DE1061420B - Schutzeinrichtung fuer Schalttransistoranordnungen - Google Patents

Schutzeinrichtung fuer Schalttransistoranordnungen

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DE1061420B
DE1061420B DEL30299A DEL0030299A DE1061420B DE 1061420 B DE1061420 B DE 1061420B DE L30299 A DEL30299 A DE L30299A DE L0030299 A DEL0030299 A DE L0030299A DE 1061420 B DE1061420 B DE 1061420B
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DE
Germany
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switching
current
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transistors
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DEL30299A
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Inventor
Dr-Ing Wilfried Fritzsche
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0826Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/29Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation

Description

Die nachstehend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für Schalttransistoranordnungen, die es ermöglicht, auch bei Verbrauchern, die Überströme hervorrufen können, die Schalttransistoren fast bis zur Grenze ihrer Leistungsfähigkeit auszunutzen. .
Will man größere Leistungen stufenlos mittels Schalttransistoranordnungen steuern oder regeln, so wird die Leistung durch die Strom-Spannungs-Belastbarkeit der Transistoren begrenzt. Die heute verfügbaren Transistoren zwingen daher zu einer sparsamen Auslegung der Leistung. Besondere Schwierigkeiten treten auf, wenn die Verbraucher Überströme hervorrufen können. Das ist beispielsweise bei Gleichstromnebenschlußmotoren im Ankerkfeis der Fall.
Fig. 1 zeigt vereinfacht ein entsprechendes Schaltbild. Der Ankerkreis eines fremderregten Gleichstromnebenschlußmotors 1 ist über die Drosselspule 2 mit zwei Schalttransistoren 3 und 4 verbunden. Diese werden aus den Batterien 5 und 6 gespeist. Durch die Steuereinrichtung^ werden die Schalttransistoren 3 und 4 abwechselnd geöffnet und geschlossen. Das Steuerglied enthält dabei die Spannungsquellen für die Basisspannungen der Schalttransistoren 3 und 4. Die Schaltung ist in der Weise ausgeführt, daß jeweils die Basis des einen Schalttransistors an einer Spannung liegt, die einen Stromfluß durch ihn ermöglicht (geschlossener Zustand), und die Basis des anderen Schalttransistors an einer Spannung liegt, die einen Stromfluß durch ihn verhindert (offener Zustand). Die Zeitdauer, während der jeweils der eine Zustand andauert, ist einstellbar.
Diese Aufgabe kann z. B. von monostabilen Kippschaltungen ausgeführt werden, die annähernd rechteckförmige Impulsspannungen abgeben. Eine bekannte Ausführung derartiger monostabiler Kippschaltungen besteht beispielsweise aus zwei in Gegentaktschaltung betriebenen Elektronenröhren, Transistoren od. dgl., deren Ausgänge auf die Steuereingänge des jeweils anderen Gliedes über Kondensatoren rückgekoppelt sind. Durch Wahl der Zeitkonstanten hat man es in der Hand, die Art der Kippschwingungen vorzugeben.
Entsprechend dem Umschaltrhytmus wechselt die Spannung zwischen den Punkten 8 und 9 ihre Polarität. Durch Veränderung der Länge der Zeitintervalle, in denen die Schalttransistoren geöffnet bzw. geschlos-■ sen sind, läßt sich stufenlos die mittlere Spannung an den Punkten 8 und 9 zwischen einem positiven und negativen Maximalwert verändern. Ein Beispiel für einen derartigen Spannungsverlauf ist in Fig. 2 dargestellt. Wird nun die maximale Spannung auf den stillstehenden Motoranker geschaltet, so tritt bei dem in Fig. 2 dargestellten Spannungsverlauf ein Strom auf, der der strichpunktierten Kurve 23 in Fig. 3 .ent-.
Schutzeinrichtung
für Schalttransistoranordnungen
Anmelder:
LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H.r Hamburg 36r Hohe Bleichen 22
Dr.-Ing. Wilfried Fritzsche, Berlin-Charlottenburg,
ist als Erfinder genannt worden
spricht. Dabei wird der Maximalstrom, der für die Schalttransistoren zulässig ist, weit überschritten. In Fig. 3 ist die Größe dieses Maximalstromes durch die Linie 24 angedeutet. Die Überschreitung dieses Maximalstromes wird in den meisten Fällen zur Zerstörung der Schalttransistoren führen.
■ Diese Gefahr wird durch die Schutzeinrichtung für Schalttransistofanordnungen nach der Erfindung vermieden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen Steuerglied und Schalttransistoren stromabhängig gesteuerte Schaltglieder gelegt sind, die den Steuerfluß unterbrechen und damit die Schalttransistoren öffnen, sobald der für die Schalttransistoren zulässige Maximalstrom überschritten wird.
In der Schaltung nach Fig. 1 sind diese Schaltglieder mit 12 und 13 bezeichnet. Sie messen beispielsweise die Spannungen an den Widerständen 10 und 11 und unterbrechen den Steuerfluß zwischen der Steuereinrichtung 7 und dem Schalttransistor, wenn er einen zu großen Strom führt. Die Unterbrechung des Steuerflusses führt zum öffnen des Schalttransistors und damit zur Unterbrechung des Stromes durch ihn. Dies ist in Fig. 3 durch die ausgezogene Linie 14 angedeutet. Hat das Schaltglied eine Hysterese, so entsteht in Verbindung, mit der Drosselspule 2 ein perio-
■45 disches Ein- und Ausschalten. Diese Periode überlagert sich der normalerweise gewollten Schaltperiode
; und bewirkt so ein von der übrigen Regelung völlig ' unabhängiges Begrenzen des Stromes auf einen ge- :: wünschten Maximalwert. Die dabei entstehende Spannungskurve ist in Fig. 4 dargestellt.
Würde man denselben Zweck regelungstechnisch er-· reichen wollen, indem man den Strom im Motor mißt und auf die gemeinsame Steuervorrichtung 7 wirken
läßt, so ließe sich infolge der auftretenden großen Zeit-
909 577/327
• konstanten eine schnelle Regelung kaum erreichen. Das unmittelbare Eingreifen an der Quelle des Stromes bewirkt daher eine wesentliche Verbesserung der bisherigen Möglichkeiten.
Die Schaltglieder zum Schalten des Steuerflusses können beispielsweise aus bistabilen Kippstufen bestehen. Dies sind bekannte Schaltungen mit zwei Transistoren, die über Widerstände derart aufeinander rückgekoppelt sind, daß entweder der eine oder der andere" stromleitend ist. Im vorliegenden Fall wird man diese Schaltung durch die an den Widerständen 10 bzw. 11 auftretende. Spannung steuern. Ist die Spannung an den Widerständen kleiner als die zulässige Spannung,, so wird bei entsprechender Auslegung der Transistor stromleitend gesteuert,, der mit der Basis der Schalttransistoren verbunden ist. Überschreitet die Spannung den zulässigen Wert, so kippt die Schaltung um, d. h., der bisher stromführende Transistor wird stromsperrend und der andere Transistor, der nicht den Strom für den Schalttransistor führt, stromleitend.
Man kann hierfür auch Triggerschaltungen in Verbindung mit Torschaltungen verwenden. Triggerschaltungen sind quasi monostabile Kippschaltungen ebenfalls mit zwei Transistoren, bei denen der Ausgang eines ersten Transistors beispielsweise über einen Widerstand und über einen Kondensator auf den Steuereingang eines zweiten Kondensators rückgekoppelt ist. Überschreitet die Steuerspannung an dem ersten Transistor einen vorgegebenen Wert,, so wird er stromleitend, während der zweite Transistor, der bis dahin stromleitend war, stromsperrend wird. Die Spannung an einem im Ausgangskreis dieses Transistors liegenden Widerstand kann dann im Steuerkreis der Schalttransistoren liegende Transistoren öffnen oder schließen. Diese Transistoren bilden in Verbindung mit den zu ihrer Steuerung erforderlichen Spannungen die Torschaltung, da durch sie der Steuerfluß für die Schalttransistoren geführt werden muß. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Schaltglieder zum stromabhängigen Unterbrechen des Steuerflusses unabhängig von dem Schaltsatz zur Spannungsregelung sind.
Die Batterien 5 und 6 sind bei dem Beispiel nach Fig. 1 als Akkumulatoren angenommen. In der praktischen Ausführung ist dies nicht zweckmäßig, da man den Verbraucher an das Netz anschließen will. Akkumulatoren haben jedoch gegenüber Gleichrichtergeräten den Vorteil, daß sie auch Strom aufnehmen können. Dies ist bei der Schaltung nach Fig. 1 jeweils beim Abbremsen der Fall. Es ist gerade ein besonderer Vorteil dieser Schaltung, daß durch die Strombegrenzungssteuerung ein Abbremsen mit der maximal gewünschten Stromstärke bei jeder Spannung erfolgen kann.
In Fig. 5 ist nun eine Gleichrichterschaltung dargestellt, die durch einen zurückfließenden Strom nicht zerstört wird und daher an die Stelle der Batterien 5 und 6 treten kann. Eine Wechselspannung 15 speist über einen Gleichrichter 16 einen Verbraucher, der an den Klemmen 17 angeschlossen wird. Ein Kondensator 18 dient zur Glättung. Kommt nun Strom im Rücklieferungsfall in umgekehrter Richtung auf die Gleichrichteranordnung, so könnte der Gleichrichter 16 beschädigt werden. Die Spannung am Kondensator 18 würde stetig steigen. Dies wird nun durch den Transistor 19 und den Widerstand 20 verhindert. Der Widerstand muß so bemessen sein, daß er den höchstvorkommenden Rückstrom bei der Nennspannung führen kann. Beim Überschreiten der normalen Leerlaufspannung wird nun der Transistor 19 über den Widerstand 21 durch die monostabile Kippstufe 22 so gesteuert, daß er Strom hindurchläßt. Jetzt wird in ähnlicher Weise, wie es in Fig..3 dargestellt ist, der Strom entsprechend der Entladungszeitkonstante des Kondensators 18 in Verbindung mit dem Widerstand 20 sinken. Kommt er unter die untere Spannungsansprechwelle der Kippstufe 22, so wird der Tran-
ao sistor 19 wieder ausgeschaltet. Es wird also ein Pendeln um den normalen Betriebszustand vorkommen. Die untere Ansprechwelle der Kippstufe 22 wird dabei natürlich über die normale Leerlaufspannung des Gerätes gelegt.
Die in Fig. 1 gezeigte Gegentaktschaltung ist nur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Besondere zweckmäßige Anwendungen findet der Erfindungsgedanke bei Brückenschaltungen. Bei solchen Brückenschaltungen kann man je zwei diagonal gegenüberliegende Transistoren im gleichen Sinne speisen. Es sind deshalb auch die Widerstände 10 und 11 nur je einmal erforderlich. Wichtig ist dabei, daß bei dieser Schaltung Kommutierungsstromspitzen vermieden werden. Abhilfemaßnahmen dagegen sind schon an anderer Stelle vorgeschlagen worden.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Schutzeinrichtung für Schalttransistoranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuerglied und Schalttransistoren stromabhängig gesteuerte Schaltglieder gelegt sind, die den Steuerfluß unterbrechen und damit die Schalttransistoren öffnen, sobald der für die Schalttransistoren zulässige Maximalstrom überschritten wird.
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder zum Unterbrechen des Steuerflusses aus bistabilen Kippstufen bestehen.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Smitt-Trigger bekannte Schaltung in Verbindung mit der an sich bekannten Torschaltung der Zähltechnik als Schaltglied zum Unterbrechen des Steuerflusses dient.
4. Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder zum stromabhängigen Unterbrechen des Steuerflusses unabhängig von dem Schaltsatz zur Spannungsregelung sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 577/327 7.59
DEL30299A 1958-04-25 1958-04-25 Schutzeinrichtung fuer Schalttransistoranordnungen Pending DE1061420B (de)

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GB13697/59A GB902486A (en) 1958-04-25 1959-04-22 A protective circuit arrangement for a transistor switch
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GB (1) GB902486A (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1154195B (de) * 1960-12-07 1963-09-12 Westinghouse Electric Corp UEberlastungsschutz fuer Halbleiterbauelemente
DE1438675B1 (de) * 1963-07-20 1970-05-27 Bosch Gmbh Robert Schutzschaltung fuer den Haupttransistor einer Spannungsregeleinrichtung
FR2285737A1 (fr) * 1974-09-18 1976-04-16 Ibm Circuit de protection complementaire pour commande de bus commun

Cited By (3)

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DE1154195B (de) * 1960-12-07 1963-09-12 Westinghouse Electric Corp UEberlastungsschutz fuer Halbleiterbauelemente
DE1438675B1 (de) * 1963-07-20 1970-05-27 Bosch Gmbh Robert Schutzschaltung fuer den Haupttransistor einer Spannungsregeleinrichtung
FR2285737A1 (fr) * 1974-09-18 1976-04-16 Ibm Circuit de protection complementaire pour commande de bus commun

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GB902486A (en) 1962-08-01
CH373441A (de) 1963-11-30

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