DE1538376C3

DE1538376C3 - Überspannungsschutzanordnung für einen Gleichspannungsverbraucher

Info

Publication number: DE1538376C3
Application number: DE1966B0090066
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 1000 Berlin Lange
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1966-11-30
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE1538376A1; DE1538376B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Überspannungsschutzanordnung nach der Gattung des Hauptanspruches (CH-PS 3 80 199).

Bei mit Transistoren ausgerüsteten Geräten muß die Abschaltung in kürzester Zeit vor sich gehen, da bekanntlich Transistoren innerhalb äußerst kurzer Zeit durch Überspannungen beschädigt werden können. Die Ansprechzeit einer Schutzanordnung muß deshalb weit unter etwa einer Millisekunde liegen. Derart kurze Ansprechzeiten sind aber entweder durch Schmelzsicherungen noch mittels eines Relais zu erreichen.

Aus der CH-PS 3 80 199 ist eine Anordnung zum Schutz von überspannungsempfindlichen Verbrauchern bekannt, bei der dem Eingang des Verbrauchers die Schaltstrecke eines Transistors parallel geschaltet ist, dessen Basis mit dem Abgriff eines dem Transistor parallelliegenden, eine stromführende Zener-Diode enthaltenden Spannungsteilers mit einer Zusatzspannung verbunden ist

Überschreitet die Ausgangsspannung der speisenden t>o Gleichspannungsquelle einen vorgegebenen Wert, wird der Transistor über den Spannungsteiler in den leitenden Zustand gesteuert und dadurch die Speisespannung für den Verbraucher abgesenkt; eine der Schutzanordnung vorgeschaltete Schmelzsicherung *>"> kann ausgelöst werden.

Aus der DE-AS 1193 594 ist eine Anordnung bekannt, bei der in Reihe zu der Schaltstrecke eines Thyristors ein nichtlinearer Widerstand liegt, dessen Leitwert sich exponentiell mit der angelegten Spannung ändert Die Schaltstrecke des Thyristors wird im Zusammenwirken mit einem Kondensator nur bei Spannungsstößen leitend gemacht Schließlich wird die Schaltstrecke des Thyristors wieder nichtleitend gemacht wenn eine Überspannung abgeklungen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überspannungsschutzanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie im normalen Betrieb verlustfrei arbeitet und daß bei Rückgang der Überspannung der Gleichspannungsquelle die Spannung an den Klemmen des Verbrauchers nicht wiederkehrt

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Bei der Schutzanordnung nach der Erfindung kann ein verhältnismäßig sehr klein dimensionierter Transistor verwendet werden.

Wählt man für den Transistor einen Typ des legierten Germaniumtransistors mit einer solchen Dimensionierung, daß der kurzschließende Kollektor-Emitterstrom ihn durchlegiert, dann wird der Innenwiderstand des Transistors so niedrig, daß in kürzester Zeit ein praktisch vollständiger Kurzschluß eintritt so daß die Transistoren im Verbrauchergerät hinreichend sicher geschützt sind.

Der durchlegierte Germaniumtransistor ist allerdings ein zweites Mal nicht mehr zu verwenden und muß ausgewechselt werden. Der Preis eines solchen sehr klein dimensionierten legierten Germaniumtransistors ist jedoch so niedrig, daß er praktisch nicht ins Gewicht fällt, zumal der Preis der geschützten Transistoren ganz wesentlich höher liegt

Es wurden mit der Schutzanordnung nach der Erfindung Versuche unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Die normale Betriebsspannung betrug 20 Volt Die Abschaltung sollte unterhalb von 30 Volt erfolgen. Es wurde eine 24-Volt-Zenerdiode mit 250 mW maximaler Leistung als spannungsabhängiger Widerstand im Spannungsteiler verwendet Die Gleichspannungsstromversorgung enthielt einen selbstregelnden Sperrwandler; bei Ausfall der Regeleinrichtung wurde eine Spannung von 40 Volt im Leerlauf erzeugt Die Abschaltung der Gleichspannungsversorgung infolge Kurzschluß des Germaniumtransistors erfolgte bei etwa 25VoIt

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie ihre Wirkungsweise werden an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert

In F i g. 1 wird der Speisestrom für die Gleichspannungsversorgung 10 dem Netz oder einem Wechselstromgenerator entnommen und über einen Transformator 17 einem Gleichrichter 13 zugeführt Der gleichgerichtete Strom wird dann in üblicher Weise über einen Ladekondensator 15, eine Drosselspule 14 und einen Siebkondensator 16 den Ausgangsklemmen 1 der Gleichspannungsversorgung 10 zugeleitet Parallel zum Ausgang 1-1 der Gleichspannungsversorgung 10 liegt die Kollektor-Emitter-Strecke 3, 4 eines legierten Germaniumtransistors 2. Ebenfalls parallel zum Ausgang 1-1 liegt ein Spannungsteiler 8, 9, dessen Mittelabzapfung 6 mit der Basis 5 des Transistors 2 verbunden ist In dem zwischen Basis 5 und Kollektor 3 des Transistors 2 geschalteten Abschnitt 9 des Spannungsteilers liegt eine in Sperrichtung geschaltete Zenerdiode 7.

j Im Normalfall sperrt die Zenerdiode 7, so daß die

j Basis 5 des Transistors 2 über den Widerstand 8 am

j Emitterpotential liegt. Der Widerstand 8 ist so

niederohmig gewählt, daß ein selbständiges Aufsteuern

des Transistors durch höhere Außentemperatur (Anstei-

gen des Kollektor-Basis-Sperrstromes und damit

Ansteigen der Basisspannung) nicht möglich ist. Im

j Beispielsfall beträgt der Widerstand 8 etwa 1 kil. Der

!Widerstand 9 begrenzt lediglich den Basisstrom im

\ durchgeschalteten Zustand, also wenn der vorgegebene ι ο

, maximale Spannungswert am Ausgang 1-1 der Gleich- ; spannungsversorgung überschritten ist, und verhindert

I dadurch die Überlastung der Zenerdiode 7. Die

: Zenerdiode 7 ist nur kurzzeitig beansprucht und braucht

I nur den Basisstrom zu liefern.

Sobald eine Überspannung in der Gleichspannungs-Versorgung 10 eintritt, wird die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 7 überschritten, so daß ein hoher Basisstrom Ober den Transistor 2 fließt. Dadurch steigt der Kollektor-Emitter-Strom des legierten Transistors 2 sprunghaft auf einen Wert an, der den Ausgang 1-1 der Gleichspannungsversorgung 10 praktisch kurzschließt.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 kann nun durch den Kurzschlußstrom über den Transistor 2 eine in der Versorgungsleitung liegende Feinsicherung 11 zum Durchschmelzen gebracht werden, so daß die Gleichspannungsversorgung 10 und der an den Klemmen 20 angeschlossene Verbraucher elektrisch vonein ander getrennt werden.

Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 kann aber auch über den Transistor 2 der Ausgang 1-1 der Gleichspannungsversorgung 10 kurzgeschlossen werden, ohne daß eine Sicherung zum Durchschmelzen gebracht wird. Eine solche Schaltung ist zum Beispiel dann zweckmäßig, wenn die Gleichspannungsversorgung 10 aus einem mit einem Oszillator 12 arbeitenden Gleichspannungswandler 18 besteht, dessen Schwingungen durch den von der Kollektor-Emitter-Strecke 3, 4 des Transistors 2 herbeigeführten Kurzschluß unterdrückt werden.

Bei diesem Schaltungsbeispiel (F i g. 2) wäre sogar die Einschaltung einer Sicherung zwischen der Gleichspannungsversorgung 10 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 2 unzweckmäßig, da im Falle der Unterbrechung des Verbraucherstromes beim Durchschmelzen der Sicherung eine sehr hohe Leerlaufspannung in der Gleichspannungsversorgung 10 auftreten würde, die zu Schaden am Spannungswandler 18 oder an anderen elektrischen Bauteilen innerhalb der Gleichspannungsversorgung 10 führen könnten. Die Sicherung 21 ist deshalb bei der Anordnung nach F i g. 2 zwischen die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 2 und den Verbraucher geschaltet, so daß sie zwar den Verbraucher vor Überlast schützt, jedoch beim Durchschmelzen die Schutzanordnung mit dem Transistor 2 sofort wirksam werden laß, so daß schädliche Überspannungen in der entlasteten Gleichspannungsversorgung 10 in keinem Falle auftreten können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überspannungsschutzanordnung für einen Gleichspannungsverbraucher, mit einem Transistor, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit parallelliegendem Spannungsteiler zwischen den Ausgangsanschlüssen einer Gleichspannungsquelle angeordnet ist, wobei der Spannungsteiler eine in Sperrichtung gepolte Z-Diode enthält und der Spannungs- ι ο teilerabgriff mit dem Basisanschluß des Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (7 bis 9) unmittelbar parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (2) liegt und die Z-Diode (7) so dimensioniert ist, daß sie ihre Durchbruchspannung erst dann erreicht, wenn die Gleichspannung den zulässigen Wert übersteigt, so daß der Emitterstrom sprunghaft bis zum Kurzschlußstrom ansteigt, und daß der Transistor (2) so dimensioniert ist, daß der Kurzschlußstrom ihn durchlegiert

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einer der Zuleitungen zwischen der Gleichspannungsversorgung (10) und der Kollektor-Emitter-Strecke (3, 4) des Transistors (2) eine Feinsicherung (11) liegt, die durch den Kurzschlußstrom der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (2) zum Schmelzen gebracht wird (Fig. I).'.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsversorgung (10) ein mit einem Oszillator (12) arbeitender Gleichspannungswandler ist, dessen Schwingungen durch den von der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (2) herbeigeführten Kurzschluß unterdrückt werden (F i g. 2).