DE1438701C - Uberspannungsschutzschaltung fur ge regelte Stromversorgungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überspannungsschutzschaltung für geregelte Stromversorgungsanlagen mit einer in ihrem Spannungswert schwankenden Eingangsgleichspannung und einer gegenüber der Eingangsgleichspannung stets kleineren, konstant gehaltenen Ausgangsgleichspannung, bei denen mindestens ein Transistor als Regelglied im Längszweig vorhanden ist und bei denen ein Meßkreis zum Vergleich der Ausgangsgleichspannung mit einer Zenerdiode vorgesehen ist, insbesondere für mit geschalteten Transistoren geregelte Stromversorgungsanlagen (Schaltreglerprinzip).

Aufgabe der Erfindung ist es, die an derartige geregelte Stromversorgungsanlagen angeschlossenen Verbraucher bei in der Regeleinrichtung auftretendenStörungen vor Überspannungen zu schützen.

Es sind bereits Schutzschaltungen für Spannungsregelschaltungen bekannt, die bei Überlastung oder Kurzschluß die thermische Zerstörung der Regeltransistoren im Längszweig verhindern sollen. Der Verbraucher ist durch diese Maßnahme jedoch nicht gegen Überspannungen geschützt.

Zum Schutz des Stellgliedes im Längszweig einer Serienregelschaltung gegen Überspannungen ist es bekannt, am Ausgang der Regelschaltung einen Spannungsteiler aus ohmschen Widerständen und Zenerdioden sowie einer Diode vorzusehen, der über einen Abgriff an den Zenerdioden einen Transistor steuert, der bei Überschreiten der Zenerspannung am Spannungsteiler das Transistor-Stellglied sperrt (USA.-Patentschrift 2 832 900).

Zur Vermeidung der Nachteile bekannter Schaltungen wird die Schutzschaltung gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der am Ausgang der Stromversorgungsanlage vorgesehene Meßkreis zugleich als Meßkreis für die Steuerung der Überspannungsschutzschaltung ausgebildet ist und daß die Schutzschaltung, durch die der Ausgang der Stromversorgungsanlage kurzschließbar und/oder der Verbraucher bzw. die Stromversorgungsanlage in an sich bekannter Weise abschaltbar ist, über mindestens ein Bauteil, dessen Kennlinie einen Schwellwert aufweist, an den Meßkreis angeschlossen ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1 123 749), eine in F i g. 1 dargestellte Anordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung, die aus einer Gleichstromquelle derart abgeleitet ist, daß die in ihrem Spannungswert schwankende Eingangsgleichspannung CZ₁ stets größer ist als die konstant gehaltcneGIeichspannungi/j.unddaßderausderGIeichstromquelle entnommene mittlere Gleichstrom über den Lastwiderstand L fließt, aber kleiner ist als der gesamte mittlere Gleichstrom über den Lastwiderstand, daß in einem Längszweig eine als Energiespeicher verwendete Drossel Dr vorgesehen ist, die eingangsseitig durch einen elektronisch gesteuerten Umschalter, bestehend aus einem Transistor Ts₁, dessen Kollektor-Emitter-Strccke im Längszweig liegt, und einer Diode Di im Querzweig periodisch zwischen den beiden Eingangsklemmen 1, 2 hin- und hergeschaltet wird und daß am "ausgangsseitigen Anschluß der Drossel ein im Querzweig liegender Glättiingskondensator C angeordnet ist, so auszubilden, daß der im Längszweig liegende Schalttransistor Ts₁ über seine Basis-Emitter-Strecke abhängig von in einer zweiten Wicklung II der Drossel Dr durch deren Flußänderungen erzeugten Spannungen periodisch in Durchlaß- bzw. Sperrichtung geschaltet wird, und daß der den Kollektorstrom begrenzende Basisstrom des SchalttransistorsTs₁ während dessen Durchlaßzeit in einen größeren, durch die Emitter-Kollektor-Strecke und in einen kleineren, durch die Emitter-Basis-Strecke eines Steuertransistors Ts₂ geleiteten Teilstrom aufgespalten ist, wobei dem kleineren Teilstrom in einem Widerstand A₁ über einen Stelltransistor Ts₃ ein Zusatzstrom superponiert wird, der von der konstant zu haltenden Ausgangsspannung durch Vergleich derselben mit einem Spannungsnormal, insbesondere einer Zenerdiode ZDl, abgeleitet ist, und daß der Basis-Emitter-Kreis des Schalttransistors Ts₁ über eine während dessen Sperrzeit durchlässige Diode D₂ geschlossen ist. Die Schutzschaltung gemäß der Erfindung wird für eine derartig geregelte Stromversorgungsanlage zweckmäßig so ausgebildet, daß die Schutzschaltung aus einem Schutztransistor Ts₄ und einem mit den für die Abschaltung und/oder den Kurzschluß erforderlichen Kontakten

ao versehenen Schutzrelais S besteht und daß als Bauteil mit Schwellwertcharakteristik eine Diode D zwischen Basis des Schutztransistors Ts_t und Meßkreis in Durchlaßrichtung eingefügt ist.

Insbesondere wird diese Schutzschaltung so ausgebildet, daß der Stelltransistor und der Schutztransistor jeweils mit dem Emitter an der Plusleitung liegen, daß die Basis des Schutztransistors über die Diode in Durchlaßrichtung und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand mit der Basis des Stelltransistors verbunden ist, daß der Abgriff eines an der Ausgangsspannung liegenden Potentiometers über eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode mit dem gemeinsamen Pol der Reihenschaltung von Widerstand und Diode verbunden ist und daß der Kollektor des Schutztransistors über das Schutzrelais an der Minusleitung liegt, während der Kollektor des Stelltransistors den Stellstrom für die Konstanthaltung der Gleichspannung liefert. Das Schutzrelais wird dabei zweckmäßig mit einer Haltewicklung für die Einschaltung in einen Halte-Stromkreis versehen.

Versagt in den geregelten Stromversorgungsgeräten der genannten Art, z. B. infolge eines Spannungsdurchbruches des Regelgliedes, insbesondere des Schalttransistors, die Regelung, so wird die höhere Eingangsspannung auf die Ausgangsseite durchgeschaltet. Der Verbraucher wird dadurch, wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen sind, gefährdet. Die Schutzschaltung nach der Erfindung bewirkt, daß bei einer solchen Störung der Verbraucher durch so-

fortige Abschaltung oder durch Kurzschluß der Überspannung geschützt wird.

Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Schutzschaltung nach der Erfindung auf einen Schaltregler ist in der F i g. 2 dargestellt.

Der Stelltransistor Ts₃, die Zenerdiode ZD und das Potentiometer P sind an sich Bestandteile einer in Fig. 1 dargestellten geregelten Stromversorgungsanlage, wie sie bereits vorgeschlagen wurde. Diese Stromversorgungsanlage arbeitet nach dem Speicher-Schaltreglerprinzip. Dabei wird eine als Energiespeicher wirkende Drossel Dr durch einen aus Diode D₁ und Schalttransistor Ts₁ bestehenden elektronischen Umschalter periodisch aus einer Gleichstromquelle geladen und über den Lastwiderstand L entladen. Der Schalttransistor wird bei dieser speziellen Art der geregelten Stromversorgungsanlage synchron mit den Flußänderungen in der Speicherdrossel Dr über eine zweite Wicklung II dieser Drossel gesteuert. Der

Schalttransistor wird zusätzlich abhängig von der Ausgangsspannung mit Hilfe eines Stelltransistors Ts₃ geregelt. In der F i g. 2 sind die unverändert beibehaltenen Teile der Meßschaltung der geregelten Stromversorgungsanlage nach Fig. 1, bestehend aus Stelltransistor Ts₃ mit der zugehörigen Zenerdiode ZD und dem Potentiometer P, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die anderen Schaltungsteile der geregelten Stromversorgungsanlage sind den Punkten 3, 4 vorgeschaltet· Vom Kollektor des Stelltransistors Ts₃ wird über Punkt 5 der Stellstrom für den vorgeschalteten Regler (Ts₂ in F i g. 1) geliefert. Dieser Stelltransistor Ts₃ wird zusammen mit dem Widerstand R, der Zenerdiode ZD und dem Potentiometer P zugleich als Meßkreis Z zur Bildung einer Bezugsspannung für die Schutzschaltung nach der Erfindung benutzt. Die Diode D ist zur Schwellenbildung zwischen Basis des Schutztransistors Ts₁ und dem Meßkreis eingefügt. Im Kollektorkreis des Schutztransistors 7s₄ ist das Schutzrelais S¹ mit seiner Wicklung I eingefügt. Die angedeutete Wicklung II kann als Haltewicklung in einem Haltekreis verwendet werden. Das Schutzrelais S ist mit nicht dargestellten Kontakten bestückt. Die Kontakte des Schutzrelais 5 können wahlweise für den Kurzschluß einer auftretenden Überspannung as bzw. für Abschaltung des Verbrauchers oder der Stromversorgungsanlage benutzt werden. Auch können Kontakte für optische und/oder akustische Alarmierung vorgesehen sein.

Die Wirkungsweise der Schutzschaltung ist etwa folgende: Der eigentliche Meßkreis der Regelung besteht aus der Emitter-Basis-Strecke des Stelltransistors Ts₃, dessen Kollektorstrom zur Regelung innerhalb der geregelten Stromversorgungsanlage benutzt wird, und aus der Zenerdiode ZD. Wird zwischen der Basis des Stelltransistors Ts₃ und der Zenerdiode ZD der lineare Widerstand R eingefügt und hierzu die Reihenschaltung der Emitter-Basis-Strecke des Schutztransistors 7Is₄ mit der Diode D parallel geschaltet, so steigt der Kollektorstrom des Schutztransistors 7i₄ erst dann nennenswert an, wenn der Spannungsabfall an dieser Parallelschaltung die Summe der Schwellenspannungen' der Eingangskennlinie des Schutztransistors Tj₄ und der Diode D übersteigt. Der Kollektorstrom des Schutztransistors Ts₁ kann somit zur Erregung des Schutzrelais S benutzt werden, das die Abschaltung bzw. den Kurzschluß bei einer etwa auftretenden Überspannung vornimmt. Durch geeignete Bemessung des Widerstands R kann ein sehr kleiner, aber sicher einzuhaltender Abstand der Ansprechspannung für die Schutzschaltung von der an den Klemmen auftretenden normalen Ausgangsspannung erreicht werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überspannungsschutzschaltung für geregelte Stromversorgungsanlagen mit einer in ihrem Spannungswert schwankenden Eingangsgleichspannung und einer gegenüber der Eingangsgleichspannung stets kleineren, konstant gehaltenen Ausgangsgleichspannung, bei denen mindestens ein Transistor als Regelglied im Längszweig vorhanden ist und bei denen ein Meßkreis zum Vergleich der Ausgangsgleichspannung mit einer Zenerdiode vorgesehen ist, insbesondere für mit geschalteten Transistoren geregelte Stromversorgungsanlagen (Schaltreglerprinzip), dadurch gekennzeichnet, daß der am Ausgang der Stromversorgungsanlage vorgesehene Meßkreis zugleich als Meßkreis für die Steuerung der Überspannungsschutzschaltung ausgebildet ist und daß die Schutzschaltung, durch die der Ausgang der Stromversorgungsanlage kurzschließbar und/oder der Verbraucher bzw. die Stromversorgungsanlage in an sich bekannter Weise abschaltbar ist, über mindestens ein Bauteil, dessen Kennlinie einen Schw.ellwert aufweist, an den Meßkreis angeschlossen ist.

2. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung aus einem Schutztransistor (7j₄) und einem mit den für die Abschaltung und/oder den Kurzschluß erforderlichen Kontakten versehenen Schutzrelais (S) besteht und daß als Bauteil mit Schwellwertcharakteristik eine Diode (D) zwischen Basis des Schutztransistors (7*,) und Meßkreis in Durchlaßrichtung eingefügt ist.

3. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltransistor (Ts₃) und der Schutztransistor (7s₄) jeweils mit dem Emitter an der Plusleitung liegen, daß die Basis des Schutztransistors (7s₄) über die Diode (D) in Durchlaßrichtung und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand (R) mit der Basis des Stelltransistors (Ts₃) verbunden ist, daß der Abgriff eines an der Ausgangsspannung liegenden Potentiometers (P) über eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode (ZD) mit dem gemeinsamen Pol der Reihenschaltung von Widerstand (R) und Diode (D) verbunden ist und daß der Kollektor des Schutztransistors (Ti₄) über das Schutzrelais (S) an der Minusleitung liegt, während der Kollektor des Stelltransistors (Ts₃) den Stcllstroin für die Konstanthaltung der Gleichspannung liefert.

4. Überspannungsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 2 und 3,dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrelais (S) mit einer Haltewicklung (Il)fiir die Einschaltung in einen Haltestromkreis versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen