DE1513057A1

DE1513057A1 - Schaltung zum selbsttaetigen Abschalten der Betriebsspannung

Info

Publication number: DE1513057A1
Application number: DE19661513057
Authority: DE
Inventors: Christian Jagsch; Guenther Mieth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-08-18
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1513057B2

Description

Schaltung zum-selbsttätigen Abschalten der

Betriebsspannung

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum selbsttätigen Abschalten der Betriebsspannung ohne Potentialtrennung bei elektrischen Geräten, insbesondere der Nachrichten- und Meßtechnik beim Auftreten von Überströmen, bei der im Längszweig zwischen Stromquelle und Verbraucher ein Meßwiderstand und. die Emitter-Kollektorstrecke eines Stelltransistors in Serie liegen und bei der ferner die Emitter-Kollektorstrecke eines Steuertransistors über den 1VIeßwiderstand der Emitter-Basisstrecke des Stelltränsistors parallel geschaltet ist.
Vor allem bei Geräten, die mit Halbleiterbauelementen bestückt sind, besteht die Gefahr, daß diese Bauelemente bei Überlastung durch zu starke Erwärmung zerstört werden, wenn die Betriebsspannung nicht schnell genug abgeschaltet wird. Es ist bereits eine Anordnung zur Abschaltung der Betriebs-Spannung ohne Potentialtrennung bekannt, bei der zwischen Stromquelle und Verbraucher die Emitter-Kollektorstreeke eines Stelltransistors geschaltet ist, dessen Basissteuerstrom vom Betriebszustand eines Steuertransistors abhängt, dessen Emitter-Kollektorstrecke der Emitter-Basisstrecke des Stelltransistors parallel geschaltet ist. Da in derartigen Schaltungen am Stelltransistor eine sehr große Verlustleistung auftreten kann, die in Wärme umgesetzt wird, müssen u.U. dementsprechend große Kühlkörper vorgesehen werden. Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung zur Abschaltung der Betriebsspannung bei Überstrom vorgeschlagen, die mit einer Schaltung zur Überwachung der Temperatur des Stelltransistors kombiniert ist und die darin besteht, daß als Steuertransistor ein Transistor mit enem ausgeprägten Schwellwert in der Basis-Emitterkennlinie, z.B. Silizium-Transistor, verwendet wird, in dessen Emitter-Basiskreis dem Meßwiderstand ein Kaltleiter, der Teil eines Spannungsteilers im Querzweig vier Schaltung ist, zur Temperaturüberwachung des Stelltransistors so in Serie geschaltet ist, claß sich die an den Widerständen auftretenden Spannungsabfälle addieren. Unter Ausnutzung des Schwellwertes der Basis-Emittercharakteristik des Steuertransistors wird der Stelltransistor vollkommen gesperrt, wenn er nach einem Kurzschluß im Verbrauchergerät die maximal zugelassene Erwärmung und der zugeordnete Kaltleiter seinen Ansprechwert erreicht hat. Auf einen großen Kühlkörper, der in der Zage wäre, im Kurzschlußfall die Verlustwärme des Stelltransistors auch für längere Zeit in ausreichendem Maße abzuführen, kann hier .verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß andere Bauteile, die mit dieser als elektronische Sicherung wirkenden Schaltung zusammen in einem Gerät angeordnet sind, nicht unnötig aufgeheizt werden. In batteriebetriebenen Geräten wird außerdem die nutzlose Entladung der Stromquelle verhindert: Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird anhand der Fig.1 bis 3 näher erläutert.
In Fig.1 ist ein Schaltbild der elektronischen Sicherung; im Prinzip dargestellt. Die Figuren 2 und. 3 zeigen die Kennlinie eines Kaltleiters und die der Strombegrenzung mit Temperaturüberwachung.
Die elektronische Sicherung nach Fig.1 ist zwischen der Betriebsspannungsquelle Ue und dem angedeuteten Gerät G, das einen vor Überstrom zu schützenden Verbraucher darstellt, angeordnet. Im Hauptstromkreis sind vom Laststrom durchflossen hintereinander der Meßwiderstand Rm und die Emitter-Kollektorstrecke des Stelltransistors TS1 angeordnet. In Abhängigkeit vom Aussteuerungszustand bewirkt der Stelltränsistor die Strombegrenzung des bei Kurzschluß oder aus anderen Gründen auftretenden Überstromes. Die Basis des Stelltransistors ist über den Widerstand R1 mit dem anderen Pol (+P01) der Betriebsstromquelle verbunden. Die Steuerung das Stelltränsistors erfo-.gt mit Hilfe des weiteren Transistors Ts2, dessen Emitter über den Meßwiderstand mit dem Emitter und dessen Kollektor mit der Basis des Stelltransistors verbunden sind. Zwischen Meßwiderstand Rm und Stelltransistor ist im Querzweig der Schaltung ein Spannungsteiler angeordnet, der aus einem Kaltleiter Rk und dem Widerstand R2 besteht. Die Basis des Steuertransistors Ts2 ist mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden, so daß im Emitter-Basiskreis- des Steuertransistors die Summe der Spannungsabfälle am Meßwiderstand und am Kaltleiter als Steuerspannung wirksam ist. Für die Wirkungsweise der Schaltung ist wichtig, daß der Steuertransistor Ts2 in der Emitter-Basiskennlinie einen ausgeprägten Schwellwert besitzt, wie er z :B. bei Silizium-Transistoren vorhanden ist. Die beiden Transistoren Ts1 und Ts2 sind vom gleichen heitfähigkeitstyp. Die Wirkungsweise ist jedoch nicht von der Verwendung von npn-Transistoren abhängig. Die Basis-Emitterspannung am Transistor Ts2 muß einen bestimmten Schwellwert überschreiten, damit er durchgesteuert werden kann. Als Folge davon sinkt die Ausgangsspannung am Verbraucher G ab. Bei Kurzschluß fließt der durch den Meßwiderstand festgelegte Ausgangsstrom, während die Ausgangsspannung auf Null zurückgeht (Fig.3). Die am Stelltransistor liegende Eingangsspannung und der weiterhin fließende Strom erwärmen den Transistor. Steigt die Temperatur über den Ansprechwert des Kaltleiters Rk, so erhöht sich dessen Widerstand um einige Größenordnungen (Fig.2), so dag die Spannung an ihm steigt und der Steuertransistor Ts2 vollkommen durchgeschaltet wird. Da in diesem Zustand die Emitter-Kollektorstrecke des Steuertransistors sehr niederohmig ist, geht der Basisstrom des Stelltransistors auf Null zurück und sperrt vollkommen. Da nun keine neue Verlustwärme mehr entsteht, kühlen der Stelltransistor und der Kaltleiter soweit ab, daß wieder Strom fließen kann. Nach und nach stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Verlustleistung des Transistors und dessen Temperatur bei einer dem Kaltleiter entsprechenden Temperatur ein. Der Stelltransistor Ts1 kann sich in keinem Fall mehr unzulässig erwärmen. Der Einsatzpunkt der Temperaturüberwachung ist auf der Kennlinie in Fig.3 mit dem Buchstaben a bezeichnet. Der in Fig.3 gestrichelt dargestellte Kurvenverlauf bezieht sich auf verschieden hohe Umgebungstemperaturen. Bei tiefen Temperaturen, z.B. -3O0 C, liegt der Ansprechwert höher, bei höheren Temperaturen, z.B. +6000, tiefer als bei Raumtemperatur.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e ------------------------------- 1. Schaltung zum selbsttätigen Abschalten der Betriebsspan--. nung ohne Potentialtrennung bei elektrischen Geräten, insbesondere der Nachrichten- und Meßtechnik beim Auftreten von Überströmen, bei der im Längszweig zwischen Stromquelle und Verbraucher ein Meßwiderstand und die Emitter-Kollektorstrecke eines Stelltransistors in Serie liegen und ferner die Emitter-Kollektorstrecke eines Steuertransistors über den Meßwiderstand der Emitter-Basisstrecke des Stelltransistors parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuertransistor (Ts2) ein Transistor mit einem ausgeprägten Schwellwert in der Basis-Emitterkennlinie, z.B. Silizium-Transistor, verwendet wird, in dessen Emitter-Basiskreis dem Meßwiderstand (Rm) ein Kalt-Leiter (Rk), der Teil eines Spannungsteilers (Rk, R2) im Querzweig der Schaltung ist, zur Temperaturüberwachung des Stelltransistors (Ts1) so in Serie geschaltet ist, daß sich die an den Widerständen auftretenden Spannungsabfälle addieren.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff des Spannungsteilers (Rk, R2) im Querzweig der Schaltung mit der Basis des Steuertransistors (Ts2) verbünden ist..