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Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Abschaltung und Wiedereinschaltung
des Verbraucherstroms in stabilisierten Transistorspeisegeräten Die Technik kennt
Geräte zur Erzeugung von stabilisierten Gleichspannungen, bei denen der an den Verbraucher
abgegebene Strom einen Leistungstransistor durchfließt. Dieser Leistungstransistor
hat die Aufgabe, alle Schwankungen der Ausgangsspannung automatisch auszuregulieren.
SolcheSpeise, 0
räte bieten dem angeschlossenen Verbraucher einen kleinen
Innenwiderstand. Sie haben aber den Nachteil, daß auch im Falle von Kurzschlüssen,
d. h. bei zu großen Verbraucherströmen, der Leistungstransistor für die möglichen
Kurzsehlußströme dimensioniert sein muß, damit er nicht beim Auftreten von solchen
Strömen zerstört wird. Schaltungen mit Leistungstransistoren, die solche Kurzschlußströme
ohne Schaden bewältigen können, sind aber sehr teuer und unwirtschaftlich, da im
normalen Betrieb der zu liefernde Strom bedeutend kleiner ist und der Leistungstransistor
somit schlecht ausgenutzt ist. So ist bereits eine Regelschaltung bekannt, in welcher
ein vom Belastungsstrom durchflossener Transistor derart gesteuert wird, daß die
Spannung am Verbraucher innerhalb eines gegebenen Bereiches des Verbraucherstromes
konstant ist. Wird dieser gegebene Verbraucherstrom überschritten, so bricht die
Ausgangsspannung zusammen; der genannte Transistor hat jedoch die ganze Kurzschlußleistung
aufzunehmen. Oder aber es müssen Vorkehrungen getroffen werden, die beim Überschreiten
zulässiger Stromstärken den Stromkreis unterbrechen, beispielsweise Sicherungen,
überstromschalter u. ä. Solche Unterbrecher müssen aber, sobald sie angesprochen
haben, ausgewechselt oder wieder in Betriebsstellung gebracht werden, was eine dauernde
Wartung erfordert.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und betrifft ein.
Verfahren zur automatischen Abschaltung und Wiedereinschaltung des Verbraucherstromes
in stabilisierten Transistorgeräten mit einem Serie-Leistungstransistor, der durch
mindestens eine Regelstufe zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung gesteuert wird
und bei welchem der Verbraucherstrom, der durch einen entsprechenden Lastwiderstand
gegeben ist, beim überschreiten eines bestimmten Grenzwertes durch Sperrung des
Leistungstransistors vermittels, einer Transistor-Sperrstufe abgeschaltet wird,
hierauf dieser Sperrzustand durch eine Transistor-Haltestufe so lange aufrechterhalten
wird, wie der Lastwiderstand kleiner als zulässig bleibt, und beim Wiederansteigen
des genannten Lastwiderstandes auf den zulässigen Wert die Haltefunktion der Transistor-Haltestufe
selbsttätig beendet wird, wodurch der Sperrzustand der Transistor-Sperrstufe aufgehoben
wird und folglich der Leistungstransistor wieder in Funktion tritt. Es wird damit
erreicht, daß der Leistungstransistor nur für den genannten Grenzwert des Verbraucherstromes
zu dimensionieren ist.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens und umfaßt mindestens einen Leistungstransistor, welcher für einen
bestimmten maximalen Verbraucherstrom und somit für einen bestimmten Lastwiderstand
dimensioniert ist, eine Transistor-Sperrstufe mit einem Widerstand, einer Referenzspannung
und einem Transistor zur Steuerung des Basispotentials mindestens einer Kaskadenstufe
mit einem Transistor und somit zur Steuerung des Stromdurchganges des Leistungstransistors,
wodurch der den Leistungstransistor durchfließende Verbraucherstrom, der durch den
Lastwiderstand gegeben ist, beim überschreiten eines bestimmten Grenzwertes gesperrt
wird, sowie eine Transistor-Haltestufe mit einem Serienwiderstand, einem Transistor,
einem Spannungsteiler, bestehend aus einem festen Widerstand und einem Stellwiderstand
zur Wahrung der Sperrzustandes im Leistungstransistor
während der
Dauer einer durch einen zu kleinen Lastwiderstand verursachten Überlastung.
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An Hand der Beschreibung und einer Zeichnung werden das erfindungsgemäße
Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung beispielsweise erläutert.
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In der Figur ist das Schaltschema eines stabilisierten Transistorspeisegerätes
gezeigt. Darin stellt 1 den Netztransformator dar mit einer Primärwicklung 1 a für
beispielsweise 220V50- Netzspannung, einer Haupt-Sekundärwicklung 1 b und
einer Hilfs-Sekundärwicklung 1 e. Die Spannung der Hauptwicklung 1 b liegt an einem
Vollweggleichrichter 2, der die Sekundärwechselspannung gleichrichtet. Die so gewonnene
Gleichspannung wird vermittels einer Siebdrossel 6 und eines Siebkondensators 34
geglättet. In der vom Gleichrichter 2 abgehenden Minusleitung liegt eine Schmelzsicherung
3 und ein Leistungstransistor 27. Letzterem ist ein Widerstand 40 parallel geschaltet
und ein Kollektorwiderstand 28 vorgeschaltet. Der Minuspol des Speisegerätes liegt
an der Ausgangsklemme 5. In die von der Siebdrossel 6 abgehende Plusleitung ist
ein Widerstand 7 eingeschaltet. Der positive Pol ist an Klemme 8 geführt. Der Verbraucher
mit dem Lastwiderstand 9 wird an die Klemmen 5 und 8 angeschlossen. Die Stabilisierung
der Ausgangsspannung UA wird durch Steuerung des Basispotentials des Leistungstransistors
27 erreicht. Zu diesem Zweck liefert ein an die Hilfssekundärwicklung 1 c angeschlossener
Hilfsgleichrichter 11 eine Hilfsgleichspannung, die in einer Siebkette, bestehend
aus den Kondensatoren 12, 14 und den Widerständen. 13, 15 geglättet wird. Diese
Hilfsgleichspannung UR, wird durch eine Kette von Zenerdioden 18 auf einem konstanten
Wert gehalten. Ein Steuertransistor 21 liegt mit seiner Basis an dem negativen Pol
5 der Ausgangsspannung UA und mit seinem Emitter an der stabilisierten Hilfsgleichspannung
- UR,. Schwankungen der Ausgangsspannung UA verändern das Basispotential des Transistors
21. Da der Kollektor dieses Transistors über den Widerstand 22 mit der Minusleitung
verbunden ist, verursachen die Änderungen der Ausgangsspannung UA Änderungen des
Kollektorstromes I" so, daß das Potential U,31 durch dbn am Widerstand 22 hervorgerufenen
Spannungsabfall ebenfalls verändert wird. Diese Änderungen des Potentials U31 werden
auf eine Transistorkaskade mit den Transistoren 24, 25 und 27 übertragen, wodurch
das Basispotential des Leistungstransistors 27 in dem Sinne gesteuert wird, daß
die Ausgangsspannung UA konstant gehalten wird. Diese an sich bekannte Spannungsregelung
bewirkt eine erhebliche Verminderung sowohl des Innenwiderstandes des Speisegerätes
als auch der der Ausgangsspannung UA überlagerten restlichen Welligkeit.
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Die Abschaltung des Leistungstransistors 27 im ; Falle, daß der vom
Verbraucher (Lastwiderstand 9) zugeführte Strom I- einen bestimmten Wert überschreitet,
wird durch eine Transistor-Sperrstufe bewirkt. Diese besteht aus dem Serienwiderstand
7, einer in einem Spannungsteiler mit den Widerständen 16 und 17 gewonnenen Referenzspannung
UR2 und einem Sperrtransistor 31 mit zugeordnetem Emitterwiderstand 32. Die konstante
Referenzspannung UR, bildet das Basispotential des Transistors 31. Dessen Emitter
ist vor dem Serienwider- t stand 7 angeschlossen, während sein Kollektor auch über
den Widerstand 22 an die Minusleitung des Speisegerätes gelegt ist. Der durch die
Plusleitung fließende Verbraucherstrom 1- erzeugt im Serienwiderstand 7 einen Spannungsabfall,
dem im Sperrtransistor 31 die feste Referenzspannung UR, gegenübersteht. Sobald
nun der Spannungsabfall bei Anwachsen des Verbraucherstroms I= so weit ansteigt,
daß ex die Referenzspannung UR2 übertrifft, fließt ein Kollektorstrom durch den
Sperrtransistor 31, wodurch das Potential U"31 ansteigt und über die Transistorkaskade
den Strom durch den Leistungstransistor 27 abschaltet. Damit wird sowohl die Stromlieferung
an den Verbraucherwiderstand 9 als auch der Stromdurchgang durch die Emitter-Kollektor-Strecke
des Leitungstransistors 27 und damit jede Leistungsaufnahme im Leistungstransistor
27 unterbrochen.
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Sobald infolge der Stromunterbrechung im Falle einer überlastung der
Spannungsabfall am Serienwiderstand 7 wegfällt, wird der Stromdurchgang im Sperrtransistor
31 wieder gesperrt, das Potential U", wird wieder durch den Steuertransistor 21
bestimmt und damit der Leistungstransistor 27 wieder leitend, auch wenn der Verbraucherwiderstand
9 immer noch zu klein ist. Es erfolgt also in, der Transistor-Sperrstufe ein Pendeln
der Sperrwirkung, was unerwünscht ist und durch eine weitere Stufe, eine sogenannte
Transistor-Haltestufe, verhindert wird. Diese Transistor-Haltestufe besteht aus
einem Serienwiderstand 40, einem Haltetransistor 41 und einem Spannungsteiler mit
einem festen Widerstand 43 und einem einstellbaren Widerstand 42.
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Wenn der Leitungstransistor 27 im Falle einer ilberlastung den Stromdurchgang
auf die oben beschriebene Weise sperrt, wirkt der Serienwiderstand 40 zusammen mit
dem Lastwiderstand 9 als Spannungsteiler. Die Teilspannung über dem Lastwiderstand
9 liegt auch am Emitter des Transistors 41. Dessen Basis liegt an einem Potential,
das durch den Spannungsteiler, bestehend aus dem festen Widerstand 43 und dem einstellbaren
Widerstand 42, gebildet wird: In diesem Moment wird aber der Transistor 41 leitend,
und sein Kollektorstrom erzeugt wieder über den Widerstand 22 einen Spannungsabfall,
der das Potential U"31 weiterhin hochhält und damit den Leistungstransistor 27 im
Sperrzustand hält.
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Wird nun der Lastwiderstand 9 wieder erhöht, so daß der Verbraucherstrom
I_ unter dem für das Ansprechen der Transistor-Sperrstufe erforderlichen Wert bleibt,
so ändert sich das Spannungsteilerverhältnis zwischen dem Serienwiderstand 40 und
dem Lastwiderstand 9, während das Spannungsteilerverhältnis zwischen dem Widerstand
43 und dem einstellbaren Widerstand 42 gleichbleibt. Die Folge davon ist,
daß der Transistor 41 den weiteren Stromdurchgang sperrt und damit das Potential
U31 sinkt. Da aber noch kein Verbraucherstrom über den Serienwiderstand 7 fließt,
bleibt auch der Transistor 31 gesperrt, und das Potential U@ 1 und damit
die Ausgangsspannung UA wird wieIr ausschließlich durch die Steuerwirkung des Steuertransistors
21 bestimmt.
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Der einstellbare Widerstand 42 bestimmt somit denjenigen Wert des
Lastwiderstandes 9, bei welchem das selbsttätige Wiedereinsetzen des Verbraucherstromes
1= erfolgt.
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Diese automatische Abschaltung des Stromes durch den Leistungstransistor
27 im Falle von Überlastungen ermöglicht, den Leistungstransistor 27 selbst nur
für
die maximal zugelassene Stromstärke zu dimensionieren. Es ist also nicht nötig,
den Leistungstransistor für die Bewältigung möglicher Kurzschlußströme auszulegen,
um zu verhindern, daß er im Kurzschlußfall überlastet und zerstört wird. Damit kann
die Leistungsfähigkeit eines für einen bestimmten. Verbraucherstrom geeigneten Leistungstransistors
voll ausgenutzt werden. Ebenso können auch die anderen Schaltelemente, vor allem
der Gleichrichter 2 und der Netztransformator 1, für den zulässigen Verbraucherstrom
dimensioniert und somit klein gehalten werden, da sie keine Kurzschlußströme bewältigen
müssen. Die praktische Folge ist die, daß solche stabilisierten Transistorgeräte
betriebssicher und wirtschaftlich hergestellt werden können.