DE1116784B

DE1116784B - Overload protection for electronically stabilized power supplies

Info

Publication number: DE1116784B
Application number: DEK41944A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erich Kuenneth
Original assignee: Kienzle Apparate GmbH
Current assignee: Digital Kienzle Computersysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1960-10-22
Filing date: 1960-10-22
Publication date: 1961-11-09

Description

Überlast-Sicherung für elektronisch stabilisierte Netzgeräte In vielen Geräten der Elektrotechnik werden Netzteile benötigt, die dem Verbraucher- oder Arbeitsteil des Gerätes eine stabilisierte Spannung zur Verfügung stellen. Nach dem jetzigen Stand der Technik werden dabei vorzugsweise Transistoren als Regelglieder verwendet, die gegenüber den bisher hauptsächlich gebräuchlichen Röhren beachtliche Vorteile insbesondere im Hinblick auf Wartungsfreiheit und Lebensdauer aufweisen. Transistoren sind aber leider empfindlich gegen Überlastung. So ist es verschiedentlich vorgekommen, daß selbst bei Anordnung sogenannter flinker Feinsicherungen bei einer Überlastung die Regeltransistoren bereits zerstört waren, ehe die Sicherungen ansprachen. Da im Gegensatz zum verhältnismäßig einfachen Auswechseln von Röhren ein Ersetzen zerstörter oder beschädigter Transistoren zur Zeit nur von Fachleuten vorgenommen werden kann, ist es leider eine bedauernswerte Tatsache, daß ein Gerät mit einem durch Transistoren geregelten Netzteil nach einmaliger Überlastung bereits zur Reparatur gegeben werden muß und somit längere Zeit nicht einsatzfähig ist.Overload protection for electronically stabilized power supply units In many Devices of electrical engineering are required power supplies that the consumer or Make a stabilized voltage available to the working part of the device. To the current state of the art preferably uses transistors as control elements used, which is considerable compared to the tubes that were mainly used up to now Have advantages in particular with regard to freedom from maintenance and service life. Unfortunately, transistors are sensitive to overload. It is so on various occasions it has happened that even with the arrangement of so-called nimble microfuses in one Overload the control transistors were already destroyed before the fuses responded. Since, in contrast to the relatively simple exchange of tubes, it is a replacement Destroyed or damaged transistors are currently only carried out by specialists Unfortunately, it is a unfortunate fact that a device has a Transistors regulated power supply unit for repair after a single overload must be given and is therefore not usable for a long time.

Es sind daher bereits Schutzschaltungen für Spannungsregler, die Transistoren als Regelglieder aufweisen, bekanntgeworden. Eine derartige bekannte Einrichtung ist so aufgebaut, daß die Regeltransistoren bei Auftreten einer Überlast in die Kniespannung geschaltet werden. Diese Schaltung sperrt somit die Transistoren nicht, sondern führt die Kurzschluß-Verlustleistung von den Regeltransistoren weg zu der davor liegenden Gleichspannungsquelle. Außerdem werden -dort aufwendige Spezialdioden und -transistoren benötigt, und die Schaltung kommt ohne zusätzliche Feinsicherungen nicht aus. Eine weitere bekannte Einrichtung ist so geschaltet, daß eine Überlast vom Absinken der Ausgangsspannung hergeleitet wird. Beim Eintreten eines Absinkens der Ausgangsspannung wird dort bewirkt, daß die Regelanlage ihre normale Tätigkeit unterbricht und praktisch zu einer hohen Impedanz wird. Diese indirekte Art der Sicherung l'äßt keine genaue Einstellung des höchsterlaubten Stromwertes zu, bei dessen überschreiten eine sofortige Abschaltung der Regeltransistoren eintreten muß. Dies insbesondere aus dem Grunde, da Überlastungen bereits auftreten können, ohne daß die Spannung merklich absinkt.There are therefore already protective circuits for voltage regulators, the transistors have as control members, became known. Such a known device is constructed in such a way that the regulating transistors enter the Knee voltage can be switched. This circuit does not block the transistors, but leads the short-circuit power dissipation away from the control transistors to the DC voltage source in front of it. In addition, there are complex special diodes and transistors are required, and the circuit comes without additional microfuses not from. Another known device is connected so that an overload is derived from the drop in the output voltage. When sinking occurs the output voltage is there causes the control system to carry out its normal activity interrupts and practically becomes a high impedance. This indirect type of Fuse does not allow an exact setting of the highest permissible current value if this is exceeded, the control transistors will be switched off immediately got to. This in particular for the reason that overloads can already occur without the tension dropping noticeably.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile bei Überschreiten eines einstellbaren Stromwertes die Ausgangsspannung so schnell abzuschalten, daß eine Beschädigung der Regeltransistoren mit Sicherheit vermieden wird. Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß den Regelgliedern des Netzgerätes zwei elektronische Schalter derart zugeordnet sind, daß ein Schalter bei normalem Betrieb mit eingeschaltet ist und durch eine Überlast abgeschaltet wird und dabei der zweite Schalter eingeschaltet wird, wodurch auf Grund seiner Einschaltung die Regelglieder abgeschaltet werden. Dabei wird die Schaltung vorzugsweise so ausgelegt, daß der zweite Schalter nach seiner Einschaltung dem ersten Schalter die zu dessen Wiedereinschaltung notwendige Steuerspannung entzieht.It is therefore the object of the present invention to avoid it the aforementioned disadvantages when an adjustable current value is exceeded Switch off the output voltage so quickly that the control transistors are damaged will certainly be avoided. This is achieved according to the invention in that the control elements of the power supply unit are assigned two electronic switches in this way are that a switch is switched on during normal operation and by a Overload is switched off and the second switch is switched on, whereby due to its activation, the control elements are switched off. The Circuit preferably designed so that the second switch after it has been switched on withdraws the control voltage required to switch it on again from the first switch.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfmdung ist dabei die Anordnung so getroffen, daß ein von dem zweiten Schalter unabhängiges, vorzugsweise manuell zu bedienendes Schaltglied vorgesehen ist, welches bei Betätigung dem ersten Schalter eine Einschalt-Steuerspannung zuführt. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.According to a preferred embodiment of the invention, the Arrangement made so that an independent of the second switch, preferably manually operated switching element is provided, which when actuated the first Switch supplies a switch-on control voltage. Further features of the invention are contained in the subclaims.

Nachstehend werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung an- Hand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The following is the structure and operation of the invention on the basis of two exemplary embodiments with reference to the drawings explained.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines stabilisierten Netzteiles mit einem elektronischen überstromschalter, Fig.2 eine schaltungsgemäße Abwandlung des elektronischen überstromschalters.Fig. 1 shows a circuit diagram of a stabilized power supply with a electronic overcurrent switch, Fig.2 a circuit modification of the electronic overcurrent switch.

Die Regelglieder des Netzteiles sind gemäß der Fig. 1 in der Hauptsache die drei Transistoren TA, TS und TR. Der Transistor TA dient dabei der Impedanzerhöhung für den Eingangswiderstand der Regelstrecke,. die aus den Transistoren TA und TR gebildet wird. Der Transistor TS bewirkt eine Verstärkung der Regelabweichung der Ausgangsspannung. Der Transistor TR seinerseits arbeitet als veränderbarer Widerstand und wird von dem Tranisstor Ts über den Transistor TA gesteuert. Bei normalem Betrieb sind die drei Transistoren Ts, TA und TR leitend und bewirken, daß an der Ausgangsklemme 1 eine geregelte Spannung -U" bereitsteht. Eine an einer Klemme 2 zugeführte Vergleichsspannung -E- UZ bestimmt die Größe der geregelten Verbrauchsspannung - U" und dient gleichzeitig als Vorspannung für die Transistoren. Die Ausgangsspannung U" kann mittels eines Potentiometers P1 in gewissen Grenzen variiert werden.According to FIG. 1, the control elements of the power supply are mainly the three transistors TA, TS and TR. The transistor TA serves to increase the impedance for the input resistance of the controlled system. which is formed from the transistors TA and TR. The transistor TS increases the control deviation of the output voltage. The transistor TR in turn works as a variable resistor and is controlled by the Tranisstor Ts via the transistor TA. During normal operation, the three transistors Ts, TA and TR are conductive and cause a regulated voltage -U "to be available at output terminal 1. A comparison voltage -E- UZ applied to terminal 2 determines the size of the regulated consumption voltage - U" and also serves as a bias voltage for the transistors. The output voltage U ″ can be varied within certain limits by means of a potentiometer P1.

Zu dem Zweck, das Netzteil automatisch bei Überlastung abzuschalten, sind weiterhin zwei Transistoren T1 und T2 vorgesehen, die entweder gemäß der Fig. 1 oder gemäß der Fig. 2 in das Netzteil eingeschaltet werden. über ein Potentiometer P2 wird der Schwellwert eingestellt, bei dessen überschreitung die automatische Abschaltung wirksam werden soll. Die Arbeitsweise ist folgende: Im Normalbetrieb ist der Transistor T1 leitend, solange der über einen Widerstand R1 fließende Strom unter dem durch das Potentiometer P2 voreingestellten Höchstwert bleibt. Der Transistor T2 ist gesperrt, da seine Basis positiv ist. Es muß hier eingefügt werden, daß bei den Ausführungsformen gemäß der Fig. 1 und 2 die verwendeten Transistoren sämtlich solche des Typs p-n-p sind, die bekanntermaßen durch eine positive Basisspannung gesperrt werden.For the purpose of automatically switching off the power supply unit in the event of overload, two transistors T1 and T2 are also provided, which either according to FIG. 1 or as shown in FIG. 2 in the power supply unit. via a potentiometer P2 the threshold is set; if it is exceeded, the automatic Shutdown should take effect. The mode of operation is as follows: In normal operation the transistor T1 is conductive as long as the current flowing through a resistor R1 remains below the maximum value preset by potentiometer P2. The transistor T2 is locked because its base is positive. It must be added here that at the embodiments according to FIGS. 1 and 2 all of the transistors used those of the p-n-p type are known to have a positive base voltage be blocked.

Die bei dem Eingang 3 zugeführte ungeregelte Spannung - U, wird mittels der Transistoren Ts, TA und TR als geregelte Spannung - U" an der Klemme 1 dem Verbraucher zur Verfügung gestellt. The unregulated voltage - U supplied at input 3 is made available to the consumer as a regulated voltage - U "at terminal 1 by means of transistors Ts, TA and TR.

Wird nun aus der Klemme 1 ein größerer Strom entnommen, als am Potentiometer P2 entsprechend dem verwendeten Transistortyp voreingestellt worden ist, so wird der Transistor T1 an der Basis positiv und ,schließt. Dadurch wird der Transistor T2 an der Basis negativ, wird also leitend und geht sofort in die Kniespannung.If a higher current is drawn from terminal 1 than at the potentiometer P2 has been preset according to the transistor type used, then the transistor T1 positive at the base and closes. This will make the transistor T2 negative at the base, so it becomes conductive and immediately goes into knee voltage.

Die Ausgangsspannung -U" wird über diesen Transistor T2 auf 0 Volt heruntergeschaltet. Da nun an der Basis des Transistors T1, also an beiden Eingängen des Potentiometers P2 0 Volt liegen, bleibt dieser gesperrt. Da gleichfalls an den Basen der Transistoren TA und TR nur noch 0 Volt zur Verfügung stehen, schließen auch diese. Danach schließt der Transistor TS, weil seine Basis durch die positive Vergleichsspannung UZ positiv wird. Das Netzteil ist abgeschaltet und eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Transistoren TA, TR und TS sicher vermieden. Der Transistor T2 bleibt leitend, bis mittels einer manuell zu bedienenden Taste HT die am Eingang 3 stehende Spannung - U, direkt über einen Widerstand R2 an die Basis des Transistors T1 gelegt wird. Damit wird der Transistor T1 wieder leitend. Der Transistor T2 schließt und somit werden die Transistoren TA, TR und Ts wieder leitend, so daß die Stromversorgung über die Ausgangsklemme 1 wieder gewährleistet ist.The output voltage -U "is switched down to 0 volts via this transistor T2. Since there are now 0 volts at the base of the transistor T1, that is to say at both inputs of the potentiometer P2, it remains blocked If 0 volts are still available, these also close. Then the transistor TS closes because its base becomes positive due to the positive comparison voltage UZ. The power supply unit is switched off and damage or even destruction of the transistors TA, TR and TS is reliably avoided. The transistor T2 remains conductive until the voltage at input 3 - U, is applied directly to the base of transistor T1 via a resistor R2 by means of a manually operated key HT. This makes transistor T1 conductive again. Transistor T2 closes and thus becomes the transistors TA, TR and Ts conductive again, so that the power supply via the output terminal 1 is guaranteed again.

Die Einstellung des zugelassenen Höchststromes muß nicht unbedingt am Potentiometer P2 gewählt werden. Sie kann mit gleicher Wirkung am Widerstand R1 eingestellt werden, wobei dann R1 ein Regelwiderstand sein muß.It is not absolutely necessary to set the maximum permitted current can be selected on potentiometer P2. It can have the same effect on the resistance R1 can be set, where R1 must then be a variable resistor.

Bei der soeben erläuterten Schaltung gemäß der Fig. 1 kann auch nach dem automatischen Abschalten noch ein geringer Reststrom über die Ausgangsklemmen 1 und 4 fließen, wobei 4 die Klemme für 0 Volt ist. Dieser Reststrom ist dadurch möglich, daß ein sicheres und vollständiges Schließen der Transistoren TA und TR mit der Kniespannung von T2 an der Basis nicht gewährleistet ist. Sofern ein solcher Reststrom unerwünscht ist, muß die Schaltung so abgewandelt werden, wie dies die Fig. 2 zeigt. Der Emitter des Transistors T2 liegt hier an einer geringen positiven Vorspannung über ein Potentiometer P3, das vorzugsweise so eingestellt wird, daß diese Emittervorspannung ungefähr ein Fünftel der Vorspannung UZ an der Klemme 2 beträgt. Dadurch werden die Basen der Transistoren TA und TR nach dem Abschalten des Transistors T1 und dem darauf folgenden Einschalten des Transistors T2 leicht positiv, so daß sie sicher gesperrt sind. Bei dieser Anordnung kann kein Reststrom nach dem Abschalten der Regelglieder TA, TS und TR mehr über die Klemmen 1 und 4 fließen.In the circuit according to FIG. 1 just explained, a small residual current can still flow via the output terminals 1 and 4 even after the automatic switch-off, with 4 being the terminal for 0 volts. This residual current is possible because a safe and complete closing of the transistors TA and TR with the knee voltage of T2 at the base is not guaranteed. If such a residual current is undesirable, the circuit must be modified as shown in FIG. The emitter of transistor T2 is connected to a slight positive bias voltage via a potentiometer P3, which is preferably set so that this emitter bias voltage is approximately one fifth of the bias voltage UZ at terminal 2. As a result, the bases of the transistors TA and TR become slightly positive after the transistor T1 is switched off and the transistor T2 is subsequently switched on, so that they are reliably blocked. With this arrangement, no residual current can flow via terminals 1 and 4 after the control elements TA, TS and TR have been switched off.

In der dargestellten Einrichtung gemäß der Fig. 1 und 2 ist das Netzteil beim Anschalten des Stromes noch nicht betriebsbereit. Es bedarf einer besonderen Einschaltung durch Betätigen der Starttaste Hr. Falls dies unerwünscht ist, kann an Stelle der Taste HT ein Relais gesetzt werden, welches beim Anschalten des Stromes kurzzeitig anzieht und somit automatisch die Verbindung von - U, zur Basis des Transistors T1 herstellt. Dieses Relais kann ein Zeitrelais sein, welches nach entsprechend kurzem Anziehen automatisch wieder abfällt, oder es kann ein Relais mit zwei Wicklungen gewählt werden, bei dem die Anzugwicklung Strom erhält, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, und die zweite Wicklung die Relaiskontakte wieder öffnet, wenn der Transistor T1 leitend geworden ist.In the device shown in FIGS. 1 and 2, the power supply unit is not yet ready for operation when the power is switched on. A special activation is required by pressing the start button Hr. If this is undesirable, a relay can be set in place of HT button, which briefly draws when turning on the current and thus automatically the connection of - U, establishes the base of transistor T1. This relay can be a time relay, which automatically drops out after a short pull-in, or a relay with two windings can be selected in which the pull-in winding receives current when the power supply is switched on and the second winding opens the relay contacts again when the transistor T1 has become conductive.

Eine erheblich einfachere Anordnung zum Einschalten bildet ein RC-Glied (wie dies in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist), das zwischen der Klemme 3 und der Basis von T1 vorzusehen ist und die beim Einschalten exponentiell ansteigende Spannung U, als öffnungs-Spannungsstoß auf die Basis von T1 führt.An RC element forms a considerably simpler arrangement for switching on (as indicated by dashed lines in Fig. 2), between the terminal 3 and the base of T1 is to be provided and the exponentially increasing when switched on Voltage U, as an opening voltage surge on the basis of T1.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Overload protection for electronically stabilized Power supply units, characterized in that the control elements have two electronic switches are assigned in such a way that a switch (T1) - is also switched on during normal operation - is switched off by an overload and thereby switches on the second switch (T2), which switches off the control elements due to its activation.

2. Overload protection according to claim 1, characterized in that the circuit is designed so that the second switch (T2) after being switched on to the first switch (T1) whose restart removes the necessary control voltage.

3. Overload protection according to claims 1 and 2, characterized in that one of the second switch (T2) an independent, preferably manually operated switching element is provided, which, when actuated, supplies a switch-on control voltage to the first switch (T1).

4. overload protection according to claims 1 to 3, characterized in that the Switches (T1 and T2) and the control elements (TA, TR, Ts) are transistors.

5. Overload protection according to claims 1 to 3, characterized in that. Switches and control elements Electron tubes are. 6. Overload protection according to the claims 1 to 5, characterized in that a manually operated switching contact, z. B. a push button (HT) the control line of the first switch (T1) directly the voltage source (3) connects. 7. overload protection according to claims 1 to 5, characterized in that a relay is provided which the connection between the control line of the first switch (T) and the voltage source (3) when it is switched on and automatically disconnects after a short time. B. overload protection according to claim 7, characterized in that a relay with two windings is provided is, the one, the closing of the relay contacts causing winding when switching on the voltage source (3) receives current during the second winding from the one thereafter first switch (T1) that has become conductive is supplied with current, so that the relay contacts are thus switched on be reopened. 9. overload protection according to claims 1 to 5, characterized characterized in that an RC element between the leading the input voltage Line and the base of the first switch (T1) is provided that the switch (T1) a control voltage is applied when the power source is switched on. Into consideration Printed publications: German Auslegeschriften No. 1072714, 1093 886.