DE1513653A1 - UEberlastungsschutz fuer spannungsstabilisierende Anordnungen - Google Patents

UEberlastungsschutz fuer spannungsstabilisierende Anordnungen

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DE1513653A1
DE1513653A1 DE19651513653 DE1513653A DE1513653A1 DE 1513653 A1 DE1513653 A1 DE 1513653A1 DE 19651513653 DE19651513653 DE 19651513653 DE 1513653 A DE1513653 A DE 1513653A DE 1513653 A1 DE1513653 A1 DE 1513653A1
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transistor
series
resistor
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voltage
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DE19651513653
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Held Dr Hans-Joachim
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector

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Description

  • Überlastungsschutz für spannungsstabilisierende Anordnungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verhinderung der Überlastung spannungsstabilisierender Anordnungen, wobei zur Stabi-Iisierung ein Serientransistor mit Vor- und/oder Rückwärtsregelung seines Widerstandswertes verwendet wird, bei welcher ein Schaltelement und im Hauptstromkreis ein Serienwiderstand vorgesehen sind, von denen das erstere bei einer am Serienwiderstand angezeigten Überlastung der Anordnung durch Umsteuerung in den anderen Schaltzustand den Serientransistor sperrt und schließlich ein Speicherelement vorhanden ist, welches den neuen Schaltzustand des Schaltelementes nach einer Überlastung so lange aufrecht erhält, bis es durch externe Betätigung in seinen ursprünglichen Schaltzustand zurückgekippt wird.
  • Bei serienstabilisierten Netzgeräten, welche Transistoren im Hauptstromkreie als veränderliche Widerstände benutzen, ist es notwendig, zum Schutze des Transistors gegen Überlastungen von der Ausgangsseite Anordnungen vorzusehen" welche bei Auftreten einer solchen Überlastung den Transistor sperren. Außerdem ist es häufig erwünscht, daß ein Speicherelement vorhanden ist, welches die Sperrung des Transistors so lange aufrecht erhält, bis ein Steuerbefehl zur Wiedereinschaltung der Stabilisierungsanordnung gegeben noch wird. Besteht die Uberlastung zu diesem Zeitpunkt immer fort, so muß die nnordnung sofort wieder abgeschaltet werden.
  • Anordnungen der eingangs beschriebenen Art sind bereits bekannt geworden, beispielsweise ist eine Anordnung zur Stabilisierung in "Siemens iialbleiter" Ausgabe April 1961, Bild 45,und eine Anordnung zum Schutz gegen Überlastungen in "Siemens Halbleiter" Ausgabe Ap- ril 1959, Bild 40 beschrieben.
  • Bei den bekannten Anordnungen dienen Transistoren als Schaltelemente, welche bei einer bestehenden Uberlastung die Vergleichsspannungsquelle des Serientransistors kurz.-Schließen und dadurch den letzteren sperren. Als Speicherelemente sind bei solchen nnordnungen Ilipflops vorgesehen, welche in der Weise mit dem Schaltelement in Verbindung stehen, daß sie bei dessen Änderung des Schaltzustandes aufgrund einer Überlastung ebenfalls in ihrem Schaltzustand geändert werden und,an das Schaltelement ein solches Potential anlegen, daß das Schaltelement in seinem gerade eingenommenen Schaltzustand beliebige Leit verharrt.
  • Derartige Anordnungen haben den Nachteil, da£ der Aufwand für den Überlastungsschutz sehr hoch ist, nämlich mindestens 3 Transistoren und eine Reihe von Siderständen, Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Aufw4nd in ganz erheblichem Maße herabzusetzen. Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art vird zur Lösung der der Erfindung gestellten Aufgabe vorgeschlagen, daß ein gesteuerter Gleichrichter das Schalt- und das Speicherelement gleichzeitig bildet und die Steuerelektrode dieses Gleichrichters mit dem sich ändernden Potential am Serienwiderstand in Verbindung steht.
  • Eine weitere Ausbildung der brfindung sieht ver, daß zur Löschung des gesteuerten Gleichrichters parallel zu dessen Anoden-.Kathodenstrecke ein Schalter (Arbeitskontakt) angeschlossen ist.
  • Gemäß der L#rfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß par-Illel zum Serienwiderst#gnd ein ree.elbarer V7iderstand angeordnet ist, an dessen Abgriff die '#3teuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters liegt. Gemäß weiterer -vrfindung ist vorgesehen, daß bei Verwendung von Kondensatoren parallel zur Last am Ausgang der Schaltungsanordnung die Emitter-Basisstrecke des Serientransistors durch eine j)iode und einen Schutzwiderstand überbrückt ist, wobei die Durchlafirichtung der Diode entgegengesetzt zu der der Emitter-Basisstrecke ist.
  • Im folgenden soll die Lrfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt.,eine Schaltungsinordnung der bekannten Art. Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Z-rfindung dar. In den beiden Figuren ist die jeweilige Knordnung zur Spannungsstabilisierung in ihrer einfachsten Form dargestellt, da hier die Erfindung in anschaulichster Weise dargestellt werden kann. zs ist jedoch selbstverständlich, daß die zrfindung auch bei spannungsstabilisierenden #tnordnungen Verwendung finden kann, bei welchen mehr. Aufwand zur Spannungsstabilisierung getrieben wird, als bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • In lig. 1 liegt die ungeregelte Gleichspannung an den Klemmen 1 und 11, die geregelte Gleichspannung an den Klemmen 2 und 21. Zwischen den Klemmen 1 und 2 ist ein Serientransistor 3 vom npn Typ angeordnet, weicher den veränderlichen Widerstand darstellt. Als Vergleichsspannungsquelle dient eine Zenerdiode 4, welche mit ihrer b#athode an der Basis des Transistors 3 und mit ihrer Anode an den hauptstromkreis zwischen den Klemmen l' und 21 angeschlossen ist. Ein Widerstand 5 zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 3 dient zur Ansteuerung des letzteren abhängig von der sich ändernden Spannung am Eingang.
  • Als Schutz gegen Überlastungen dient bei dieser bekannten Anordnung ein Transistor 6, welcher mit seinem Kollektor an den Verbindungspunkt zwischen Jiderstand 5 und Zenerdiode 4 angeschlossen ist und mit seinem L#mitter an der Klemme l' liegt. Die Basis dieses 2ransistors steht über eine Diode 7 mit der Klemme 2' in Verbindung. Als Lmitterbasiswiderstand für den Transistor 6 dient ein im Hauptstromkreis zwischen den Klemmen l' und 21 angeordneter Widerstand 8, an welchem bei Überlastung aufgrund des ansteigenden Stromes eine hÖhere Spannung abfällt, die den bisher gesperrten Transistor 6 in den leitendeid Zustand umsteuert. Der Kollektor dieses Transistors 6 steht ferner mit dem einen Eingang eines Flipflopsq in Verbindung, dessen Versorgungsspannung die zwischen den Klemmen 1 und l' auftretende Spannung ist. Der zweite Eingang des Flipflops 9 ist über einen als Arbeitskontakt wirkenden Schalter 10 an den Emitter des Transistors 6 angeschlossen. Das-Flipflop 9 steht mit der Basis des Transistors 6 in Verbindung und legt bei Auftreten eines Signales an seinem Ausgang an diese ein Potential an, welches den Transistor 6 in leitendem Zustand hält.
  • Die dirkungeweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende. ßs sei zunächst nur der Stabilisierungsvorggng betrachtet, bei welchem der Transistor 3 die Zenerdiode 4 und der Widerstand 5 zur Kirkung kommen. Sinkt die Spannung an äen Klemmen 1, 1'9 so sinkt der Strom durch den Widerstand 5. Da der Basis- und der Emitterstrom des Transistors 3 konstant bleiben, fließt ein geringerer Strom durch die Zenerdiode 4. Letztere ändert aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ihre Spannung praktisch nicht und hält die Basis des Transistors weiterhin auf konstantem Potential. Da auch die Basis-Emitterspannung konstant bleibt, ändert auch die Spannung am Ausgang an den Klemmen 2 und 2' nicht ihren Wert.
  • Tritt hingegen der umgekehrte Fall ein, daß nämlich die Spannung an den Klemmen 1, l' steigt, so steigt auch der Strom durch den Widerstand 5. Der Basisstrom des Transistors bleibt hingegen konstant und der zusätzliche Strom durch den Niderstand 5 wird durdh die Zenerdiode aufgenommen, welche wiederum die Spannung an der Basis des Transistors und damit die Ausgangsspannung konstant häl. Es sei jetzt der Fall einer Überlastung betrachtet. Der Strom an den Klemmen 2, 21 steigt an und erzeugt an dem Widerstand 8 einen Spannungsabfall, welcher den ursprünglich gesperrten Transistor 6 in den leitenden Zustand steuert. Hierdurch wird die Zenerdiode 4 kurz-geschlossen und die Spannung an der Basis des Tra nsistors 3 sinkt stark ab. Hierdurch wird der letztere vollkommen gesperrt und die Stabilisierungsanordnung abEeschaltet. Gleichzeitig mit dem Leitendwerden des Transistors 6 wird das Flipflop 9 e, in seinem Schaltzustand umgestuert und es entsteht an seinem Ausgang ein positives Potential, welches den Transistor 6 im leitenden Zustand hält. Erst nach SchlieL4en des Schalters 1C wird das* Flipflop 9 in seinen ursprünglichen Zustand zurÜckgekippt und dqs positive lotential an der Basis des Trpnsistors 6 verschwindet. Sind die Bedingungen fÜr die Überlastung am >Ausgang nicht mehr gegeben, so wird der Trnnsistor C- wi'eder Eesperrt und der Transistor 3 wieder an seinen Arbeitszustand gebracht.
  • In dem erfindungsgemäßen uusführungsbeispiel gemäß lig. 2 ist der Transistor 6 und das Flipflop 9 durch einen gesteuerten Gleichrichter ersetzt. Es sind alle jene Bauelemente, welche denen der Ausführung gemäß l'ig. 1 entsprechen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Mit 11 ist ein gesteuerter Gleichrichter bezeichnet, dessen A.node an dem Potentialpunkt 4' und dessen Kathode mit der Klemme l' in Verbindung steht. Die Steuerelektrode des Gleichrichters liegt am Abgriff eines Spannungsteilerwiderstandes 12, der parallel zu dem Widerstand 8 angeordnet ist.
  • Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende. Tritt den Klemmen 2, 21 eine Überlastung auf, so ergibt sich am Widerstand 8 ein gegenüber dem normalen Betriebsfall erhöhter Spannungsabfall, welcher aufgrund der Parallelschaltung des Widerstandes 12 auch an der Steuerelektrode des Gleichrichters 11 anliegt. x-ine solche positive Spannungsänderung steuert den Gleichrichter 11 leitend. Letzterer verharrt in diesem Schaltzustand, auch nach Verschwinden der tberlastung, so lange bis durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 10 die Anodenspannung des gesteuerten Gleichrichters weggenommen und dieser dadurch gelöscht wird. Erst dann ist die Stabilisierungssehaltung wieder betriebsbereit.
  • Im Jinne der zrfindung ist es auch möElich, den gesteuerten Gleichrichter mit seiner inoden-Kathodenstrecke parallel zur Basis-#,mitterstrecke des Serientransistors 3 anzuordnen und den Serienwiderstand 8 direkt an den Emitter des Serientransistors anzuschließen. Die -3teuerelektrode des Gleichrichters wird dann direkt an den J#mitter gelegt, während die Kathode an die nicht am Emitter liegende Klemme des Serienwiderstandes angeschlossen wird.
  • Kerden als Belastung an den hlemmen 2, 2' Kondensatoren verwendet, so ist es gemäß weiterer #,rfindung vorteilhaft, parallel zur.basisemitterstrecke des Serientransistors eine Diode 13 und einen Schutzwiderstand 14 anzuordnen. Diese Diode ist so gepolt, daf- ihre Durchlafirichtung entgegengesetzt der der Basisemitterstrecke des Serientrgnsistors 3 ist. Die Dioide 13 hat den Zweck, eine Überlastung der B!isis-Emitterstrecke des Transistors dann zu vermeiden, wenn der gesteuerte Gleichrichter 11 durchgeschaltet ist. Am Kondensator liegt nämlich zum Zeitpunkt des Durchschaltens des Gleichrichters die volle -usgangsspannung der Stabilisierungsschaltung. Diese Spannung liegt am Emitter des Transistors 3, während an der Basis des gleichen Transistors zu diesem Zeitpunkt das Potential 0 Volt liegt. Ghne die l'arallelschaltung der Diode 13 und des Schutzwiderstandbs 14 würde die zulässige inverse Basis-Lmitterspannung des Transistor83 ü#erschritten und ein zu großer inverser Strom' würde den letzteren zerstören.

Claims (2)

  1. P a t e n t a n a p r ü c h e Schaltungsanordnung zur Verhinderung der Überlastung spannungsstabilisierender Anordnungen, wobei zur Stabilisierung ein Serientransistor mit Vorwärts- und/oder RÜckwärtsregelung seines -Widerstandswertes verwendet wird, bei welcher ein Schaltelement und im Hauptstromkreis ein Serienwiderstand vorgesehen sind, von denen das erstere bei einer am Serierwiderstand angezeigten Überlastung der Anordnung durch Unisteuerung in den anderen sperrt Schaltzustand den Serientransistori,und schließlich ein Speicherelement vorhanden ist, welches den neuen Schaltzustand des Schaltelementes nach einer Überlastung so lange aufrechterhält, bis es durch externe Betätigung in seinen ursprünglichen Schaltzustand zürückgekippt wird, dadii-ch gekennzeichnet, daß ein gesteuerter Gleichrichter (11) das Schalt- und das Speicherelement gleichzeitig bildet und die Steuerelektrode dieses Gleichrichters mit dem sich ändernden Potential am Serienwiderstand 8 in Verbindung steht.
  2. 2. Schaltungsanordnung na6h Anspruch 1, dadurgh gekennzeichnet, daß zur Löschung des Gleichrichters parallel zu dessen Anoden-Kathodenstrecke ein Schalter (10)(Arbeitskontakt) angeordnet ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß parallel zum Serienwiderstand (8) ein regelbarer Widerstand (12) angeordnet ist, an dessen Abgriff die Steuerelektrode des Gleichrichters liegt. 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Basis des gn einem Pol der zu stabilisierenden Spannung liegenden Serientransistor (npn-Typ) (3) mit einer ZenerdiO-de (4) als Vergleichaspannungsquelle in Verbindung steht, wobei die zweite J#lektrode der Zenerdiode am zweiten Pol der zu stabilisierenden Spannung liegt, daß weiterhin parallel zur Kollektor-Basisstrecke des Transistors ein Widerstand (5) angeordnet ist, und daß schließlich die Änoden-Kathodenstrecke des gesteuerten Gleichrichters parallel zur Zenerdiode geschaltet ist. 5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Basis des an einem Pol der zu stabilisierenden Spannung liegenden Serientranaistors (npn-Typ) mit einer Zenerdiode als Vergleichsepannungequelle in Verbindung steht, wobei die zweite Elektrode der Zenerdiode am zweiten Pol der zu stabilisierenden Spannung liegt, daß weiterhin parallel zur Kollektor-Basiastrecke des Transistors ein Widerstand angeordnet ist und daß sich der Serienwiderstand an den Emitter des Serientransistors anschließt und die Anoden-Kathodenstrecke des gesteuerten Gleichrichters die Basis-Emitterstrecke des Serientransistors und den Serienwiderstand überbrÜckt und die Steuerelektrode des Gleichrichters am Emitter des Serientransistors liegt. 6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Kondensatoren parallel zur Last am Ausgang der Schaltungsanordnung die Emitter-Basisstrecke des Serientransistors (3) durch eine Diode (13) und einen Schutzwiderstand (14) überbrückt ist, wobei die Durchlaßrichtung der Diode entgegengesetzt zu der der Emitter-Basisstrecke ist. e e r s e t
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