DE1203369B

DE1203369B - Overvoltage protection circuit

Info

Publication number: DE1203369B
Application number: DES67808A
Authority: DE
Inventors: Guenter Baer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-03-30
Filing date: 1960-03-30
Publication date: 1965-10-21

Description

Überspannungsschutz-Schaltung In Stromversorgungsanlagen, insbesondere für Nachrichtengeräte, die mit Halbleiterbauelementen ausgerüstet sind, wird vielfach eine Regelschaltung verwendet, die die Ausgangsspannung weitgehend konstant halten soll. Gerade Halbleiterbauelemente werden in der Praxis mit einer Betriebsspannung betrieben, die in der Nähe ihrer Grenzspannung liegt, da sie in diesem Fall leistungsmäßig besonders gut ausgenutzt werden können. überschreitet die Betriebsspannung jedoch die Grenzspannung (z. B. die Sperrspannung bei Transistoren), so besteht die Gefahr, daß alle oder zumindest ein größerer Teil der im Verbraucherkreis verwendeten Halbleiterbauteile beschädigt oder gar zerstört wird. Bei Systemen, die mit einer zentralen Stromversorgung arbeiten, kann dementsprechend der Schaden bei auch nur einmaligem überschreiten der Betriebsspannung verhältnismäßig groß werden.Surge protection circuit in power supply systems, in particular for communication devices that are equipped with semiconductor components, is multiple a control circuit is used that keep the output voltage largely constant target. In practice, semiconductor components in particular are supplied with an operating voltage operated, which is close to its limit voltage, since in this case it is in terms of performance can be used particularly well. however exceeds the operating voltage the limit voltage (e.g. the reverse voltage for transistors), there is a risk of that all or at least a larger part of the semiconductor components used in the consumer circuit is damaged or even destroyed. For systems that have a central power supply work, the damage can accordingly exceed even once the operating voltage are relatively large.

Spannungsregelschaltungen müssen deshalb so gebaut werden, daß an der Ausgangsseite eine gewisse Spannung nicht überschritten werden kann. Diese Gefahr ist gerade bei Regelschaltungen verhältnismäßig groß, da am Eingang eine höhere Spannung anliegt, als am Ausgang gewünscht wird. Bei einem Defekt in der Regelschaltung selbst wird dann diese Eingangsspannung am Ausgang auftreten.Voltage regulation circuits must therefore be built so that on a certain voltage cannot be exceeded on the output side. This danger is relatively large, especially with control circuits, as a higher one at the input Voltage is present than is desired at the output. In the event of a defect in the control circuit even this input voltage will then appear at the output.

Es ist an sich bekannt, in Reihe mit einem Verbraucher eine Schmelzsicherung vorzusehen, die den Verbraucher bei Überspannungen vollständig von der Versorgungsspannung abschaltet, da eine Erhöhung der Spannung auch zwangläufig eine Erhöhung des Stromes zur Folge hat. Eine derartige Anordnung ist aber für elektronische Bauteile nicht geeignet, da sie zunächst den Überstrom mit aufnehmen müssen.It is known per se to have a fuse in series with a consumer provide that the consumer is completely disconnected from the supply voltage in the event of overvoltages switches off, since an increase in voltage also inevitably increases the current has the consequence. However, such an arrangement is not suitable for electronic components suitable because they first have to absorb the overcurrent.

Eine andere bekannte Ausführungsform trennt mit Hilfe eines im Versorgungsstromkreis liegenden Relais den Verbraucher von der Spannung ab. Um das Relais sicher zum Ansprechen zu bringen, ist eine Glimmlampe parallel zum Verbraucher geschaltet, die zusätzlich einen Parallelkreis einschaltet, um einen ausreichenden Ansprechstrom bei überspannung zu garantieren. Diese Schaltung ist nur unter Verwendung eines Spezialüberstromschalters einzusetzen, da mit einem einfachen Relais die Spannung nach dem Abschalten sofort wieder angeschaltet würde.Another known embodiment disconnects with the aid of one in the supply circuit lying relay removes the consumer from the voltage. To make the relay safe to respond to bring a glow lamp is connected in parallel to the consumer, which also switches on a parallel circuit to ensure a sufficient response current in the event of overvoltage to guarantee. This circuit is only possible using a special overcurrent switch to be used, as the voltage is switched off immediately with a simple relay would be turned on again.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform wird als Stromindikator eine den Ausgangsklemmen parallelgeschaltete Zenerdiode verwendet. Bei überschreiten der Zenerspannung fließt Strom über einen vorgeschalteten Widerstand, der einen zusätzlichen Spannungsabfall verursacht. Eine derartige Schaltung ist in F i g. 1 der Zeichnung wiedergegeben. über einen übertrager ü wird eine um etwa 40% höhere Spannung als die Ausgangsspannung Ua eingespeist und mit Hilfe der Gleichrichterbrücke G gleichgerichtet. Der Kondensator C dient zur Aussiebung von Oberwellen. Der Ausgangsstrom fließt über den Widerstand R. Zwischen die Ausgangsklemmen ist die Zenerdiode ZD geschaltet, über die ein vielfach nicht unerheblicher Dauerstrom 1z fließt, der zusammen mit dem Verbraucherstrom Ja den gewünschten Spannungsabfall am Widerstand R hervorruft. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der über die Diode fließende Strom um so größer ist, je kleiner der Verbraucherstrom ist. Die Ausgangsspannung Ua kann die Zenerspannung nicht überschreiten, auch wenn die Belastung an der Ausgangsklemme sehr klein werden sollte.In a further known embodiment, a Zener diode connected in parallel to the output terminals is used as the current indicator. If the Zener voltage is exceeded, current flows through an upstream resistor, which causes an additional voltage drop. Such a circuit is shown in FIG. 1 of the drawing reproduced. A voltage approximately 40% higher than the output voltage Ua is fed in via a transformer ü and rectified with the aid of the rectifier bridge G. The capacitor C is used to filter out harmonics. The output current flows through the resistor R. Between the output terminals of the Zener diode ZD is connected, via which an often considerable duration current flows 1z which causes together with the load current Yes the desired voltage drop across the resistor R. It is easy to see that the current flowing through the diode is greater, the smaller the consumer current. The output voltage Ua cannot exceed the Zener voltage, even if the load on the output terminal should be very small.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß insbesondere im Leerlauf die Zenerdiode sehr stark belastet wird, so daß an dieser Stelle eine Zenerdiode vorgesehen werden muß, die eine große Verlustleistung zuläßt. Derartige Dioden sind aber zur Zeit nur bis zu 10W Verlustleistung auf dem Markt.A disadvantage of this known circuit is that in particular when idling the Zener diode is very heavily loaded, so that at this point a Zener diode must be provided, which allows a large power dissipation. Such However, diodes are currently only available on the market with a power loss of up to 10W.

Ein besonderer Nachteil dieser Schaltung besteht noch darin, daß bei Zerstörung der hoch belasteten Zenerdiode an den Ausgangsklemmen die volle Spannung, die je nach Regelbereich bis etwa 140% der gewünschten Ausgangsspannung betragen kann, wirksam wird.A particular disadvantage of this circuit is that at Destruction of the heavily loaded Zener diode at the output terminals the full voltage, which, depending on the control range, amount to about 140% of the desired output voltage can take effect.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 kann im Ausgangskreis beispielsweise vor oder hinter den Widerstand R eine Stromsicherung eingebaut werden, die den Stromkreis bei übermäßigem Ansteigen des Ausgangsstromes unterbricht. Die überspannungsschutz-Schaltung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie gibt die Gewähr, daß im Ausgangskreis keine Überspannungen auftreten können, unabhängig davon, wie hoch die Belastung des Anschlußgerätes ist.In the embodiment according to FIG. 1 can be in the output circuit, for example in front of or behind the resistor R a current fuse can be installed, which the circuit interrupts in the event of an excessive increase in the output current. The overvoltage protection circuit according to the invention avoids these disadvantages. It gives the guarantee that in the starting circle no overvoltages can occur, regardless of how high the load is of the connecting device is.

Dieser Schutz der Ausgangsschaltung wird ebenso wie bei der letztgenannten bekannten Schaltung unter Verwendung eines- Vergleichsnormals in Form einer in Sperrichtung zwischen die Ausgangsklemmen eingeschalteten Zenerdiode erreicht. Die Schutzschaltung nach der Erfindung ist aber im Gegensatz zu bekannten Schaltungen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgangsklemmen eine flinke Schmelzsicherung in Reihe mit einem Relais, dessen Kontakt den bzw. die angeschlossenen Verbraucher in abgefallenem Zustand abtrennt, und parallel zur Relaiswicklung die in Sperrichtung belastete Zenerdiode eingeschaltet sind.This protection of the output circuit is the same as with the latter known circuit using a comparison standard in the form of a reverse direction Zener diode switched on between the output terminals is reached. The protection circuit according to the invention, however, in contrast to known circuits, is characterized in that that between the output terminals a fast-acting fuse in series with a Relay, whose contact the connected consumer (s) in the dropped out State separates, and parallel to the relay winding the loaded in the reverse direction Zener diodes are switched on.

Einzelheiten der Schutzschaltung nach der Erfindung werden an Hand des in der F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden erläutert. In den Ausgangskreis eines Spannungsreglers SpR ist ein Arbeitskontakt a des Relais A geschaltet, dessen Wicklung mit der Schmelzsicherung Si in Reihe an der Ausgangsspannung des Reglers SpR liegt. Parallel zu dem Relais A liegt in Sperrichtung eine Zenerdiode ZD 1. Der Nennwert der Schmelzsicherung ist so gewählt, daß der Relaisruhestrom möglichst in der Nähe, jedoch etwas unterhalb des Sicherungswertes liegt. Die Zenerspannung der verwendeten ZenerdiodeZD 1 ist so groß gewählt, daß diese kurz vor Erreichen des unzulässigen Grenzwertes der Ausgangsspannung einen zusätzlichen Strom durch den Schmelzeinsatz Si treibt und die Schmelzsicherung zum Abschmelzen bringt. Da die Sicherung ständig nahe dem Nennwert belastet war, schmilzt sie sehr schnell durch. Da der über die Zenerdiode ZD 1 fließende Strom nur kurzzeitig auftritt, kann eine Zenerdiode kleiner Verlustleistung verwendet werden.Details of the protective circuit according to the invention are given with reference to the FIG. 2 of the drawing illustrated embodiment illustrated below. A working contact a of relay A is connected to the output circuit of a voltage regulator SpR, the winding of which is connected to the output voltage of the regulator SpR in series with the fuse Si. A Zener diode ZD 1 is located parallel to the relay A in the reverse direction. The nominal value of the fuse is selected so that the relay quiescent current is as close as possible to, but somewhat below, the fuse value. The Zener voltage of the Zener diode ZD 1 used is selected to be so large that it drives an additional current through the fuse link Si shortly before the inadmissible limit value of the output voltage is reached and causes the fuse to melt. Since the fuse was constantly loaded close to the nominal value, it melts very quickly. Since the current flowing through the Zener diode ZD 1 only occurs for a short time, a Zener diode with a low power loss can be used.

Sobald der Schmelzeinsatz abgeschmolzen ist, wird das Relais A stromlos und schaltet den Ausgangskreis durch Öffnen seines Kontaktes a ab.As soon as the fusible link has melted, relay A is de-energized and switches off the output circuit by opening its contact a.

Bis zum Abschmelzen des Schmelzeinsatzes wird die Ausgangsspannung durch die Zenerdiode ZD 1 begrenzt. Während des Abfalles des Relais tritt an den Ausgangsklemmen kurzzeitig eine Überspannung auf, die aber wegen ihrer kurzen Dauer kaum stören dürfte. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann aber diese Überspannung mit Hilfe der Zenerdiode ZD 2 von dem eigentlichen Ausgangskreis ferngehalten werden.The output voltage is limited by the Zener diode ZD 1 until the fuse link melts. When the relay drops out, an overvoltage occurs briefly at the output terminals, but this should hardly be a problem because of its short duration. According to a further development of the inventive concept, however, this overvoltage can be kept away from the actual output circuit with the aid of the Zener diode ZD 2.

Sobald die Sicherung einmal angesprochen hat, kann ein Stromversorgungsgerät mit überspannungsschutz-Schaltung nach der Erfindung ohne Einsatz einer neuen Sicherung, die von Hand ausgewechselt werden muß und nicht von Außen zugänglich ist, nicht wieder in Betrieb genommen werden. Dies ist auch gar nicht erwünscht, da nach Ansprechen der überspannungsüberwachung erst geprüft werden muß, welcher Umstand zum Ansprechen geführt hat. In den meisten Fällen wird ein Fehler im eigentlichen Reglerteil vorliegen, der beseitigt werden muß, ehe der Schmelzeinsatz erneuert wird.As soon as the fuse has responded, a power supply device can with overvoltage protection circuit according to the invention without using a new fuse, which has to be replaced by hand and is not accessible from the outside, not can be put back into operation. This is also not wanted at all, as after speaking the overvoltage monitoring must first be checked, which circumstance to respond has led. In most cases there will be an error in the actual part of the controller, which must be eliminated before the fuse link is replaced.

Es wurde erwähnt, daß die Schmelzsicherung Si möglichst nahe dem Nennwert zu belasten ist. Kann dies mit dem Strom über die Wicklung des Relais A nicht erreicht werden, so ist gegebenenfalls ein zur Relaiswicklung paralleler Widerstand vorgesehen, damit über die Sicherung der gewünschte Strom fließen kann.It was mentioned that the fuse Si as close as possible to the nominal value is to be charged. Cannot achieve this with the current through the winding of relay A. a resistor parallel to the relay winding is provided if necessary, so that the desired current can flow through the fuse.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, die Eingangsspannung zu dem Regler beim Auftreten einer Überspannung abzuschalten. Hierbei muß jedoch berücksichtigt werden, daß durch die im Reglergerät vorhandenen Kapazitäten gegebenenfalls die Ausgangsspannung auf dem überhöhten Wert noch weiter aufrechterhalten bleibt. Mit Hilfe des Relais A kann der Verbraucher auch kurzgeschlossen werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described. For example, it is easily possible to supply the input voltage to the regulator switch off when an overvoltage occurs. However, this must be taken into account be that the capacities available in the controller device, if necessary, the Output voltage is still maintained at the excessive value. With With the help of relay A, the consumer can also be short-circuited.

Claims

Claims: 1. Overvoltage protection circuit as an output circuit on power supply devices for constant output voltage using a comparison standard in the form of a reverse-biased Zener diode between the output terminals, characterized in that a fast-acting fuse (Si) in series with a relay (A ), whose contact (a) disconnects the connected consumer (s) when the relay has dropped out, and the Zener diode (ZD 1) loaded in the reverse direction is switched on parallel to the relay winding.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that that behind the relay contact disconnecting the consumer (a) parallel to the consumer another Zener diode (ZD 2) is arranged. Considered publications: German Patent No. 630 534; German Auslegeschrift No. 1050 912; Siemens brochure "Siemens Semiconductors, Switching Examples", April 1959, p. 74.