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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.
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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.
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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.
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Bei dieser Schaltung liegt die Basis des Steuertransistors an einem
Spannungsteilerabgriff.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.