DE1763282C - Druckknopfbetätigter Überstromschalter zum Schütze von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen druckknopfbe- Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors und tätigten Uberstromschalter mit elektromagnetischer andererseits mit der anderen Anschlußleitung des VerAuslösung zum Schütze von Halbleiterbauelementen, brauchers über einen Widerstand verbunden. Hierbei bei dem die Magnetspule der elektromagnetischen Aus- muß der Meßwiderstand so bemessen sein, daß der lösung in Reihe mit den Schaltkontakien lie&t. 3 Spannungsabfall an ihm bei Nennstrom kleiner ist als

Es ist ein Uberstromschalter dieser Art bekannt die Durchbruchspannung der Diode und des Leistungs-(USA.-Patentschrift 3 307 122), der mit einer slektro- transistors. Im Dauerbetrieb wird der Transistor über ma£netischen Schneilauslösung versehen ist. Die Aus- den Basiswiderstand durchgesteuert,
schaltzeit dieses bekannten Uberstromschalters beträgt Weist der Uberstromschalter eine thermische Ausauch bei höchster Erregung 4 bis 6 msec. Da beim Auf- io lösung durch einen mit einer Heizwicklung versehenen treten eines Üherstromes bis zum Zeitpunkt der Kon- Bimetallstreifen auf, dann ist gemäß der Erfindung der taktöffnung bei diesem bekannten Überstromschalter Meßwiderstand durch die Heizwicklung des Bimetallkeine Widerstandsänderung auftritt, ist der Strom- Streifens gebildet.

anstieg in dem zu schützenden Stromkreis abhängig Eine weitere Möglichkeit besteht bei einem Ubervom gesamten Scheinwiderstand. Der Scheinwider- 15 Stromschalter nur mit thermischer Auslösung durch stand des zu schützenden Stromkreises besteht im all- einen mit einer Heizwicklung versehenen Bimetallgemeinen aus den Leitungswiderständen, den Wider- streifen darin, daß der Bimetallstreifen den Meßwiderständen der zu schützenden Halbleiterbauelemente stand bildet und seine Heizwicklung zwischen Emitter und der Stromquelle, deren Induktivität im allge- und Kollektor des Leistungstransistors liegt,
meinen klein ist. Dadurch erreicht der Überstrom ao Wenn der Uberstromschalter nur eine thermische innerhalb einer sehr kurzen Zeit von kleiner als 1 MiIIi- Auslösung durch einen mit einer Heizwicklung versekunde seine volle Höhe, die fast ausschließlich durch sehenen Bimetallstreifen aufweist, dann ist gemäß der den ohmschen Widerstand des Stromkreises bestimmt Erfindung zusätzlich zur Heizwicklung des Bimetallwird. Da bei dem bekannten Überstromschalter die Streifens eine zweite Heizwicklung vorgesehen, die den Ausschaltzeit etwa 4 bis 6 Millisekunden beträgt, kön- as Meßwiderstand bildet. Hierbei ist die erste Heizwicknen die mit Halbleiterbauelementen versehenen Strom- lung mit dem Kollektor und dem Emitter des Leistungskreise durch den bekannten Uberstromschalter gegen transistors verbunden.

Überstrom nicht geschützt werden. Dies gilt sowohl für Bei der Verwendung eines zweiten Transistors ist in

Gleich- als auch für Wechselstrom, da bei Wechsel- weiterer Ausgestaltung der Erfindung seine Basis über strom und einer Ausschaltzeit von etwa 5 Millisekun- 30 einen regelbaren Widerstand mit dem Kollektor des den innerhalb einer Viertelperiode bei 50periodigem Leistungstransistors verbunden. Durch die Vergröße-Wechselstrom der volle Scheitelwert des Uberstromes rung des Spannungsabfalles am Meßwiderstand wird erreicht wird. auch die Steuerspannung für den zweiten Transistor

Beim Schutz von Halbleiterbauelementen besteht vergrößert und die Basisspannung des Leistungsdie Forderung, daß beim Auftreten eines Uberstromes 35 transistors nach Plus verlagert. Dadurch erfolgt eine die Abschaltung innerhalb einer Zeit erfolgt, in der weitere Zusteuerung des Leistungstransistors, bis der der Grenzlastwert Pdt des Halbleiterkristalls nicht Strom in der Magnetspule bzw. in der Heizwicklung überschritten wird. des Bimetallstreifens seinen Auslösewert erreicht und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte, der Überstromschalter auslöst und den Stromkreis eine galvanische Trennung bewirkende Überstrom- 40 galvanisch unterbricht.

schalter mit einer elektronischen Schaltung so zu Der Leistungstransistor kann entweder ein p-n-p-

kombinieren, daß kurzzeitig ansteigende Überströme oder ein n-p-n-Transistor sein,
so begrenzt werden, daß der zulässige Grenzlastwert Um ein unbeabsichtigtes Ausschalten durch Strom-

der zu schützenden Halbleiter bis zur galvanischen spitzen, insbesondere Einschaltstromspitzen, zu verTrennung des Stromkreises durch den Überstrom- 45 hindern, ist parallel zur Magnetspule ein Kondensator schalter nicht überschritten wird. geschaltet, der natürlich in bezug auf den Widerstand

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem der Magnetspule abgestimmt sein muß.
Uberstromschalter der eingangs genannten Art da- Die zwischen der Basis des Leistungstransistors und durch gelöst, daß parallel zur Magnetspule die Emitter- dem von der Magnetspule abgewandten Ende des Kollektor-Strecke eines Leistungstransistors liegt und 50 Meßwiderstandes liegende Diode kann eine Zenerdiode daß zur Steuerung des Leistungstransistors ein vom sein.

Verbraucherstrom durchflossener Meßwiderstand vor- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den gesehen ist. Figuren dargestellt. Es zeigt

Bei Erhöhung des Verbraucherstromes erhöht sich F i g. 1 einen mit einer elektronischen Schaltung auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand, so daß 55 kombinierten Überstromschalter gemäß der Erfindung, die Basisspannung des Leistungstransistors gegenüber F i g. 2 einen mit einer anderen elektronischen Schalder Emitterspannung positiver wird. Dadurch wird tung kombinierten Überstromschalter gemäß der Erder Leistungstransistor zugesteuert und der Ausgangs- findung und

strom auf den vom Magnetspulenwiderstand bestimm- F i g. 3 den Überstromschalter mit einer ähnlichen

ten Wert eingestellt. Es erfolgt nun die Auslösung in 60 elektronischen Schaltung gemäß F i g. 2 unter Verder normalen Schaltzeit von 4 bis 6 Millisekunden, Wendung von n-p-n-Transistoren.
wodurch der Stromkreis galvanisch geöffnet wird. Die Schaltungen gemäß den Fig.! bis 3 stellen

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hegt der Vierpole dar, deren Eingangsanschlüsse 1 und 2 mit Meßwiderstand in der einen Anschlußleitung eines einer Gleichstromquelle und deren Ausgangsanschlüsse Verbrauchers in Reihe mit der Magnetspule, und die «3 3 und 4 mit einem nicht dargestellten Verbraucher verBasis des Leistungstransistors ist einerseits mit dem bunden sind. In einer oberen Anschlußleitung 5 liegen von der Magnetspule abgewandten Ende des Meßwider- in Reihe Schaltkontakte 6 eines druckknopf betätigten Standes über eine Diode oder über die Emitter- Uberstromschalters 7, ein Meßwiderstand 8 und eine

Claims (10)

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   Magnetspule 9 des Überstromschalters 7. Die Enden Standes 8 und dessen Kollektor mit der Basis des der Magnetspule 9 sind mit dem Emitier und mit dem Leistungstransistors 10 elektrisch verbunden ist. Die Kollektor eines Leistungstransistors 10 elektrisch vor- Basis des Transistors 14 steht über einen festen Widerbunden, dessen Basis über einen Widerstand U mit stand 15 und einen regelbaren Widerstand 16 mit dem einer unteren Anschlußleitung 12 verbunden ist. Das 5 Kollektor des Leistungstransistors IO in Verbindung, der Magnetspule 9 abgewandte Ende des Meßwider- Auch hierbei wird im normalen Betrieb der Leistungsstandes 8 steht über eine Diode 13 mit der Basis des transistor 10 über den Widerstand 11 durchgesteuert. Leistungstransistors 10 in elektrischer Verbindung. Die Die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 14 ist Diode 13 kann auch eine Zenerdiode sein. deshalb sehr klein, so daß dieser Transistor 14 nicht Es sei angenommen, daß als Verbraucher eine io angesteuert wird. Bei ansteigendem Verbraucher-Transistorschaltung vorliegt, deren Grenzlastwert bei strom wird auch der Spannungsabfall am Meßwider-(50 A)* Millisekunden liegt. Der hierbei verwendete stand 8 größer, so daß auch die Steuerspannung für überstromschalter weist eine Schaltzeit von 5 Muli- den Transistor 14 größer wird. Infolge der Durchsekunden auf, so daß der maximale Kurzschlußstrom steuerung des Transistors 14 verschiebt sich die Basisan den Anschlüssen 3,4 auf «5 spannung des Leistungstransistors 10 gegen plus, so

   daß dieser Leistungstransistor 10 weiter geöffnet wird

   — _t und die Emitter-Basis-Spannung am Transistor 14

   — = 22 3 A weiter ansteigt. Durch diesen Spannungsanstieg erfolgt

   ! ' eine immer weitere Durchsteuerung des Transistors 14,

   ao so daß der Leistungstransistor 10 zugesteuert wird. Die Begrenzung des Verbraucherstromes erfolgt durch

   begrenzt bzw. innerhalb einer Millisekunde reduziert den Widerstandswert der Magnetspule 9. Sobald der

   werden muß. Die Stromquelle soll hierbei eine Gleich- entsprechende Strom erreicht ist, erfolgt die Auslösung,

   spannung von 24 Volt aufweisen und der Verbraucher- Die Schaltung nach F i g. 3 unterscheidet sich von

   nennstrom 8 A betragen. Die Strombegrenzung wird »5 der Schaltung nach F i g. 2 lediglich dadurch, daß bei

   erreicht, wenn die Summe der Widerstandswerte des der Schaltung nach F i g. 2 p-n-p-Transistoren 10 und

   Meßwiderstandes 8 und der Magnetspule 9 1 Ohm be- 14 verwendet sind, während die Schaltung nach

   trägt. Hierbei muß der Meßwiderstand 8 so bemessen F i g. 3 n-p-n-Transistoren 14 und 17 vorsieht. Bei

   sein, daß bei Nennlast der Spannungsabfall kleiner als den Schaltungen nach den F i g. 2 und 3 kann der

   die Durchbruchspannung der Diode 13 und der 30 Ansprechstrom durch den regelbaren Widerstand 16

   Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors 10 ist. in bestimmten Grenzen eingestellt werden. Die Schal-

   Im normalen Betrieb wird der Transistor 10 über den tung nach F i g. 1 ist praktisch nur durch die Bemessung

   Widerstand 11 durchgesteuert. Er trägt den Teil des des Meßwiderstandes 8 und des Widerstandes 11 und

   Verbraucherstromes, der sich aus der Stromleitung der Diode 13 auf die entsprechenden Ströme abstimm-

   über den Widerstand der Magnetspule 9 und den Durch- 35 bar.

   gangswiderstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Bei Verwendung eines Überstromschalters mit einer

   Leistungstransistors 10 im durchgesteuerten Zustand thermischen Auslösung durch einer mit Heizwick-

   ergibt. Ein solcher Leistungstransistor hat für etwa 8 lung versehenen Bimetallstreifen kann die Heiz-

   bis 10 A Dauerstrom im durchgesteuerten Zustand wicklung des Bimetallstreifens als Meßwiderstand 8

   eine Emitter-Kollektor-Spannung von etwa 0,25 bis 40 verwendet werden. Erfolgt hierbei die Einstellung des

   0,3 V entsprechend einem Durchgangswiderstand von Ansprechwertes für die Stromverminderung auf einen

   etwa 0,04 Ohm. Daraus folgt, daß der größte Teil des entsprechend hohen Wert zum Nennstrom, so kann

   Dauerstromes vom Leistungstransistor aufgenommen der Zwischenbereich in einer Überstromcharakteristik

   wird, wenn der Widerstand der Magnetspule 9 auf geschützt werden, die durch die Beheizung des Bi-

   einen strombegrenzenden Wert abgestimmt ist. 45 metallstreif ens durch den Meßwiderstand 8 bestimmt

   Steigt nun der Strom im Verbraucher, dann erhöht wird. Diese Maßnahme ist besonders dann vorteilhaft,

   sich auch der Spannungsabfall am Meßwiderstand 8, wenn in einer Schaltung Einschaltspitzen oder sich

   wodurch die Basisspannung des Leistungstransistors 10 wiederholende Stromspitzen bis zu einer unschädlichen

   gegenüber der Emitterspannung positiver wird. Da- Höhe auftreten.

   durch wird der Leistungstransistor 10 zugesteuert, 50 In vielen elektrischen und elektronischen Schaltunso daß sich der Ausgangsstrom auf den vom Wider- gen treten Stromspitzen auf, die über dem Nennstrom stand der Magnetspule 9 bestimmten Wert einstellt. liegen und durch die aber eine Abschaltung nicht Der Überstromschalter 7 spricht deshalb an, und der erfolgen soll. Es ist bekannt, daß besonders beim EinStromkreis wird galvanisch durch die Schaltkontakte 6 schalten eines Gerätes oft Stromspitzen erreicht getrennt. Die Ansprechgeschwindigkeit der Schaltung 55 werden, die einem Kurzschlußstrom bei Dauerbetrieb nach F i g. 1 bis zum Augenblick der Stromreduzie- annähernd gleichkommen. Um ein Auslösen der Uberrung ist von der Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes Stromschalter durch Stromspitzen zu vermeiden, ist abhängig. Bei langsamem Stromanstieg erfolgt auch parallel zur Magnetspule ein Kondensator geschaltet, eine entsprechend langsame öffnung des Leistungs- Durch entsprechende Abstimmung des Kondensators transistors 10. Die strombegrenzende Wirkung wird ^6o zum Widerstand der Magnetspule werden Einschaltaber auch bei sehr schnellem Stromanstieg, der kleiner spitzen überbrückt,
   als eine Mikrosekunde sein kann, erreicht. Die Schal· _ ...
   tung nach F i g. 1 ist hauptsächlich für Verbraucher- Patentansprüche:
   Stromkreise mit steil ansteigenden Überströmen be- 1. Druckknopfbetätigter Überstromschalter mit stimmt. ⁶5 elektromagnetischer Auslösung zum Schütze von Bei der Schaltung nach F i g. 2 ist an Stelle der Halbleiterbauelementen, bei dem die Magnetspule Diode 13 gemäß F i g. 1 ein Transistor 14 vorgesehen, der elektromagnetischen Auslösung in Reihe mit dessen Emitter mit dem einen Ende des Meßwider- den Schaltkontakten liegt, d a d u r c h ge kenn-

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   zeichnet, daß parallel zur Magnetspule (9) die Emitter-Kollektor-Strecke eines Leistungstransistors (10, 17) liegt und daß zur Steuerung des Leistungstransistors (10, 17) ein vom Verbraucherstrom durchnossener Meßwiderstand (8) vorge- sehen ist.
2. 2. Überstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (8) in der einen Anschlußleitung (5) eines Verbrauchers in Reihe mit der Magnetspule (9) liegt und daß die Basis des Leistungstransistors (10, 17) einerseits mit dem von der Magnetspule (9) abgewandten Ende des Meßwiderstandes (8) über eine Diode (13) oder über die Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors (14) und andererseits mit der ts anderen Anschlußleitung (12) des Verbrauchers über einen Widerstand (11) verbunden ist.
3. 3. Oberstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall am Meßwiderstand (8) bei Nennstrom kleiner ist als die ao Durchbruchspannung der Diode (13) und des Leistungstransistors (10).
4. 4. Uberstromschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit thermischer Auslösung durch einen mit einer Heizwicklung versehenen Bimetallstreifen, as dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (8) durch die Heizwicklung des Bimetallstreifens gebildet ist.
5. 5. Uberstromschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, jedoch nur mit thermischer Auslösung durch einen mit einer Heizwicklung versehenen Bimetallstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen den Meßwiderstand (8) bildet und seine Heizwicklung zwischen Emitter und Kollektor des Leistungstransistors (10) liegt.
6. 6. Uberstromschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, jedoch nur mit thermischer Auslösung durch einen mit einer Heizwicklung versehenen Bimetallstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Heizwicklung des Bimetallstreifens eine zweite Heizwicklung vorgesehen ist, die den Meßwiderstand (8) bildet.
7. 7. Überstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten Transistors (14) über einen regelbaren Widerstand (16) mit dem Kollektor des Leistungstransistors (10,17) verbunden ist.
8. 8. Uberstromschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor (17) ein n-p-n-Transistor ist.
9. 9. Uberstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Magnetspule (9) ein Kondensator geschaltet ist.
10. 10. Uberstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (13) eine Zenerdiode ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen