DE1084820B - Short-circuit protection circuit for transistor power supplies - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurzschlußschutzschaltung für Transistor-Netzgeräte.The invention relates to a short-circuit protection circuit for transistor power supplies.
Mit Rücksicht auf eine Überlastung des Netzgerätes selbst oder eines von dem Netzgerät gespeisten Verbrauchers sollen die dem Netzgerät entnommenen Ströme einen bestimmten Wert nicht überschreiten können. Aus diesem Grunde wird bei solchen Netzgeräten eine Strombegrenzungsschaltung verwendet, bei der im Zuge der Leitung ein Strombegrenzungstransistor liegt, der so gesteuert wird, daß der Strom einen vorgeschriebenen einstellbaren Wert nicht überschreiten kann. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei einem fortdauernden Kurzschluß dieser Begrenzungstransistor überlastet wird. Es ist daher erforderlich, bei einem fortdauernden Kurzschluß den Stromkreis vollständig zu unterbrechen. Dies kann z. B. durch eine in den Stromkreis geschaltete Sicherung mit träger Ansprechcharakteristik erfolgen. With regard to an overload of the power supply unit itself or a consumer fed by the power supply unit the currents drawn from the power supply unit should not exceed a certain value can. For this reason, a current limiting circuit is used in such power supplies, in the course of the line is a current limiting transistor, which is controlled so that the current cannot exceed a prescribed adjustable value. The disadvantage of this arrangement is in that this limiting transistor is overloaded in the event of a prolonged short circuit. It is therefore necessary to completely interrupt the circuit in the event of a prolonged short circuit. This can e.g. B. be done by a fuse connected in the circuit with a slow response characteristic.
Eine solche bekannte Schaltung zeigt Fig. 1. Darin ist 1 ein Transistor, der der Stabilisierung der Ausgangsspannung Ua des Netzgerätes dient. Er wird über seine Basiselektrode derart gesteuert, daß die Ausgangsspannung Ua von Schwankungen des Lastwiderstandes 10 und der Eingangsspannung U0 unabhängig ist. Die dieser Stabilisierung im einzelnen dienende Anordnung ist in der Fig. 1 nicht näher dargestellt, sondern nur durch den Pfeil 9 angedeutet. Der mit einem einstellbaren Vorwiderstand 3 im Zuge der Leitung liegende Begrenzungstransistor 2 dient der Kurzschlußstrombegrenzung. Der Widerstand 3 wird auf einen solchen Wert eingestellt, daß bei Strömen unterhalb des zulässigen Grenzwertes der an der Diode 4, die über den Widerstand 5 an das Emitterpotential des Stabilisierungstransistors 1 angeschlossen ist, auftretende Spannungsfall größer als der am Widerstand 3 auftretende Spannungsfall ist, wodurch das Emitterpotential des Transistors 2 gegenüber dem Basispotential positiv wird und der Transistor 2 stromdurchlässig wird.. Wächst der dem Netzgerät entnommene Strom an, so verringert sich das Emitterpotential des Transistors 2 gegenüber dem Basispotential, so daß der Transistor 2 schließlich in dem Maße sperrt, daß der dem Netzgerät entnommene Strom einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten kann. Um bei einem fortdauernden Kurzschluß eine Überlastung des Transistors 2 zu vermeiden, ist eine Sicherung 6 vorgesehen, die auf Grund ihrer trägen Charakteristik nach einer gewissen Zeit anspricht und den Kurzschlußstrom abschaltet.Such a known circuit is shown in FIG. 1. In it, 1 is a transistor which is used to stabilize the output voltage U a of the power supply unit. It is controlled via its base electrode in such a way that the output voltage U a is independent of fluctuations in the load resistor 10 and the input voltage U 0. The arrangement serving this stabilization in detail is not shown in more detail in FIG. 1, but only indicated by the arrow 9. The limiting transistor 2 with an adjustable series resistor 3 in the course of the line serves to limit the short-circuit current. The resistor 3 is set to such a value that, with currents below the permissible limit value, the voltage drop occurring at the diode 4, which is connected to the emitter potential of the stabilizing transistor 1 via the resistor 5, is greater than the voltage drop occurring at the resistor 3, whereby the emitter potential of the transistor 2 is positive compared to the base potential and the transistor 2 is current-permeable .. If the current drawn from the power supply increases, the emitter potential of the transistor 2 is reduced compared to the base potential, so that the transistor 2 finally blocks to the extent that the current drawn from the power supply unit cannot exceed a certain limit value. In order to avoid overloading the transistor 2 in the event of a persistent short circuit, a fuse 6 is provided which, due to its sluggish characteristics, responds after a certain time and switches off the short-circuit current.
Durch die Anordnung nach Fig. 1 wird erreicht, daß der dem Netzgerät entnommene Strom auf einen beliebig einstellbaren Wert begrenzt wird und daß ein Abschalten bei fortdauerndem Kurzschluß stattfindet.The arrangement according to FIG. 1 ensures that the current drawn from the power supply unit is reduced to one any adjustable value is limited and that a switch-off takes place in the event of a persistent short circuit.
Kur zs chlußs chutzs chaltung
für Transistor-NetzgeräteShort circuit protection
for transistor power supplies
Anmelder:Applicant:
LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1
Dipl.-Ing. Wolfhard Larass, Berlin-Charlottenburg,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Wolfhard Larass, Berlin-Charlottenburg,
has been named as the inventor
Das Netzgerät ist also gegenüber kurzzeitigen Kurzschlüssen unempfindlich. Das letztere ist erforderlich, weil z. B. beim Einschalten des Netzgerätes durch Kondensatoren bedingte Ladestromstöße auftreten können, die jedoch nicht zu einem Abschalten des Gerätes führen sollen. Der Nachteil der Anordnung nach Fig. 1 besteht in der Verwendung einer Sicherung, die nach jedem Auftreten eines fortdauernden Kurzschlusses erneuert werden muß.The power supply unit is therefore insensitive to brief short circuits. The latter is required because z. B. when switching on the power supply caused by capacitors charging current surges occur which, however, should not lead to the device being switched off. The disadvantage of the arrangement after Fig. 1 consists in the use of a fuse after each occurrence of a prolonged short circuit needs to be renewed.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die Kurzschlußschaltung nach Fig. 1 durch geeignete erfinderische Maßnahmen derart zu gestalten, daß bei unverändertem Kurzschlußverhalten auf die Verwendung einer Sicherung verzichtet werden kann.The object of the present invention is now to provide the short-circuit circuit according to FIG to design suitable inventive measures in such a way that the short-circuit behavior remains unchanged the use of a fuse can be dispensed with.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß parallel zu dem Begrenzungstransistor 2 ein i?C-Glied geschaltet wird und die am Kondensator dieses i?C-Gliedes im Falle eines Kurzschlusses verzögert auflaufende Spannung zur Umsteuerung einer an sich bekannten bistabilen Flip-Flop-Schaltung verwendet wird, wodurch über eine Diode der Basiselektrode des Stabilisierungstransistors 1 oder eines zusätzlichen Schalttransistors eine gegenüber der Emitterelektrode positive Spannung zugeführt wird, die den Stabilisierungstransistor bzw. den zusätzlichen Schalttransistor sperrt und damit den Kurzschlußstrom abschaltet.To solve this problem, the invention proposes that a parallel to the limiting transistor 2 i? C element is switched and the capacitor of this i? C element is delayed in the event of a short circuit accruing voltage is used to reverse a known bistable flip-flop circuit is, whereby a diode of the base electrode of the stabilization transistor 1 or an additional Switching transistor is supplied with a positive voltage compared to the emitter electrode, which blocks the stabilization transistor or the additional switching transistor and thus the short-circuit current turns off.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltungselemente 1 bis 10 entsprechen den in gleicher Weise bezeichneten Schaltungselementen in Fig. 1. Parallel zum Begrenzungstransistor 2 und dem seiner Emitterelektrode vorgeschalteten einstellbaren Widerstand 3 ist das i?C-Glied 11 und 12 geschaltet. Die am Kondensator 12 auftretende Spannung wird über einen Widerstand 13 der bekannten bistabilen Flip-Flop-Schaltung zugeführt, die aus den Schal-Fig. 2 shows an embodiment of the invention. The circuit elements 1 to 10 correspond to those in FIG similarly designated circuit elements in Fig. 1. In parallel with the limiting transistor 2 and the The adjustable resistor 3 connected upstream of its emitter electrode is connected to the IC element 11 and 12. The voltage occurring across the capacitor 12 is via a resistor 13 of the known bistable Flip-flop circuit, which consists of the switching
009 549/344009 549/344
tungselementen 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 besteht. Die bistabile Flip-Flop-Schaltung ist über die Diode 23 mit der Basis des Stabilisierungstransistors 1 verbunden.elements 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 and 22 consists. The bistable flip-flop circuit is connected to the base of the stabilization transistor 1 via the diode 23 tied together.
Die Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist folgende: Solange dem Netzgerät ein Strom unterhalb des vorgeschriebenen einstellbaren Grenzwertes entnommen wird, ist in der bistabilen Flip-Flop-Schaltung der Transistor 15 stromdurchlässig und der Transistor 14 stromundurchlässig. Das bedeutet, daß praktisch die ganze Spannung zwischen den Punkten Tc und Ta an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 14 liegt, so daß der Kollektor des Transistors 14 annähernd auf dem Potential des Punktes Ta liegt. Hierdurch wird die Diode 24 in Sperrichtung beansprucht, so daß· eine Beeinflussung des Basispotentials des Stabilisierungstransistors 1 über die Diode 23 nicht stattfinden kann. Wird dem Netzgerät ein Strom entnommen, der größer ist als der vorgeschriebene Grenzstrom (Kurzschluß), so fällt am Begrenzungstransistor 2 eine Spannung ab. Diese Spannung tritt mit einer gewissen, der Zeitkonstante des RC-Gliedes entsprechenden Verzögerung am Kondensator 12 des i?C-Gliedes auf und wird über einen Widerstand 13 der Basiselektrode des Transistors 14 zügeführt. Überschreitet diese Spannung einen bestimmten Wert, dann schaltet die bistabile Flip-Flop-Schaltung um, d. h., der Transistor 14 wird stromdurchlässig und der Transistor 15 stromundurchlässig. Dadurch wird das Kollektorpotential des Transistors 14 annähernd auf das Potential des Punktes 7 c gehoben. Dieses Potential wird in Durchlaßrichtung über die Diode 23 der Basis des Stabilisierungstransistors 1 zugeführt und macht den Stabilisierungstransistor 1 stromundurchlässig, d. h., der Kurzschlußstrom wird abgeschaltet. Die bistabile Flip-Flop-Schaltung liegt mit ihrem positiven Eingang auf dem Potential des Punktes 7 c, das gegenüber dem positiven Potential des Netzgerätes im Punkt 7 b um einige Volt höher liegt. Dies ist erforderlich, um ein vollständiges Sperren des Stabilisierungstransistors 1 zu erreichen, denn wenn der dem Netzgerät entnommene Strom Null wird, dann liegt die Emitterelektrode des Stabilisierungstransistors 1 auf dem Potential des Punktes Tb. Würde der positive Eingang der bistabilen Flip-Flop-Schaltung ebenfalls auf dem Potential des Punktes 7 b liegen, so würde infolge des Spannungsfalles am Widerstand 21 und am Transistor 14 das Kollektorpotential des Transistors 14 und damit das Basispotential des Stabilisierungstransistors 1 unterhalb des Emitterpotentials des Stabilisierungstransistors 1 liegen, d. h., eine vollständige Abschaltung des Kurzschlußstromes wäre nicht möglich.The mode of operation of the circuit according to FIG. 2 is as follows: As long as a current below the prescribed adjustable limit value is drawn from the power supply unit, the transistor 15 is current-permeable and the transistor 14 is current-impermeable in the bistable flip-flop circuit. This means that practically the entire voltage between the points Tc and Ta is applied to the collector-emitter path of the transistor 14, so that the collector of the transistor 14 is approximately at the potential of the point Ta . As a result, the diode 24 is stressed in the reverse direction, so that the base potential of the stabilizing transistor 1 cannot be influenced via the diode 23. If the power supply unit draws a current that is greater than the prescribed limit current (short circuit), a voltage drops across the limiting transistor 2. This voltage occurs with a certain delay, corresponding to the time constant of the RC element, on the capacitor 12 of the i-C element and is fed to the base electrode of the transistor 14 via a resistor 13. If this voltage exceeds a certain value, then the bistable flip-flop circuit switches over, that is, the transistor 14 becomes current-permeable and the transistor 15 becomes current-impermeable. As a result, the collector potential of the transistor 14 is raised approximately to the potential of the point 7 c . This potential is fed in the forward direction via the diode 23 to the base of the stabilization transistor 1 and makes the stabilization transistor 1 impermeable to current, ie the short-circuit current is switched off. The bistable flip-flop circuit has its positive input at the potential of point 7c, which is a few volts higher than the positive potential of the power supply at point 7b. This is necessary in order to achieve a complete blocking of the stabilization transistor 1, because if the current drawn from the power supply is zero, then the emitter electrode of the stabilization transistor 1 is at the potential of the point Tb. The positive input of the bistable flip-flop circuit would also be are at the potential of point 7b , then due to the voltage drop across resistor 21 and transistor 14, the collector potential of transistor 14 and thus the base potential of stabilizing transistor 1 would be below the emitter potential of stabilizing transistor 1, i.e. a complete shutdown of the short-circuit current would not be possible.
Will man nach Beseitigung der Kurzschlußursache das Netzgerät wieder einschalten, so muß die bistabile Flip-Flop-Schaltung in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt werden. Hierzu dient der Tastschalter 25, durch den der Basiselektrode des Transistors 14 ein gegenüber der Emitterelektrode positiver Spannungsimpuls zugeführt wird, so daß der Transistor 14 sperrt und der Transistor 15 stromdurchlässig wird.If you want to switch on the power supply again after eliminating the cause of the short circuit, the bistable must be used Flip-flop circuit can be returned to its original position. The push button switch 25 is used for this purpose, through which the base electrode of the transistor 14 a voltage pulse which is positive compared to the emitter electrode is supplied so that the transistor 14 blocks and the transistor 15 is current-permeable.
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