DE1563754B1 - Schaltungsanordnung zur elektronischen sicherung eines lastkreises - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- Spannungsquelle an die Ausgangslast durchschaltet, anordnung zum automatischen Schutz eines Transi- Die verwendeten Vorwiderstände sind hochohmig, so stors gegen Überlastung, der von einer Oszillator- daß ein erhöhter Innenwiderstand des Ausgangsschaltung mit gleichgerichteter Wechselspannung ab- transistors und damit verbunden eine hohe Leistungswechselnd in den leitenden und gesperrten Zustand 5 aufnahme besteht.

gesteuert wird und eine an der Schaltstrecke an- Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische

liegende Spannung im leitenden Zustand an die Aus- Uberstromsicherung anzugeben, die einen elektronigangslast durchschaltet, indem durch eine Steuer- sehen Schalter, der niederohmig eine Spannung an spannung die Wechselspannung des Oszillators ab- die Belastung schaltet, vor der Zerstörung bei Kurzwechselnd freigegeben oder gesperrt wird und dabei io schluß oder bei ausgangsseitigem Anlegen von an einer ersten Ubertragerwicklung die den Transi- Fremdspannungen schützt. Durch den Einsatz elekstor steuernde Wechselspannung entsteht. Ironischer Bauelemente soll ein sicheres, schnelles

In der Nachrichtentechnik werden elektronische Abschalten eines Überstromes gewährleistet sein, so Schalter verwendet, die oft sehr niederohmig hohe daß keine Beschädigung des Schalters eintritt. Dabei Spannungen durchsehalten. Dabei muß beachtet 15 soll der elektronische Schalter bei Überstrombelastung werden, daß die elektronischen Schalter durch zu in einer Zeit unter 50 μβ abgeschaltet werden, große Ströme nicht überlastet werden, die bei Kurz- Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß

Schlüssen im Lastkreis oder durch an den Ausgang in Serie mit der Schaltstrecke des zu schützenden angelegte Fremdspannungen auftreten. Da in der Transistors ein Widerstand mit sehr kleinem WiderNachrichtentechnik in steigendem Maße raum- 20 standswert in an sich bekannter Weise eingeschaltet sparende Bauelemente Anwendung finden, deren ist, daß der Spannungsabfall an dem Widerstand am Überlastbarkeit niedrig ist, müssen besondere Maß- Steuereingang eines elektronischen Schalters anliegt, nahmen getroffen werden, um diese Bauelemente vor dessen Schaltstrecke parallel zu einer Gleichrichterder Zerstörung zu schützen. Bei einer bekannten An- anordnung liegt, die eine vom Oszillator über eine Ordnung wird der Lastkreis mit HiMe einer ther- 25 zweite Wicklung abgegebene Wechselspannung gleichmischen oder elektronischen Sicherung aufgetrennt. richtet, so daß eine Dämpfung bzw. Unterdrückung Nach dem Verschwinden der Störung kann sich je- der Oszillatorschwingung eintritt, doch die Schaltung nicht wieder selbsttätig in den Fließt in einem Lastkreis durch eine Fehlschaltung

Betriebszustand stellen. Die Verwendung magne- ein zu hoher Strom, so wird dieser durch eine elektischer Schutzschalter im Lastkreis ist ebenfalls nicht 30 tronische Einrichtung unterbrochen. An einem niedergünstig, da diese zu träge sind. Eine Strombegren- ohmigen Hilfswiderstand im Lastkreis wird eine zung durch Widerstände oder Sicherungslampen Spannung abgenommen, die einen elektronischen scheidet aus, da dann der Vorteil des niedrigen Schalter steuert. Beim Überschreiten eines bestimm-Innenwiderstandes des Schaltelementes verlorengeht. ten Spannungswertes wird der elektronische Schalter Außerdem wäre bei hohen Betriebsspannungen die 35 leitend und beeinflußt die Steuerspannung, beispielsvon den Schutzelementen aufzunehmende Leistung weise eines Schalttransistors, derart, daß er sie teilso groß, daß die entstehende Wärme nur sehr schwer weise oder vollständig kurzschließt. Im ersteren Fall abzuführen ist. wird der Strom durch den Schalttransistor auf einen

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung bekannt zulässigen Wert begrenzt, während im zweiten Fall (deutsche Auslegeschrift 1084 820) mit einem Be- 40 der Schalttransistor gesperrt wird, so daß die durchgrenzungstransistor und einem parallelgeschalteten schaltende Spannung von den Ausgangsklemmen ab-ÄC-Glied. Bei einem Kurzschluß steigt die Spannung getrennt ist. Erfolgt die Ansteuerung des Schaltam jRC-Glied an, und bei einem bestimmten Wert transistors mit gleichgerichteter Wechselspannung, so kippt eine bistabile Kippschaltung um und sperrt den läßt sich eine Sperrung durch Kurzschluß der Sekun-Stabilisierungstransistor, so daß der Kurzschlußstrom 45 därwicklung eines gemeinsamen Übertragers erabgeschaltet ist. Aus dieser Lage kehrt jedoch die reichen. Durch die induktive Kopplung kann die Kurzschlußschaltung nicht mehr selbsttätig in die Sicherungseinrichtung vom Schalttransistor getrennt Eingangslage zurück. Es muß von Hand ein Kontakt und an jeder beliebigen Stelle des Lastkreises eingebetätigt werden, der bewirkt, daß die Kippschaltung schaltet werden. Der Ansprechstrom der Sicherung wieder in die Eingangslage zurückkippt und Span- 50 läßt sich auf sehr einfache Weise einstellen. Zusätzliche nung an die Ausgangslast gelangt. Bauelemente verhindern, daß die Schaltung auf kurz-

Es ist weiterhin eine Uberspannungsschutzeinrich- fristige Stromspitzen anspricht, die durch eine kapazitung für einen Verbraucherkreis mit Transistoren tive Komponente im Lastkreis hervorgerufen werden, bekannt (deutsche Auslegeschrift 1097 539), der mit Einzelheiten der Erfindung werden an Hand zweier

Überspannungen gespeist wird. Diese Anordnung 55 vorteilhafter Ausführungsbeispiele, die in den Fienthält einen auf Überspannungen ansprechenden guren dargestellt sind, erläutert. Kreis, der zwischen der Spannungsquelle und dem Fig. 1 zeigt eine elektronische Tastschaltung mit

Verbraucherkreis liegt und so geschaltet ist, daß er der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung, die normalerweise voll leitend ist, bei Überspannung in eine Überstromabschaltung durchführt; der Spannungsquelle jedoch nicht leitend wird. Die 60 Fig. 2 zeigt eine elektronische Tastschaltung mit Schaltung unterbricht den Strom durch den Last- der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung, die widerstand. Eine Begrenzung auf einen bestimmten eine Überstrombegrenzung ermöglicht. Stromwert ist nicht möglich. Die Anordnung spricht In Fig. 1 ist eine elektronische Tastschaltung dar-

auch auf kurzzeitige Stromspitzen an, die kapazitiv gestellt, die durch ein Eingangssignal mit zwei ver- oder induktiv in den Lastkreis gelangen und die den 65 schiedenen Spannungs- oder Stromzuständen ge-Ausgangstransistor nicht gefährden würden. Die steuert wird. Das am Eingang E angelegte Steuer-Schutzschaltung besitzt eine Trägheit beim' An- signal wird durch den Tiefpaß TP abgeflacht und den sprechen, da sie nicht entsprechend niederohmig die beiden Sperrwandlern SPl und SP 2 zugeführt. Je

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nachdem, ob ein positives oder negatives Potential schaltet; ist der Kurzschluß oder die am Ausgang angelegt ist, wird der eine Sperrwandler SP 2 oder auftretende Fremdspannung noch vorhanden, so wird der andere Sperrwandler 5Pl schwingen. Es kann der Laststromkreis in der oben beschriebenen Art somit jeweils nur ein Sperrwandler schwingen. Jeder und Weise wieder unterbrochen. Da die Überstrom-Sperrwandler besitzt zwei Ausgangswicklungen 1 5 abschaltung in einer Zeit von etwa 20 μβ erfolgt, ist und 2, an der im schwingenden Zustand eine Wech- die vom Schalttransistor aufzunehmende Energie so selspannung auftritt. Die an der Wicklung 1 auf- gering, daß keine unzulässige Erwärmung auftritt, tretende Wechselspannung wird gleichgerichtet, ge- Schließt man an die Ausgangsklemmen A eine Besiebt und dem dazugehörigen Schalttransistor Tl lastung mit einer kapazitiven Komponente, so lassen bzw. Γ 2 zugeführt, der die Spannung U an den Aus- io die Ladeströme der kapazitiven Belastung die Übergang/i durchschaltet. Der Schalttransistor Γ1 schal- Stromauslösung ansprechen. Durch ein Abflachglied, tet im leitenden Zustand den negativen Pol (— U) das aus einem Widerstand R 3 und einem Kondensader Spannung an den Ausgang, während der Schalt- tor C2 besteht, wird eine Abflachung der Impulse transistorΓ2 den positiven Pol (+U) der Spannung erreicht, so daß der Thyristor TyI erst bei länger an den Ausgang^ schaltet; die Mitte der Spannungs- 15 dauernden Stromimpulsen zündet. Die Ladeimpulse quelle U liegt an Erde. Jeder dieser beiden Schalt- sind jedoch bei großer kapazitiver Last, beispielstransistoren wird durch die erfindungsgemäße Siehe- weise bei einem langen Kabel, so lang, daß bei Kurzrungseinrichtung vor Zerstörung geschützt. Durch Schluß des Lastkreises der Schalttransistor überlastet den Tiefpaß TP wird erreicht, daß die beiden Sperr- wird, wenn die Ansprechverzögerung der Überwandler SPl und SP 2 eine zeitliche Verzögerung 20 wachung entsprechend groß gewählt wird. Deshalb zwischen Stoppen des einen und Starten des anderen wird mit dem Verzögerungsglied R3, C2 nur eine aufweisen. Dieser Umstand gewährleistet, daß bei der kleine Zeitverzögerung eingestellt. Die Schutzeinrich-Umschaltung des einen Schalttransistors vom leiten- tung prüft aber grundsätzlich, ob an den Ausgangsden in den gesperrten Zustand und des anderen klemmen ein Kurzschluß vorliegt. Ist dies der Fall, Schalttransistors vom gesperrten in den leitenden 25 so spricht die Sicherungseinrichtung mit der gegebe-Zustand die beiden Schalttransistoren nicht gleich- nen Verzögerungszeit an und der Thyristor zündet, zeitig leitend sind und einen Kurzschluß der Span- liegt jedoch kein Kurzschluß vor, so wird die Übernungsquelle U verursachen. wachungseinrichtung für die Dauer des Stromimpul-Befindet sich der Sperrwandler 5Pl im Schwing- ses blockiert, d. h. die Zündstrecke des Thyristors zustand, so wird mit der an der Wicklung 1 des Über- 30 TyI gesperrt. Diese Wirkung wird durch einen kapatragersÜI abgenommenenundgleichgerichtetenWech- zitiven Spannungsteiler erreicht, der aus dem Verselspannung der Schalttransistor Π leitend gesteuert. zögerungskondensator C 2 und dem Kondensator C 4 Über die Schaltstrecke des Transistors fließt bei an- besteht und über die Widerstände R3 und Al pargeschlossener Belastung an den Klemmend ein zu- allel an den Ausgangsklemmen A liegt. Bei einem lässiger Belastungsstrom. In Serie mit der Schalt- 35 Polaritätswechsel erhält die Zündstrecke des Thystrecke des Transistors Γ1 liegt im Lastkreis ein ristors Ty 1 entsprechend dem Verhältnis der beiden niederohmiger Hilfswiderstand R1 — der Wider- Kapazitätswerte den am Kondensator C 2 abfallenden standswert beträgt 1 bis 2 Ohm —, an dem ein Span- Teil der Ausgangsspannungsänderung als Sperrspannungsabfall auftritt, der parallel zur Zündstrecke des nung, so daß im Augenblick des Polaritätswechsels Thyristors TyI liegt. Dieser Spannungsabfall vermag 40 kein Ansprechen des Thyristors und damit des Überden Thyristor nicht zu zünden, solange der vor- Stromschutzes möglich ist. Solange der Spannungsbestimmte Laststrom fließt. Parallel zur Schaltstrecke Sprung an den Ausgangsklemmen^ andauert, zündet des Thyristors TyI liegt eine Gleichspannung, die der Thyristor TyI nicht. Da bei einem Kurzschluß dadurch entsteht, daß vom Übertrager ÜI an einer an den Ausgangsklemmen^ jedoch keine Spannung weiteren Ausgangswicklung 2 eine Spannung abge- 45 anliegt, fehlt die Sperrspannung für die Zündnommen wird, die gleichgerichtet und gesiebt wurde. elektrode des Thyristors, und der Thyristor zündet Solange der Thyristor nicht gezündet ist, bleibt die mit der kurzen Verzögerung. Somit ist auch ein Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke bestehen. sicherer Betrieb bei kapazitiver Belastung an den Bei Überschreiten des höchstzulässigen Laststromes Ausgangsklemmen gegeben.

ist der Spannungsabfall am Hilf swiderstand R1 so 5° Befindet sich der Sperrwandler SP 2 im Schwinggroß, daß der Thyristor zündet und die Anoden- zustand, so wird der Transistor T 2 durchgeschaltet, Kathoden-Strecke leitet. Die an der Schaltstrecke lie- und die Schutzeinrichtung mit dem Thyristor Ty 2 gende Gleichspannung bricht zusammen und damit arbeitet analog zu der beim Schalttransistor Π erauch die von der Wicklung 2 abgegebene Wechsel- läuterten Einrichtung.

spannung. Der Sperrwandler wird bedämpft und da- 55 Die in Serie mit den Schaltstrecken angeordneten durch auch die an der Wicklung 1 abgegebene Span- Dioden D1 und D 2 sollen die Schalttransistoren darning erniedrigt. Damit erniedrigt sich auch die vor schützen, daß sie im gesperrten Zustand beim Gleichspannung, die bisher den Ausgangstransistor Auftreten von Störimpulsen an den Ausgangsklem- Tl leitend gesteuert hat, so daß dessen Basis- men überlastet werden; die Dioden können auch Schwellspannung weit unterschritten wird. Der Schalt- 60 parallel zur Schaltstrecke der Transistoren liegen,
transistor Tl schaltet ab und unterbricht den Strom- Fig. 2 zeigt die gleiche Tastschaltung wie Fig. 1,. fluß im Lastkreis. Der Sperrwandler arbeitet jedoch wobei die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung weiter, indem er jetzt seine Energie an den Thyristor den Laststrom auf einen bestimmten Wert begrenzt, abgibt. Dieser Zustand bleibt so lange bestehen, bis Geschützt werden in dieser Schaltungsanordnung wie der Sperrwandler 5Pl zu schwingen aufhört und der 65 in Fig. 1 die beiden Schalttransistoren Tl und Γ2. Thyristor TyI dadurch löscht. Beim erneuten An- An Stelle der Thyristoren TyI und Ty2 in Fig. 2 schwingen des Sperrwandlers 5Pl wird der Schalt- werden in dieser Schaltungsanordnung die Transistotransistor Tl wieder in den leitenden Zustand ge- ren Γ 3 und Γ 4 verwendet.

Befindet sich der Sperrwandler SP1 im Schwingzustand, so wird an der Wicklung 1 des Übertragers ÜI eine Wechselspannung abgenommen, die gleichgerichtet und gesiebt wird und als Steuersignal für den Schalttransistor Tl wirkt. Der Transistor Tl 5 wird dadurch leitend gesteuert und die Spannungspolarität — U an die Ausgangsklemmen A geschaltet. Es fließt der bei der vorbestimmten Last zulässige Laststrom. Am HilfsWiderstand Rl entsteht ein Spannungsabfall, der dem Überwachungstransistor ίο T 3 zugeführt wird. Dem Transistor T 3 wird einerseits eine laststromabhängige Komponente, andererseits eine ausgangsspannungsabhängige Komponente zugeführt. Der laststromabhängige Spannungsabfall am HilfsWiderstand Rl steuert den Transistor Γ3 leitend, während die ausgangsspannungsabhängige Komponente den Transistor sperrt. Die ausgangsspannungsabhängige Komponente wird an einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen i? 5 und R 3, abgenommen, der über die Diode D 5 und den HilfsWiderstandRl an den Ausgangsklemmen.4 liegt. Dabei liegt die Spannung an Widerstand R 3 in Serie mit der Spannung am Hilfswiderstand R1, so daß die Differenz dieser beiden Spannungsabfälle den Überwachungstränsistor Γ 3 steuert. Bei einem Kurzschluß an den Ausgangsklemmen^ vermag deshalb schon ein kleiner Ausgangsstrom, wegen aufgehobener Sperrwirkung der Ausgangsspannung, den Transistor Γ 3 leitend zu steuern. Der leitende Uberwachungstransistor bedämpft mit seiner Basis-Kol-Iektor-Strecke den Sperrwandler SPl, wodurch sich auch die Steuerspannung für den Schalttransistor Γ1 verringert. Der Lastkreis wird dabei jedoch nicht völlig unterbrochen, sondern es bleibt ein geringer Kurzschlußstrom bestehen. Nach dem Wegfall des Kurzschlusses oder einer am Ausgang anliegenden Fremdspannung liegt am Überwachungstransistor wieder Sperrspannung, und die Schaltung ist voll betriebsfähig.

Um bei dieser Schaltung ein Ansprechen der Überwachung bei kapazitiven Ladeströmen zu verhindern, ist der Spannungsteiler für die Sperrspannung durch einen kleinen Kondensator C 4 mit dem Spannungspol — U verbunden. Da dieser in der Sperrphase des zugehörigen Schalttransistors auf die volle Spannung U aufgeladen ist, liefert er für den Überwachungstransistor Γ3 bei Polaritätswechsel eine erhöhte Sperrspannung. Die Umladung der Lastkapazität kann so ungestört in kurzer Zeit erfolgen, da die Überwachungsschaltung zum Umladezeitpunkt nicht anspricht. So ist hier auch ein sicherer Betrieb an einer kapazitiven Last gewährleistet.

Die Diode D 3 soll die Schwellspannung der Basis-Emitter-Diode und den Temperaturgang des Transistors Γ 3 kompensieren, und die Diode D 7 schützt den Transistor vor zu hoher Sperrspannung. Die Diode Dl schützt den Transistor Tl im gesperrten Zustand vor Spannungsspitzen, die an den Ausgangsklemmen auftreten und den Transistor leitend steuern würden; die Diode kann auch parallel zur Schaltstrecke des Transistors Tl liegen.

Die dem Schalttransistor Γ 2 zugeteilte Sicherungseinrichtung mit dem Überwachungstransistor T 4 arbeitet analog wie die oben beschriebene Einrichtung.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum automatischen Schutz eines Transistors gegen Überlastung, der von einer Oszillatorschaltung mit gleichgerichteter Wechselspannung abwechselnd in den leitenden und gesperrten Zustand gesteuert wird und eine an der Schaltstrecke anliegende Spannung im leitenden Zustand an die Ausgangslast durchschaltet, indem durch eine Steuerspannung die Wechselspannung des Oszillators abwechselnd freigegeben oder gesperrt wird und dabei an einer ersten Übertragerwicklung die den Transistor steuernde Wechselspannung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der Schaltstrecke des zu schützenden Transistors (Γ1 bzw. Tl) ein Widerstand (Rl) mit sehr kleinem Widerstandswert in an sich bekannter Weise eingeschaltet ist, daß der Spannungsabfall an dem Widerstand am Steuereingang eines elektronischen Schalters (TyI bzw. TyI, Γ3 bzw. Γ 4) anliegt, dessen Schaltstrecke parallel zu einer Gleichrichterschaltung liegt, die eine vom Oszillator über eine zweite Wicklung (2) abgegebene Wechselspannung gleichrichtet, so daß eine Dämpfung bzw. Unterdrückung der Oszillatorschwingung eintritt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung des ersten elektronischen Schalters durch weitere Schalteinrichtungen begrenzt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter elektronischer Schalter ein Thyristor angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (Rl) ein Verzögerungsglied angeordnet ist und daß der Ausgang des Verzögerungsgliedes parallel zur Zündstrecke des Thyristors liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsglied ein .RC-Glied (R3, Rl bzw. R4, C3) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Spannungsteiler (C 2, C 4 bzw. C 3, C 5) angeordnet ist, der über einen Widerstand (Rl) und das Verzögerungsglied parallel zu den Ausgangsklemmen (A) liegt, wobei ein Kondensator (C2 bzw. C 3) parallel zur Zündstrecke des Thyristors liegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter elektronischer Schalter ein Transistor angeordnet ist, daß zwischen der Steuerelektrode des Transistors und dem HilfsWiderstand (Rl) ein Widerstand (R 3) eingeschaltet ist und daß am Verbindungspunkt der Steuerelektrode und des Widerstandes (R 3) ein weiterer Widerstand (R 5) über eine Diode (D S), die wie die Basis-Emitter-Diode des Transsistors (Γ3) gepolt ist, mit einer der Ausgangsklemmen (A) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungspunkt des Widerstandes (R 5) und der Diode (D 5) ein Kondensator (C 4) gegen den vom Schalttransistor durchzuschaltenden Spannungspol (— ü) angeordnet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß antiparallel zur Basis-Emitter-Diode des Transistors (T 3) eine Diode (D 7) liegt und daß zwischen den beiden Wider-

ständen (Al, R3) in Serie mit der Schaltstrecke des ersten elektronischen Schalters (Π) eine Diode (D 3) eingeschaltet ist, die wie die Basis-Emitter-Diode des Transistors (Γ3) gepolt ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der Schaltstrecke des Transistors (Tl) eine Diode

(D 1), die die gleiche Polung wie die Basis-Emitter-Diode des Transistors (7*1) aufweist, angeschlossen ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (Dl) parallel zur Schaltstrecke des Transistors (Γ1) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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