DE1638140C3 - Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kurzschluß- und Überstromabschaltung - Google Patents

Description

geschaltet. Auch in diese, abgewandelten Schaltung*-" anordnung bleibt der Schalttransistor im Überstromfall zunächst im Bereich der Verlustspannung. Bei weiter ansteigendem Strom erfolgt die Stromkraft der Sperrung erlt dann, wenn der Schalttransistor den Sättigungsbereich verlassen hat. Der Nachteil bei dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Schalttransistor· Leistung aufnehmen muß, die zu einer unerwünschten Erwärmung führt (deutsche AusWeschrift 1 109 258)

^Λ De? Erdung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte betriebssichere Scha.tungsanordnung zur Kurzschluß- und Überstromabschaltung anzugeben. bei der die Leistungsverluste im Schalttransistor dadurch klein gehalten werden, daß dieser vom Sättigungszustand unmittelbar in den gesperrten Zustand Meßwiderstand R1 und der^Eimtter-Kollek«?J eines npn-Schalttransistors Tsi, wobei der *J"

den Ausgang der ^Sch^_D ^u"8^sf °^rdn""^ ^Ischaitseinen Bas.swiderstand RI ist die jsas» "

transistors Ts Im,,«to^sitivenPo1 der Schaltung anordnung verbunden. P^er Κ°?^Ιε*^ίΟΓ«£Γ?ζ. _ansj_stor transistors TsI ist mit der Basis des ^™S^ Al und dessen Emitter mit ^ Ende des Meßw.derstandes R1^

>° des Steuertransistors TsZ hegt über einen K3 am Kollektor des S^tj^^ sich im'Steuerte» ^^^SSS^sSdkt des dem Widerstand R 3 ^d* ^E™"™S£tand R1 be-

ufed· tan

Konden-

SS Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch «döst, daß der Basisstrom des Schalttrans.stors so bemessen ist, daß dieser bei langsam und bei schnell anzeigendem Überstrom mindestens bis zum Abschaltftrom im Zustand der Sättigung gehalten wird und daß der Basis-Emitterstrecke des Steuertransistors, di^ über einen Widerstand direkt an die Reihenschaltung des Meßwiderstandes und der KoI-lektor-Emitterstrecke des Schalttransistors, und zwar an der Verbraucherseite, angeschlossen ist, ein Kondensator über einen Schalter parallel geschaltet ist und daß ferner der Kondensator in einer zweiten Schaltstellung des Schalters an einen Entladenderstand anschaltbar ist, der an die Betriebsspannung»- seite der Reihenschaltung aus Meßwiderstand und Kollektor-Emitterstrecke des Scha.ttransistors ange-"'STEiSchdtsp.nnung 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 Basiswider-Standes des Schahtransistors wird erreicht, daß der Schalttransistor auch bei Verminderung seiner Schalt-Stromverstärkung im Kurzschluß- oder überstromfall an seiner Emitfer-Kollektorstrecke keine über die Sättigungsspannung anwachsende Spannung aufnehmen⁸mu⁸ß^Pund daher keiner kritischen überlastung ausgesetzt ist.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Wiedereinschaltung auch bei kapazitiver Belastung möglich ist. vorausgesetzt, daß im normalen Lastbereich die Aunadezeii dieses Kondensators über den Basiswiderstand des Steuertransistors so groß bemessen ist. daß des Ladestrom des am Ausgang der Schaltungsanordnune liegenden, die kapazitive Belastung bildenden Kondensators bei einem Einschalt- oder Wiedereinschaltvorgang die Kurzschluß- und überstromabschaltung nicht auslöst. Nach vorübergehendem Ausfall der Eingangsspannung stellt sich der normale

^S^S£L_g werden an

^Ausführungs-

einen

Schalttransistors ^l und de rufender

.₅ finden. ^Pa™»d ^z".£™^^Β|*^ transistors T.2 ist ü

ters T an ^^i^
kann. Der an den

Widerstand R_L in Par

Zur W.rkungswe.se der
folgendes ausge uhrt: _t ^fa
daß der Scha «rans.stor7 »

=5 arbeitet, also leitend.^"^^^erstro

strom ist dann gleich ^m Verbraucn _siswjder.

^crford«'^ichc .^B^^IMt™™_is%^e _m-_u„!«ode. Bei erhöhstand R 2 und seine Bas,^ner UJo _{Ä χ}

^m Verbraucherstrom entsteht am MeB ein erhöhter Spannungsabfall der " ^v _Js\ _dic

der Satt.gungsspannung a*» **££Em_sistor5 7,2 Bas.s-Em.tter-Schwelle des J^ _{Jsl durch}-

_Basisstrom des

. Der

Scha.ttransistors Ts. ^^^ΓίΑ abgeleitet, so daß der S^;¹"^^⁰^ Zustandes sperrt. Der zur ^™"'^ Steuertransistors erforderliche Hdtetasisstrom des ^^.^

TsI w.rd über den Widerstand _R

<o spannungsquelle ^nac^_n ^e''^ae _K ^r'_rzschIuß. oder Übcr-

Nach Aufhebung «ⁿ« ^»™\ _{f durch den}

stromes kann der Schahtrans»» _Durch

Schalter Γ w.eder le tend gen»cn _{Kon(JensatorC}

Betätigung des Schalters 7 vura _{der Scha[}

,5 über den ^X^ÄT^

^ter ' '" „ _A ,*_r wieder zwischen Emitter wird der kondensator Γ w»eder_ _wäh_

und Basis des Steuertrans.stors^s B B ^ ^

rend des Aufladevorgangs dcs^Kon ^^ ^._{

.so Steuertransistor 7^2 geperrt h* _(normaler

ein normaler Betnebszusta.^ ^n _weiterhin

Laststrom), bleibt de Steuertrans^st _Kondensator

im nichtleitenden f^u|^^nd'. ^d^_nung des Steuereine unterhalb der Sch*elk.nspan ρ· ^

transistors 7,2 hegende ^« } _fließt Der Strom durch den ^e" wieder über die Bas s-tmiiterrtre ^

transistors Ts ^u»^{d ha} „f⁵^¹^kapazitive Kompo-

e₀ n^ S. Ä ^

Seiai £chSei ^^r

Während eine der Eingangsklemmen, an denen die der Ladevorgang des

schaltungsanordnung die Reihenschaltung aus einem am Schalttransistor

einen Strom zur Folge hat, der den Steuertransistor TsI leitend steuert. Der Basiswiderstand R 2 bestimmt den Basisstrom des Schalttransistors Ts\. Er berechnet sich aus

R2 -

U- £_
Jl

Darin bedeuten U = Eingangsspannung, B = Schaltstromvcrstärkung des Schalttransistors Ts 1 und J_L — Abschalllastslrom, bei dem die Schaltungsanordnung ansprechen soll. Bei der Berechnung ist es vorteilhaft, nur etwa 70 %> des B-Wertes bei dem entsprechenden Laststrom einzusetzen. Es wird dadurch erreicht, daß bei einem über den Nennstrom ansteigenden Laststrom der Schalttransistor Ts t im Sättigungsbereich bleibt und daß zeitliche Verminderungen des B-Wertes unwirksam bleiben. Der Widerstand R 3 bestimmt den Basisstrom des Steuertransistors TsI.

Eine Signalisierung über den Schaltzustand der Schaltungsanordnung kann z. B. über eine kleine Signallampe parallel zum Schalttransistor Ts\ oder über eine Signalleitung erfolgen, die am Ausgang angeschlossen wird, Die unbedeutende Temperaturabhängigkeit der Schaltungsanordnung kann durch

ίο eine entsprechende Ausführung des Meßwiderstandes Rl oder durch Parallelschalten eines temperaturabhängigen Widerstandes (z. B. Heißleiter) an einem Teilabgriff des Meßwiderstandes R1 kompensier werden.

Bei umgekehrter Polarität der Eingangsspannunj werden an Stelle der npn-Transistoren pnp-Transi stören verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

wandfreies Abschalten eines Verbrauchers, der einen Patentansprüche: Überstrom auslöst, ohne kritischen Spannungsein bruch für parallelliegende Verbraucher nicht gewähr-

1. Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kur/.- leistet ist. Eine Verkürzung der Abschaltzeiten kann schluß- und Überstromabschaltung von elektri- 5 nur durch Verwendung von Schmelzsicherungen mit sehen Verbrauchern, bei der zwischen einem Pol unzulässig hohem Innenwiderstand erreicht werden, der Betriebsspannungsquelle und einem Anschluß Als weitere Nachteile sind die starke Streuung der des Verbrauchers ein Meßwiderstarid und die Abschaltsiröme und die Vorratshaltung von Ersatz-Kollektor-Emitterstrecke eines als Abschaltmittel sicherungen anzusehen. Bei der Dimensionierung von dienenden Schalttransistors in Reihe geschaltet io Schaltreglern für Stromversorgungsgeratc mit hohen sind und bei der ein Steuertransistor vorgesehen Schaltfrequenzen muß zum Abschmelzen der einzelist, dessen Kollektor-Emitterstrecke der Emitter- nen Verbrauchersicherungen ein großer Kondensator Basisstrecke des Schalttransistors parallel ge- als Energiespeicher am Ausgang des Stromversorschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,. gungsgerätes zur Verfügung stehen, damit die erhöhte daß der Rasisstrom des Schalttransistors (TsI) so !5 Abschaltenergie nicht dem Stromversorgungsgerät bemessen ist, daß dieser bei langsam wnd bei entnommen wird. Andernfalls würde die Stromschr.ell ansteigendem Überstrom mindestens bis begrenzung ansprechen und dadurch die Spannungszum Abschaltlaststrom im Zustand der Sättigung Versorgung der parallelliegenden Verbraucher gegehalten wird, und daß der Basis-Emitterstrecke fährden. Dazu sind je nach Sicherungsgröße verhältdes Steuertransisiors (Ts2), die über einen Wider- ao nismäßig sehr große Kapazitäten erforderlich, die in stand (Λ3) direkt an die Reihenschaltung des dieser Größe für die Siebung nicht benötigt werden. Meßwiderstandes(ftl)undderKoHektor-Emitter- Es sind bereits verschiedene als elektronische strecke des Schalttransistors (TsI), und zwar an Sicherung arbeitende Schutzschaltungsanordnungen der Verbraucherseite, ?"geschlossen ist, ein Kon- bekannt, die gegenüber den Schmelzsicherungen Vordensator (C) über einen Schalter (T) parallel ge- 25 teile aufweisen. Eine dieser Schaltungsanordnungen schaltet ist und daß ferner der Kondensator (C) verwendet im Laststromkreis einen Strombegrenin einer zweiten Schaltstellung des Schalters (T) zungstransistor, der so gesteuert wird, daß der Lastan einen Entladewiderstand (R 4) anschaltbar ist, strom einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreider an die Betriebsspannungsseite der Reihen- ten kann. Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung schaltung aus Meßwiderstand (Rl) und Kollektor- 30 besteht darin, daß bei einem fortdauernden Kurz-Emitterstrecke des Schalttransistors (T? 1) ange- schluß der Begrenzungstransistor überlastet wird. In schlossen ist. diesem Fall ist es daher erforderlich, den Laststrom-

2. Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kurz- kreis z. B. durch eine Schmelzsicherung mit träger schluß- und Überstromabschaltung von elektri- Ansprechcharakteristik zu unterbrechen. Um auch sehen Verbrauchern nach Anspruch 1, dadurch 35 hier die Verwendung einer Schmelzsicherung zu umgekennzeichnet, daß im normalen Lastbereich die gehen, ist es bereits bekannt, bei Kurzschluß mittels Aufladezeit des Kondensators (C) über den einer als bistabile Flip-Flop-Schaltungsanordnung Widerstand (R 3) des Steuertransistors (Ts2) bis " ausgebildeten Steuerschaltungsanordnung einen ebenzur Einschaltbereitschaft des Steuertransistors falls im Laststromkreis befindlichen Stabilisierungs-(Ts2) so groß bemessen ist, daß der Ladestrom 40 transistor zu sperren und damit den Kurzschlußstrom eines am Ausgang der Schaltungsanordnung lie- zu unterbrechen. Der Aufwand, den diese Schutzgenden Kondensators (C_L) bei einem Einschalt- schaltungsanordnung erfordert, ist verhältnismäßig oder Wiedereinschaltvorgang die Überstrom- groß und verbietet daher die Anwendung wenigstens abschaltung nicht auslöst. in einfacheren Stromversorgungsgeräten (S. W. Wag-

45 ner: Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte. R. \. Decker's Verlag G. Schenck. Ham-

bürg 1964, S. 475. Bild 7.2/44).

Eine andere aufwendige Schutzschaltungsanordnung arbeitet mit einer Tunneldiode und einer so-50 genannten Rückwärtsdiode, die in Abhängigkeit vom

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- Spannungsabfall an einem vom Luststrom durchanordnung zur selbsttätigen Kurzschluß- und Über- flossenen Meßwiderstand über einen Transistorverstromabschaltung von elektrischen Verbrauchern, bei stärker unter Verwendung eines Relais oder eines der zwischen einem Pol der Betriebsspannungsquelle Schalttransistors als Abschaltmittel den Laststrom- und einem Anschluß des Verbrauchers ein Meß- 55 kreis bei Überstrom unterbrechen (deutsche Auslegewiderstand und die Kollektor-Emitterstrccke eines als schrift 1 253 760).

Abschaltmittel dienenden Schalttransistors in Reihe Es ist außerdem eine Anordnung zur selbsttätigen

geschaltet sind und bei der ein Steuertransistor vor- Abschaltung der Betriebsspannung bei schädlichen gesehen ist, dessen Kollektor-Emitterstrccke der Überlastungen bekannt, die einen als Abschaltmittel Emitter-Basisstrecke des Schalttransistors parallel ge- 60 dienenden Schalttransistor und einen Steuertransistor schaltet ist. verwendet, dessen Emitter-Kollektorstrecke der

Zum Schutz elektronisch geregelter Netzgeräte Steuerstrecke des Schalttransistor parallel geschaltet gegen Überlastung und Kurzschluß ist es im allge- ist. Bei langsamem Stromanstieg verläßt der meinen nicht möglich, Schmelzsicherungen zu ver- Schalttransistor im Überstromfall den Sättigungswenden. Der Grund dafür ist vor allem die verhält- 65 bereich und nimmt Spannung auf, bevor die Sperrung nismäßig lange Abschaltzeit, die zudem von der eintritt. Wenn die Abschaltung nur bei schnellem Größe des Überstromes stark abhängig ist. Dieses Stromanstieg ausgelöst werden soll, ist in die Emitterbewirkt, daß bei Stromversorgungsgeräten ein ein- leitung des Schalttransistors eine Drosselspule ein-