DE1297194B - Voltage regulator with overload protection - Google Patents
Voltage regulator with overload protectionInfo
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Description
Zur Stabilisierung von Spannungen sind Spannungsregler bekanntgeworden, bei denen als Stellglieder Transistoren verwendet werden, die in Serie zum Verbraucherwiderstand angeordnet sind. Dabei werden die Transistoren als steuerbare Widerstände verwendet und mittels eines Stellstroms ausgesteuert, der aus der Differenz eines vorgegebenen Teils der Verbraucherspannung und einer einstellbaren Vergleichsspannung abgeleitet wird. Weicht hierbei die zu regelnde Spannung in ihrer Amplitude von einem vorgegebenen Sollwert ab, so ändert sich die genannte Differenzspannung in der Weise, daß bei einer überspannung der abgeleitete Stellstrom kleiner wird, bei einer Unterspannung dagegen größer. Hierdurch wird der Transistor bei Überspannung weniger weit ausgesteuert, d. h. hochohmiger, und bei Unterspannung weiter ausgesteuert, d. h. niederohmiger, so daß die am Verbraucher liegende Spannung stabilisiert wird.Voltage regulators have become known to stabilize voltages, in which transistors are used as actuators, in series with the load resistance are arranged. The transistors are used as controllable resistors and controlled by means of an actuating current that is derived from the difference between a predetermined Part of the load voltage and an adjustable reference voltage derived will. If the voltage to be regulated deviates in its amplitude from a predetermined one Setpoint from, the said differential voltage changes in such a way that at In the event of an overvoltage, the derived actuating current becomes smaller, in the case of an undervoltage on the other hand larger. This means that the transistor is less controlled in the event of an overvoltage, d. H. higher resistance, and further controlled in the case of undervoltage, d. H. lower resistance, so that the voltage applied to the consumer is stabilized.
Beim Einschalten eines derartigen Spannungsreglers sowie bei Kurzschlüssen oder zu großer überspannung kann der als Stellglied verwendete Transistor jedoch sehr leicht zerstört werden. Dabei ist eine Schutzwirkung durch eine in Serie geschaltete Schmelzsicherung wegen deren Trägheit nicht möglich.When switching on such a voltage regulator and in the event of a short circuit or too great an overvoltage, however, the transistor used as an actuator can very easily destroyed. A protective effect is provided by a series-connected Fuse not possible due to its inertia.
Zur Vermeidung einer thermischen Überlastung des als Stellglied dienenden Regeltransistors sind bereits verschiedene überlastungsschutzschaltungen bekannt. Eine sehr naheliegende Schaltung dieser Art verwendet einen oder mehrere Transistoren von der gleichen Art wie der Regeltransistor, deren Emitter-Kollektor-Strecken der Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors jeweils parallel geschaltet sind. Durch zusätzliche Schaltelemente wird hierbei erreicht, daß die sich ergebende Stromaufteilung jeweils gleich große Teilströme gewährleistet. Trotz des relativ großen Schaltungsaufwandes wird hierbei jedoch keine sichere Schutzwirkung erreicht, sondern lediglich die Belastbarkeit des einzelnen Transistors entsprechend der Anzahl der parallelen Stromzweige vervielfacht.To avoid thermal overloading of the actuator used Regulating transistor, various overload protection circuits are already known. A very obvious circuit of this type uses one or more transistors of the same type as the regulating transistor, whose emitter-collector routes the Emitter-collector path of the control transistor are each connected in parallel. By means of additional switching elements it is achieved that the resulting current distribution equally large partial flows guaranteed. Despite the relatively large circuit complexity however, no reliable protective effect is achieved here, only the Load capacity of the individual transistor according to the number of parallel branches multiplied.
Eine andere Überlastungsschutzschaltung weist eine Gasentladungsröhre parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors auf, die von dem Spannungsabfall an dieser Strecke und vom Potential eines weiteren Schaltungspunktes derart gesteuert wird, daß sie beim überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Verbraucherstromes zündet und somit die Emitter-Kollektor-Strecke überbrückt. Die Schutzwirkung dieser Schaltung ist zwar größer als die der vorstehend beschriebenen, doch tritt hier der grundsätzliche Nachteil auf, daß der Zündeinsatz von dem genannten Spannungsabfall und damit von der jeweiligen Regelstellung abhängt, wodurch die Betriebssicherheit wieder eingeschränkt wird.Another overload protection circuit includes a gas discharge tube parallel to the emitter-collector path of the control transistor, which is affected by the voltage drop on this route and controlled in this way by the potential of a further circuit point is that they exceed a predetermined limit value of the consumer current ignites and thus bridges the emitter-collector path. The protective effect of this Circuit is larger than that described above, but occurs here the fundamental disadvantage that the ignition insert from the aforementioned voltage drop and thus depends on the respective control setting, which increases operational reliability is restricted again.
Der gleiche grundsätzliche Nachteil ist auch bei weiteren, bekannten Schaltungen dieser Art vorhanden, bei denen außer der Regelung der Ausgangsspannung mittels eines Regeltransistors in einer ersten Regelschaltung noch zusätzlich der Spannungsabfall an der Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors als Stellgröße für eine zweite Regelschaltung verwendet wird, die beim überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Spannungsabfalles mittels einer steuerbaren Längsimpedanz die Eingangsspannung der ersten Regelschaltung herabregelt. Auch in diesem Fall wird ein sicherer überlastungsschutz vor plötzlichen überströmen nicht erreicht. Auch wenn in bekannter Weise eine Diode der Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors zusätzlich parallel geschaltet wird, besteht der Nachteil der Abhängigkeit der thermischen Belastung des Regeltransistors von der jeweiligen Regelstellung.The same fundamental disadvantage is also found in other known ones Circuits of this type exist in which, in addition to regulating the output voltage additionally by means of a control transistor in a first control circuit Voltage drop at the emitter-collector path of the control transistor as a manipulated variable is used for a second control circuit, which occurs when a predetermined value is exceeded Value of the voltage drop by means of a controllable series impedance the input voltage the first control circuit downregulates. In this case too, there is a safe overload protection not reached before sudden overflows. Even if in a known way a diode the emitter-collector path of the control transistor is also connected in parallel there is the disadvantage of the dependence of the thermal load on the control transistor of the respective control position.
Eine weitere bekannte überlastungsschutzschaltung enthält einen Begrenzungswiderstand und einen zusätzlichen Transistor in Serie zu der Emitter- Kollektor-Strecke des Regeltransistors, wobei die Basis des zusätzlichen Transistors mit dem Emitter des Regeltransistors über eine in Sperrichtung gepolte Zenerdiode verbunden ist. Auch in diesem Fall wird die Größe des beim Auftreten eines plötzlichen überstromes über den Regeltransistor fließenden Teilstromes von der Regelstellung mitbestimmt. Es ist daher erforderlich, die maximal auftretende thermische Belastung des Regeltransistors nach der ungünstigsten Regelstellung zu ermitteln und weitere Schaltelemente vorzusehen, die eine günstige Aufteilung der thermischen Belastung auf den Regeltransistor und auf den zusätzlichen Transistor bewirken.Another known overload protection circuit includes a limiting resistor and an additional transistor in series with the emitter-collector path of the Control transistor, the base of the additional transistor with the emitter of the Control transistor is connected via a reverse-biased Zener diode. Even in this case, the size of the sudden overcurrent occurs the control transistor flowing partial current is determined by the control position. It is therefore necessary, the maximum occurring thermal load on the control transistor to determine according to the most unfavorable control position and to provide further switching elements, which a favorable distribution of the thermal load on the control transistor and effect on the additional transistor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Spannungsregler der eingangs genannten Art einen Überlastungsschutz vorzusehen, der sowohl gegen Überströme als auch gegen Überspannungen zuverlässig wirkt, wobei der in Abhängigkeit von dem Regelgrad veränderliche Wert des Transistorwiderstandes die Schutzwirkung nicht nachteilig beeinflußt.The invention is based on the object of a voltage regulator of the type mentioned to provide overload protection against both Overcurrents as well as overvoltages acts reliably, with the depending The value of the transistor resistance, which varies according to the degree of control, has the effect of protecting not adversely affected.
Dies wird bei einem Spannungsregler mit überlastungsschutz, dessen Stellglied aus einem mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Serie zum Verbraucherwiderstand angeordneten Transistor besteht, der mittels eines aus Regelgröße und Sollwert abgeleiteten Stehstroms bei Überspannung hochohmig, bei Unterspannung niederohmig steuerbar ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Abgriff eines in Serie zur Emitter-Kollektor-Strecke angeordneten Potentiometers mit der Steuerelektrode eines Vierschichttransistors verbunden ist, der dem Transistor und dem Potentiometer mit einer solchen Polung parallelgeschaltet ist, daß er beim überschreiten eines vorgegebenen Verbraucherstromwertes zündet.This is the case with a voltage regulator with overload protection whose Actuator from one with its emitter-collector path in series with the consumer resistance arranged transistor, which is derived by means of a controlled variable and setpoint value Withstand current is high-resistance in the event of overvoltage, low-resistance in the case of undervoltage, according to the invention achieved by tapping one in series with the emitter-collector path arranged potentiometer with the control electrode of a four-layer transistor connected to the transistor and the potentiometer with such a polarity is connected in parallel that it occurs when a predetermined consumer current value is exceeded ignites.
Wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wechselspannungsreglers entnehmbar.Essential features and advantages of the invention are as follows Description of a preferred embodiment shown in the drawing from an AC voltage regulator.
Die an den Eingangsklemmen 1 anliegende, ungeregelte Wechselspannung ist mit U1 bezeichnet, während die Spannung U, an den Ausgangsklemmen 2 auf konstanten Effektivwert oder auf konstanten Spitzenwert geregelt wird. Über eine Wicklung 4 des Ausgangsübertragers 3 wird ein bestimmter Teil der geregelten Spannung abgegriffen, im Gleichrichter 5 gleichgerichtet und dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 6 zugeführt, dessen anderer Eingang mit einer Vergleichsspannung U" beschaltet ist. Entspricht die Amplitude von U1 einem vorgegebenen Sollwert, so besteht eine bestimmte, vorgegebene Differenz der beiden Eingangsgrößen des Differenzverstärkers 6, so daß ein bestimmter Ausgangsstrom i, fließt. Dieser Ausgangsstrom steuert den Verteilertransistor 7 bis zu einem bestimmten Arbeitspunkt aus, wobei dann ein bestimmter Widerstand seiner Emitter-Kollektor-Strecke vorliegt. Der von einer Batterie 8 ausgehende Gesamtstrom teilt sich dabei zwischen einem ersten Stromzweig, bestehend aus der Emitter-Basis-Strecke eines Stelltransistors 9 und einer Diode 10, einem zweiten Stromzweig, bestehend aus der Emitter-Basis-Strecke eines Stehtransistors 11 und einer Diode 12, und einem dritten Stromzweig, bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 7, auf, wobei alle genannten Teilströme gemeinsam über den Widerstand 13 zum Minuspol der Batterie 8 fließen. Je nach der Abweichung des Amplitudenwertes der Spannung U1 von dem Sollwert weicht auch der Ausgangsstrom des Differenzverstärkers 6 von dem Wert i, ab, wobei im Falle von Überspannungen der Ausgangsstrom größer ist als io, im Falle von Unterspannungen kleiner. Der Transistor 7 wird in Abhängigkeit hiervon entweder hochohmiger oder niederohmiger und nimmt einen kleineren oder größeren Teilstrom der Batterie 8 auf. Die verbleibenden Teilströme, die sich auf die Schaltzweige 9, 10 und 11, 12 zu gleichen Teilen aufteilen, steuern die Stelltransistoren 9, 11 entsprechend aus. Bei Überspannung sind diese infolge geringerer Aussteuerung hochohmiger, bei Unterspannung infolge höherer Aussteuerung niederohmiger. Daher fällt bei Überspannung ein größerer Teil von U1 an den Transistoren 9 und 11 ab, bei Unterspannung ein kleinerer Teil, so daß die Spannung U2 am Verbraucher stabilisiert wird.The unregulated AC voltage applied to the input terminals 1 is labeled U1, while the voltage U, at the output terminals 2 is regulated to a constant effective value or a constant peak value. A certain part of the regulated voltage is tapped via a winding 4 of the output transformer 3, rectified in the rectifier 5 and fed to one input of a differential amplifier 6, the other input of which is connected to a comparison voltage U " there is a certain, predetermined difference between the two input quantities of the differential amplifier 6, so that a certain output current i i flows A battery 8 outgoing total current is divided between a first branch, consisting of the emitter-base path of an adjusting transistor 9 and a diode 10, a second branch, consisting of the emitter-base path of a standing transistor 11 and a diode 12, and a third branch, consisting of from the emitter-collector path of the transistor 7, with all of the partial currents mentioned flowing together via the resistor 13 to the negative pole of the battery 8. Depending on the deviation of the amplitude value of the voltage U1 from the nominal value, the output current of the differential amplifier 6 also deviates from the value i, the output current being greater than io in the case of overvoltages and less in the case of undervoltage. The transistor 7 is either higher or lower as a function of this and takes up a smaller or larger partial current from the battery 8 . The remaining partial currents, which are divided equally between the switching branches 9, 10 and 11, 12 , control the setting transistors 9, 11 accordingly. In the case of overvoltage, these are higher ohmic due to lower modulation, and lower ohmic in the case of undervoltage due to higher modulation. Therefore, in the event of an overvoltage, a larger part of U1 drops across the transistors 9 and 11 , and in the event of an undervoltage a smaller part, so that the voltage U2 at the consumer is stabilized.
Der Verbraucherstrom fließt teilweise über einen Widerstand 14, der die Stehtransistoren 9 und 11 überbrückt, während der restliche Verbraucherstrom entsprechend den einzelnen Halbwellen entweder über den Steiltransistor 11 und den in Serie dazu liegenden Gleichrichter 15 oder über den Steiltransistor 9 und den in Serie dazu liegenden Gleichrichter 16 fließt. Die Gleichrichter 10 und 12 haben derartige Spannungsschwellen, daß bei vollständiger Aussteuerung des Transistors 7 die an seiner Emitter-Kollektor-Strecke abfallende Restspannung die Transistoren 9 und 11 nicht aussteuert. Damit kann der Regelbereich derart erweitert werden, daß die Steiltransistoren 9 und 11 praktisch gesperrt sind und keinen Anteil des Verbraucherstroms durchlassen.The consumer current partially flows through a resistor 14, which bridges the standing transistors 9 and 11 , while the rest of the consumer current, depending on the individual half-waves, either over the step-up transistor 11 and the rectifier 15 in series or over the step-up transistor 9 and the rectifier in series 16 flows. The rectifiers 10 and 12 have voltage thresholds such that when the transistor 7 is fully controlled, the residual voltage dropping across its emitter-collector path does not control the transistors 9 and 11. The control range can thus be expanded in such a way that the steep transistors 9 and 11 are practically blocked and do not allow any portion of the consumer current to pass through.
Wenn man die eine, über den Steiltransistor 11 verlaufende Halbwelle des Verbraucherstroms betrachtet, so entsteht an einem Potentiometer 17, welches in Serie zur Emitter-Kollektor-Strecke von 11 liegt, ein Spannungsabfall, der zur Steuerung eines Vierschichttransistors 18 dient. Dieser Vierschichttransistor ist bezüglich der betrachteten Halbwelle parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke von 11 angeordnet und wird bei einem bestimmten, durch die Stellung des Abgriffs von 17 vorgegebenen Verbraucherüberstrom zum Zünden gebracht. Im gezündeten Zustand schützt er den Steiltransistor 11 vor thermischer Überlastung. Bei dieser Schutzwirkung ist der sich aus dem jeweiligen Regelgrad ergebende Widerstandswert des Stehtransistors 11 ohne Einfluß, da lediglich ein Teil der am Potentiometer 17 anfallenden Spannung zur Zündung von 18 ausgenutzt wird.If one observes the one half-wave of the consumer current running through the steep transistor 11 , a voltage drop occurs at a potentiometer 17, which is in series with the emitter-collector path of 11 , which is used to control a four-layer transistor 18 . This four-layer transistor is arranged parallel to the emitter-collector path of 11 with regard to the half-wave under consideration and is caused to ignite at a certain consumer overcurrent predetermined by the position of the tap of 17. In the ignited state, it protects the steep transistor 11 from thermal overload. With this protective effect, the resistance value of the standing transistor 11 resulting from the respective degree of regulation has no influence, since only part of the voltage occurring at the potentiometer 17 is used to ignite 18 .
Bei Überspannungen von U1 kann es zu unzulässig hohen Kollektorspannungen am Stehtransistor 11 kommen, wenn der Widerstand 14 relitav hochohmig ist oder z. B. bei Reglern mit stark schwankender Belastung ganz wegfällt. In diesem Fall steigt die Spannung am Transistor 11 an, ohne daß der Verbraucherstrom größer wird, da der Widerstand des Stehtransistors 11 gleichzeitig hochgeregelt wird. Zur Vermeidung einer Zerstörung des Transistors 11 durch zu hohe Kollektorspannungen ist eine Zenerdiode 19 vorgesehen, welche zwischen die Basis von 11 und den Teilungspunkt eines aus den Widerständen 20 und 21 bestehenden Spannungsteilers geschaltet ist. Wird bei steigender Amplitude der Spannung U1 die Zenerspannung von 19 erreicht, so steuert der Zenerstrom den Stelltransistor 11 über den Emitter wieder stark aus, so daß der Verbraucherstrom ebenfalls stark ansteigt und der sich ergebende Spannungsabfall am Potentiometer 17 ausreicht, um den Vierschichttransistor 18 auch in diesem Falle zu zünden.Overvoltages from U1 can lead to inadmissibly high collector voltages at the standing transistor 11 if the resistor 14 is relatively high or z. B. is completely omitted for controllers with heavily fluctuating loads. In this case, the voltage at transistor 11 rises without the consumer current increasing, since the resistance of the standing transistor 11 is raised at the same time. To prevent the transistor 11 from being destroyed by excessively high collector voltages, a Zener diode 19 is provided, which is connected between the base of 11 and the division point of a voltage divider consisting of resistors 20 and 21. If the Zener voltage of 19 is reached as the amplitude of the voltage U1 rises, the Zener current controls the setting transistor 11 again strongly via the emitter, so that the consumer current also rises sharply and the resulting voltage drop at the potentiometer 17 is sufficient to turn the four-layer transistor 18 into to ignite this trap.
Für die andere Halbwelle des Verbraucherstroms, die über den Stelltransistor 9 und den Gleichrichter 16 fließt, sind analog die Schaltelemente 22, 23 als Schutz gegen Überströme und die Schaltelemente 24, 25 und 26 als Schutz gegen Überspannungen von U1 wirksam.For the other half-wave of the consumer current that flows via the setting transistor 9 and the rectifier 16 , the switching elements 22, 23 act as protection against overcurrents and the switching elements 24, 25 and 26 as protection against overvoltages from U1.
Mit den vorstehend beschriebenen, für eine der betrachteten Halbwellen wirksamen Schaltelementen läßt sich ein Gleichspannungsregler aufbauen, während die in der Figur dargestellte Kombination zweier entgegengesetzt gepolter Stehtransistor 9 und 11 mit den jeweils zugeordneten Schaltelementen einen Wechselspannungsregler darstellt, bei dem beide Spannungshalbwellen geregelt werden.With the switching elements described above, effective for one of the half-waves under consideration, a DC voltage regulator can be set up, while the combination of two oppositely polarized standing transistors 9 and 11 shown in the figure with the associated switching elements represents an AC voltage regulator in which both voltage half-waves are regulated.
Der prinzipielle Aufbau eines Wechselspannungsreglers aus zwei entgegengesetzt gepolten Steiltransistoren, deren Emitter-Kolektor-Strecken in Sperrrichtung jeweils durch einen in Durchlaßrichtung gepolten Gleichrichter überbrückt sind, ist dabei an sich bekannt.The basic structure of an AC voltage regulator from two opposite polarized high-speed transistors, their emitter-collector paths in reverse direction are bridged by a rectifier polarized in the forward direction, is included known per se.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1964S0091588 DE1297194B (en) | 1964-06-18 | 1964-06-18 | Voltage regulator with overload protection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1964S0091588 DE1297194B (en) | 1964-06-18 | 1964-06-18 | Voltage regulator with overload protection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1297194B true DE1297194B (en) | 1969-06-12 |
Family
ID=7516598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1964S0091588 Pending DE1297194B (en) | 1964-06-18 | 1964-06-18 | Voltage regulator with overload protection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1297194B (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2925548A (en) * | 1958-02-10 | 1960-02-16 | Sorensen & Company Inc | Protective device for transistor regulators |
| FR1266036A (en) * | 1960-07-08 | 1961-07-07 | Sorensen Ard A G | Voltage Regulator |
| US3094654A (en) * | 1958-02-27 | 1963-06-18 | North American Aviation Inc | Balanced current series transistor regulator |
| GB928814A (en) * | 1960-06-07 | 1963-06-19 | Ass Elect Ind | Improvements relating to voltage stabiliser circuits |
| FR1347950A (en) * | 1962-12-18 | 1964-01-04 | Hemitechnic | Series type regulator transistor protection system |
-
1964
- 1964-06-18 DE DE1964S0091588 patent/DE1297194B/en active Pending
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