DE1763292A1 - Overvoltage protection circuit - Google Patents
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Description
ASSOCIATED SIEGTRICALnTDUSTRIES Ltd., London, EnglandASSOCIATED SIEGTRICALnTDUSTRIES Ltd., London, England
ÜberspannungsschutzschaltungOvervoltage protection circuit
Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltung, die einem Verbraucher parallel geschaltet wird. Die ijchutζschaltung soll verhindern, daß der Verbraucher durch eine Oberspannung zerstört wird.The invention relates to an overvoltage protection circuit which connected in parallel to a consumer. The ijchutζ circuit is intended to prevent the consumer from being destroyed by an overvoltage.
Häufig sind der Ausgangsspannung einer Spannungsquelle, insbesondere einer Wechselstromquelle, Überspannungen in Form spitzer Nadelimpulse überlagert. Die Spitzenspannung dieser Impulse kann sehr viel größer sein als die Nennspannung der Spannungsquelle und einen aus der Spannungsquelle gespeisten Verbraucher zerstören. "The output voltage of a voltage source, in particular an alternating current source, is often in the form of overvoltages pointed needle pulses superimposed. The peak voltage of these pulses can be much greater than the nominal voltage of the Voltage source and one fed from the voltage source Destroying consumers. "
Die otorimpulse können bis zu einem gewissen Grade dadurch unterdrückt werden, daß man einen nichtlinearen Widerstand zum Verbraucher parallel schaltet. Dann wählt man die Resistanz des nicht'linearen Widerstandes so, daß sie bei Spannungen, deren Betrag- die Nennspannung der Speisespannung nicht überschreitet, groß ist und stark abfällt, wenn die angelegte Spannung den Hennwert der Speisespannung überschreitet. Je größer also die Amplitude des Störimpulses (ohne den Widerstand) ist, um so stärker wird sie vom Widerstand belastet. Infolgedessen wird die Amplitude der Störimpulse auf einen ('ert begrenzt, der etwas größer als der Nennwert der Speisespannung ist. Diese Anordnung ist solange zufriedenstellend, wie die Differenz V^ zwischen dem GrenzwertV- und dem Nennwert V_ "v. der Speisespannung ziemlich groß ist, z.B. in der Größenordnung von 50 fo des Nennwertes der Speisespannung liegt, weil The otorimpulse can be suppressed to a certain extent by connecting a non-linear resistor in parallel to the consumer. Then the resistance of the non-linear resistor is chosen so that it is large at voltages whose magnitude does not exceed the nominal voltage of the supply voltage and drops sharply when the applied voltage exceeds the value of the supply voltage. The greater the amplitude of the interference pulse (without the resistor), the more it is loaded by the resistor. As a result, the amplitude of the interference pulses is limited to a ( 'ert which is slightly larger than the nominal value of the supply voltage. This arrangement is satisfactory as long as the difference V ^ between the limit value V- and the nominal value V_ " v . Of the supply voltage is fairly large , for example in the order of 50 fo of the nominal value of the supply voltage , because
BADORIGiNALBAD ORIGINAL
es dann möglich ist, einen nichtlinearen Widerstand zu wählen, dessen Resistanz sehr klein ist, wenn die angelegte Spannung gleich oder größer als V + V. ist, und einen großen /v'ert hat, wenn die angelegte Spannung gleich V ist. Der nichtlineare Widerstand zieht dann also nur einen kleinen Strom aus der ' Quelle. Wenn jedoch auf einen Spannungswert begrenzt werden soll, der nur geringfügig über der Nennspannung liegt, muß der Widerstand eine verhältnismäßig geringe Resistanz bei der Nennspannung haben, so daß er einen starken Strom aus der ^ Quelle zieht. Die Verlustleistung wird im Widerstand in Wärme umgesetzt und kann ausreichen, den Widerstand zu zerstören.it is then possible to choose a non-linear resistor whose resistance is very small when the voltage applied is equal to or greater than V + V., and has a large / v'ert, when the applied voltage is V. The non-linear resistance then only draws a small current from the ' Source. However, if you want to limit to a voltage value that is only slightly above the nominal voltage, must the resistor have a relatively low resistance at the nominal voltage, so that it can draw a large current from the ^ Source draws. The power loss is converted into heat in the resistor and can be sufficient to destroy the resistor.
Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß die Schaltung einen festen Widerstand enthält, der in Reihe mit einem nichtlinearen Widerstand liegt, dessen Impedanz stell abfällt, wenn die an ihm anliegende Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, und der eine spannungsabhängige Durchbruchvorrichtung enthält,: die an dem festen Widerstand liegt, und daß der Widerstand der Durchbruchvorrichtung zusammenbricht, wenn die an der Schaltung anliegende Spannung einen vorgegebenen maximal zulässigen Wert überschreitet, wodurch bewirkt wird, daß die dem nichtlinearen Widerstand zugeführte w Spannung den vorbestimmten 'ert derart überschreitet, daß die Schaltung einen niederohmigen Zweig parallel zum Verbraucher bildet.According to the invention, this difficulty is eliminated in that the circuit includes a fixed resistor, which is in series with a non-linear resistor, the impedance of which drops when the voltage applied to it exceeds a predetermined value, and which contains a voltage-dependent breakdown device: which lies on the fixed resistor, and that the resistance of the breakdown device collapses when the voltage applied to the circuit voltage exceeds a predetermined maximum permissible value, thereby causing the power supplied to the non-linear resistor w voltage ert the predetermined 'exceeds such that the Circuit forms a low-resistance branch in parallel with the consumer.
Bei dem nichtlinearen Widerstand handelt es sich vorzugsweise um einen (ohmsehen) Widerstand, z.B. einen Widerstand aus gesintertem Karbid, bei dem sich der Strom I in Abhängigkeit von der angelegten Spannung V nach der Beziehung I = k · Va ändert, wobei k eine Konstante ist und a zwischen drei und acht liegt. Derartige Widerstände sind unter dem Warenzeichen "Metrosil" bekannt.The non-linear resistor is preferably an (ohmic) resistor, for example a resistor made of sintered carbide, in which the current I changes as a function of the applied voltage V according to the relationship I = k · V a , where k is a constant is and a is between three and eight. Such resistors are known under the trademark "Metrosil".
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BADBATH
Wenn eine impulsfÖrmige Überspannung an die Schaltung gelegt wird, bricht der Widerstand der Durchbruchvorrichtung zusammen, so daß sie leitend wird und den nichtlinearen Widerstand unmittelbar an die Speisespannung legt. Wenn die Speisespannung eine Wechselspannung ist, wird die Durchbruchvorrichtung, wenn sie einmal leitend ist, im nächsten llulldurchgang der Speisewechselspannung oder bei Erreichen des Haltestroms selbsttätig gelöscht bzw. gesperrt. Der Metrosil-Widerstand zieht nur während der Dauer eines Impulses und des Restes der Halbwelle, in der der Steuerimpuls auftritt, Strom, so daß die Widerstand-Spannung-Kennlinie des Metrosil-Widerstands so gewählt werden kann, daß es möglich ist, die Spannung auf einen Wert zu begrenzen, der nur geringfügig über dem Nennwert der Speisespannung liegt.When a pulsed overvoltage is applied to the circuit the resistance of the breakdown device collapses, so that it becomes conductive and applies the non-linear resistance directly to the supply voltage. When the supply voltage is an AC voltage, the breakdown device will when once it is conductive, the next time the AC supply voltage passes through zero or automatically deleted or blocked when the holding current is reached. The Metrosil resistor pulls in only for the duration of one pulse and the rest of the half-wave the control pulse occurs, current, so that the resistance-voltage characteristic of the Metrosil resistor can be chosen so that it is possible to limit the voltage to a value that is only slightly above the nominal value of the supply voltage lies.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. .The invention will now be explained with reference to the drawings of two exemplary embodiments described in more detail. .
Fig. 1 ist das Schaltbild der einen undFig. 1 is the circuit diagram of one and
Fig. 2 das Schaltbild der anderen Ausführung.Fig. 2 shows the circuit diagram of the other embodiment.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 liegt ein fester linearer Widerstand R in Reihe mit einem nichtlinearen Metrosil-Widerstand M an einem Verbraucher L, der aus einer Wechselstromquelle S über Stromzuleitungen 1 und 2 gespeist wird. Der Verbraucher L kann Halbleiterbauelemente enthalten, die empfindlich gegen Überspannungen sind. Eine Halbleiter-Durchbruchvorrichtung in Form eines Thyristors T liegt parallel zum Widerstand R. Pur den Thyristor T ist keine Zünd- oder Auslöseschaltung vorgesehen, da der Widerstand des Thyristors T zusammenbricht, wenn die am Widerstand R abfallende Spannung die (positive) Sperrspannung des Thyristors in Durchlaßrichtung überschreitet. Bei einerIn the embodiment according to FIG. 1, a fixed linear resistor R is connected in series with a non-linear Metrosil resistor M. at a consumer L, which is from an alternating current source S. Power supply lines 1 and 2 is fed. The consumer L can Contain semiconductor components that are sensitive to overvoltages are. A semiconductor breakdown device in the form of a thyristor T is parallel to the resistor R. Pur the Thyristor T is no ignition or trigger circuit provided because the resistance of the thyristor T collapses when the The voltage drop across the resistor R is the (positive) reverse voltage of the thyristor in the forward direction exceeds. At a
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Speisespannung mit einem Effektivwert von 240 Volt kann beispielsweise ein Thyristor mit einer positiven Sperrspannung von etwa 200 Volt verwendet werden.Supply voltage with an effective value of 240 volts can for example a thyristor with a positive reverse voltage of about 200 volts can be used.
Wenn der Thyristor T gesperrt ist-, bilden der Widerstand R und der nichtlineare luetrosil-Widerstand M einen an der Speisespannungsquelle S liegenden Spannungsteiler. Der Wert des Widerstands R ist so gewählt, daß die an ihm abfallende Spannung V13 , wenn die Speisespannung ihren Spitzenwert V hat, hur geringfügig kleiner als die Thyristor-Durchbruchspannung sein. Unter diesen Umständen ist die am Metrosil-rfiderstand M abfallende Spannung kleiner als die Hälfte von V , und die Resistanz des Widerstands M ist dann so groß, daß die in den in Reihe geschalteten Widerständen M und R umgesetzte Verlustleistung klein ist.When the thyristor T is blocked, the resistor R and the non-linear luetrosil resistor M form a voltage divider connected to the supply voltage source S. The value of the resistor R is chosen so that the voltage V 13 drop across it, when the supply voltage has its peak value V, is only slightly smaller than the thyristor breakdown voltage. Under these circumstances, the voltage drop across the Metrosil resistor M is less than half of V, and the resistance of the resistor M is then so great that the power dissipation converted in the series-connected resistors M and R is small.
Wenn die Speisespannung jedoch einen solchen Wert hat, daß die am Widerstand R abfallende Spannung den Widerstand des Thyristors T zusammenbrechen läßt, liegt die volle Speisespannung am Metrosil-Widerstand M, der dann eine geringe Resistanz hat. Der Widerstand M und der Thyristor T bilden dann einen niederohmigen Parallelzweig zum Verbraucher L, so daß die Überspannung kurzgeschlossen und der Verbraucher dadurch geschützt wird.If, however, the supply voltage has such a value that the voltage dropped across the resistor R exceeds the resistance of the thyristor T collapses, the full supply voltage is applied to the Metrosil resistor M, which then has a low resistance. The resistor M and the thyristor T then form a low-resistance parallel branch to the consumer L, so that the overvoltage short-circuited and the consumer is thereby protected.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit nur einem einzigen Thyristor T schützt den Verbraucher nur gegen Überspannungsspitzen einer Polarität, und in Fig. 2 ist eine ^chutzscbaltung mit einer bidirektionalen Halbleiter-Durchbruchvorrichtung gezeigt, die Störimpulse beider Polaritäten iinterdrücken kann. Bei der bidirektionalen Vorrichtung kann es sich um einen Triac TR oder eine in zwei Richtungen schaltende Brückenschaltung aus Thyristoren o'der Thyristoren und Dioden handeln.The arrangement shown in Fig. 1 with only a single thyristor T protects the consumer only against overvoltage peaks of one polarity, and in Fig. 2 there is a protective circuit with a bidirectional semiconductor breakdown device shown, the interfering impulses of both polarities can. The bidirectional device can be one Triac TR or a two-way switching bridge circuit made of thyristors or thyristors and diodes.
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