DE1120565B

DE1120565B - Schaltungsanordnung zur elektronischen Absicherung und Abschaltung von Stromkreisen

Info

Publication number: DE1120565B
Application number: DEST16694A
Authority: DE
Inventors: Sieghard Ulmer; Dipl-Phys Reinhold Braun
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1960-07-16
Filing date: 1960-07-16
Publication date: 1961-12-28
Also published as: GB980332A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

St 16694 VIIIb/21c

ANMELDETAG: 16. JULI 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 28. DEZEMBER 1961

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Absicherang und Abschaltung von Stromkreisen, insbesondere von elektronischen Stromkreisen. Solche Stromkreise müssen abgesichert werden, damit die darin enthaltenen Halbleiterbauelemente beim Auftreten von Störungen vor Überlastung und Zerstörung geschützt sind. Es ist jedoch erforderlich, daß im Störungsfall die Abschaltung sehr rasch erfolgt. Die bekannten Abschmelzsicherungen kommen wegen ihrer großen Auslösezeit daher hierfür nicht in Frage.

Es sind auch schon verschiedene elektronische Schaltungen bekannt, um beim Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Stromes die Verbraucher abzuschalten. Diese weisen aber alle mehr oder weniger Nachteile auf und sind nur in bestimmten Fällen anwendbar.

So ist es bekannt, einen elektrischen Stromkreis durch Vorschalten eines Schalttransistors zu schützen. Dieser Transistor wird in Abhängigkeit vom fließenden Verbraucherstrom über einen zweiten Transistor so gesteuert, daß bei Überschreiten des Nennstromes der erstgenannte Transistor gesperrt wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Spannung an den Verbrauchern sich mit dem abgegebenen Strom ändert und der Stromkreis für die Verbraucher nicht voll abgeschaltet wird. Es fließt über die Steuerschaltmittel des zweiten Transistors und die Verbraucher immer noch ein Grundstrom. Diese Anordnung läßt sich in dieser Form nicht für empfindliche elektronische Geräte einsetzen, die eine konstante Eingangsspannung voraussetzen und im Störungsfalle eine vollkommene Abschaltung des Stromkreises erfordern. Dies trifft besonders dann zu, wenn es sich um impulsförmig betriebene Geräte handelt, die so ausgelegt sind, daß die Leistungshyperbel der Halbleiter beim Betrieb durchfahren wird.

Es ist auch eine Anordnung bekannt, die Regelglieder enthält, so daß ζ. B. die Ausgangsspannung für die Verbraucher konstant gehalten wird. Überschreitet der Strom im Verbraucherkreis den vorgegebenen Wert, z. B. bei Kurzschluß des Ausganges, dann wird im Regelglied ein Halbleiter, z. B. eine hyperkonduktive Diode oder eine Doppelbasisdiode leitend und begrenzt die an den Regeltransistoren auftretende Spannung, so daß diese bis zum Auslösen der im Ausgangskreis befindlichen Schmelzsicherung nicht überlastet werden. Für vollelektronische Anlagen empfiehlt sich eine derartige Sicherang nicht, da das Auswechseln der Schmelzsicherangen nach wie vor beibehalten ist. Ein jeder Kurzschluß führt dann zur Zerstörung der Schmelzsicherung und schließt nicht aus, daß Strom-Schaltungsanordnung

zur elektronischen Absicherung

und Abschaltung von Stromkreisen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Sieghard Ulmer, Stuttgart-Zuffenhausen,

und Dipl.-Phys. Reinhold Braun, Stuttgart,

sind als Erfinder genannt worden

kreise mit zu trägen und zu großen Sicherungen abgesichert werden.

Eine andere bekannte Anordnung sieht daher im Versorgungsteil eine Flip-Flop-Stufe vor, die den im Halbkreis liegenden Stabilisierungstransistor steuert. Solange der Verbraucherstrom zulässige Werte erreicht, ist die Flip-Flop-Stufe so gestellt, daß der Stabilisierungstransistor leitend ist. Übersteigt der Verbraucherstrom den Nennwert, dann wird über eine weitere Transistoranordnung die Flip-Flop-Stufe umgesteuert, so daß der Stabilisierungstransistor gesperrt wird. Diese Anordnung weist die Vorteile auf, daß keine Schmelzsicherangen verwendet werden und sehr schnell arbeitet. Da die Zurückstellung der Flip-Flop-Stufe durch Ansteuerung über einen Tastenkontakt erfolgt, ist jedoch nicht sichergestellt, daß die Sicherung nur eingeschaltet wird, wenn die Überlast nicht mehr wirksam ist. Da die Flip-Hop-Stufe aber nicht umgesteuert wird, solange die Einschalttaste betätigt ist, wird die Stabilisierangsstufe überlastet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine vollelektronische Anordnung zur Absicherung und Abschaltung von Gleichstromkreisen anzugeben, die bis zum vorgegebenen Nennwert die Ausgangsspannung konstant hält. Beim Überschreiten des Nennwertes soll der Verbrauchstromkreis schnell und vollkommen abgeschaltet werden. Eine Einschaltung der Sicherung bei Überlast darf zu keiner Überlastung der verwendeten Bauelemente, insbesondere der Halbleiter, führen.

109 757/485

Die Erfindung zeigt nun eine Schaltungsanordnung für eine derartige Sicherung, die bis zu einem bestimmten vorgegebenen Stromwert die Ausgangsspannung konstant hält, bei Überschreitung dieses Wertes sehr rasch abschaltet und erst nach Beseitigung der Störung wieder eingeschaltet werden kann. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung erreicht dies dadurch, daß der zu schützende Stromkreis vom Ausgang eines bekannten brückengeregelten elektronischen Spannungsteiles gespeist wird, wobei in einen Zweig der Regelbrücke eine Transistorstufe eingesetzt ist, deren Steuerelektroden mit einem Pol des Ausgangskreises und einer festen Vergleichsspannung verbunden sind, und daß diese Transistorstufe, nach Überschreitung eines durch einen Widerstand des Spannungsteilers vorgegebenen Stromes im Ausgangskreis, hochohmig wird und dadurch über die Steuerstufe im Indikatorzweig der Brücke und die Rückkopplungsstufe die Abschaltung der Regelstufe des Spannungsteilers veranlaßt.

In den Fig. 1 bis 3 werden Ausführungsbeispiele gezeigt.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Absicherung einer Spannung, die gegenüber dem gemeinsamen Bezugspunkt (o, Masse) positiv ist.

Fig. 2 und 3 zeigen Schaltungsanordnungen zur Absicherung einer Spannung, die gegenüber dem gemeinsamen Bezugspunkt (o, Masse) negativ ist, wobei in

Fig. 3 für den Regeltransistor Tl eine p-n-p-Type verwendet wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel wird nun näher erläutert. Die Sicherung besteht aus einem elektronischen brückengeregelten Spannungsteiler bekannter Art, von dessen Ausgang mit konstanter Spanung UA der zu schützende Stromkreis (durch den Widerstand RL gekennzeichnet) gespeist wird. In den ZweigR4 der Regelbrücke (R 1, Rl, R3, R4) wird eine Transistorstufe T 4 eingefügt, deren Basis an einer festen Vergleichsspannung V liegt, die über die Zenerdiode GL aus der Eingangsspannung UE gewonnen wird. Der Emitter £ dieser Transistorstufe liegt an dem einen Pol des Ausgangskreises. Unter der Annahme, daß die Anordnung bereits eingeschaltet ist, kann daher der Transistor Γ 4 von der Ausgangsspannung je nach angeschalteter Last mehr oder weniger ausgesteuert werden. Demzufolge wird auch der im Indikatorzweig der Regelbrücke liegende Steuertransistor Γ 3 leitend. Über den RückkoppelungstransistorJ2 wird auch der Regeltransistor Γ1 so weit geöffnet, daß der für die BrückenzweigeRl-R2 und R 3-R 4 erforderliche Strom fließen kann. Da bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung bei Belastung am Ausgang neben der Änderung der Ausgangsspannung UA auch eine Änderung der Impedanz des Brückenzweiges R 4 erfolgt, wird die Stabilisierung der Ausgangsspannung in der gleichen Weise wie bei der bekannten Anordnung erfolgen. Eine Stabilisierung ist nur so lange möglich, bis der Regeltransistor Tl voll ausgesteuert ist, d. h. bis das Ende des Regelbereiches erreicht ist. Es fließt in diesem Fall der durch die Größe des Widerstandes R 5 bestimmte maximale Strom.

Wird der Verbraucher noch niederohmiger, dann überschreitet der Strom JL den zulässigen Wert, und es vergrößert sich der Spannungsabfall an dem Widerstand R 5. Die Ausgangsspannung UA wird kleiner, so daß der Transistor Γ 4 im Brückenzweig R 4 gesperrt wird. Da die Impedanz von R 4 nun sehr groß geworden ist, wird der Steuerstrom IS seinen Größtwert erreichen und das Emitterpotential des Transistors Γ 3 über i?3 ebenfalls auf einem Größtwert halten, während die Basis des Transistors Γ 3 mit kleiner werdender Ausgangsspannung UA negativer wird und dadurch der Steuertransistor Γ 3 zu sperren beginnt. Zwangläufig wird daher über den Transistor Γ 2 auch der Regeltransistor Γ1 hochohmig. Hierdurch wird die Brückenspannung immer noch kleiner, so daß der

ίο Brückentransistor und die Transistoren im Regelkreis vollkommen gesperrt werden. Die Ausgangsspannung UA und der Brückenstrom wird praktisch Null.

Erst wenn die Störung behoben ist, d. h. der Verbraucher so hochohmig ist, daß auch der Strom kleiner als der zulässige Maximalstrom wird, dann läßt sich die Anordnung wieder einschalten, da der Transistor Γ 4 die erforderliche Steuerspannung erhält. Die Einschaltung der Anordnung kann z. B. durch die Betätigung einer Taste erfolgen, deren Kontakte die Eingangsspannung UE über einen Widerstand R 6 an die Regelbrücke anlegen. Bei Leerlauf (/L=O) am Ausgang muß der Regelbrücke der Strombedarf für die Brückenzweige R1-R2 und R3-R4 zugeführt werden können, damit die Anordnung wieder in Arbeitsstellung gebracht werden kann. Bei belastetem Ausgang muß beim Einschalten der Anordnung zusätzlich noch der Verbraucherstrom zugeführt werden. Dieser Strom kann den zulässigen Wert JL annehmen, so daß zweckmäßigerweise die Spannung UE über den Widerstand RS, der ja diesen Strom zuläßt, angeschaltet wird. Die Einschaltung der Anordnung kann auch durch einen zusätzlichen Schalttransistor T 5 erfolgen, der nur kurzzeitig betätigt werden muß, bis der Regeltransistor Π die Speisung der Anordnung übernommen hat. Der Transistor TS muß bei Einschaltung unter Vollast (7L) für diesen Strom ausgewählt werden. Um dies zu vermeiden, kann die Einschaltung auch durch Aussteuerung des Basiskreises eines Transistors im Regelkreis, insbesondere des Steuertransistors T 3, erfolgen. Dies ist in Fig. 1 angedeutet.

Verwendet man an Stelle von p-n-p-Transistoren n-p-n-Transistoren und umgekehrt, dann läßt sich die Schaltungsanordnung der Erfindung auch zur Ab-Sicherung und Abschaltung von Spannungen verwenden, die zu einem festen Bezugspunkt (o, Masse) negativ sind. Dies ist in Fig. 2 und 3 gezeigt. Steht dabei für große Lastströme kein geeigneter n-p-n-Transistor Tl zur Verfügung, dann kann die Anordnung nach Fig. 3 zur Absicherung einer Spannung die zu einem festen Bezugspunkt negativ ist, verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Absicherang und Abschaltung von Gleichstromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu schützende Stromkreis vom Ausgang eines bekannten brückengeregelten elektronischen Spannungsteiles gespeist wird, wobei in einen Zweig der Regelbrücke eine Transistor stufe (Γ4) eingesetzt ist, deren Steuerelektroden (E und B) mit einem Pol des Ausgangskreises und einer festen Vergleichsspannung (V) verbunden sind, und daß diese Transistorstufe, nach Überschreitung eines durch einen Widerstand (RS) des Spannungsteilers

vorgegebenen Stromes (/L) im Ausgangskreis, hochohmig wird und dadurch über die Steuerstufe (T 3) im Indikatorzweig der Brücke und die Rückkopplungsstufe (T 2) die Abschaltung der Regelstufe (Π) des Spannungsteilers veranlaßt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nur dann eingeschaltet werden kann, wenn die Überlast am Ausgangskreis nicht mehr wirksam ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung wahlweise von Hand durch Betätigung eines Schalters oder einer Taste oder durch elektronische Steuerung einer zusätzlichen Schaltstufe (T 5) erfolgen kann.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung der Anordnung durch Aussteuerung im Basiskreis einer Transistorstufe des Regelkreises, insbesondere der Steuerstufe (Γ3) im Indikatorzweig der Regelbrücke, erfolgt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung bei abgeschalteter Last durch direkte Einspeisung des erforderlichen Brückenstromes über einen Widerstand (R 6) eingeschaltet wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung unter Last durch Einspeisung des erforderlichen Brükkenstromes und höchstens des zulässigen Laststromes über den Widerstand (R 5) eingeschaltet wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einsatz von komplementären Transistoren auch solche Ausgangskreise abgesichert und abgeschaltet werden können, deren Spannungen zu einem festen Bezugspunkt negativ sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 050 877,1 063 696, 1072714, 1084 820.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 757/485 12.61