator 1 and lies simultaneously above the switch S 2 at the second input of a comparator 2, while its first input is at the output potential 1. According to the invention, the current measuring resistor 3 is divided into the partial resistors R n , and R n , 2 , wherein the partial resistor R m2 is normally short-circuited by the switch 1. Furthermore, a reference voltage U "f 2 is present, which is connected by means of a switch S2 the second input of the comparator 2. In the event of a short circuit or overload, a switching process is triggered via the comparator output, which opens the switch S1 and thus makes the partial resistance R m2 effective for the load circuit and at the same time via the switch S 2, the second reference voltage U te r 2 applies to the second input of the comparator. 2 Thus, the output current I, "," reduced by the factor 1 A, and suddenly drops to the value l k . The value Vk results
k Rn,).k R n ,).
Durch Umschalten des zweiten Komparatoreingangs auf die zweite Referenzspannung wird die Rückschalthysterese soweit verringert, daß der beim Entfall der Überlastung geringfügige Anstieg der Ausgangsspannung zum selbständigen Wiedereinschalten führt. Umschalter S 2 schaltet den zweiten Eingang des Komparators 2 und den Spannungsregler 1 wieder an die für den Betriebsfall erforderliche Referenzspannung U„M, gleichzeitig wird der Teilwiderstand Rmj durch den Schalter S1 wieder kurzgeschlossen.By switching the second comparator input to the second reference voltage, the switch-back hysteresis is reduced to such an extent that the slight increase in the output voltage when the overload ceases to result in the automatic restarting. Switch S 2 switches the second input of the comparator 2 and the voltage regulator 1 again to the reference voltage U " M required for the operating case, at the same time the partial resistance R m j is short-circuited again by the switch S1.
Auf diese Weise ist der Längstransistor T1 bis zum zulässigen maximalen Kollektorstrom belastbar, ohne daß eine thermische Gefährdung im Kurzschlußfall droht.In this way, the series transistor T1 can be loaded up to the maximum permissible collector current without the threat of a thermal hazard in the event of a short circuit.
In Fig. 2 ist das erreichte Regelverhalten erkennbar. Nach Erreichen des maximalen Ausgangsstromes lamax beginnt die Ausgangsspannung zu sinken. Wird der Wert der ersten Referenzspannung U„M unterschritten, erfolgt schlagartig der Umschaltvorganij mit der Begrenzung auf den Strom lk und den SpannungswertIn Fig. 2, the achieved control behavior can be seen. After reaching the maximum output current I amax , the output voltage begins to decrease. If the value of the first reference voltage U " M is exceeded, the Umschaltvorganij abruptly takes place with the limitation on the current l k and the voltage value
Die zweite Referenzspannung U„,2 liegt geringfügig über diesem Wert, so daß nach Entfall der Überlast der Anstieg der Ausgangsspannung mit sehr geringer Rückschalthysterese das Zurückschalten auf den normalen Betriebsfall bewirkt.The second reference voltage U ", 2 is slightly above this value, so that after elimination of the overload, the increase of the output voltage with very low reset hysteresis causes the switching back to normal operation.
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| DD32841489A DD283226A5 (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR VOLTAGE STABILIZATION WITH FOLDBACK CHARACTERISTICS |
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| DD283226A5 true DD283226A5 (en) | 1990-10-03 |
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| DD (1) | DD283226A5 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014011717B4 (en) | 2014-08-06 | 2021-11-18 | Abb Schweiz Ag | Method and device for intrinsically safe, redundant power supply of field devices |
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1989
- 1989-05-09 DD DD32841489A patent/DD283226A5/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE102014011717B4 (en) | 2014-08-06 | 2021-11-18 | Abb Schweiz Ag | Method and device for intrinsically safe, redundant power supply of field devices |
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