DE1513057B2

DE1513057B2 - Schaltungsanordnung zum selbsttaetigen abschalten der betriebsspannung

Info

Publication number: DE1513057B2
Application number: DE19661513057
Authority: DE
Inventors: Günther Jagsch Christian 8000 München Mieth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-08-18
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1971-04-29
Also published as: DE1513057A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Abschalten der Betriebsspannung ohne Potentialtrennung beim Auftreten von Überströmen bei elektrischen Geräten, insbesondere der Nachrichten- und Meßtechnik, bei der im Längszweig zwischen Stromquelle und Verbraucher eine Serienschaltung, bestehend aus einem Meßwiderstand und der Emitter-Kollektorstrecke eines Stelltransistors, angeordnet ist, dessen Basisstrom vom Betriebszustand eines Steuertransistors abhängt, dessen Emitter-Kollektorstrecke der Serienschaltung aus dem Meßwiderstand und der Emitter-Basisstrecke des Stelltransistors parallel geschaltet ist und in dessen Emitter-Basiskreis der Meßwiderstand liegt.

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 Betriebsspannung ohne Potentialtrennung bekannt, bei der zwischen Stromquelle und Verbraucher die Emitter-Kollektorstrecke 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 unter Umständen dementsprechend große Kühlkörper vorgesehen werden.

Die gleichen Maßnahmen zur Vermeidung unzulässig hoher Erwärmung des Stelltransistors bei Überstrom erfordert eine andere bekannte Schaltung, die als elektronische Sicherung für ein stabilisiertes Netzgerät arbeitet. Der Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors ist die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors in Serie mit einem Meßwiderstand parallel geschaltet. Die an einem Spannungsteiler der Stabilisierungsschaltung abgegriffene Steuerspannung für den Steuertransistor bewirkt in Verbindung mit dem Spannungsabfall am Meßwiderstand bei Überstrom eine schnelle Sperrung des Stelltransistors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Stellglied in Serienregelschaltungen unmittelbar vor unzulässig hoher Erwärmung zu schützen. Gemäß der Erfindung wird das mit geringem Schaltungsaufwand bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung dadurch erreicht, daß in den Emitter-Basiskreis des Steuertransistors, der einen ausgeprägten Schwellwert in der Basis-Emitter kennlinie aufweist, zusätzlich ein mit dem Stelltransistor gut wärmeleitend verbundener Kaltleiter, der Teil eines Spannungsteilers im Querzweig der Schaltung ist, zur Temperaturüberwachung des Stelltransistors so eingeschaltet ist, daß die Summe der Spannungsabfälle wirksam ist.

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 Lage 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 an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert. In

F i g. 1 ist ein Schaltbild der elektronischen Sicherung im Prinzip dargestellt; die

F i g. 2 und 3 zeigen die Kennlinie eines Kaltleiters und die der Strombegrenzung mit Temperaturüberwachung.

Die elektronische Sicherung nach F i g. 1 ist zwisehen 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 Ts 1 angeordnet. In Abhängigkeit vom Aussteuerungszustand bewirkt der Stelltransistor die Strombegrenzung des bei Kurzschluß oder aus anderen Gründen auftretenden Überstromes. Die Basis des Stelltransistors ist über den Widerstand R1 mit dem anderen Pol (f-Pol) der Betriebsstromquelle verbunden. Die Steuerung des Stelltransistors erfolgt mit Hilfe des weiteren Transistors Ts 2, 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 R 2 besteht. Die Basis des Steuertransistors Ts 2 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 Ts 2 in der Emitter-Basiskennlinie einen ausgeprägten Schwellwert besitzt, wie er z. B. bei Silizium-Transistoren vorhanden ist. Die beiden Transistoren Ts.1 und Ts 2 sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp. Die Wirkungsweise ist jedoch nicht von der Verwendung von npn-Transistoren ab-

hängig. Die Basis-Emitterspannung am Transistor Ts 2 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 (F i g. 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 Größenordungen (F i g. 2), so daß die Spannung an ihm steigt und der Steuertransistor Ts 2 vollkommen durchgeschaltet wird. Da in diesem Zustand die Emitter-Kollektorstrecke des Steuertransislors 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 so weit 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 Ts 1 kann sich in

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η Fall mehr unzulässig erwärmen. Der Einsatzder Temperaturüberwachung ist auf der Kenna F i g. 3 mit dem Buchstaben α bezeichnet. Der g. 3 gestrichelt dargestellte Kurvenverlauf besieh auf verschieden hohe Umgebungstempera-Bei tiefen Temperaturen, z. B. — 30° C, liegt nsprechwert höher, bei höheren Temperaturen, +■ 60° C, tiefer als bei Raumtemperatur.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Abhalten der Betriebsspannung ohne Potentialinnung beim Auftreten von Überströmen bei ;ktrischen Geräten, insbesondere der Nachricha- und Meßtechnik, bei der im Längszweig zischen Stromquelle und Verbraucher eine jrienschaltung, bestehend aus einem Meßwiderand und der Emitter-Kollektorstrecke eines elltransistors, angeordnet ist, dessen Basisstrom )m Betriebszustand eines Steuertransistors ab- so

10 hängt, dessen Emitter-Kollektorstrecke der Serienschaltung aus dem Meßwiderstand und der Emitter-Basisstrecke des Stelltransistors parallel geschaltet ist und in dessen Emitter-Basiskreis der Meßwiderstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Emitter-Basiskreis des Sleuertransistors (Ts 2), der einen ausgeprägten Schwellwert in der Basis-Emitterkennlinie aufweist, zusätzlich ein mit dem Stelltransistor (Ts 1) gut wärmeleitend verbundener Kaltleiter (Rk), der Teil eines Spannungsteilers im Querzweig der Schaltung ist, zur Temperaturüberwachung des Stelltransistors (Ts 1) so eingeschaltet ist, daß die Summe der Spannungsabfälle wirksam ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (Rk) mit einem weiteren Widerstand (R 2) einen Spannungsteiler bildet, der im Querzweig der Schaltung angeordnet ist und dessen Abgriff mit der Basis des Steuertransistors (Ts 2) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen