DE1254746B - Schutzschaltung fuer den Regeltransistor eines stabilisierten Gleichspannungsnetzgeraetes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

254 746 Int. Cl.:

HOIh

H02h
Deutsche Kl.: 21 c - 68/50

Nummer: 1 254 746

Aktenzeichen: C 31698 VIII b/21 c

Anmeldetag: 17. Dezember 1963

Auslegetag: 23. November 1967

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für den Regeltransistor eines stabilisierten Gleichspannungsnetzgerätes, der durch einen von der stabilisierten Spannung gespeisten Regelverstärker ausgesteuert ist und zu dessen Emitter in Serie ein Widerstand liegt, der von einer Serienschaltung einer Diode und der Basis-Emitter-Strecke eines mit seiner Basis an deren Anode angeschlossenen Schalttransistors überbrückt ist, der mit seinem Kollektor an der Basis des Regeltransistqrs liegt. Diese Schaltung spricht gleichzeitig auf eine Über-Stromstärke und/oder Überspannung an und stellt nach Beseitigung der die Sperrung zuvor bewirkten Überlastungsursache selbsttätig die Stromversorgung wieder her.

Transistorisierte Stromversorgungen weisen gewöhnlieh einen in den Eingangsstromkreis in Reihe geschalteten Transistor auf, der demzufolge im Fall eines gestörten Betriebs der Schaltung Gefahr läuft, Spannungen und/oder Strömen unterworfen zu werden, die er auszuhalten nicht imstande ist. Insbesondere würde eine solche Situation vorliegen, wenn die Verbraucherlast kurzgeschlossen wird oder die Spannung des Versorgungsnetzes außergewöhnlich ansteigt.

Selbstverständlich gibt es bereits Schutzschaltungen zum Schutz eines für die Regelung einer Stromversorgung verwendeten Transistors, und es lassen sich unter anderem die Verwendung einer schnellschmelzenden Schmelzsicherung, die Verwendung einer den maximal zulässigen Strom begrenzenden Schaltung und jbenfalls die Benutzung einer Verriegelungsschaltung nennen. Alle diese Schaltungen besitzen jedoch gewisse Nachteile, die einerseits ihre Anwendbarkeit ziemlich einengen und andererseits gewisse Gefahren stets nicht ausschließen.

Die Verwendung einer schnellschmelzenden Schmelzsicherung bietet nämlich keinen Schutz, den man als sicher bezeichnen könnte, da ihr eine gewisse Ungenauigkeit hinsichtlich der Schmelzzeit innewohnt, die nicht erlaubt, dem zu schützenden Transistor in allen Fällen Schutz zu bieten. Ferner muß die Schmelzsicherung nach Durchbrennen ersetzt werden, was das Eingreifen eines Bedienungsmannes erforderlich macht. Wenn man demgegenüber eine den maximalen Strom begrenzende Schaltung verwendet, so schützt diese selbstverständlich nicht gegen Überspannungen, die sich einstellen können, bevor die Überstrom-Nennstromstärke erreicht ist, auf die die Schaltung anspricht. Der Transistor wird demzufolge bei einer solchen Schutzschaltung zerstört, bevor die Schaltung anspricht, die zu seinem Schutz bestimmt ist. Die Verriegelungsschaltung schließlich, die durch eine Überstromstärke ausgelöst wird, kann nicht ausreichend auf Schutzschaltung für den Regeltransistor eines
stabilisierten Gleichspannungsnetzgeräces

Anmelder:

Compagnie Frangaise Thomson

Houston-Hotchkiss Brandt, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt, München 42, Gotthardstr. 81

Als Erfinder benannt:

Michel Jean Lebeau,

Pierre Blondeau, Antony, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. Dezember 1962 (919 481) - -

eine Überspannung reagieren und macht wie bei der ersteren Schutzschaltung das Eingreifen eines Bedienungsmannes erforderlich, um die Schaltungsanordnung wieder in Betrieb zu setzen.

Weiterhin sind Schutzschaltungen für stabilisierte Stromversorgungen bekannt, die gleichzeitig auf Überstromstärken oder Überspannungen auf der Verbraucherseite reagieren und den stabilisierenden Transistor sperren und nach Beseitigung der die Sperrung zuvor bewirkten Überlastungsursache die Stromversorgung wiederherstellen. Dabei wird ein den stabilisierenden Transistor sperrender oder nicht beeinflussender Schalttransistor verwendet, der durch das Überschreiten des Schwellwertes einer Diode geschaltet wird. Diese auch in anderen, ähnlichen Formen verwendeten Schaltungen haben jedoch den Nachteil, nur auf eine von der Verbraucherseite herrührende Überlastung zu reagieren. Dabei liegt zwangläufig an dem stabilisierenden Transistor zeitweilig eine hohe Spannung bei einem gewissen Strom, oder es fließt durch ihn zeitweilig ein hoher Strom, während gleichzeitig eine gewisse Spannung an ihm liegt. Die dann in dem stabilisierenden Transistor auftretende Leistung kann zu dessen Zerstörung führen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die alle zuvor aufgeführten Nachteile vermeiden läßt und auf Belastungen sowohl von der Verbraucherseite

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her als auch von der Versorgungsseite her anspricht. Diese Aufgabe ist bei einer solchen Schutzschaltung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Regeltransistor durch einen Zweig überbrückt ist, der an der über einen weiteren Widerstand mit dem Serienwiderstand verbundenen Kathode der dem Schalttransistor anodenseitig vorgeschalteten Diode angeklemmt ist und eine Zenerdiode enthält. Die hier vorgeschlagene, zum Schutz des eine Stromversorgung regelnden Transistors oder sonstigen Halbleiterelements bestimmte Schaltung spricht daher sowohl auf Überstromstärken als auch auf Überspannungen an, wobei die verwendeten Schaltungselemente den maximal nutzbaren Strom in Abhängigkeit der an den Anschlüssen des zu schützenden Transistors liegenden Spannung bestimmen. Der Regeltransistor verhält sich im Betrieb der Schutzschaltung wie ein Unterbrecher oder Ausschalter.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung ist im Zweig der Zenerdiode zur Aufnahme kurzzeitiger Überlastung ein Spannungsteiler vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung besteht der Spannungsteiler aus der Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators, der mit den Klemmen der Speisespannung verbunden ist. Zwischen den genannten Elementen ist ein Zweig angeklemmt, der aus einem Widerstand in Serie mit der Zenerdiode besteht.

Tn einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung sind zwischen dem Serienwiderstand und dem Emitter des Regeltransistors und zwischen den beiden Klemmen der Ausgangsspannung weitere Dioden eingeschaltet.

Weitere Merkmale der Erfindung und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung hervor, die eine Schutzschaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schaltbildmäßig veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt hierbei das Schaltschema der Schutzschaltung gemäß der Erfindung, während

F i g. 2 eine Kurve darstellt, die das Verständnis nachstehender Beschreibung erleichtern soll.

Wie bereits erwähnt, gestattet die Schutzschaltung gemäß der Erfindung, gleichzeitig den maximalen Strom und die maximale Spannung zu beschränken, die der für die Regelung der Stromversorgung vorgesehene Transistor aushalten kann und folglich eine übermäßige Leistung anzeigen läßt, die in dem Transistor verbraucht wird. Im Fall einer Überlast sperrt der Transistor, und die in diesem Fall erfolgende Wegnahme der Stromversorgungsspannung auf die Zeit des Bestehens der Überlast gestattet ein selbsttätiges Wiedereinschalten der Schaltung.

Die Schutzschaltung der F i g. 1 besitzt einen Transistor T_P, der zur Regelung der Stromversorgungsspannung Ua benutzt wird. Die Stromquelle der Versorgungsspannung Ua ist mit dem Regeltransistor T_p und mit einer Diode D₁ in Reihe geschaltet. Die Basis des Transistors T_p ist an den sogenannten Regelverstärker A angeschlossen, und die stabilisierte Spannung U_s tritt an den Klemmen einer Diode D₃ auf, deren Aufgabe noch später erklärt wird. Die eigentliche Schutzschaltung gemäß der Erfindung besitzt den Transistor Tb, dessen Basis an die Anode einer Diode D₂ geschaltet ist, die die Stromstärke des in dem Transistor Tp in Abhängigkeit fließenden Stroms steuert. Ferner umfaßt die Schutzschaltung eine Zenerdiode D_x, welche die an den Anschlüssen des Transistors T_p herrschende Spannung U_p steuert und deren Anode an eine Brücke geschaltet ist, die aus den Widerständen R₁ und R₂ und dem Kondensator C besteht.

Die Wirkungsweise der vollständigen Schaltung ist folgende: Der gewöhnlich durch den Regelverstärker A gesteuerte Regeltransistor T_v kann durch denTransistor Tb gesperrt werden, wenn eine Überstromstärke auftritt. Diese Überstromstärke wirkt sich durch eine

ίο Spannung U₀ zwischen den Schaltungspunkten B und E aus, die höher als die Schwellspannung U_s der Diode D₂ ist. Mathematisch läßt sich sagen, daß die Spannung U_c die Summe der an den Anschlüssen der Widerstände R₃ und i?4 herrschenden Spannung ist, wobei die Spannung an den Klemmen von R₃ unmittelbar von dem den Transistor Tp durchfließenden Strom abhängig ist. Der für den Transistor T_p maximal zulässige

Strom beträgt demnach I_max = --=¹, wobei die an den

Anschlüssen des Widerstandes i?₄ liegende Spannung so lange Null ist, als die Zenerdiode D_z nicht leitet, d. h. solange die an den Anschlüssen des Regeltransistors T_v liegende Spannung U_p kleiner als die sogenannte Zenerspannung U₂ der Diode D_z ist.

Wenn die Schwellung überschritten ist, beträgt die an den Anschlüssen des Widerstandes .R₄ herrschende Spannung

R₄

r₁ = {Up - U₁)

R,

Rl +^2

wobei angenommen ist, daß der Wert von R₃ gegenüber dem von 7?₄ gering ist.
Die Spannung U₀ beträgt demnach

(Up - U₃)

+ R₁

R₂

wobei I_P der den Transistor T_p durchfließende Strom ist.

Die Sperrung des Transistors T_p durch den Transistor Tb findet demnach statt für Werte von U₀, die größer oder gleich dem Wert von U_s sind, wobei der Wert des Stromes I_p im Augenblick der Sperrung beträgt:

7 > .¥l _ Uv

R,

R₁ + R₂

Der für die Belastung maximal zulässige Strom tritt demnach unter diesen Bedingungen als eine Funktion der an den Anschlüssen des Transistors T_v herrschenden Spannung auf.

Nach der Erfindung lassen sich die verschiedenen Schaltungselemente der Schutzschaltung in der Weise bestimmen, daß die Grenze des Betriebs der Schutzschaltung stets unterhalb der Hyperbel maximalen Leistungsverbrauchs des Transistors T_v gelegen ist, wie dies F i g. 2 veranschaulicht. Die Grenzbetriebskenn-ImJeZ¹L ist für einen Maximalwert Il des Stromes I_v bestimmt, der so lange konstant bleibt, als U_p ^ U_z ist, und einen Grenzwert Ul der an den Anschlüssen des Transistors Tp herrschenden Spannung U_p bestimmt, oberhalb dessen die Schutzschaltung anspricht. Selbstverständlich wird diese Grenzbetriebskennlinie unterhalb der Hyperbel Hl maximalen Leistungsverbrauchs des Transistors T_v gewählt. Demnach ist der

Regeltransistor T_v gleichzeitig gegen Überstromstärken und gegen Überspannungen geschützt. Es ist hierbei von Vorteil, daß die Sperrung des Transistors T_p stabil ist, da die gewünschte Verminderung des in ihm

fließenden Stroms von einer Steuerung der Spannung Up begleitet ist, die die Sperrung des Transistors begünstigt.

Gemäß der Erfindung besitzt die Schutzschaltung an den Anschlüssen der Stromversorgungsspannung U_a eine aus den Widerständen R₁ und R₂ ^uri<i dem Kondensator C bestehende Brücke. Die Aufgabe dieser Brücke ist vor allem wichtig bei Inbetriebsetzen der Schaltung; die Ladezeit des Kondensators C über den Widerstand R₁ erschwert nämlich das Sperren des Transistors T_P, und zwar vereint mit der Wirkung des Widerstandes R₁, der die sich gegebenenfalls einstellenden Überlasten kurzer Dauer absorbiert.

Ein weiterer Vorteil der hier vorgeschlagenen Schutzschaltung besteht darin, daß sich das Eingreifen eines Bedienungsmannes erübrigt, nachdem die Sperrung des Regeltransistors stattgefunden hat. In diesem Fall nämlich ruft das zeitweise Wegbleiben der Stromversorgung die Entladung des Kondensators C hervor, die zuläßt, daß die Schaltung erneut unter Spannung gesetzt wird. Die an den Emitter des Transistors T_v geschaltete Diode D₁ bewirkt eine bessere Sperrung der Stromversorgung. Die Diode D₃ gestattet das Auslösen der Sicherheitsschaltung einer weiteren Stromversorgung, die zufällig an die hier betrachtete Stromversorgung angeschaltet sein kann. Die Schutzschaltung gemäß der Erfindung zum Schutz einer durch einen Transistor geregelten Stromversorgung benutzt nur elektronische Mittel.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für den Regeltransistor eines stabilisierten Gleichspannungsnetzgerätes, der durch einen von der stabilisierten Spannung gespeisten Regelverstärker ausgesteuert ist und zu

30 dessen Emitter in Serie ein Widerstand liegt, der von einer Serienschaltung einer Diode und der Basis-Emitter-Strecke eines mit seiner Basis an deren Anode angeschlossenen Schalttransistors überbrückt ist, der mit seinem Kollektor an der Basis des Regeltransistors liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor (T_p) durch einen Zweig überbrückt ist, der an der über einen weiteren Widerstand (R_t) mit dem Serienwiderstand (R₃) verbundenen Kathode der dem Schalttransistor anodenseitig vorgeschalteten Diode (D₂) angeklemmt ist und eine Zenerdiode (D_z) enthält.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zweig der Zenerdiode (D_z) zur Aufnahme kurzzeitiger Überlastung ein Spannungsteiler (R₁, R₂, C) vorgesehen ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus der Serienschaltung eines Widerstandes (R₁) und eines Kondensators (C) besteht, der mit den Klemmen der Speisespannung (U_a) verbunden ist, und zwischen den genannten Elementen ein Zweig angeklemmt ist, der aus einem Widerstand (R₂) in Serie mit der Zenerdiode (D_z) besteht.

4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Serienwiderstand (R₃) und dem Emitter des Regeltransistors (Tp) und zwischen den beidenKlemmen der Ausgangsspannung (U_s) weitere Dioden (D₁, D₃) eingeschaltet sind.

35 In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 072 714, 1 097 539, 742, 1084 820;
französische Patentschrift Nr. 1 256 489.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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