DE1290238C2 - Elektronische sicherheitsschaltung zur strombegrenzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Sicherheitsschaltung zur Strombegrenzung bei spannungsstabilisierten Netzgeräten, die zwischen einer Speisequelle und einem Verbraucher vorgesehen ist, wobei eine der beiden Verbindungsleitungen ein Stellglied und einen festen Widerstand enthält und das Stellglied von einem Steuerglied nach Maßgabe der Stromaufnahme des Verbrauchers verändert wird und einen bistabilen Multivibrator aufweist, der beim Überschreiten eines bestimmten, durch den festen Widerstand gemessenen Ausgangsstromes kippt und das Stellglied derart beeinflußt, daß es den Verbraucherstrom abschaltet und nach einer durch die Zeitkonstantc des Multivibrators begrenzten Zeit den Verbraucherstrom wieder einschaltet.

Bei einem bekannten Netzanschlußgerät dieser Art sind die aktiven Schaltglieder des über ein Integrationsglied gesteuerten Multivibrators dynamisch über einen Kondensator miteinander gekoppelt. Die bei Überlastung des Netzanschlußgerätes auftretende Ausgangsspannung dieses Multivibrators beeinflußt einen nachgeschalteteu Transistoroszillator derart, daß die Ausgangswechselspannung dieses Transistoroscillators über einen Kondensator und eine anschließende Gleichrichteranordnung einer derartige Vorspannjng an das Längstilied. hier eine Rühre, liefert, daß der Gleichstromkreis des Netzgerätes unterbioc' en ist. Mit dein Unterbrechen des Gleichstromkreises veir.ehwindet die Eingangsspannung am Inlegraiionsglied und nach dem durch d^;e Zeitkunsti'.nte de< inlegnerglicdo. bestimmten Abklingen der Ladurii: :u"i dem zugehörigen Kondensator kippt der Multivibrator in seine Anlangssteüung zurück, so daß der Gleichstromkreis, also der Verb; aucheiMmm. wieder eingeschaltet ν ird (vgl. deutsche Auslegcschriit 1 209 621).

Ausgehend vor. einer elektronischen Sicherheitsschalnmg der eingangs genannten An ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kollektor des Eingangstransistors des Multi\ ibrators mit der Basis des Aus gangstransistors des Multivibrators über einen Ohmschen Widerstand verbunden und der Eingang des Multivibrators über einen Kondensator gespeist is!, dessen durch eine Widerstandskombination bestimmte Zeitkonstante für die Entladung etwa um den Faktur 5 größer ist als die für seine Aufladung wirksame, durch den über c.ne Diode parallel zum Kondensator geschalteten festen Widerstand bestimmte Zeitkonstantc

Durch die Gleichslromkopplung zwischen den aktiven Schaltgliedern des Multivibrators wird dieser unabhängig vom zeitlichen Verlauf des Eingang-stromes. Sein Umschaltzeiipunkt hängt nicht von de-Änderungsgeschwindigkeit des Eingangsstromes ab. Durch die unterschiedlichen Zeitkonstanten für den Lade- und Entladevorgang des schaltzeitbestimmenden Kondensators wird das Impuls-Pause-Verhältnis wählbar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind dem Multivibrator ein Schalttransistor zur Beeinflussung des Stellgliedes und ein weiterer Schalttransistor zur Einschaltung einer Anzeigelampe nachgeschaltet.

Während des kurzfristigen Einschaltens des Ausgangsstromes des Netzgerätes beim Prüfen des Verbrauchers, ob der maximal zulässige Ausgangsstrom des Netzgerätes nach wie \or überschritten wird, ieuchtet diese Anzeigelampe ebenfalls kurz auf, so daß der bei Überlastung des Netzgerätes stattfindende Prüfvorgang der elektronischen Sicherheitsschaltung durch ein Blinken dieser Anzeigelampe signalisiert wird.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein stabilisiertes Netzgerät stark vereinfacht dargestellt, das aus einer Glcichrichterschaltung G₁ die ungeregelte Spannung erhält und diese an Ausgangsklemmen als geregelte Spannung abgibt. In dem einen Längszweig des stabilisie;-ten Netzgerätes ist ein Stellglied St und ein festei Reihenwiderstand R₁ geschaltet, wobei das Stellglied St in bekannter Weise durch eine als trägheitslos regelbarer Widerstand wirkende Transistorschaltung ausgebildet ist. Zwischen die Ausgangsklemmen des Netzgerätes ist ein aus Widerständen R_v R_x und R_i bestehender Spannungsteiler geschaltet. Dieser Spannungsteiler ist für die Istwertbildung der tatsächlich am Ausgang des Netzgerätes anstehenden geregelten

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Spannung erforderlich. Der V. Verstand R, dieses Spannungsteilers ist regelbar ausgebildet, so'daß die zwischen den Widerstünden R., und R, abgegriffene Teilspaniiung geändert werden kann, bie zwischen den Widerständen R.. und R₄ abgegriffene Teilspanluing, die der jeweiligen am Ausgang des Netzgerätes anstehenden Spannung entspricht, wird in bekanntet Weise über ein Steuerglied S an das Stellglied .Vf gegeben, das die Konstanthaltung der durch Einstellung des Reyclwiderstandcs R., gewählte!! jeweiligen Aus- m gangsspannung bewirkt.

Zwei gelrennte, durch Gleichriehiersdialtungen G.. und G.. dargestellte Speisespannungsquellen dienen der Spannungsversorgung der ,gentlichen elektronischen Sicherheitsschakung. De elektronische Sicher- '5 !verschaltung besteht aus zwei zu einem Sehnutt-'! rigger zusammengeschalteten Transistoren T. und 7 ._,. die einen gemeinsamen ErmUerwiderstünd R- besitzen. Die Basis des Transistors T.. ist über einen Basiswiderstand R₆ mit dem Kollektor des Transistors T₁ verbunden. Der Kollektor des T:.;nsislors T₂ ist über einen aus Widerständen R₇ und R, bestehenden Spannungsteiler mit der Basin eines ersten Schalttransistors T₃ und über einen aus Widerständen R_a und R₁₀ bestehenden zweiten Spannungsteiler mit det ²S Basis eines zweiten Schalttransistors T₄ verbunden Die Basen der Schalttransistoren T₄ und T₄ sind dabei jeweils zwischen den Widerständen R₇ und R, einerseits und den Widerständen R₉ und R₁₀ andererseits angeschlossen. Die Transistoren T₁ und T. sind 3*·' über Kollektorwiderstände R₁₈ und R₁₉ sowie einen gemeinsamen weiteren Widerstand R₁₇ mit dem negativen Pol der Gleichrichterschaltung G., verbunden, der eine Zenerdiode Z parallel geschaltet ist.

Die Basis des zum Schmitt-Ί rigger gehörenden Transistors T₁ ist über Widerstände R₁₁ und R₁., mit dem negativen Pol der durch die Gleichrichterschaltung G., dargestellten Speisespannungsquelle verbunden. Gleichzeitig ist die Basis des Transistors T₁ über eine aus den Widerständen R₁₃, R₁₄ und R₁. bestehende Widerstandskombination mit de;- Kathode einer Diode D₁ verbunden. Die Anode dieser Diode D₁ ist mit einem KDndensatorC verbunden, dessen andere Elektrode an dem positiven Pol der Speisespannungsquelle G₃ liegt. Dieser Kondensator C ist gleichzeitig dem im Längszweig des stabilisierten Netzgerät·; liegenden festen Widerstand R₁ über eine Diode D., derart parallel geschaltet, daß er sich auf die jeweils an diesem festen Widerstand infolge des Ausgangsstromes des Netzgeräts abfallende positive Spinnung aufladen kann.

Der Kollektor des Schalttransistors T₃ ist über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D.₍ mit dem Steuerglied 5 verbunden, das seinerseits mit dem im Längszweig des stabilisierten Netzgeräts liegenden Stellglied verbunden ist. Im Kollektorkreis des Schalltransistors T₄ Hegt eine Anzeigelampe L.

Bei normalen Betriebsbedingungen des stabilisierten Netzgerätes, d. h. bei einem vom Netzgerät abgegebenen Ausgangsstrom, der nicht den maximal zulässigen Ausgangsstrom I_A überschreitet, befindet sich die elektronische Sicherungsschaltung in folgendem Schaltzustand:

Der aus den Widerständen R₁₁ und R₁₂ bestehende Basisspannungsteiler des Transistors T₁ ist so eingestellt, daß der Transistor T₁ leitend ist, wodurch die mit seinem Kollektor über den aus den Widerständen R_n und R₁₆ bestehenden Spannungsteiler verbundene !ad; sich über die Diode/),, di
den R₁.,, R₁₄ und R₁₅
i

Basis des Transistors 7, ein derartig positives Potential gegenüber dem Emitter des Transistors T₂ erhält, daß dieser sperrt. Bei gesperrtem Transistor T., liegt an dessen Kollektor am Punkt R dann annähernd die -.olle negative Speisespannung der Speisespannung*- quelle G.,, so daß der Schalttransistor 7"., über seinen geeignet dimensionierten Spannungsteiler ein solches Basispotentiyi erhält, daß er sicher sperrt. Der Srhaltiraniistors T₄, der vom entgegengesetzten Leitfähigki SiVp wie der Schahtransistor T₁ ist, erhält damit Ui'.! seinen Spam .ngsteiler ÖHnungspotential. so dab er voll geöffnet ist. Damit wird vom Schalttransistor T., d;;s Steuerglied S des stabilisierten Netzgerätes nicht beeinflußt und vom Schaluransistor T₄ die Anzeigelampe L eingeschaltet. Der Kondensator C

, aus den Widerstan_{1 14 15} bestehende Widerstandskombination und den aus den Widerständen R₁, und R_y. bestehenden Basis>pannungsteiler des Transistors T₁ auf eine schwach egativ Spannung auf.

Wird im stabil.>ierten Nef gerat der maximal zulässige Ausgangsstrorn/₄ überschritten, so tritt am fcnten Widersland R₁ ein derartiger Spannungsabfall aut, daß über die Diode D., der Kondensator C sehr schnell auf eine positive Spannung aufgeladen wird, über die Diode T)₁ und die Widerstandskombination v.ird die Basis des Transistors T₁ damit positiv vets> !loben, so daß der Transistors T₁ sperrt. Damit \vi:d aber der Transistor 7\, leitend, womit der Schmitt-Trigger seine andere stabile Stellung eingenommen hat. Bei leitendem Transistor T, wird der Kollektor dieses Transistors und damit der Punkt B sehr viel positiver, womit auch die Rasen der Schahtransistoren 7"._; und T₄ positiver weiden. Der Scha'ttransistor T₁ öffnet, während der Schalttransistor 7'₄ sperrt, so daß über den Kollektor des SchalUransistors T₃ und die Diode D₃ da* Steuerglied des stabilisierten Netzgerätes in bekannter Weise derart beeinflußt wird, daß das Stellglied S/ sperrt und der vom Netzgerät- abgegebene Ausgangsstrom I_A abgeschaltet wird. Der gesperrte Schaluransistor T₄ bringt die Anzeigelampe zum Erlöschen.

1st über das so beeinflußte Stellglied im stabilisierten Netzgerät der Ausgangsstrom I_A abgeschaltet worden, so liegt der Kondensator Γ nicht länger an einer am Festwiderstand R₁ abfallenden positiven Spannung. Die in dem Kondensator Γ gespeicherte positive Spannung kann sich über die in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D, und die aus den W'iderständen R₁₃, R₁₄ und R_ir< bestehende Widerstandskombination sowie dem aus den Widerständen R₁, und R₁., bestehenden Basisspannungsteiler des Transistors T₁ nach einci vorgegebenen Zeitkonstante entladen. Hat sich der Kondensator Γ entladen, so wird die Basis des Transistors T₁ wieder negativer, und zwar bis dieser leitend wird und damit der Schmitt-Trigger in seine ui sprüngliche stabile Stellung wieder zurückkippt. Bei leitendem Transistor T₁ wird der Transistor T₂ gesperrt, womit auch der Schalttransistör T₃ sperrt und der Schahtransistor T₄ öffnet. Bei gesperrtem Schalttransistor 7'., wird das Stellglied St des stabilisierten Netzgerätes nicht langer in einer den Ausgangssirom I_A des Netzgerätes unterbrechenden Stellung gehalten, so daß das Netzgerät wieder Ausgangsstrom abgibt. Die Anzeigelampe L wird infolge des geöffneten Schalttransistors T₄ wieder eingeschaltet.

Sieigt bei dem so erneut eingeschalteten Netzgerät

der Ausgangsstrom 1_Λ wiederum über den maximal zulässigen Wert, so wird über den Spannungsabfall am Festwiderstand/?, wiederum der Kondensator C auf positives Potential aufgeladen und damit über den Transistor T, der Schmitt-Trigger in seinen anderen stabilen Schallzustand gekippt. Damit wird dann abermals der vom Netzgerät abgegebene Ausgangsstrom I_A unterbrochen. Steigt der vom Netzgerät abgegebene Ausgangsstrom I_A dagegen nicht über den maximal zulässigen Wert an, so bleibt der Schmitt-Trigger in seiner ursprünglichen stabilen Stellung, d. h., der Transistor T₁ ist leitend, und der Transistor T₂ ist gesperrt.

Die elektronische Sicherheitsschaltung gemäß der Erfindung prüft bei einer unzulässig hohen Belastung des stabilisierten Netzgerätes in einer ununterbrochenen Folge von nur durch die Entladezeitkonstante des Kondensators gegebenen Zeitintervallen die Be-

IO

triebsbedingungcn am Ausgang des Netzgerätes. Sind am Ausgang des Netzgerätes zulässige Betriebsbedingungen vorhanden, wird dabei automatisch das eventuell vorher abgeschaltete stabilisierte Netzgerät neu eingeschaltet, während es bei am Ausgang des Netzgerätes herrschenden unzulässigen elektrischen Bedingungen abgeschaltet wird.

Die F-'ntladezeitkonstante des Kondensators C ist dabei zweckmäßig so festgelegt, daß sie etwa um den Faktor 5 größer als die für die Aufladung des Kondensators wirksame Zeitkonstante ist. Damit ist sichergestellt, daß bei der Prüfung der am Ausgang des Netzgerätes herrschenden elektrischen Bedingungen der Ausgangsstrom bei Überlastung des Netzgerätes nur für sehr kurze Zeitintervalle wieder eingeschaltet wird und damit keine schädliche Wirkung auf die Regeltransistoren des Stellglieds oder den Verbraucher ausgeübt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

i 290 Patentansprüche:

1. Elektron,sehe Sicherheitssehaltung zurStronibegrenzung bei spannungsstabilisierien Netzgerüter.. die /wische:¹, einer Speisequ'.ilc und einer."! Verbraucher vorgesehen ist. wobei L-ine der beiden Verbindungsleitungen ein Stellglied und einen festen Widerstand civhalt und das Stellglied von einem Steuerglied nach Maßgabe der Stromaufnahme de,- Verbrauchers seiändert v. ird und einen bistabilen Multivibrator aufweist, der beim überschreiten eines bestimmten, durch den festen Widerstand eemessenen Ausgangsstrohi-s kippt und das Stellglied iierart beeinflußt, daß ^ dei. Verbraucherstrom abschaltet und nach einer ij durch die Zcitkonstanie des Multivibrators begrenzten Zeit den VerhniucherstroiVi wieder einschahei. dad u r c ':\ gekennzeichnet, dab der Kollekte: des Eingangsstransistors ("F₁) des Multivibrators mit der Basis des Ausgangstran- »o sistors (T.,) lies Multivibrators über einen Ohmsehen Widerstand (R₁.) verbunden und der Hingang (Basis'/",) des Miiitix ibrators über einen Kondensator (C) gespeist ist, dessen durch eine Widerst, idskombinatton(/?.,, R₁₄. W_1S) bestimmte Zeitkonstante fin die Fntladung etwa um den Faktor 5 größer ist als die für seine Aufladung wirksame, durch den über eine Diode (D.,) parallel zum Kondensator geschalteten festen Widerstand (R₁) bestimmte /-.'itkonstantu.

2. Elektronische Sicherheit .,chaining nach Anspruch 1. dadurch geker.rr/cichne'., daß dem Multivibrator (T₁, 7".,) ein Schale ansistor (T.,) zur Beeinflussung des Stellgliedes (St) und ein weiterer Schalttransistor (7 ,) zur Einschaltung einer Anzeigelampe (L) nachgeschaltet sind.

3. Elektronische Sicherheitsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (T₁. T.,) und die Schalttransistoren (T₁, T₄) einerseits und der am Netzgerät angeschlo^csene Verbraucher andererseits aus getrennten Spannungsquellen (G₁, G₂, G₃) gespeist sind.