DE1232246B - Elektronische Kurzschlusssicherung in einer spannungsstabilisierten Stromversorgungseinrichtung - Google Patents

Elektronische Kurzschlusssicherung in einer spannungsstabilisierten Stromversorgungseinrichtung

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DE1232246B
DE1232246B DE1963S0086101 DES0086101A DE1232246B DE 1232246 B DE1232246 B DE 1232246B DE 1963S0086101 DE1963S0086101 DE 1963S0086101 DE S0086101 A DES0086101 A DE S0086101A DE 1232246 B DE1232246 B DE 1232246B
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Germany
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transistor
voltage
switching
power supply
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DE1963S0086101
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Romuald V Tomkewitsch
Hans Thinschmidt
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector

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Description

  • Elektronische Kurzschlußsicherung in einer spannungsstabilisierten Stromversorgungseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Kurzschlußsicherung in einer spannungsstabilisierten Stromversorgungseinrichtung zur Ab- und Einschaltung eines Verbrauchers an die Versorgungsspannung mittels zweier Transistoren, von denen der eine als Regeltransistor mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in den Versorgungsstromkreis eingeschleift ist, und an der Basis des Regeltransistors über einen Widerstand und eine Zenerdiode eine Vergleichsspannung liegt und seine Emitter-Basis-Strecke beim Durchschalten des zweiten Transistors - dessen Basis am Abgriff eines Spannungsteilers liegt - kurzgeschlossen wird.
  • Zur Sicherung, vor allem gegen Kurzschluß, sind bereits Schaltungen bekannt, bei denen die überwachung des Ausgangsstromes mittels eines niederohmigen Widerstands oder durch einen Transistor vorgenommen ist. In beiden Fällen ist eine Kippstufe nachgeschaltet, die bei Überschreiten des zulässigen Stromes umkippt und einen nachgeschalteten Regeltransistor sperrt. Es sind also zur Ansteuerung des Regeltransistors mindestens zwei zusätzliche Transistoren mit den entsprechenden Koppelelementen erforderlich. Diese Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, daß sie sich nach Behebung des Kurzschlusses nicht wieder selbsttätig einschalten.
  • In einer anderen bekannten Schaltung liegt in Reihe zum Verbraucher ein Transistor, dem zur Verstärkung ein weiterer Steuertransistor vorgeschaltet ist, dessen Emitter über Dioden und Widerstände derart angesteuert ist, daß bei Änderungen im Verbraucherkreis über diese Dioden und Widerstände der Verstärkertransistor den in Serie zum Verbraucher liegenden Transistor ab- oder wieder einschaltet. In dieser Schaltungsanordnung ist die Abschaltung des Verbrauchers aber abhängig von den Stromverstärkungsfaktoren der verwendeten Transistoren, da die Begrenzung des Stromes über den Basisstromkreis des in Serie zum Verbraucher liegenden Transistors erfolgt. Da ,aber die Stromverstärkung eines Transistors von verschiedenen, nur schwer erfaßbaren Faktoren abhängt, beispielsweise der Temperatur und der Größe des Laststromes, liegt der Einsatzpunkt für die Abschaltung nicht eindeutig fest.
  • Bei dieser Schaltung liegt die Basis des Steuertransistors an einem Spannungsteilerabgriff.
  • Um diese Abhängigkeit von den Eigenschaften der Transistoren zu vermeiden und gleichzeitig eine Abschaltung bei Kurzschluß sowie eine selbsttätige Wiedereinschaltung nach Behebung des Kurzschlusses zu erreichen, ist bei der eingangs erwähnten elektronischen Kurzschlußsicherung erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß einem Teilwiderstand des den Basiskreis des zweiten Transistors steuernden Spannungsteilers zur Verzögerung des Stromanstiegs an der Basis dieses Transistors ein Kondensator parallel geschaltet ist und daß zur Erleichterung der Einschaltung des Regeltransistors parallel zu dem der Zenerdiode vorgeschalteten Widerstand ein Kondensator liegt.
  • Durch den parallelgeschalteten Kondensator steigt die Spannung an der Basis des dem Regeltransistor vorgeschalteten Transistors nach Beseitigung des Kurzschlusses erheblich langsamer an als die Spannung am Emitter dieses Transistors, so daß er in jedem Fall gesperrt wird. Zur Abschaltung bei überlastung oder einem Kurzschluß ist also in der Sicherungseinrichtung gemäß der Erfindung nur ein einziger zusätzlicher Transistor erforderlich, so daß die Stromversorgung sehr klein ausgelegt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Basisanschluß beider Transistoren zum Zweck einer ferngesteuerten Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung über Anschlußklemmen derart eingeschaltet werden, daß die Stromversorgung durch an den Anschlußklemmen hergestellten Schaltverbindungen jederzeit abschaltbar und bei Beseitigung dieser Verbindungen wieder einschaltbar ist. Um ein sicheres Einschalten zu gewährleisten, sind in den Schaltverbindungen Dioden mit unterschiedlichem Schwellwert vorgesehen. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild einer Gleichstromversorgungseinrichtung und F i g. 2 einen verbraucherseitigen Schalter.
  • Die Stromversorgungseinrichtung der F i g. 1 wird aus einer Wechselstromquelle 1 über einen Netztransformator 2 gespeist. Dieser Netztransformator 2 ist mit zwei Sekundärwicklungen 2 a und 2b versehen, an die je eine Gleichrichterschaltung 3 a bis 3 d und 4 a bis 4 d angeschlossen sind. Zur Glättung der gleichgerichteten Wechselspannungen ist für die Spannung der Wicklung 2a der Kondensator 5 und für die Spannung der Wicklung 2 b der Kondensator 6 vorgesehen. Die positiven Leitungen beider Gleichrichterschaltungen sind zusammengeschaltet. Die eigentliche Betriebsspannung für den Verbraucherstromkreis wird der Sekundärwicklung 2 b entnommen, während die in der Wicklung 2a erzeugte Spannung als Hilfsspannung für die Regelung und die Abschaltung bei Kurzsehluß dient.
  • Die Minusleitung der Verbraucherspannung ist über den Kollektor und Emitter des Regeltransistors 7 auf die Ausgangsbuchse 15 geführt. Der Pluspol der Anordnung ist mit der Ausgangsbuchse 16 verbunden. Die Basisspannung des Transistors 7 wird an der aus der Hilfsspannungsquelle über den Widerstand 8 gespeisten Zenerdioden 9 abgegriffen. Wird nun an den Buchsen 15 und 16 über die Steckerstifte 15' und 16' ein Verbraucher 19 angeschlossen, so stellt sich am Emitter des Transistors 7 ein Potential ein, das nahezu gleich der Spannung an der stabilisierenden Zenerdiode 9 ist. Die Ausgangsspannung an den Buchsen 15 und 16 ist auch bei in gewissen Grenzen schwankender Last im Verbraucherstromkreis durch die Spannung an der Zenerdiode 9 bestimmt. Der Transistor 10 ist in diesem Betriebszustand gesperrt, da das Potential an seiner Basis durch den aus den Widerständen 11 und 12 gebildeten Spannungsteiler positiver ist .als das Potential seines Emitters an der Buchse 15.
  • Tritt nun im Verbraucherstromkreis ein derartiger überstrom beispielsweise durch Kurzschluß auf, daß die Spannung an den Klemmen 15 und 16 unter einen bestimmten Wert absinkt, so wird das Potential am Emitter des Transistors 10 gegenüber dessen Basis positiv und der Transistor 10 leitend. Damit wird aber die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 7 überbrückt und der Verbraucherstromkreis durch den Transistor 7 geöffnet. In diesem Schaltzustand fließt ein Strom vom gemeinsamen Pluspol über die Verbindung 16,16', den Verbraucher 19, die Verbindung 15, 15', den Transistor 10, den Widerstand 8 zum Minuspol der Hilfsspannungsquelle. Damit sinkt auch das Basispotential am Transistor 10 auf den Schwellwert dieses Transistors. Wird nun der Kurzschluß im Verbraucherstromkreis aufgehoben, so steigt die Spannung an der Klemme 15 plötzlich an, so daß das Potential am Emitter des Transistors 10 derart verschoben wird, daß dieser Transistor in den Sperrzustand versetzt wird. Zur Sicherstellung dieses Vorganges ist dem Widerstand 12 ein Kondensator 13 parallel geschaltet, der ein ebenfalls plötzliches Ansteigen des Basispotentials des Transistors 10 verhindert. Der dem Widerstand 8 parallelgeschaltete Kondensator 14 dient der Versteilerung des Stromanstieg F e S in der Zenerdiode 9 und begünstigt das Öffnen des Transistors 7. Es ist somit der normale Betriebszustand der Anordnung wieder hergestellt.
  • An die Stromversorgungseinrichtung der F i g. 1 kann auch eine Anordnung gemäß F i g. 2 angeschlossen werden, durch die eine ferngesteuerte Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung ermöglicht wird. Bei geöffnetem Schalter 22 sind die Anschlußpunkte 17' und 18' potentialfrei, so daß nur der Verbraucher 19 in der beschriebenen Weise mit der Stromversorgung zusammenwirkt. Beim Schließen des Schalters 22 wird die Zenerdiode 9 mit folgendem Stromkreis überbrückt: Gemeinsamer Pluspol der Stromversorgung, Steckverbindung 16, 16', Schalter 22, Diode 20, Steckverbindung 17, 17'. Durch diese Überbrückung der Zenerdiode 9 wird das Basispotential am Transistor 7 derart verschoben, daß dieser sperrt und somit die Verbraucherspannung abschaltet. Gleichzeitig wird über den Schalter 22 der F i g. 2 und die Diode 21 über die Steckverbindung 18, 18' das Basispotential des Transistors 10 auf die Schwellwertspannung der Diode 21 eingestellt. Der Transistor 10 ist in diesem Schaltzustand nichtleitend, da sein Kollektor über die Diode 20 der F i g. 2 positives Potential erhält. Wird nun der Schalter 22 geöffnet, so wird auch die Stromversorgung derFi g.1 durch das Auftrennen derSchaltverbindung zwischen der Steckverbindung 16,16' und den Steckverbindungen 17,17' und 18,18' wieder eingeschaltet. Der Kondensator 13 wirkt wie bereits für die Aufhebung des Kurzschlusses beschrieben wiederum verzögernd auf den Anstieg des Basispotentials des Transistors 10, so daß dessen Sperrzustand aufrechterhalten wird. Als Dioden 20 und 21 werden zwei Dioden verwendet, die im Durchlaßbereich verschiedene Spannungsschwellwerte besitzen. Die Diode 20 soll einen höheren Schwellwert aufweisen als die Diode 21. Als Spannungsschwellwert im Durchlaßbereich ist die Durchlaßspannung zu verstehen, bei der ein plötzlicher Stromanstieg durch die Diode einsetzt. Durch die verschiedenen Schwellwerte der beiden Dioden wird die Schaltfunktion der Anordnung sichergestellt, indem die Potentiale an den entsprechenden Anschlußpunkten durch diese Schwellwerte bestimmt sind.
  • Die Beschreibung des Erfindungsgegenstandes ist gemäß den Figuren auf die Verwendung von pnp-Transistoren abgestellt. Die Anordnung kann jedoch in bekannter Weise durch einfache Abänderung für Transistoren des npn-Typs umgestellt werden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Elektronische Kurzschlußsicherung in einer spannungsstabilisierten Stromversorgungseinrichtung zur Ab- und Einschaltung eines Verbrauchers an die Versorgungsspannung mittels zweier Transistoren, von denen der eine als Regeltransistor mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in den Versorgungsstromkreis eingeschleift ist, und an der Basis des Regeltransistors über einen Widerstand und eine Zenerdiode eine Vergleichsspannung liegt und seine Ernitter-Basis-Strecke beim Durchschalten des zweiten Transistors - dessen Basis am Abgriff eines Spannungsteilers liegt -kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß einem Teilwiderstand (12) des den Basiskreis des zweiten Transistors (10) steuernden Spannungsteilers (11,12) zur Verzögerung des Stromanstiegs an der Basis dieses Transistors (10) ein Kondensator (13) parallel geschaltet ist und daß zur Erleichterung der Einschaltung des Regeltransistors (7) parallel zu dem der Zenerdiode (9) vorgeschalteten Widerstand (8) ein Kondensator (14) liegt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisanschlüsse der beiden Transistoren (7 und 10) zum Zweck einer ferngesteuerten Ein- und Ausschaltung der Kurzschlußsicherung auf Anschlußklemmen (17, 18) geführt sind, so daß die Stromversorgung durch an den Anschlußklemmen (17, 18) hergestellte Schaltverbindungen (16,17 bzw.16,18) abschaltbar und durch Aufheben dieser Schaltverbindungen wieder einschaltbar ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitung zu den Basisanschlüssen (17, 18) der beiden Transistoren (7, 10) je ein Gleichrichter (20, 21) in Durchlaßrichtung geschaltet ist und der der Basis des Regeltransistors (7) vorgeschaltete Gleichrichter (20) einen höheren Schwellwert besitzt als der Gleichrichter (21) in der Zuleitung zur Basis des zweiten Transistors (10). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1134 742, 1109 258, 1050 877; USA.-Patentschrift Nr. 2 971102.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1050877B (de) * 1959-02-19 Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin Und Erlangen Einrichtung zum Unterbrechen des Stromflusses in elektrischen Stromkreisen bei Auftreten von Überströmen
US2971102A (en) * 1959-07-21 1961-02-07 Robert T Schultz Transistor circuit
DE1109258B (de) * 1960-01-21 1961-06-22 Telefunken Patent Anordnung zur selbsttaetigen Abschaltung der Betriebsspannung eines elektrischen Geraetes, insbesondere der Nachrichten- und Messtechnik, bei schaedlichen UEberlastungen
DE1134742B (de) * 1957-04-08 1962-08-16 Gen Electric Transistorstabilisierte, gegen unzulaessig hohe Stroeme selbsttaetig gesicherte Speisequelle

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