DE1151310B

DE1151310B - Protection device for a measuring, control or regulating arrangement

Info

Publication number: DE1151310B
Application number: DEH45963A
Authority: DE
Inventors: Martin Hornig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-06-01
Filing date: 1962-06-01
Publication date: 1963-07-11

Description

Schutzeinrichtung für eine Meß-, Steuer-oder Regelanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für elektrische Meß-, Steuer- oder Regelanordnungen mit steilem Strom-Spannungs-Kennlinienteil, insbesondere für elektromagnetische, elektrothermische oder elektronische Meßgeräte- und Relaisanordnungen mit Spannungsunterdrückung.Protective device for a measuring, control or regulating arrangement. The invention relates to a protective device for electrical measuring, control or regulating arrangements with steep current-voltage characteristic, especially for electromagnetic, electrothermal or electronic measuring devices and relay arrangements with voltage suppression.

Meßgeräte- und Relaisanordnungen mit steilem Strom-Spannungs-Kennlinienteil, wie dieser z. B. durch Halbleiterbauelemente und Gegenspannungen hervorgerufen wird, haben den Nachteil einer unzuträglich hohen Stromaufnahme oberhalb der Arbeitsspannung. Besonders unangenehm macht sich diese Eigenschaft bei Verwendung von Zenerdioden mit geringem differentiellem Widerstand oder niederohmigen Gegenspannungsquellen zur Spannungsunterdrückung bemerkbar, wodurch oberhalb des Arbeitsbereiches die Gefahr der Zerstörung der Zenerdiode bzw. des Meßgcrätes besteht. Diese Gefahr besteht in besonderem Maße auch bei einer falschen Polung der Meß-geräte- oder Relaisanordnung bzw. der Spannungsquelle, da hierbei die Spannungsunterdrückung im wesentlichen unwirksam und der Widerstand der gesamten Anordnung sehr gering wird.Measuring device and relay arrangements with steep current-voltage characteristics, like this z. B. caused by semiconductor components and counter voltages, have the disadvantage of an unacceptably high current consumption above the working voltage. This property is particularly unpleasant when using Zener diodes with low differential resistance or low-impedance counter-voltage sources noticeable for voltage suppression, whereby the There is a risk of destroying the Zener diode or the measuring device. This danger exists especially if the polarity of the measuring device or relay arrangement is incorrect or the voltage source, since this essentially suppresses the voltage ineffective and the resistance of the entire arrangement becomes very low.

Bekannte Schutzeinrichtungen sind wegen des unerwünschten Serienwiderstandes, welcher die Kennlinie der Meßgeräte- bzw. Relaisanordnung verschlechtern würde, und wegen ihres verzögerten Ansprechens in diesem Fall -ungeeignet, so daß nach einer neuen Lösung gesucht werden mußte.Known protective devices are because of the undesirable series resistance, which would worsen the characteristic of the measuring device or relay arrangement, and because of their delayed response in this case - unsuitable, so that after a new solution had to be sought.

Gemäß der Erfindung werden die beschriebenen Nachteile dadurch behoben, daß die Meß-, Steuer-oder Regelanordnung, bei welcher in an sich bekannter Weise ein steiler Strom-Spannungs-Kennlinienteil mit geringem differentiellem Widerstand durch spannungsabhängigeWiderstände hervorgerufen wird, in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors geschaltet wird, dessen Kollektor mit der einen Seite und dessen Basis über einen Basis-Steuerwiderstand mit der anderen Seite des spannungsabhängigen Widerstandes bzw. der Meß-, Steuer- oder Regelanordnung verbunden wird. Die Schutzwirkung erfolgt dabei durch den relativ geringen Anstieg des Steuerstromes des Transistors, wodurch dessen Kallektorstrom in entsprechendem Maße begrenzt wird. Bei falscher Polung sperrt der Transistor.According to the invention, the disadvantages described are eliminated by that the measuring, control or regulating arrangement, in which in a manner known per se a steep current-voltage characteristic with low differential resistance caused by voltage-dependent resistances, in series with the emitter-collector path of a transistor is switched, its collector with one side and its Base via a base control resistor with the other side of the voltage-dependent Resistance or the measuring, control or regulating arrangement is connected. The protective effect takes place through the relatively small increase in the control current of the transistor, whereby its Kallektorstrom is limited accordingly. If wrong The transistor blocks polarity.

In Fig. 1 a bis 1 d werden zur Veranschaulichung des Grundgedankens der Erfindung einige Ausführungsbeispiele gezeigt, auf welche die Erfindung nicht beschränkt ist, wobei besonders an elektromagnetische und elektrothermische Meßgeräte- und Relaisanordnungen mit Spannungsunterdrückung durch spannungsabhängige Widerstände, wie Dioden bzw. Zenerdioden, gedacht wurde. Als Steuerspannung für den Transistor wirkt hier über den Basis-Steuerwiderstand die an der Schaltungsanordnung anliegende Spannung, die gegebenenfalls um den Spannungsabfall am Meßgerät bzw. Relais und weiteren Widerständen vermindert wird, wodurch die in Fig. 4 dargestellte steile Strom-Spannungs-Kennlinie oberhalb des Arbeitsbereiches in eine Widerstandskennlinie übergeht und damit der weitere starke Stromanstieg verhindert wird.In Fig. 1 a to 1 d are to illustrate the basic idea The invention shows some embodiments to which the invention does not limited, with particular attention to electromagnetic and electrothermal measuring devices and relay arrangements with voltage suppression by voltage-dependent resistors, like diodes or zener diodes. As a control voltage for the transistor the one applied to the circuit arrangement acts here via the base control resistor Voltage, which may be the voltage drop on the measuring device or relay and Further resistances are reduced, whereby the steep slope shown in FIG Current-voltage characteristic curve above the working range into a resistance characteristic curve passes over and thus the further strong increase in current is prevented.

In Fig. 2 wird in Fortbildung des Grundgedankens der Erfindung der Steuerstrom des Transistors über einen weiteren Steuertransistor und einen entsprechenden Basiswiderstand durch die von dem spannungsunterdrückenden Schaltungsteil abgeleitete Spannung gesteuert, wodurch dieser wie hier im Falle einer Zenerdiode annähernd konstant gehalten wird, womit entsprechend auch der Zenerstrom oberhalb des steilen Arbeitsbereiches in. der in Fig. 4 dargestellten Weise im wesentlichen auf einen konstanten Wert begrenzt wird. Durch einen weiteren Widerstand zwischen der Basis und dem Kollektor des mit der Zenerdiode in Reihe geschalteten Transistors können beliebige Übergänge zu der Widerstandskennlinie entsprechend Fig. 1 erzielt werden.In Fig. 2 is in a development of the basic idea of the invention Control current of the transistor via a further control transistor and a corresponding one Base resistance by the derived from the voltage suppressing circuit part Voltage controlled, which approximates this as here in the case of a Zener diode is kept constant, which means that the Zener current above the steep one Working area in. The manner shown in Fig. 4 essentially on one constant value is limited. By another resistance between the base and the collector of the transistor connected in series with the Zener diode any transitions to the resistance characteristic according to FIG. 1 can be achieved.

Dadurch, daß in Fig. 1 und 2 Basis-Steuerwiderstände bzw. Widerstandsanordnungen mit nichtlinearer oder temperaturabhängiger Kennlinie eingesetzt werden können, insbesondere auch Halbleiterwiderstände mit positivem Temperaturkoeffizienten, lassen sich entsprechende Strombegrenzungskennlinien ergänzen.The fact that in Fig. 1 and 2 base control resistors or resistor arrangements can be used with non-linear or temperature-dependent characteristics, especially semiconductor resistors with a positive temperature coefficient corresponding current limiting characteristics complement each other.

In Fig. 3 wird die Schutzeinrichtung für einen Spannungswächter, insbesondere für einen Ladeschalter in einer Ladeschaltung für Akkumulatorenbatterien, gezeigt. Elektrothermische Spannungswächter, z. B. Ladeschalter, bei denen die Erwärmung eines Halbleiterwiderstandes, insbesondere einer Zenerdiode, bei Stromfluß einen Thermoschalter, z. B. einen Bimetallschalter oder einen Quecksilberschalter oder einen Magnetschalter mit niedrigem Curiepunkt, betätigt, sind wegen ihres geringen differentiellen Widerstandes und wegen ihrer Ansprechverzögerung besonders gegen Überlastung bei Überspannung, oder falscher Batteriepolung empfindlich, so daß eine Schutzeinrichtung unerläßlich ist. Die beispielsweise dargestellte Ladeschaltung besteht aus dem Netztransformator mit vier Gleichrichtern in Zweiwegbrückenschältung, dem Ladewiderstand, der Batterie und einer zu dieser parallel geschalteten spannungsabhängigen Automatik, welche den Ladestrom über einen Kontakt abschaltet, sobald die Batteriespannung die Gasungsspannung erreicht und die Batterie damit praktisch vollgeladen ist. Die spannungsabhängige Automatik besteht nun aus einem elektrothermischen Ladeschalter, dessen Zenerdiode durch die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung vor einer sonst leicht drohenden Zerstörung in jedem Fall sicher geschützt ist. So kann abgesehen von dem fehlerhaften Anschluß einer Batterie mit höherer Spannung als der Nennspannung des Ladegerätes oder einer falschen Polung der Batterie bzw. des Ladegerätes auch eine vorzeitige Einschaltung des Ladegerätes ohne bereits angeschlossene Batterie zu keiner Zerstörung des Ladeschalters führen, da der Strom über die Zenerdiode durch den Transistor auf einen zulässigen Wert begrenzt wird, bis der Ladesehalter ordnungsgemäß abschaltet. Ohne die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung würde in diesem Fall sofort der volle Gerätenennstrom über die Zenerdiode fließen, wodurch die Zenerdiode in kürzester Zeit zerstört würde, bevor der Thermoschalter, z. B. der auf dien Kontakt im Ladestromkreis einwirkende, in Fig. 3 dargestellte Bimetallschalter, auf deren Erwärmung ansprechen und das Gerät abhalten könnte. Gerade mit einem solchen Betriebsfahl muß aber in der Praxis immer gerechnet werden.In Fig. 3, the protective device for a voltage monitor, in particular for a charging switch in a charging circuit for accumulator batteries, shown. Electrothermal voltage monitors, e.g. B. Charging switch, where the warming a semiconductor resistor, in particular a Zener diode, when current flows Thermal switch, e.g. B. a bimetal switch or a mercury switch or a magnetic switch with a low Curie point, are operated because of their low differential resistance and because of their response delay especially against Overload in the event of overvoltage or wrong battery polarity sensitive, so that a Protective device is essential. The charging circuit shown as an example consists of the mains transformer with four rectifiers in a two-way bridge circuit, the charging resistor, the battery and a voltage-dependent one connected in parallel to this Automatic, which switches off the charging current via a contact as soon as the battery voltage is reached the gassing voltage is reached and the battery is practically fully charged. the voltage-dependent automatic now consists of an electrothermal charging switch, its Zener diode by the protective device according to the invention from an otherwise easy impending destruction is safely protected in any case. So apart from that Incorrect connection of a battery with a voltage higher than the nominal voltage of the Charger or incorrect polarity of the battery or charger premature activation of the charger without a battery already connected do not destroy the charging switch, as the current passes through the zener diode the transistor is limited to a permissible value until the charging holder is working properly turns off. Without the protective device according to the invention, in this case the full rated current of the device flows through the Zener diode, causing the Zener diode in would be destroyed in a very short time before the thermal switch, z. B. the one on dien contact acting in the charging circuit, shown in Fig. 3 bimetal switch, on their Address heating and prevent the device. Especially with such a stoppage but must always be calculated in practice.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei Batterieladegeräten, wenn die Ansprech- bzw. Regelspannung des Ladeschalters durch einen temperaturabhängigen Basis-Steuerwiderstand in Abhängigkeit von der Temperatur durch entspreohendien Spannungsabfall an der in Reihe geschalteten Emnitter-Kollektor-Strecke des Transistors beeinflußt wird. Es ist bekannt, daß Akkumulatorenbatterien in der Kälte eine größere Ladespannung ass in der Wärme aufweisen und dadurch insbesondere in Kraftfahrzeugen im Winter nicht die notwendige Ladung erhalten, wohingegen im Sommer eine schädliche Überladung erfolgt. Wird erfindungsgemäß, wie in Fig. 3 dargestellt, als Basis-Steuerwiderstand ein Halbleiterwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet, so entsteht mit sinkender Temperatur ein zunehmender Spannungsabfall an der mit dem Ladeschalter in Reihe geschalteten Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors, so daß sich die Ansprech- bzw. Regelspannung der gesamten spannungsempfindlichen Anordnung entsprechend erhöht und die Akkumulatorenbatterie die volle Ladung erhält.There is a particular advantage with battery chargers when the Response or control voltage of the charging switch by a temperature-dependent Base control resistor depending on the temperature by corresponding Voltage drop across the series-connected emnitter-collector path of the transistor being affected. It is known that accumulator batteries are larger in the cold Have charging voltage ass in the heat and thus in particular in motor vehicles does not receive the necessary charge in winter, whereas a harmful one in summer Overcharging occurred. According to the invention, as shown in FIG. 3, it is used as a base control resistor a semiconductor resistor with a negative temperature coefficient is used as the temperature drops, there is an increasing voltage drop across the charging switch Series-connected emitter-collector path of the transistor, so that the Response or control voltage corresponding to the entire voltage-sensitive arrangement increased and the accumulator battery receives a full charge.

Das Diagramm in Fig. 4 veranschaulicht die erfindungsgemäße Wirkungsweise der Schutzeinrichtung für den Fall einer Zenerdiode als spannungsabhängigen Widerstand. Im positiven Kennlinienzweig der Strom-Spannungs-Kennlinie einer erfindungsgemäßen Anordnung fließt zunächst bis zur Durchbruchsspannung der spannungsunterdrückenden Zenerdiode nur der kaum in Erscheinung tretende geringe Steuerstrom des Transistors. Bei Erreichen der Durchbruchsspannung setzt nun der sehr steil ansteigende Zenerstrom ein, welcher ohne die Schutzeinrichtung schon bei geringer Spannungserhöhung bis zur Zerstörung der Zenerdiode bzw. der Meß-, Steuer- oder Regelanordnung anwachsen würde, jedoch durch die Funktion der Schutzeinrichtung oberhalb des steilen Arbeitsbereiches auf ein unschädliches Maß begrenzt wird. Im negativen Kennlinienteil, welcher insbesondere bei '#r falschen Polung der Spannungsqueße bzw. der Meß-, Steuer- oder Regelanordnung von Bedeutung ist, kann infolge der Funktion der Schutzeinrichtung kein Strom fließen, welcher andernfalls schon bei geringer Spannung bis zur Zerstörung der Zenerdiode bzw. der Meß-, Steuer- oder Regelanordnung anwachsen würde.The diagram in FIG. 4 illustrates the mode of operation according to the invention the protective device in the case of a Zener diode as a voltage-dependent resistor. In the positive characteristic branch of the current-voltage characteristic of an inventive Arrangement initially flows up to the breakdown voltage of the voltage-suppressing Zener diode only the low control current of the transistor, which hardly appears. When the breakdown voltage is reached, the very steep zener current starts one, which without the protective device even with a slight increase in voltage up to grow to destroy the Zener diode or the measuring, control or regulating arrangement would, however, due to the function of the protective device above the steep work area is limited to a harmless level. In the negative part of the curve, which in particular if the polarity of the voltage quantity or the measuring, control or regulating arrangement is incorrect is important, no current can flow due to the function of the protective device, which otherwise even at low voltage until the Zener diode is destroyed or the measuring, control or regulating arrangement would grow.

Claims

CLAIMS: 1. Protection device for a measuring, controlling or regulating arrangement, in which in manner known per se, a steep current-voltage characteristic part is produced with a low differential resistance through voltage-dependent resistors, characterized in that, in series with this measurement, Control or regulating arrangement, the emitter-collector path of a transistor is arranged, the collector of which is connected to one side and the base via a base control resistor to the other side of the voltage-dependent resistor or the measuring, control or regulating arrangement (Fig . 1).

2. Protection device according to claim 1, characterized characterized in that the base control resistor from the emitter-collector path Another transistor consists, whose emitter-base path over a resistor due to the voltage drop across the voltage-dependent resistor of the measuring, control or regulating arrangement is controlled (Fig: 2).

3. Protection device according to claim 1, characterized in that that the base control resistor has a non-linear or temperature-dependent no-knee owns.

4. Protection device according to claim 1 to 3, characterized in that an electromagnetic, electrothermal, or electronic meter or relay arrangement with voltage suppression by voltage-dependent resistors, especially diodes or Zener diodes, arranged in series with the emitter-collector path of a transistor is, whose collector with one side and whose base via a base control resistor with the other side of the voltage-dependent resistor or the measuring device or Relay arrangement is connected (Fig. 1).

5. Protection device according to claim 1 to 4, characterized in that the Zener diode of an electrothermal voltage monitor (e.g. charging switch) in series with the emitter-Kallekter path of a transistor is connected, the collector with one side and the base on one Base control resistor is connected to the other side of the Zener diode (Fig. 3).

6. Protective device according to. Claim 1 to 5, characterized in that that a temperature-dependent basic control resistor the response or. Control voltage a voltage monitor (e.g. charging switch) depending on the temperature due to a corresponding voltage drop across the emitter-collector path of the transistor influenced (Fig. 3). Publications considered: German Auslegeschrift No. 1084 820.