DE102007058877A1 - Strombegrenzungsschaltung - Google Patents

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Abstract

gsschaltung (100), die einen elektrischen Strom von einer Spannungsquelle zu einem Verbraucher auf einen vorbestimmten Maximalstrom begrenzt, umfassend - einen in eine Stromleitung (103) zwischen eineang (104) eingekoppelten Messwiderstand (110), - einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit dem Messwiderstand (110) in die Stromleitung (103) eingekoppelten Transistor (106), dessen Basis über einen Vorwiderstand (108) mit der Stromleitung (103) verbunden ist, und - einen Shunt-Regler (116) mit einer Anode, einem Referenzeingang und einer Kathode, wobei die Kathode mit der Basis des Transistors (106) verbunden ist und die Anode und der Referenzeingang einen Spannungsabgriff über dem Messwiderstand (110) bilden. Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen zusätzlichen Strompfad parallel zu dem Transistor (106), umfassend - ein in Sperrrichtung geschaltetes Bauteil mit Diodencharakteristik und - einen Zusatz-Messwiderstand (120b), wobei der Zusatz-Messwiderstand (120b) in den Spannungsabgriff integriert ist, aus.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzungsschaltung, die einen elektrischen Strom von einer Spannungsquelle zu einem Verbraucher auf einen vorbestimmten Maximalstrom begrenzt, umfassend
    • – einen in eine Stromleitung zwischen einem Schaltungseingang und einem Schaltungsausgang eingekoppelten Messwiderstand,
    • – einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit dem Messwiderstand in die Stromleitung eingekoppelten Transistor, dessen Basis über einen Vorwiderstand mit der Stromleitung verbunden ist, und
    • – einen Shunt-Regler mit einer Anode, einem Referenzeingang und einer Kathode, wobei die Kathode mit der Basis des Transistors verbunden ist und die Anode und der Referenzeingang einen Spannungsabgriff über dem Messwiderstand bilden.
  • Derartige Schaltungen werden vielfach als typische Anwendungsbeispiele sogenannter Shunt-Regler, die auch als regelbare Dioden bezeichnet werden, angegeben. Vielfach werden solche Schaltungen auch als Konstantstromquelle bezeichnet, oblgeich diese Bezeichnung nur zutreffend ist, wenn die Stromforderung des Verbrauchers dem vorbestimmten Maximalstrom entspricht oder ihn übersteigt; bei geringerer Stromforderung des Verbrauchers liefert die Schaltung nur den geringeren, angeforderten Strom.
  • Eine schematische Darstellung einer gattungsgemäßen Schaltung ist in 2 gezeigt. Die Schaltung 200 ist geeignet, den Stromfluss zwischen einer Spannungsquelle, die am Schaltungseingang 202 anschließbar ist, zu einem Verbraucher, der am Schaltungsausgang 204 anschließbar ist, auf einen vorgegebenen Maximalstrom zu begrenzen. Dies bedeutet, dass die Schaltung 200 jeden angeforderten Strom unterhalb des Maximalstroms passieren lässt und bei höheren Stromforderungen, wie sie beispielsweise bei einem Kurzschluss im Verbraucher auftreten können, den tatsächlich gelieferten Strom auf den Maximalstrom begrenzt. Dies erfüllt eine wichtige Forderung für die Energieversorgung von Verbrauchern in explosionsgefährdeter Umgebung, da eine Funkenbildung oder Überhitzung von Bauteilen aufgrund übermäßigen Stromflusses auf diese Weise zuverlässig verhindert werden kann.
  • Zwischen dem Schaltungseingang 202 und dem Schaltungsausgang 204 ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 206 geschaltet. Der zur Steuerung des Transistors 206 erforderliche Basisstrom auf der Kollektor-Basis-Strecke wird mittels eines Vorwiderstandes 208, der zwischen dem Schaltungseingang 202 und der Basis des Kollektors 206 geschaltet ist, generiert.
  • Dem Emitter des Transistors 206 nachgeschaltet ist ein Messwiderstand 210. Der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 210 wird von zwei Zweigen 212, 214 eines Spannungsabgriffs erfasst, wobei der dem Messwiderstand 210 nachgelagerte Zweig 214 mit der Anode und der dem Messwiderstand 210 vorgelagerten Zweig 212 mit dem Referenzeingang eines Shunt-Reglers 216 verbunden ist. Die Kathode des Shunt-Reglers 216 ist mit der Basis des Transistors 206 verbunden. Unter einem Shunt-Regler wird im Rahmen dieser Anmeldung allgemein ein elektronisches Bauteil verstanden, welches zwischen seiner Anode und seinem Referenzeingang eine Spannung erfasst und bei Überschreiten einer vorgegebenen Referenzspannung an seiner Kathode einen mit der anliegenden Spannung korrelierten Strom liefert. Unterhalb der vorgegebenen Referenzspannung liefert die Kathode keinen Strom. Derartige Bauteile, die auch als regelbare Dioden bekannt sind, sind beispielsweise unter der Bezeichnung TLV431A von der Fa. Semiconductor Components Industries, LLC erhältlich. Bauteile mit im Wesentlichen gleicher Wirkung sind unter anderem Bezeichnungen von anderen Herstellern ebenfalls erhältlich.
  • Unterhalb des zulässigen Maximalstroms wird der vom Verbraucher angeforderte Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 206 und den Messwiderstand 210 von der Spannungsquelle an den Verbraucher geliefert. Der Shunt-Regler 216 ist bei dieser Art des Normalbetriebs nicht aktiv, d. h. der Basisstrom des Transistors 206 wird allein von der am Schaltungseingang 202 anliegenden Spannung und dem Vorwiderstand 208 bestimmt. Im Fall eines Kurzschlusses im Verbraucher steigt der Strom durch den Transistor 206 und den Messwiderstand 210 an. Damit wächst auch der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 210. Sobald der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 210 die Referenzspannung des Shunt-Reglers 216 übersteigt, schaltet dieser durch und seine Kathode entzieht der Basis des Transistors 206 Strom. Der Transistor 206 reduziert daher den Stromfluss auf der Kollektor-Emitter-Strecke soweit, bis der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 210 der Referenzspannung des Shunt-Reglers 216 entspricht. Der Strom zum Verbraucher ist damit auf den zulässigen Maximalstrom begrenzt.
  • Nachteilig bei dieser Schaltung ist die hohe Verlustleistung am Transistor 206 im Kurzschlussfall, wenn dieser den Maximalstrom leiten muss. Bei der Versorgung von Verbrauchern in explosionsgefährdeter Umgebung liegen die im Normalbetrieb auftretenden Verlustleistungen im Bereich von höchstens 2/3 der zulässigen Maximalleistung. Dies bedeutet, dass ein für den Normalbetrieb optimal ausgelegter Transistor im Kurzschlussfall bei der Durchleitung des Maximalstroms überlastet wird. Dauerhafte Überlastung kann zu einer Zerstörung des Transistors und seinem völligen Durchschalten führen, was zu einem unzulässig hohen Strom in dem Verbraucher führen würde. Dies wiederum kann zur Zerstörung des Verbrauchers oder zu unerwünschter Funken- oder Hitzebildung in der explosionsgefährdeten Umgebung führen. Abhilfe kann durch eine große Auslegung des Transistors geschaffen werden, der nicht für die im Normalbetrieb auftretenden Verlustleistungen sondern die Maximalleistung optimiert wird. Dies führt jedoch zu Nachteilen beim Normalbetrieb des Verbrauchers, zu erhöhten Kosten und zu technischen Problemen bei Platinenbestückung, wenn beispielsweise die in SMD-Bauweise erreichbaren Auslegungen überschritten werden. Alternativ kann der Transistor mit einem Thermo-Wächter geschützt werden, der bei Überhitzung des Transistors z. B. einen mechanischen Schalter öffnet. Diese Lösung ist jedoch teuer und zeigt eine unerwünschte zeitliche Verzögerung in der Wirkung. Zudem kann eine solche Schutzschaltung nach Auflösung des Kurzschlusses in der Regel nur von speziell geschultem Fachpersonal wieder in den Ursprungszustand zurückversetzt werden, was insbesondere bei nur kurzfristigen Kurzschlüssen, etwa beim Anschließen eines Verbrauchers, ein Ärgernis für den Benutzer darstellt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Strombegrenzungsschaltung derart weiterzubilden, dass eine Überlastung des Transistors im Fall eines Kurzschlusses im Verbraucher auf kostengünstige und reversible Weise ausgeschlossen wird.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 gelöst durch einen zusätzlichen Strompfad parallel zu dem Transistor, umfassend
    • – ein in Sperrrichtung geschaltetes Bauteil mit Diodencharakteristik und
    • – einen Zusatz-Messwiderstand,
    wobei der Zusatz-Messwiderstand in den Spannungsabgriff integriert ist.
  • Grundidee der Erfindung ist es, in der Schaltung einen zusätzlichen, den Transistor umgehenden vorzugsweise hochohmigen Strompfad vorzusehen, der im Fall des Überstroms den vom Shunt-Regler „gesehenen" Spannungsabfall über dem Messwiderstand erhöht.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass in dem zusätzlichen Strompfad ein Bauteil mit Diodenkennlinie, wie vorzugsweise eine Z-Diode oder noch bevorzugter wie ein weiterer Shunt-Regler, vorgesehen ist. Dieses Bauteil liegt parallel zu dem zu entlastenden Transistor. Bei Normalbetrieb des Verbrauchers fließt kein Strom durch dieses Bauteil, da der Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter des Transistors kleiner ist als die Zenerspannung dieses Bauteils. Dies bedeutet insbesondere, dass der erste Shunt-Regler während des Normalbetriebs nur den Spannungsabfall über den Messwiderstand „sieht". Der Zusatz-Messwiderstand ist in diesem Betriebsmodus für den ersten Shunt-Regler „unsichtbar", da aufgrund des hochohmigen Spannungsabgriffseingangs des Shunt-Reglers kein oder höchstens ein vernachlässigbarer Strom durch den Zusatz-Widerstand fließt. Steigt im Fall eines Kurzschlusses im Verbraucher oder allgemein, wenn der Verbraucher mehr Strom als den eingestellten Maximalstrom der Strombegrenzung fordert, der Spannungsabfall über dem Transistor soweit an, dass die Referenz- bzw. Durchbruchsspannung des Bauteils mit Diodenkennlinie in dem zusätzlichen Strompfad überschritten wird, schaltet dieses Bauteil durch, so dass auch durch den zusätzlichen Messwiderstand ein nicht vernachlässigbarer Strom fließt. Damit erhöht sich der von dem ersten Shunt-Regler „gesehene" Spannungsabfall um den Spannungsabfall über dem zusätzlichen Messwiderstand, wodurch der erste Shunt-Regler veranlasst wird, den Transistor mittels dessen Basisstrom auf einen reduzierten Stromfluss unterhalb des Maximalstroms anzusteuern. Fällt der Spannungsabfall über dem zusätzlichen Bauteil mit Diodenkennlinie, sperrt dieses den zusätzlichen Strompfad wieder, sodass die Gesamtvorrichtung wieder im Normalbetrieb arbeiten kann. Der vom Verbraucher angeforderte Strom kann somit im Normalbetrieb über den gesamten zulässigen Bereich schwanken; im Kurzschlussfall wird der Transistor jedoch nicht dauerhaft mit dem Maximalstrom belastet.
  • Bevorzugt ist der Zusatz-Messwiderstand, in dem mit dem Referenzeingang des ersten Shunt-Reglers verbundenen Spannungsabgriffszweig eingebunden, d. h. bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, dass der Zusatz-Messwiderstand bevorzugt mit seinem ersten Pol mit dem Referenzeingang und mit seinem zweiten Pol mit dem Emitter verbunden ist.
  • Günstigerweise ist dem Bauteil mit Diodenkennlinie ein Zusatz-Vorwiderstand vorgeschaltet, der gemeinsam mit dem Zusatz-Messwiderstand den Stromfluss in den zusätzlichen Strompfad bestimmt, der auf diese Weise sehr genau einstellbar ist. Die Schutzwirkung (Reduzierung des Ausgangsstroms) kann optimal für den Transistor angepasst werden, sodass noch so viel Strom wie möglich durchgelassen werden kann.
  • Wie erwähnt, kann das Bauteil mit Diodenkennlinie im zusätzlichen Strompfad bevorzugt als Z-Diode oder als zweiter Shunt-Regler ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall ist es günstig, wenn der Referenzeingang des zweiten Shunt-Reglers zu dessen Kathode rückgekoppelt ist.
  • Bei typischen Schaltungen zur Stromversorgung von Verbrauchern in explosionsgefährdeter Umgebung werden zwei unabhängig arbeitende Strombegrenzungsschaltungen verlangt. Es ist möglich und vorteilhaft, zwei erfindungsgemäße Schaltungen hintereinander zu schalten, so dass bei Ausfall einer Schaltung eine zuverlässige Strombegrenzung durch die zweite Schaltung sichergestellt ist. Dies bedeutet jedoch, dass der Strom von der Stromquelle zum Verbraucher zwei Messwiderstände zu passieren hat. Dies führt zu einem doppelten Spannungsabfall im Vergleich zu einer einzelnen Strombegrenzungsschaltung. Da moderne Shunt-Regler mindestens eine Referenzspannung von 1,2 Volt aufweisen, liegt der Widerstandswert eines Messwiderstandes typischerweise in der Größenordnung von mindestens 10 Ohm. Zwei hintereinander geschaltete, erfindungsgemäße Strombegrenzungsschaltungen setzen dem zu leitenden Strom daher typischerweise einen Widerstand von mindestens 20 Ohm entgegen. Da die Reduzierung aller an einer Schaltung beteiligten Spannungen in Hinblick auf die Größenauslegung der beteiligten Bauteile und den Energieverbrauch ein grundsätzlich erstrebenswertes Ziel ist, stellt ein lediglich der Sicherheit der Schaltung geschuldeter Widerstand von 20 Ohm eine nicht vernachlässigbare Größe dar. Um hier eine Verbesserung zu erzielen, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung ein Schaltungssystem vorgesehen, das wenigstens zwei erfindungsgemäße Strombegrenzungsschaltungen umfasst, deren Transistoren mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei die von den Anoden und Referenzeingängen beider Schaltungen gebildeten Spannungsabgriffe den Spannungsabfall über denselben Messwiderstand abgreifen. Mit dieser Maßnahme kann der Spannungsabfall des Schaltungssystems im Normalbetrieb gegenüber der reinen Reihenschaltung zweier identischer Strombegrenzungsschaltungen stark reduziert (nahezu halbiert) werden. Gleichzeitig bietet ein solches System keine Nachteil im Hinblick auf den Explosionsschutz, da der gemeinsam genutzte Messwiderstand im Gegensatz zu den aktiven Elementen der Schaltung der kritisches Bauteil ist. Es sollte lediglich darauf geachtet werden, dass als gemeinsamer Messwiderstand ein Widerstandstyp gewählt wird, der im Schadensfall nicht niederohmig wird. Kohle-Widerstände sind daher vorzugsweise zu vermeiden. Als günstige Widerstandstypen haben sich insbesondere drahtgewickelte oder Metallfilm-Widerstände erwiesen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Es zeigen:
  • 1: eine erfindungsgemäße Strombegrenzungsschaltung,
  • 2: eine Strombegrenzungsschaltung nach dem Stand der Technik
  • 3: eine doppelte, verschachtelte Strombegrenzungsschaltung.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Strombegrenzungsschaltung 100. Die Schaltung 100 ist geeignet, einen Strom von einer an einem Schaltungseingang 102 anschließbaren Spannungsquelle Ue zu einem an einem Schaltungsausgang 104 anschließbaren Verbraucher Ua zu leiten und auf einen zulässigen Maximalstrom zu begrenzen. Hierzu ist ein Transistor 106 vorgesehen, wobei der Stromfluss zwischen Schaltungseingang 102 und Schaltungsausgang 104 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 106 fließt. Im Normalbetrieb wird der zur Durchschaltung des Transistors 106 erforderliche Basisstrom über einen Vorwiderstand 108, der zwischen dem Schaltungseingang 102 und der Basis des Transistors 106 angeordnet ist, geliefert. Eine beispielhafte Dimensionierung des Vorwiderstandes 108 liegt im Bereich weniger kOhm, z. B. 1,5 bis 3 kOhm.
  • Zwischen dem Emitter des Transistors 106 und dem Schaltungsausgang 104 ist ein Messwiderstand 110 angeordnet. Eine typische Dimensionierung für den Messwiderstand 110 liegt im Bereich weniger Ohm, z. B. etwa 10 Ohm. Beiderseits des Messwiderstandes 110 sind zwei Zweige 112, 114 eines Spannungsabgriffs zur Erfassung des Spannungsabfalls über dem Messwiderstand 110 angeschlossen.
  • Der eingangsseitig des Messwiderstandes 110 angeordnete Abgriffszweig 112 ist mit dem Referenzeingang eines Shunt-Reglers 116, der auch als regelbare Diode 116 bezeichnet werden kann, verbunden. Der ausgangsseitig des Messwiderstandes 110 angeordnete Abgriffszweig 114 ist mit der Anode des Shunt-Reglers 116 verbunden. Die Kathode des Shunt-Reglers 116 ist mit der Basis des Transistors 106 verbunden. Als Shunt-Regler eignet sich beispielsweise ein unter der Bezeichnung TLV413A erhältliches Bauteil der Fa. Semiconductor Components Industries, LLC. Insoweit entspricht die erfindungsgemäße Schaltung 100 der zuvor bereits erläuterten gattungsgemäßen Schaltung 200.
  • Erfindungsgemäß ist die Schaltung 100 gegenüber dem Stand der Technik um einen zusätzlichen, vergleichsweise hochohmigen Strompfad erweitert, der den Transistor 106 zwischen dem Schaltungseingang 102 und dem Messwiderstand 110 umgeht. Kernstück des zusätzlichen Strompfades ist ein zusätzlicher Shunt-Regler 118, der parallel zu dem Transistor 106 in Sperrrichtung geschaltet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist sein Referenzeingang zu seiner Kathode rückgekoppelt. Dem zusätzlichen Shunt-Regler 118 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Zusatz-Vorwiderstand 120a vorgeschaltet und ein Zusatz-Messwiderstand 120b nachgeschaltet, wobei letzterer in den Spannungsabgriffszweig 112 integriert ist. Als zusätzlicher Shunt-Regler eignet sich beispielsweise ein unter der Bezeichnung TLV431A erhältliches Bauteil der Fa. Semiconductor Components Industries, LLC. Eine typischer Dimensionierung der Widerstände 120a und 120b sind z. B. einige kOhm für den Zusatz-Vorwiderstand 120a z. B. 4,7 kOhm, und einige 100 Ohm für den Zusatz-Messwiderstand 120b, z. B. 380 Ohm.
  • Im Normalbetrieb, d. h. wenn die Stromanforderung des Verbrauchers in typischen und unkritischen Größenbereichen liegt, fließt der angeforderte Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistor 106 und den Messwiderstand 110. Der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 110 wird dabei über die Abgriffszweige 112, 114 von dem Shunt-Regler 116 erfasst. Bei Normalbetrieb liegt die abgegriffene Spannung unterhalb der Referenzspannung des Shunt-Reglers 116, so dass an dessen Kathode kein Strom fließt. Der Zusatz-Messwiderstand 120b ist für den Shunt-Regler 116 „unsichtbar", da aufgrund der Hochohmigkeit des Referenzeingangs des Shunt-Reglers 116 nahezu kein Strom durch den Zusatz-Messwiderstand 120b fließt, der eine messbare Änderung des erfassten Spannungsabfalls bewirken könnte.
  • Im Fall einer übermäßigen Stromanforderung (größer als der eingestellte Maximalstrom), z. B. im Fall eines Kurzschlusses im Verbraucher, steigt der Spannungsabfall über dem Transistor 106. Entsprechend stiegt der Spannungsabfall über dem zusätzlichen Shunt-Regler 118 und wird zwischen dessen Anode und Referenzeingang erfasst. Sobald der von dem zusätzlichen Shunt-Regler 118 erfasste Spannungsabfall eine vorgegebene Referenzspannung des zusätzlichen Shunt-Reglers 118 übersteigt, was günstigerweise erfolgt bei Fluss des zulässigen Maximalstroms, schaltet dieser durch, so dass ein Strom durch die Widerstände 120a und 120b fließt. Der Stromfluss durch den Zusatz-Messwiderstand 120b führt zu einem Spannungsabfall, der sich aus „Sicht" des ersten Shunt-Reglers 116 zu dem über dem Messwiderstand 110 erfassten Spannungsabfall addiert. Entsprechend stark steuert der erste Shunt-Regler 116 die Basis des Transistors 106 auf einen reduzierten Strom unterhalb des zulässigen Maximalstroms an. Der Strom durch den Transistor 106 und damit dessen Leistungsaufnahme werden auf diese Weise auf ein dauerhaft von dem Transistor 106 tolerierbares Maß reduziert. Im Fall eines dauerhaften Kurzschlusses aufgrund eines Defektes im Verbraucher läuft der Transistor 106 nicht Gefahr, durchzubrennen. Im Fall eines nur kurzfristigen Kurzschlusses geht die Schaltung 100 unmittelbar nach dem Ende des Kurzschlusses wieder in den Normalbetrieb über, wenn nämlich der Spannungsabfall über den zusätzlichen Shunt-Regler 118 dessen Referenzspannung wieder unterschreitet. Insbesondere ist es nicht erforderlich, Wartungsarbeiten an der Strombegrenzungsschaltung 100 durchzuführen, wie dies beim Notöffnen mechanischer Schalter beispielsweise aufgrund eines Thermofühlersignals erforderlich wäre.
  • 3 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Wesentlichen zwei Schaltungen gemäß 1 seriell hintereinander geschaltet sind. Die in 3 gewählten Bezugszeichen entsprechen denjenigen in 1, wobei die Elemente der zweiten Schaltung mit einem „'" gekennzeichnet sind. Im Unterschied zu einer reinen Hintereinanderschaltung zweier identischer Schaltungen gemäß 1 nutzen beide Teilschaltungen des Schaltungssystems von 3 den Messwiderstand 110 gemeinsam. Das heißt die Spannungsabgriffe 112/114 und 112'/114' greifen den Spannungsabfall über den gemeinsamen Messwiderstand 110 parallel ab und führen die Messspannung ihren jeweiligen Teilschaltungen zu. Auf diese Weise wird das Erfordernis zweier unabhängiger Strombegrenzungsschaltungen, das wesentliches Element beim Betrieb von elektrischen Verbrauchern in explosionsgefährdeten Umgebungen ist, erfüllt, ohne dass die Verlustleistung mit den Teilschaltungen verdoppelt werden würde.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in 1 gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Licht der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere kann die Dimensionierung und Auswahl der einzelnen Bauteile auf den jeweiligen Einzelfall zugeschnitten werden. Auch versteht es sich für den Fachmann, dass die Elemente der dargestellten Ersatzschaltbilder nicht zwingend mit konstruktiven Elementen einer realen Schaltung übereinstimmen müssen. Insbesondere können beispielsweise als einzelne Elemente gezeigte Widerstände tatsächlich aus einer Vielzahl geeignet geschalteter Einzelkomponenten bestehen. Auch zusätzlich Elemente, wie beispielsweise Kondensatoren zur Vermeidung von Schwingungen oder zum Puffern von Spannungsspitzen können in die Schaltung eingebracht werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • 100
    Strombegrenzungsschaltung
    102
    Schaltungseingang
    103
    Stromleitung
    104
    Schaltungsausgang
    200
    Strombegrenzungsschaltung
    202
    Schaltungseingang
    203
    Stromleitung
    204
    Schaltungsausgang
    100, 100'
    Strombegrenzungsteilschaltung
    106, 106'
    Transistor
    108, 108'
    Vorwiderstand
    110
    Messwiderstand
    112, 112'
    Spannungsabgriffszweig
    114, 114'
    Spannungsabgriffszweig
    116, 116'
    Shunt-Regler
    118, 118'
    zusätzlicher Shunt-Regler
    120a, 120a'
    Zusatz-Vorwiderstand
    120b, 120b'
    Zusatz-Messwiderstand
    200, 200'
    Strombegrenzungsschaltung
    210, 210'
    Messwiderstand
    212, 212'
    Spannungsabgriffszweig
    214, 214'
    Spannungsabgriffszweig

Claims (7)

  1. Strombegrenzungsschaltung (100), die einen elektrischen Strom von einer Spannungsquelle zu einem Verbraucher auf einen vorbestimmten Maximalstrom begrenzt, umfassend – einen in eine Stromleitung (103) zwischen einem Schaltungseingang (102) und einem Schaltungsausgang (104) eingekoppelten Messwiderstand (110), – einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe mit dem Messwiderstand (110) in die Stromleitung (103) eingekoppelten Transistor (106), dessen Basis über einen Vorwiderstand (108) mit der Stromleitung (103) verbunden ist, und – einen Shunt-Regler (116) mit einer Anode, einem Referenzeingang und einer Kathode, wobei die Kathode mit der Basis des Transistors (106) verbunden ist und die Anode und der Referenzeingang einen Spannungsabgriff über dem Messwiderstand (110) bilden, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, hochohmigen Strompfad parallel zu dem Transistor (106), umfassend – ein in Sperrrichtung geschaltetes Bauteil mit Diodencharakteristik und – einen Zusatz-Messwiderstand (120b), wobei der Zusatz-Messwiderstand (120b) in den Spannungsabgriff integriert ist.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bauteil mit Diodenkennlinie ein Zusatz-Vorwiderstand (120a) vorgeschaltet ist.
  3. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit Diodenkennlinie eine Z-Diode ist.
  4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit Diodenkennlinie ein weiterer Shunt-Regler (118) ist.
  5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzeingang des weiteren Shunt-Reglers (118) zu seiner Kathode rückgekoppelt ist.
  6. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand als drahtgewickelter oder Metallfilm-Widerstand ausgebildet ist.
  7. Schaltungssystem, umfassend wenigstens zwei Strombegrenzungsschaltungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, deren Transistoren mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei die von den Anoden und Referenzeingängen beider Schaltungen gebildeten Spannungsabgriffe den Spannungsabfall über demselben Messwiderstand abgreifen.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014208139A1 (de) * 2014-04-30 2015-11-05 Robert Bosch Gmbh Steuervorrichtung für einen Elektromotor, Fahrzeug und Verfahren
CN106093580A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 国家电网公司 一种变压器直阻测量快速放电电路
CN106300312A (zh) * 2016-09-14 2017-01-04 海南电网有限责任公司海口供电局 一种变压器直阻测量双回路放电电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3814251C1 (en) * 1988-04-27 1989-06-22 Bicc-Vero Elektronics Gmbh, 2800 Bremen, De Protective circuit for capacitive loads
WO2000017981A1 (de) * 1998-09-22 2000-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungseinrichtung für schutzgeräte von schaltanlagen
US20040080892A1 (en) * 2002-10-24 2004-04-29 Vlad Popescu-Stanesti Battery over voltage and over current protection circuit and adjustable adapter current limit circuit

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3303388A (en) * 1964-07-27 1967-02-07 James A Means Solid state circuit breaker
US3643151A (en) * 1969-09-17 1972-02-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Overcurrent proof constant voltage
DE2411633C3 (de) * 1974-03-12 1981-06-19 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung
US4161760A (en) * 1978-05-22 1979-07-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Short circuit protection of regulated power supplies
DD145352A1 (de) * 1979-08-01 1980-12-03 Ludwig Muschke Schaltungsanordnung zur strombegrenzung
US4530023A (en) * 1983-06-27 1985-07-16 Motorola, Inc. Solid state interrupt circuit
JPS6258709A (ja) * 1985-09-06 1987-03-14 Alps Electric Co Ltd トランジスタ保護回路
DE3622268C1 (de) * 1986-07-03 1988-02-11 Stahl R Schaltgeraete Gmbh Sicherheitsbarriere
US5550700A (en) * 1994-10-07 1996-08-27 Lucent Technologies Inc. Interchange circuit overload protection using driver current limiting

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3814251C1 (en) * 1988-04-27 1989-06-22 Bicc-Vero Elektronics Gmbh, 2800 Bremen, De Protective circuit for capacitive loads
WO2000017981A1 (de) * 1998-09-22 2000-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungseinrichtung für schutzgeräte von schaltanlagen
US20040080892A1 (en) * 2002-10-24 2004-04-29 Vlad Popescu-Stanesti Battery over voltage and over current protection circuit and adjustable adapter current limit circuit

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