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| eines Leistungw7- |
| transi.Gtore |
In -.ransis torisi°r"en Nachrichtengeräten werden häufig elektroj zisch GtaLiilisierto
Netzgeräte benötigt, deren Iunenwiderst<<`@. @#L-J1g lichs t- klein gegen
die Verbraucherwiderstände sein soll, um Verkopplungret.zu vermeiden, Dabei werden
vorzugsweise Transistoren als Regelglieder verwendet, Der an den Verbraucher abgegebene
Strom durchfließt einen als regelbaren Vorwiderstand wirkenden Leistungstransistor,
der im Sinne eitler Konstanthaltung der Ausgangsspannung gesteuert wird, Solche
Netzgeräte haben den Nachteil, daß der Leistungstransistor für die im Kurzschlußfall
fließenden großen, ein Vielfaches des normalen Verbraucherstromes betragenden Kurzschlußströme
diaaet;sic@aiY@rt sein mußs damit er nicht zerstört werden kauet, teerartige Schaltungen
sind aber sehr unwirtschaftlich, da der Verbraucherstrow :sm normalen Betrieb bedeutend
kleiner i.st und der Leistungstransistor somit schlecht ausgenutzt
wird
Es
st bekannt, zum Schutze der Transistoren gegen Überlastung Schmelzsi.:heru"gen vorzusehen,
Diese haben jedoch den Nachteil, claß sie - auch die sogenannten flinken Typen -
den Strom bei einer überlastung erst nach einer gewissen Verzögerungszeit abschalten,
wodurch die Transistoren beschädigt oder zerstört werden, Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten
ist es bekannt, die Regelschaltung des Netzgerätes mit einer elektronischen Sicherung
zu vorehen. Das ist eine zusätzliche Schaltungsanordnung, die hei Über- .
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| führt. Dabei ist es benannt, zum Schutze dar Transistoren
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| Verllinger u118 dar Ansprechzeit der Siclierunn einer: S tro:@llegrel:zunc> |
| widersLand in die Itollo:ctorleitunöeit der Transis torü:l |
| Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß in dela :7idarstallc:
Cxütie:.'1:C: |
| eine erhebliche Verlustleistung urigesetzt wird, was den
CD |
| grad der Anordnung beträchtlich herabsetzt. |
| i:s ist ferner eine Stromversorgunbsseautzschaltung llelcannt,
bei . |
| creleiler eine hyperltondu:ctive Diode beim .Auftreten eines
Xurz- |
| schlusses il:l Verbraucherkreis die Spannung an den `i'ra:lsis
tor.:u |
| . bereiUs vor dem Änspreehen der Überstro:asc?:utzci:lrica-i,ung
auf einen |
| solchen 'fiert begrenzt, bei der die an den äransisto:rco auf:;aata:@c:4: |
| Verlusi,leis;Lun; auf einen :für die Transistoren unsc@lwcaicilel.
Wer- |
| herabgeäetz:. wird.- fluch diese bekannte Schaltun.-.' hat
clen :ae@ltcil, |
| da3 der lfurzsehlußstrom proportional der Spannung der @leicäs;;r |
| quelle isi, da' die hyperkonduktive Diode den Transistor auf
;Cor.- |
| stanten Innenwiderstand steuert. Ferner ist auch hierbei 114c:1- |
| teilib, daß der Innenwiderstand relativ groß ist. |
| Die Erfindung vermeidet die vorstehend genannten Nacliteile. |
| berla@@n@$SC`itl@cia,:s |
| Sie betrifft eine Schaltungsanordnung zum li |
Leistungstransistors
in einem elektronisch
stabilisierten
Netz-
gerät, in dem der Leistungstransistor
als regelbarer Reihenwiderstand
zwischen Speisespannungsquelle
und Verbraucher liegt und in
Abhängigkeit
von der Spannungsdifferenz zwischen
einer der Vorbrnuoi:erspannuug
proportionalen
Spannung und einer Bezugsspannung
mittels eines verstärkenden
Transistors
über einen Hilfstransistor
gesteuert wird.
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Erfindungsgemäß bildet der Leistungstransistor mit einem
Schutz-
transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zur
Basis-
Lmitter-Strecke des Leistungstransistors liegt, dine bistabile
Schaltstufe, bei der unterhalb eines bestimmten Grenzwerten
des
Vorbraueherstromos der Leistungstrausistor leitend und der Schutz-
transistor
gesparrt ist und bei Übeeschreiten dieses Grenzwertes
der Leistungstransistor
in den sperrunden und der Schutztransistor
in den leitenden Zustand
übergeht, und die Dasiselektrode des
Leistungstransistors
über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfs-
transistors und
einen Strombegrenzungswiderstand an eine Spannungs-
quelle angeschlossen
ist, während die Basiselektrode des Schutz-
transistors mit
einer Vorspannungsquelle verbunden ist..-
Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß
der durch den Loistungstransiotor
fließende Strom bei Überschreiten eines bestimmten, nur wenig
über denn Normalstrom liegenden Wertes
unterbrochen wird, bevor
es zu einer Zerstörung des Leistungstransistors kommen bam. Außerdem
ermöglieht.diese Schaltungsanordnung sowohl eine schnelle, als auch - bei
entsprechender Dimen-
sionierung der Bauelemente- eine verzögerte
Abschaltung des bei
einem Kurzschluß auftretenden Stromes durch den
Leistungstransistor, wobei der NurzschluBstrom auf einen
Wort begrenzt ist, der nur
wenig über den Normalstrom liegt.
Weiterhin erweist es sieh als
vorteilhaft, daß bei der Anordnung
gemäß der Erfindung nach
erfolgter Abschaltung die Wiedereinschaltung
entsprechend der
Dimensionierung der Bauelemente manuell
oder automatisch möglich ist. Die Schaltungsunordnung ist weiterhin deshalb von
Vorteil, da durch sie der Innenwiderstand der Anordnung nicht erhöht wird.
IZweelanäßigerweise
ist die Kollektorelektrode des Hilfstransistors über den Strombegrenzungswiderstand
an eine IIilfsshannungsqua11o angeschlossen, deren Spannung höher ist als die zu
stabilisierende Spannung der Speisespannungsquelle.
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Die Vorspannunn wird vorzugsweise durch.einen Spannungsteiler erzeugt,
der zwischen ßilfsspannungsquellaund einem ßezugsx oteiitial (f.iasse) geschaltet
ist. Durch die Einstellung das Spannungsteilerverhältnisses ist dabei der Schaltpunkt
der bistabilen Soltaltstufe wählbar.
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Das erfindungsgemäße Netzgerät weist eine zum Einschalten des Netzgerätes
bzw. Viedereinschalten nach ÜuerscLreiten das Grenzwertes des Verbraucherstromes
dienende Vorrichtung auf, die ein fließen des Kollektor-Emitter-Stromes des S cliutztr.2nsistora
verhindert bzw. den Kollektor-Emitter--Strom unterbricht. Diese Vorrichtung ist
vorzugsweise ein Zeitkozistantenglied, das aus dem Spiaznungsteiler und einem mit
dem Abgriff des Spannungsteilers verbundenen Kondensator bestellt, so daß die Verspannung
im Eingehalt- bzw. lüiederexnschaltmoment Null ist und mit seiner Zeitverzüderung
auf den eingestellten Wert ansteigt. Der mit dem einen Anschluß an den Abgriff des
Spannungsteilers angeschlossene Kondensator ist dabei zur schnellen Sperrung des
Leistungstransistors mit seinem anderen Anschluß an das Bezugspotential (Masse)
und zur verzögerten Sperrung des Le@stungstranaisters an die Ausgangselelctrode.(Emitter)
des Leistungstransistors angeschlossen.
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Wird eine manuelle Wiedereinäehaltung des Netzgerätes gewünscht,
so soll der die Vorspannungsquelle bildende Spannungsteiler derart niederolimig
gewählt werden, daß die Verspannung bei einen Kurzsehluß atuiähernd unverändert
bleibt. Wenn jedoch eine automatische Wiedereinschaltung gewünscht wird,
so soll der Spannungsteiler derert aochohnig gewählt
verclen,
daß sich die Vorspwnnung bei einem Kurzsohluß dem Wert der Umittergpnnnung des Schutztransistors
so weit nähert, daß der Schutztransistor gorado noch leitend bleibt.
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Im folgenden wird die Erfindung -au Hand der Figuren i und 2 näher
erläutert, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt
sind. Es zeigen: Figur i eine Schaltungsanordnung gemäß dar Erfindung, Figur
2 ein Ausgangsstrom Ausnangswpannungs Diagramm der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die :ixt Figur 1. dargestellte Schaltungsanordnung erhält über eine nichtdargestellte
.Uiorcintiiig, bestehend aus Netztransformator, Gleichr:icli°LIO-er und Ladekondensator,
eine unstzbilisierte negative Gleiehspannung, die als Speisespannung U- zwischen
den Klämmen i und 2 (idasau ) zur Versorgung der nachfolgenden Stabi lisierun gsanordnimg
zur Vo.rfiigung steht. An der Klemua 3 Liegt eine stabilisierte negative II f: gloicüsnr@n;xung
U. 11 an, die voraiZsiieise höher ist als die Speisespannung U.. Der an den Verbraucher
4 abgegebene Strom IA durchfließt die als regelbarer Vorv,iderstaxid wirkende Kollektordes
@eistixngstra.n;;i,stars 6 (OC 3G). Schwankungen der Veraraueai:rapan nun ; IT,.
treten z.I3. auch an dem zum Verbraucher 4 parallelliagendon Spannungsteiler 9,3
auf, dessen Anzapfung mit der Dasisolektrode einen verstärl---.nden Transistors
9 (AF 11E3) verbunden ist. Seine hmitterelektrodo ist = eine durch die Zenerdiode
11 uari den Widerstand 32 erzeugte 'Konstante Bezugsspannung angeschlossen.
Aßt seiner Ko? lektorelektrode entstalit eine Spannung, die von der der Verbraucherspannung
UA proportionalen Spannung und der konstanten Bezugsspannung abgeleitet ist. Mit
dieser Spannung wird dar Leistungstransistor 8 über einen ala Inpedauzwandler
Wirkenden Hilfstransistor 13 (AG i2#2), der dfn Ausgang (Ina Transistors
J un den Eingang des Leistun gstransi:tors 6 anpaßt, im Sinne einer Konstanthaltung
der Verbratieberspunnunä LT. gesteuert.
Zum Überlastungss@ehutz
des Leistungstransistors 6 ist ein Schutztransistor 14 vorgesehen; dessen Enitter--Kollektor-Strecke
härallel stur Basis-Enitter-Strecke den Leistungstransistors 6 liegt. Die Basiselektrode:
des Schutztransistors 14 ist über einen Strombegreuzungswiderstnnd 16 an eine Verspannung
wigoseulossen, die durch den rafft der Hilfsspannung Uu (Klemme 3) verbundenen
Spannungsteiler 17,18 im Punkt 19 erzeugt wird. Außerdem liegt am Abgritispunkt
19 ein Verzögerungskondensator 21. Die Kollcktorelektrode des IIilfstrannistors
13 ist über einen Widerstand 22 mit der Hilfsspannung Ui, (Klemme
3) verbunden Der Wert dos Widerstandes 16 wird so gewählt, daß der Basisstrom
den Transistors 14 im Kurzaehlußiall nicht unzulässig groß werden kann. Der Widerstand
22 wird so bemessen, duß der Basisstrom des Leistungstransistors 6 und damit der
Kurzgehlunstron auf den gewünschten lfert begrenzt wird. Das Verhältnis der Spannungstoilorwiderstände
soll so eingestallt werden, daß die Spannung an dar Easiselektrode des Transistors
14 im normalen Betriebsfall kleiner ist als die Verbraucherspannung UA, vorzugsweise
0,9 U A. Der Leistungstranafator '6 bildet erfindungs ;enäß mit dem Scaut;ztransistor
14 eine über den Verbraueherrriderstand 4 gekoppeltes bistabiles Schaltstufe, bei
der unterhalb eines bvstimmten Grenzwertes des Verbraucherstromes (1 t; in
Figur 2) der Loistung3transistor 6 leitend und der Schutztransistor 14 gesparrt
ist und bei Überschreiten dieses Grenzwertes der Leistungstransistor G in den sperrenden
und der Schutztransistor 14 in den leitenden zustand übergeht, so daß der Leistungstransistor
6 gegen eine Überlastung geschützt wird. Bekanntlich Wird eine bistabile
Schaltstufe, z.B. ein ifultivibrator vors Typ des Sohmitt--Triggers,
durch die an den Steuerelektroden der Verstärkerelemente stehenden Bezugsspannungen
gesteuert. lief der ertiudungsgemäßen Sc:aaltungsancrdiiung i.ird Jedoch nicht -
wies üblich - die Verspannung einer Dasisela=;trodo variiert, sondern dar beide
Transistoren verkoppelnde, gencins;me Emitterwider-:stand (uerbraucnercriderstaud
4), wo%Iurch ein #@;@:c:.:@3-i;an vors Zustand in den anderen bewirkt wird.
Im
normalen Detriebsfall ist damit der Schutztransistor 14 gesperrt, da die Da: isshannung
positiv gegen die Emitterspannuug (UA) ist. Der Schutztransistor
14 hat somit keinen Einfluß auf die Funktion und die Eigenschaften - wie
z.B. den Innenwiderstand - der Schal-. tungsancrdnung. Im Falle einer Stromzunahme
im Verbraucherkreis über den Grjnzwert des Stromes (IN in Figur 2) hinaus, fällt
die Spannung z .I3 . auf 9 V ab (Punkt S in Figur 2).
Diesen Wert hat
aber such die Spnnnung an der Dasiselektrode des Schutztransistors
14. Sinkt die Verbrauchürspannung 11, noch weiter, so wird der Schutztrans-istur
leitend und der Steuerstrom des Leistungstransistors 6 fließt über die Kollektor-Em2t3r-Strecke
des Schutztrausistors 14 ab. Da die liestapannung über die Kollektor-Lmitter-Strecke
des Schutztransistors 14 wesentlich geringer ist als die Anlaufspannung dar Basis-Emitter
Strecke des Leistungstransistors 6, wird damit der Leistungstransistor G
gesperrt. Die Verbraucherspannung UA und der Verbraucherstroh IA Herden annähernd
Null. Die Schältung'ist damit i
in den zweiten, den Kurzsehlußbetriebazustand
(Arbeitspunkt K in Figur 2)übergegangen) Ein Umschalten In den normalen Detriebszustand
kann manuell erfolgen, indem der Kollektor-Emitter-Strom des Schutztransistors
bei vorhandener Speice- und Hilfsspannung unterbrochen wird, z.B.
durch Auftrennen
des Steuerkreises oder der Kollektor-Emitter--Strecke
des Schutztrausistors 14 mittels einer Unterbreehertaste oder durch Aus-
und
Wiedereinschnlten des Netzschalters. Es ist dabei auch die für das
Einschalten
des Netzgerätes grundsätzliche DeAingung zu erfüllen, daß die Speise- und die
Hilßsapannung zeitlich vor der Vorspannung UV (In Punkt 19) vorhanden
sind. Eine einfache Möglichkeit der Verzögerung der Vorspannung
UV bietet das Zeitkonstantenglied, bestehend aus dem
Spatinunssteiler
17, 18 und dem Verzögerungskondensator 21, wobei der
Spannungsteiler derart
niederohmig (6,8 k.@.und 2,7 k"'..) gewählt wird,
daß in Kurz:chlußfalle
die Bedingung UK.:,-UV> 0,5 - U, erfüllt ist.
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Ein Umschalten in den normalen Betriebszustand erfolgt
automatisch, ' wenn der Verbraucheratron wieder unter den Schwellwert
zurückgeht,
durch eine bestimmte Dimensionierung der Bauelemente. Dies
kann durch
Wahl eines hochohmigen Spannungsteilers 17 (G8
k,1 ), 18 ( 27 k#'-) erreicht werden, wobei die Vorspannung nach erfolgter
Abscttaz turg auf einen Wert abfällt, der gerade noch ausreicht. um den Schutztransistor
14 derart leitend zu halten, daß seine @ollei@tor-Eüttex-Strecke gegen die Widerstäude
22 und 23 niederolimig bleibt und Oer Emitter dos Hilfstransistors 13 praktisch
auf fiassepotentinl halten-wird. Die Vorspannung fällt dann beispielsweise auf etcya
0,5 V ab. Der. Schaltbereich, d.h. den Abstaild rzisehen Einschalts-und Ausschaltpunkt,
bestimmt die 1:reinverstärkung des Systems. Die diese Verstärkung maßgeblich beeinflussenden
Schaltelemente sind außer den Stromverstärkungsßaktoren der Transistoren
der Verbraucherwiderstand 4 urä- der Widerstand 16 und der Widerstand 22.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bietet weiterhin Gien Vorteil, daß sich
die Abschaltung der Anordnung nach einen Kurzsehluß zeitlich variieren läßt. Sie
erfolgt sehr schnell, wenn vier Kondensator 21 zwischen dem Punkt 19 und Masse geschaltet
ist, und wird verzögert, wenn dieser Kondensator znischon :unkt
19 und der Emitterelektrode des Leistungstransistors G liegt.
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Eine einfache Anzeigenöglichkeit das Betriebszustandes ergibt sich
durch eine Parallelschaltung einer Lampe 24 zum Verbraucherwiderstand
4, die den normalen Betriebszustand anzeigt, oder durc:-1 eine (in Figur
1 strichliert dargestellte) Reihenschaltung einer Lampe mit einer Zenerdiode parallel
zum Leistungstransistor G, wodurch der Kurzschlußzustand angezeigt weiden kann.
Selbstverständlich können-anstelle der in den Ausführungsbei-
spielen
dargestellten p-n-p-Transistoren auch n-p-n-Transistoren verwendet werden, wobei
in diesem Falle die Speise-.und die IIilfsspannungsquelle entsprechend umgepolt
werden müssen.