DE1588103A1 - Schnelle elektronische Kurzschlusssicherung - Google Patents

Description

• ,Schnelle elektronische Kurzsehlußsicherun#r-Die Erfindung betrifft eine Iturzschlußsieherungsschaltung für elektronisch spannungsstabilisierte Stromversorgungseinhe:ten._ Spannungsstabilisierte Stromversorgungseinheten@yerwendet , man zur Speisung moderner elektronischer Meß-, Regel--und Rechenanlagen. Man nennt diese Stromversorgungseinheiten auch einfach Netzteile,-wenn sie ihrerseits am normalen Stromnetz angeschlossen sind. , Es ist leicht möglich, daß am Ausgang der Stromversorgungseinheit oder in der jeweils angeschlossenen Anlage ein. Kurzschluß entsteht, was zur Folge hat, daß durch den relativ hohen Kurzschlußstrom sowohl in der Stromversorgungseinheit als auch in der angeschlossenen Anlage teure Schaltungsele-,meiste durchbrennen, wenn nicht augenblicklich die Stromver-; sorgung unterbrochen oder zumindest die abgegebene Leistung derart vermindert wird, so daß irgendwelche Schädigungen ausgeschlossen sind.
• Seit alters her sind zum Schutz. elektrischer Anlagen Schmelzsicherungen bekannt, jedoch-sind sie - selbst in sehr flinken Ausführungen - nicht geeignet, da ,die Halbleiter-Schaltungselemente empfindlicher sind und eher durchbrennen als die, Schmelzsicherung. , Es gibt auch auf Überspannung oder.Überetrom ansprechende Relais als Sicherungselemente, die aber ebenfalls nur mit einer gewissen Verzögerung :eine Abschaltung bewirken,@.s:o daß sie keinen echten Schutz für die elektronischen "Schaltungselemente darstellen. Bei den spannungsstabilisierten Stromversorgungseinheiten wird der Hauptstrom über einen Leistungstransistor geleitet-, dessen Basis entsprechend einer Vergleichsspannung angesteuert wird, so daß an diesem leistungstransistor.*eine so große Spannung abfällt, daß am Ausgang der Stromversorgungseinheit immer die gleiche Spannung (in Grenzen unabhängig von der Eingangsspannung und der Belastung) anliegt und zur@Verfügung steht. Im Kurzschlußfall hätte z.B. dieser lei_stungstransistor die@gesamte vom Netztransformator gelieferte Leistung aufzunehmen. Er würde durchbrennen! Man hat nun aufwendige Schaltungen entwickelt, wodurch-die von dem Transistor im Überlastungs- bzw. Kurzschlußfalle aufzunehmende Leistung in Grenzen gehalten wird, so daß ein direktes Durchbrennen nicht mehr zu befürchten ist,. eine `Schädigung aber nicht ausgeschlossen werden kann. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, mit Hilfe eines Multivibrators - eine auch noch relativ aufwendige Schaltung - die Basis des-Leistungstransistors so anzusteuern, daß er gesperrt wird. Eine Aufhebung dieser Sperrung ist nur von Hand, beispielsweise durch Knopfdruck, möglich. Die bekannten Kuxzschlußsicherungen haben nun entweder eine zu lange Ansprechzeit oder ihre Schaltungen sind zu aufwendig. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,@eine Kurzschlußsicherung für spannungsstabilisierte Stromversorgunjseinheiten zu bauen,. die die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Die neue Kurzschlußsicherung soll zuverlässig und sicher arbeiten, d..h: sie soll im Kurzschlußfall schnell ansprechen und die abzugebende'Zestungderart vermindern, daß eine Überbeanspruchung einzelner Schaltungselemente ausgeschlossen-ist. Ist der Kurzschluß wieder beseitigt, soll die Kurzschlußsicherung augenblicklich außer Funktion treten und die Stromversorgungseinheit im Normalbetrieb weiterarbeiten lassen, ohne daß von Hand.irgendwelche Einschaltfunktionen ausgelöst werden müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöste,.daß die Basis des im Hauptstromkrei liegenden leistüngstransistors . im gurzschlußfall mittels mindestens'eines über einen Spannungste'.iler gesteuerten Transistors auf das Potential des Emitters geschaltet wird:.
• Eine Ausführungsform zeigt die Figur 1 am Beispiel.eines spannungsstabilisierten Netzgerätes, das mit NPN-*-Transistoren bestückt ist. Im Laufe der Erläuterung des Schaltbildes wird erkennbar, daß die neue Kurzschlußsicherung nicht aufwendig ist,-da-sie letztlich nur- aus 3 'Widerständen 'R4-R 9 S; R6) und einem Transistor (T3) besteht.

  Die dargestellte Stromversorgungseinheit besteht in bekann-

  ter Weiee.aus dem Netztransformator Trr dem Zweiweggleich-

  richter G1:, dem#Zadekondensator-C1, dem Leistungstraneietor

  T@ mit in seinem Basiskreis geschaltetem Treibertransistor

  T2der in seinem Kollektorl.reia einen Begrengungewiderstand

  ,R3 .hat, - und- aus der Verglsicheapannungseiaheit II,#,_ die tiit ,,

  der .Basis des Trans'otors T.--verbunden ist -und normalerwe.ös

  über eine- Wideretarid ä-*m Werts _t ` .$.i@er sUrigeregeltri

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  zweckp =genauer Zinetellung= in die .3 Einzelwiderstände auf-

  Die neue Kurzschlußsicherung wird nun an den Punkten 1, 2, 3.und 4 mit der an sich bekannten"oben-skizzierten Schaltung verknüpft, nachdem der sonst übliche eine Arbeitswiderstand für die vergleichsspannungseinheit Uv in zwei Widerstände R1 und R2 aufgeteilt wurde. Im vorliegenden-Fall wurde die Aufteilung so vorgenommen, daß das Widerstandsverhältnis von RI zu R2 2 zu 3 beträgt, wobei - wie oben gesagt --der Widerstand vom Wert R1 + R2 ein notwendiger Widerstand auch für die ungesicherte Stromversorgungseinheia ist. Zwischen deA Punkten 1 und 2 stellen die Widerstände R4 und R5 einen Spannungsteiler im 10 bis 20 k.i2-Bereich'äar, so daß im normalen Betriebsfall die Basis des Transistors r3, die über den Strombegrenzungswiderstand R6 angeschlossen ist, ein Potential erhält, das negativ gegenüber dem Potential am Emitter des Transistors T3 - angeschlossen am Punkt 4 -ist, so daß dieser Transistor T3 gesperrt ist, unabhängig von dem Potential an seinem Kollektor, der am Punkt 3 mit , der Basis des Transistors T2 verbunden ist, welcher seinerseits den'Zeistungstransistor T1 aussteuert. ..
• Im Kurzschlußfall sinkt das* Potö ntial am Punkt 4 und damit das des Emitters des Transistors T3 sehr stark ab. Seine Basis ist jetzt dem Emitter gegenüber positiv, so daß der NPN®Transistor öffnet und so letztlich Punkt 3 mit Punkt 4

  verbindet, d.ho die Basis des Transistors T2 ist mit denn

  Emitter des Transistors T1 verbunden. Bei diesen. in Kaskade

  geschalteten Transistoren T1 und T2 herrscht nun keine

  Potentialdifferenz mehr zwischen Basis und itter, so daß

  sie # yp y# 0

  sperreno Der maximale nun durch

  die. Widerstände R1 2 R2 und den Transistor T3 bestimmt und

  entspricht nur einem Bruchteil der sonor abgegebenen I,ei-

  stunga

  Wird der Kurzschluß behoben:, steigt das Potential am 'unkt wirr über das der Base des Transistors T3; dieser sgerrtP so daß die Transistoren T2 und T1 normal angesteuert werden und die Stromversorgungseinheit wieder ihren Normalbetrieb aufnimmt: Um nun bei sehr empfindlichen Anlagen ein sicheres Wiedereinschalten der Stromversorgungseinheit zu erzielen, kann' es erforderlich sein, parallel zu dem Widerstand R5 einen Elektrolytkondensator 0 2 zu schalten. hierdurch wird.erreicht, daß beim Hochlaufen der Ausgangsspannung der Transistor T3 über eine längere Zeit hinweg an eher konstanten Basisspannung gehalten wird, so daß die Stromversorgungseins heit nicht in einem Schwebezustand hängen bleibt.
• Diese Kurzschlußsicherungsschaltung läßt sich nach der oben beschriebenen Schaltung in einfacherer Weise much`für Netzteile verwenden, die mit PNP-Transistoren bestückt sind. Die dann vorzunehmenden Änderungen, z.B: den Einsatz ebenfalls eines M-Transistors für den Transistor: T3 liegt unter Anwendung der vorliegenden Erfindung im Können 'des . Fachmannes, so daß hier nicht näher auf eine solche. Schaltung eingegangen zu werden braucht.
• Die erfindungsgemäße Kurzschlußsicherung ist eine ans wenigen Elementen bestehende Schaltung' die wegen ihrer'aehr kurzen Ansprechzeit einen sicheren Schutz bei auftretendem Kurzschluß gewährt.

Claims (1)

1. Patentans2ruch Schnell ansprechende Kurzschlußsicherungsschaltung für elektronisch spannungsstabilisierte Stromversorgungseinheit, . . d a d u r -o h g r k e n n z e i c h n e t ,. daß die Basis des-im Hauptstromkreis liegenden Leistungstransistors im Kurzschlußfall mittels mindestens eines über einen Spannungsteiler gesteuerten Transistors auf das Potential des Emitters geschaltet wird.