DE1638140A1 - Elektronische Kurzschluss- und UEberstromabschaltung - Google Patents

Description

• Elektronische Kurzschluß- und Überstromabschaltung

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  Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Kurz-

  schluß- und Überstromabschaltung mit einer im laststrom-

  kreis angeordneten. Serienschaltung, bestehend aus einem

  Heßwiderstand und der Emitter-Kollektorstrecke eines als

  Abschaltmittel dienenden Schalttransistors.

  Zuz Schutz elektronisch geregelter Netzgeräte gegen Über-

  lastung und gurzschluß ist es im allgemeinen nicht möglich,

  Schmelzsicherungen zu verwenden. Der Grund dafür sind

  eine Reihe von Nachteilen, gor allem die verhältnismäßig

  lange Abschaltseit, die zudem von der Größe des Überstromes

  stark abhängig ist. Dieses bewirkt, daß bei Stromgersor-

  gungogeräten ein einwandfreies Abschalten eines Verbrau-

  chers, der einen Überstrom auslöst, ohne kritischen Span-

  nungseinbruch für parallel liegende Terbraucher nicht ge-

  währleistet ist. Eine Verkürzung der xbuchaltseiten kann

  nur durch Yerwendung von Oehaelzsicherungen mit unzulässig

  hohem Innenwiderstand erreicht werden. Als weitere Nach-

  teile sind die starke Streuung der Absähaltetröme und die

  Yorratehaltung von Ersatseicherungen anzusehen. Bei der

  Dizeasioaierung von Schaltreglern für ßtrosversorgungege-

  räte mit hohen aohaltfrequensea suß zur Abaahmelsen der

  einzelnen Verbrauchersicherungen ein großer Kondensator

  als Energiespeicher an Ausgang des Stresversorgungsgerätes

  zur Verfügung stehen, damit die erhöhte Absohaltenergie

  nicht den Stromversergungegerät entnommen wird. Andern-

  falls wärde die ätrembegrenzung ansprechen und dadurch die

  äpaha@.usversarder parallel liegenden ferbraucher ge-

  fäkrdext. Dazu sind je nach Sicherungsgroße verhältnismüßig

  sehr große Kapazitäten erforderlich, die in dieser Größe

  für die Siebung nicht benötigt werden.

  Es sind bereits verschiedene als elektronische Sicherung

  arbeitende Schutzschaltungen bekannt, die gegenüber den

  Schmelzsicherungen Vorteile aufweisen. Eine dieser Schal-

  tungen verwendet im

  Strombegrenzungs-

  transistor, der so gesteuert wird, daB der Laststrom einen

  vorgeschriebenen Wert nicht überschreiten kann. Ein Nach-

  teil dieser Schaltung besteht darin, daß bei einem fort-

  dauernden Kursschluß der Begrenzungstransistor überlastet

  wird. In diesem Fall ist es daher erforderlich, den Last-

  stromkreis z.B. durch eine Schmelzsicherung mit träger An-

  aprecheharakteristik zu unterbreche.. Um auch hier die

  Verwendung einer Schmelzsicherung zu umgehen, ist es be-

  reits bekannt, bei Kurzschluß mittels einer als bistabile

  Flip-Flop-Schaltung ausgebildeten Steuerschaltung einen

  ebenfalls im Laststromkreis befindlichen Stabilisierungs-

  transistor zu sperren und damit den gurzschlußstrom zu

  unterbrechen. Der Aufwand, den diese Schutzschaltung er-

  fordert, ist verhältnismäßig sehr groß und verbietet da-

  her die Anwendung wenigstens in einfacheren Stromversor-

  gungsgeräten.

  Eine andere, oft auch zu aufwendige Schutzschaltung arbei-

  tet mit einer Tunneldiode und einer segenannten Rückwärts-

  diode, die in Abhängigkeit vom Sgannungeabfall an einem

  Ton Laststrom durchflossenen Neßwideretand über einen Tran-

  sistorvereti£rker unter Verwendung einen Relais oder eines

  Schalttransistors als Abschalt'ittel den Maststromkreis

  bei Überstrom unterbrechen. . .

  ,Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders

  einfache' aber betriebssichere Schutsschaltung anzugeben.

  Gmäß der Erfindung besteht die lösung darin, daß ein

  Steuertransistor, dessen Emitter-Kollektorstrecke der Serienschaltung aus Meßwideratand und Emitter-Basisstreeke des Schalttransistors und dessen Emitter--Basisstrecke über einen Basiswiderstand der Serienschaltung aus Meßwiderstand und Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors parallelgeschaltet sind, den im Normalbetrieb im Sättigungsbereich arbeitenden Schalttransistor bei Überstrom sprunghaft sperrt und daß der über einen Widerstand im Querzweig der Schaltung zugeführte Basisstrom des Schalttransistore so bemessen ist, daß der Schalttransistor auch bei über den Nennstrom ansteigendem Laststrom im Sättigungsbereich arbeitet.
• Die Einschaltspannung für den Steuertransistor setzt sich additiv aus dem vom Laststrom abhängigen veränderbaren Spannungsabfall am Meßwiderstand und der Sättigungsspannung am Schalttransistor zusammen. Bei richtiger Bemessung des Basiswiderstandes des Schalttransistors wird erreicht, daß der Schalttransistor auch bei Verminderung seiner Schaltstromverstärkung im Kurzschluß- oder Überstromfall an seiner Emitter-Kollektorstrecke keine über die Sättigungsspannung anwachsende Spannung aufnehmen muß und daher keiner kritischen Überlastung ausgesetzt ist.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ermöglicht die Sealtung nach Beseitigung der Überlast eine einfache Wiedereinschaltung, die keine Unterbrechung des Hauptstromkreises erfordert, indem die Emitter-Basisatrecke des Steuertransistors kurzzeitig durch einen entladenen Kondensator überbrückt wird. Im Gegensatz zu anderen Überstromschaltungen ist die Wiedereinschaltung euch dann möglich, wenn die Belastung kapazitiv ist, vorausgesetzt, daß Im normalen Lastbereich die Aufladezeit dieses Kondensatorn über den Basiswiderstand des Steuertransistors bis zur Einschaltbereitschaft des Steuertransistors so groß

  bemessen ist, daß der hadestron eines am Ausgang der Schal-

  tung liegenden Kondensators bei einem Einachalt- oder Wieder-

  einachaltvorgang die Überstromabschaltung nicht auslöst.,

  Nach vorübergehendem Ausfall der Eingangsspannung stell9a

  sich der normale Betriebszustand selbsttätig wieder ei-_"

  Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in

  der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher bescirie-

  ben.

  Während eine der Eingangsklemmen E, an denen die Betriebs-

  spannung zugeführt wird, zum Ausgang A widerstandslos

  durchgeschaltet ist, befindet sich im anderen. Zäng$zwci_f

  der als. elektronische Sicherung arbeitenden Schutzschal-

  tung die Reihenschaltung aus dem Meßwiderstand Rl und dem

  Emitter-Kollektorstrecke des npn-Schalttransistors

  wobei der Kollektor den Ausgang der Schaltung bildet. Über

  den Vorwiderstand E2 ist die Basis des Schalttransistors

  Tal mit dem positiven Pol der Schaltung verbunden. Der

  Kollektor des npn-Steuertransistors Ts2 ist mit der Basis

  des Schalttransistors Tal und dessen Emitter mit dem ein-

  gangsseitigen Ende des Meßwiderstandes R7 verbunden. Die

  Basis des Steuertransistors Tn2 liegt über einen Basis-

  vorwiderstand R3 am Kollektor des Schalttransistors, so

  daß sich im Steuerkreis den Transistors T92 außer dem Ba-

  siawideretand R3 die Emitter-Kollektorstrecke des Schalt-

  transistors Tal und der läeßwiderstand R1 befinden. Parallel

  zur Emitter-Basisntrecke des Steuertransistors ist über

  eine Schalttaste T der Kondensator C geschaltet, der durch

  Betätigung der Schalttante R an den Entladewiderstand R4

  gelegt werden kann. Der an den Ausgang A anzuschließende

  Verbraucher ist durch den Kondensator 0Z und den Wider-

  stand R1 in Parallelschaltung angedeutet.

  Zur Wirkungnweiee der Schaltung wird fangenden ausgeführte

  Es wird davon ausgegangen, daß der Schalttransistor Tal im Sättigungsbereich arbeitet, also leitend gesteuert ist. Sein Kollektorstrom ist dann gleich dem Verbraucherstrom. Der e°.Y-':mrderliche Basisstrom fließt über den Widerstand R2 und seine Basis-Emitter-Diode. Bei erhöhtem Verbraucherstrom entsteht am Widerstand R1 ein erhöhter Spamntingsabfallf der in Verbindung mit der Sättigungsspannung am Schal°ätransistor Tal die Basis-Emitter-Schwelle des Steuertransistors Ts2 überschreitet und den Steuertransistor durchschaltet. Damit wird plötzlich der Basisstrom des Schalttransistors über den Steuertransistor abgeleitet, so daß der Schalttransistor sprunghaft sperrt. Der zur Aufrechterhaltung dieses Zustands erforderliche Haltebaisstrom des Steuertransistors wird über den Basisvorwiderstand R3 von der Eingangsspannung nachgeliefert. Nach Aufhebung eines Kurzschluß- oder Überstromes kann der Schalttransistor Tal durch die Taste T wieder leitend gemacht werden. Durch Betätigung der Taste T wird der Kondensator C über den Widerstand R4 entladen. Sobald die Taste T in ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, wird der Kon-densator C wieder zwischen Emitter und Basis des Steuer- transistors angelegt. Während den Aufladevorgangs des Kondensatore ist der Steuertransistor gesperrt. Hat sich in

  dieatr Zeit ein normaler Betriebe$untand eingestellt (norma-

  le_T 7=,@tstrom), bleibt der Steuertransistor weiterhin im

  x_E ,:°.tenten Zuotand, da sich am Kondensator eine unter-

  der Schwellenopannung des Steuertransistors liegende

  @°---aung eingestellt hat. Der Strom durch den Widerstand

  @rfließt jetzt wieder über die Banie-Emitterstreake des

  @=ialt--ranaintorn und hält dienen im leitenden Zustand.

  °eirl3 J.er lastetroa eine große kapazitive Komponente auf,

  @@#¢ . @.at der Kondensator C so zu benennen, daß der beim

  linwchelten entstehende starke Ladestron im wesentlichen ab-

  gekl.ea ist, berer der ladevorgang des Kondensators 0 im

  Steuerkreis des Steuertransistors beendet ist, Der Meßwideratand R1 ist so zu dimensionieren. ds.ß dessen Spannungsabfall beim Abachaltlastetrom einschließlich der dazugehörigen Sättigungsspannung am Schalttransistor über den Widerstand R3 einen Strom zur Folge hat, der den Steuertransistor Ts2 leitend steuert. Der Widerster.4 R2 bestimmt den Basisstrom des Schalttransistors. Er @e-zechnet sich aus Darin bedeuten U = Eingangsspannung, B = Schaltstromverstärkung des Schalttransistors und fL = Abschaltlaststrom, bei dem. die Schaltung ansprechen soll. Bei der Berechnung ist es vorteilhaft, nur ca. 709 des B-Wertes bei dem entsprechenden Laststrom einzusetzen. Es wird dadurch erreicht, daß@bei einem über den Nennstrom ansteigenden Laststrom der Schalttransistor im Sättigungsbereich bleibt und daß zeitliche Verminderungen des B -Wertes unwirksam bleiben.
• Der Widerstand x3 bestimmt den Basisstrom des Steuertransistors Ts2. Eine Signalisierung über den Schaltzustand der elektronisehen Sicherung kann z.B, über eine kleine Signallampe parallel zum Schalttransistor oder über eine Signalleitung erfolgen, die am Ausgang angeschlossen wird. Die unbedeutende Teml)eraturabhängigkeit der Schaltung kann durch eine entsprechende Ausführung den Meßwiderstandes R1 oder durch Parallelschalten eines temperaturabhängigen Widerstands (z.B. Heißleiter) an einem Teilabgriff des Meßwiderstandes R1 kompensiert werden.
• Bei umgekehrter Polarität der Eingangsspannung werden anstelle der npn-Transistoren pnp-Transistoren verwendet.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Elektronische Kurzschluß- und Überstromabschaltung mit einer im laststromkreis angeordneten Serienschaltung, bestehend aus einem Meßwiderstand und der Emitter-Kollektorstrecke eines als Abschaltmittel dienenden Schalttransistors, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß ein Steuertransistor, dessen Emitter-Kollektorstrecke der Serienschaltung aus Meßwiderstand und Emitter-Basisstrecke des Schalttransistors und dessen Emitter-Basisstrecke über einen Basisvorwiderstand der Serienschaltung aus Meßwiderstand und Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors parallelgeschaltet sind, den im Normalbetrieb im Sättigungsbereich arbeitenden Schalttransistor bei Überstrom sprunghaft sperrt und daß der über einen Widerstand im Querzweig der Schaltung zugeführte Basisstrom des Schalttransistors so bemessen ist, daß der Schalttransist-=- auch bei über den Nenn-Strom ansteigendem Iastatrom.m Sättigungsbereich arbeitet.
2. 2. KurzschluB- oder Überstromabschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z - e i c h n e t, daß der Basis-EmitterstrBCke des Steuertransistors über eine Schalttaste,ein Kondensator parallelgeschaltet ist, der in einer zweiten Schaltstellung der Schalttaste an einen Widerstand anschaltbar ist. 3. Kurzschluß- oder Überstromabachaltung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t, daß im nor- malen lastbereich die Aufladezeit des Kondensators über den Basiswiderstand des Steuertransistors bis zur Ein- sehaltbere:'.tschaft des Steuertransistors so groß bemes- sen ist, daß der ladestrom eines am Ausgang der Schal- tung liegenden Kondensators bei einem Einschalt- oder Wiedereinochaltvorgang die Überstromabschaltung nicht auslöst.