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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine weitere Ausbildung der brfindung sieht ver, daß zur Löschung
des gesteuerten Gleichrichters parallel zu dessen Anoden-.Kathodenstrecke ein Schalter
(Arbeitskontakt) angeschlossen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.