DE1910298C2

DE1910298C2 - Elektronische Sicherung

Info

Publication number: DE1910298C2
Application number: DE19691910298
Authority: DE
Inventors: Guenther Knallinger
Original assignee: RADIO RIM GmbH
Current assignee: RADIO RIM GmbH
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1971-01-21
Also published as: DE1910298B1

Description

1 910 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische möglichst hohen Innenwiderstand der elektronischen Sicherung mit zwei Anschlußklemmen, mit denen die Sicherung in derem gesperrten Zustand günstig wärs, Sicherung als Zweipol in Serie in die an Spannung da sonst im Normallietrieb der Sicherung der durch liegende und zu einem Verbraucher führende eine diesen Vorwidersland hindurchfließende Basisstrom Speiseleitung einschaltbar ist und die zum Unter- 5 des LeisUingstransisiors über dem Vorwidersland brechen des Stromkreises beim Auftreten eines be- einen zu hohen Spannungsabfall verursachen würde, stimmten Uberstromwertcs einen die beiden An- was einen unerwünscht hohen Eigenverlust, d. h. schlußklemmen verbindenden ersten Schallzweig aus einen hohen Innenwiderstand im eingeschalteten der Reihenschaltung eines niederohmigen Widerstan- Zustand der Sicherung mit sich bringt,
des mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungs- io Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die transistors von beispielsweise n-p-n-Lcitungstyp auf- bekannte elektronische Sicherung so zu verbessern, ' weist, dessen Kollektor an das eine Widerstandsende daß der Innenwiderstand der Sicherung im eingeangeschlossen ist und dessen Emitter zu der ausgangs- schalteten Zustand, d. h. also während- des normalen seitigen Anschlußklemme der Sicherung hinführt, Betriebszustandes wesentlich kleiner und im auswobei neben dem ersten Schaltzweig ein weiterer 15 geschalteten Zustand, d.h. also während des Auf-Schaltzwcig aus zwei in Serie liegenden Spannungs- tretens eines Überstromes wesentlich größer als bei teilerwiderständcn vorgesehen ist, die zu dem ersten der bekannten Schaltung ist.

Schaltzweig parallel liegen und deren gemeinsamer Diese Aufgabe ist unter Zugrundelegung der ein-

j| Anschlußpiinkt mit der Basis eines Steilertransistors gangs beschriebenen bekannten Schaltung dadurch

ρ vom gleichen Leitungstyp wie der Leistungstransistor 20 gelöst, daß zwischen der Basis des Leistungs-

verbunden ist, dessen Emitter an die ausgangsseitige transistors und dem Kollektor des Steuertransistors

j Anschlußklemme angeschlossen ist und dessen KoI- zwc^: zusätzliche Transistoren eingefügt sind, von

"'''■ lektor, der mit der eingangsseitigen Anschlußklemme denen der eine Transistor vom gleichen Lejtungstyp

_% über einen Vorschaltwiderstand verbunden ist, mit wie der Leistungstransistor und der Steuertransistor der Basis des Leistungstransistors in Verbindung steht. 25 ist, wobei dessen Basis an den Kollektor des Steuer-

f, Eine derartige elektronische Sicherung ist bekannt. transistors upd dessen Emitter an die ausgangs-

Diese elektronische Sicherung arbeitet so, daß wäh- seitige Ausgangsklemme -angeschlossen sind, wäh-

rend des normalen B°triebszustandes nur der rend der Kollektor dieses Transistors mit der Basis

Leisiungstransistor leitend ist. während sich der des anderen zusätzlichen Transistors verbunden ist,

Steuertransistor im gesperrten Zustand befindet. In 30 der vom komplementären Leitungstyp wie die übrigen

diesem Fall fließt der Verbraucherstrom einmal durch Transistoren ist und kollektorseitig mit der Basis des die Reihenschaltung aus dem niederohmigen Wider- Leistungstransistors und emitterseitig mit der ein-

stand und der Kollektor-Emitter-Strecke des gangsseitigen Anschlußklemme der Sicherung ver-

Leistungstransistors. Außerdem fließt durch den mit bunden ist.

dem Kollektor des Steuertransistors verbundenen 35 Die erfindungsgemäßen Schaltmaßnahmen erbrin-

I» Vorschaltwiderstand der Basisstrom des Leistungs- gen den Vorteil, daß während des normalen Betriebs-

ψ transistors. In diesem normalen Betriebsfall reicht die falles, bei dem der Steuertransistor gesperrt ist, der

an den Spannungsteilerwiderständen abgegriffene, in Basisstrom des Leistungstransistors nicht mehr über ; ihrer Größe durch den durch diese Widerstände hin- den Vorschaltwiderstand dieses Steuertransistors,

j durchfließenden Strom bestimmte Spannung nicht 40 sondern über die Emitter-Kollektor-Strecke des zu-

aus, den Steuertransistor in den leitenden Zustand sätzlichen Transistors von komplementären Leitungs-

\ umzuschalten. Tritt jedoch ein Uberstromwert des typ fließt. Dies hat einen nur geringen Eigenverlust

Verbraucherstromes auf, erhöht sich die über der der elektronischen Sicherung und damit einen kleinen

! Reihenschaltung aus dem niederohmigen Widerstand Innenwiderstand derselben während des normalen

und der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungs- 45 Betriebszustandes zur Folge. Auf Grund der erfin-

. transistors abfallende Spannung und damit auch die dungsgemäßen Schaltmaßnahmen kann auch der ι an den Spannungsteilerwiderständen abgegriffene Vorschaltwiderstand des Steuertransistors verhältnis-

Spannung auf einen Wert, bei dem der Steuer- mäßig groß gewählt werden, so daß im ausgeschal-

transistor leitend wird. Dies hat zur Folge, daß über teten Zustand der Sicherung, bei dem dieser Steuerden mit dem Kollektor des Steuertransistors ver- 50 transistor leitend ist und die zusätzlich eingefügten '." bundenen Vorschaltwiderstand der Kollektorstrom beiden Transistoren mit dem Lei' mgstransistor ge-

dieses Transistors zu fließen beginnt, wodurch der sperrt sind, der durch den genannten Vorschaltüber diesen Widerstand abfallende Spannungsabfall widerstand und die Koiiektor-Emitter-Sirecke des so groß wird, daß der Leistungstransistor, dessen Steuertransistors gebildete Schaltzweig einen hocht " Basis bei der bekannten Schaltung direkt rr.it dem 55 ohmigen Wert besitzt, der gewährleistet, daß die kollektorseitigen Ende des Vorschaltwiderstandes Sicherung ausgeschaltet einen großen Innenwiderverbunden ist, gesperrt wird. Durch diese Sperrung stand hat und somit nur noch ein sehr geringer Strom wird eine Unterbrechung des ersten Schaltzweiges zu dem zu schützenden Verbraucher hinfließt. Diese der elektronischen Sicherung erreicht. Da jedoch über Eigenschaften machen es möglich, daß die bedie aus dem genannten Vorwiderstand und die 60 anspruchte elektronische Sicherung im großen Um-Kollektor-Emitter-Strecke des Steuertransistors ge- fang in den verschiedensten elektrischen Geräten einbildete Serienschaliung, welche gleichfalls parallel zu gebaut werden kann, ohne das der Eigenverlustfaktor dem ersten Schaltzweig der Sicherung liegt, ein noch dieser Geräte wesentlich ansteigt,
verhältnismäßig großer Strom fließt, wird bei der be- Wenn der zv/ischen der Basis des Steuertransistors

kannten Schältung keine vollständige Unterbrechung 65 und der ausgangsseitigen Anschlußklemme der Sicheder betreffenden Verbraucherleitung erreicht. Den rung liegende Spannungsteilcrwidcrstand in der Vorwiderstand kann man nämlich in seiner Größe Größe veränderbar ist, ist es möglich, die Ansprechf nicht beliebig hoch wählen, obwohl dies für einen empfindlichkeit der erfindungsgemäßen elektronischen

Sicherung, d. Ii. die Größe des Übe, tromwertes, bei braiicherstromes auf, wird durch den betreffenden,

der der Lcistimgstransistor clur Sicherung in den ge- an den Spannungstdlerwidcrstünden R Mt und R 14

knurrten Zustand umschaltet, variieren nf können, abgegriffenen Spannungsabfall der Transistor T14 in

Um die Schaltverzögerungszeiten des Leislungs- den leitenden Zustand umgeschaltet, was yur Folge

transistor* und der beiden zusätzlich eingefügten 5 hat, daß über den Widerstand R13 der Kollektor-

Transistoren bei der erfindungsgemäßen elektro- Emitter-Strom dieses Steuertransistors Hießt und der

nischen Sicherung möglichst klein zu halten, ist dem Leistungstransistor TlI damit gesperrt wird,

zwischen der Basis des Steuertra.isi.stors und der Die in Fi g. 2 dargestellte Schaltung wirkt ähnlich

aiisgangsschigen Anschlußklemme der Sicherung wie die Schaltung von Fig. I. Gemäß Fig, 2 ist der

liegenden Spanniingsteilerwiderstand ein Kondensator io niederohmige Widerstund mit Rl bezeichnet und hat

entsprechender Größe parallel geschaltet. Mit ''^scm einen Wert von 0,33 Ohm. Diese
Kd k h d i

p p g , Dieser Widerstand, der

Kondensator kann auch der Einfluß der Induktivität mit der Kollektor-Emitter-Strecke des mil Tl bcdes nicderohmiacn, mit derKollektor-Emiitcr-Stn ^v zeichneten Leistungstransistors in Serie liegt, bildet des Leistiingstransislors in Serie liegenden Wider- zusammen mit dieser Strecke den ersten Schaltzweig Standes ausgeschaltet werden, dessen induktive Korn- 15 der Sicherung. Der zu diesem Schalt/.weig parallclponentc insbesondere dann nicht zu vernachlässigen liegende Spannungsteile/· wird aus dem Widerstand ist, wenn dieser Widerstand aus einem zu einer Spule R6 von 10 Kiloohm sowie dem Widerstand /?4 von gewickelten Stück Draht, beispielsweise Konstantan- 1,5 Kiloohm und einem nahezu dazu in Reihe gedraht, besteht. schalteten Potentiometer Λ 5 von 25 k'^;loohm ge-

Um eine erfindungsgemäße elektronische Siehe- 20 bildet. An den gemeinsamen Anschlußpunkt zwischen rung nachträglich in ein abzusicherndes elektriscnes dem Widerstand /?6 und Ri ist die Basis des mit Gerät einzubauen, sind vorteilhafterweis? sämtliche T4 bezeichneten Steuertransistors angeschlossen. Schaltelemente dieser Sicherung auf einer gesonderten dessen Emitter wie der Emitter des Leistungskupierkaschierten Schaltungsplatte angeordnet und transistors Tl mit der ausgangsseitigcn Anschlußdurch eine aus der Kupferkaschierung ausgearbeitete 25 klemme der Sicherung verbunden ist. Der kollektorgedruckte Schaltung miteinander verbunden. Diese seitige Vorschaltwiderstand dieses Steuertransistors Schalungsplatte kann dann in einfacher Weise mit T4. der zwischen dessen Kollektor und die eingangsden beiden Anschlußklemmen der Sicherung in die seitige Anschlußklemme der Sicherung eingefügt Ί-Λ, betreffende Verbraucherleitung in Serie eingelötet ist mit ft 3 bezeichnet und hat eine Größe von werden. 30 2,7 Kiloohm.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zwischen der Basis des Leisius.gstransistors Tl

Zeichnung noch näher erläutert. Dabei zeigt und dem Kollektor des Steuertransistors T4 sind

Fig. 1 das Prinzip-Schaltbild der eingangs be- zwei zusätzliche Transistoren TI und T3 eingefügt, schriebenen, bekannten Schaltung, von denen der Transistor T3 vom gleichen Leitungs-

F ί g. 2 das Prinzip-Schaltbild einer nach der Erfin- 35 typ, im vorliegenden Fall vom n-p-n-Typ wie der dung ausgebildeten elektronischen Sicherung und Leistungstransistor und der Steuertransistor ist. Die

Fig. 3 die Einschaltung dieser elektronischen Basis dieses Transistors T3 ist direkt an den Kollektor Sicherung in die eine, zu einem Verbraucher führende des Transistors T4 angeschlossen, während der Speiseleitung. Emitter des Transistors T3 mit der ausgangsseitigen

Gemäß Fig. 1, in der der in Fig. 2 gezeigten 40 Anschlußklemme der Sicherung verbunden ist. Der Schaltung entsprechende Schaltelemente mit einem Kollektor von Ti steht über einen niederohmigen gegenüber der Fig.2 um die Zahl 10 höheren Index Widerstand R2 von 10 Ohm mit der Basis des bezeichnet sind, ist All der niederohmige Wider- anderen zusätzlichen Transistors Γ2 in Verbindung, stand, der mit der Kollektor-Ernitter-Strecke des mit Dieser Transistor T2 ist im Vergleich zu den übrigen TIl bezeichneten Leistungstransistors in Serie liegt 45 Transistoren vom komplementären Leitungstyp, d. h. und dsii ersten Schaltzweig der abgebildeten Scha!- im vorliegenden Fall vom p-n-p-Typ, und kollektortung bildet. Die zu diesem ersten Schaltzweig parallel- seitig ist dieser Transistor an die Basis des Leistungsliegenden beiden Spannungsteilerwiderstände sind in transistors Tl und emitterseitig an die eingangsseitige Fig. 1 mit Ä14 bzw. R16 bezeichnet, während dei Anschlußklemme der Sicherung angeschlossen.
Steuertransistor, dessen Basis mit dem gemeinsamen 50 Die Wirkungsweise der in F i g. 2 dargestellten Anschlußpunkt der Spannungsteilerwiderstände R14 elektronischen Sicherung ist derart, daß im normalen und R16 verbunden ist, die Bezeichnung T14 trägt. Betriebszustand die Transistoren Tl, Tl und T3 Sowohl T14 als auch der Leistungstransistor TU leitend sind, während der Steuertransistor T4 gesperrt sind n-p-n-Transistoren, deren Emitter mit der den ist,-da die über den Spannungsteilerwiderständen Minuspol der Sicherung bildenden ausgangsseitigen 55 R 4, R 5 und R 6 abfallende Spannung nicht ausreicht, Anschlußklemme verbunden sind. Der Vorschalt- die Basis des Steuertransistors auf ein Potential zu widerstand des Steuertransistors T14, der zwischen legen, daß derselbe leitet. Wird nun ein bestimmter der eingangsseitigen Anschlußklemme der Sicherung Verbraucherstrom überschritten, erreicht der über und den Kollektor dieses Steuertransistors zwischen- Rl und der Kollektor-Emitter-Strecke von Tl aufgeschdltet ist, ist mit R13 bezeichnet. 60 tretende Spannungsabfall eine Größe, daß über die

Wie bereits eingangs erwähnt, arbeitet diese elek- dazu parallelliegenden Spannungsteilerwiderstände tronische Sicherung so, daß im normalen Betriebs- der Steuertransistor T4 in den leitenden Zustand zustand der Transistor TIl leitend ist, während der umgeschaltet wird. Dadurch werden sowohl der Transistor T14 gesperrt ist. In diesem Fall fließt Leistungstransistor Tl als auch die beiden zusätzüberden Vorschaltwiderstand R13 der Basisstrom 6₅ liehen Transistoren Tl, T3 gesperrt, und es fließt des Transistors TiI. Tritt jedoch ein Überstrcinwsri in diesem Falle ein Strom nur noch über den verdes durch den Widerstand RIl und die Kollektor- hältnismäßig hochohmigen Vorschaltwiderstand R 3 Emitter-Strecke von TIl hindurchfließenden Ver- und die Kollektor-Emitter-Strecke von Γ4 von der

eingangsscitigen zur ausgangsseitigen Anschlußklemme der Sicherung hin. Das Sperren des Leistungstransisiors 71 bewirkt dabei, daß die gesamte Betriebsspannung über den Spann ungsteile.rwiderstündcn R 4 bis /ί 6 abfällt, was sicherstellt, daß der S Steticrtransistor 74 im leitenden Zustand gehalten wird.

Da bei der Schaltung gemäß Fi g. 2 der Widerstand RS als Potentiometer ausgeführt ist, kann mit diesem Potentiometer das Spannungsteilerverhältnis und damit die gewünschte Verbraucherstromgröße, bei der der Leistungstransistor in den gesperrten Zustand umschaltet, eingestellt werden. Parallel zu diesem Potentiometer und dem damit in Serie liegenden weiteren Widerstand R 4 ist ein Kondensator Cl von 220 pF geschaltet, mit dem insbesondere der negative Einfluß der Induktivität des zu einer Spule gewikkeltcn. den Widerstand Al bildenden Konstantandrahtes kompensiert wird. Würde der Kondensator Cl fehlen, kann der Fall eintreten, daß bei einem so schnellen Anstieg des Verbraucherlaststromes die Sicherung schon unterhalb des eingestellten Stromwertes ausgelöst und in ihren gesperrten Zustand umgeschaltet wird.

Gemäß F i g. 3 wird die elektronische Sicherung mit ihren beiden Anschlußklemmen in Serie in die an Spannung liegende eine Verbraucherleitung eingeschaltet, so daß der hinter der elektronischen Sicherung liegende Verbraucher, der in Fig. 3 als Belastung bezeichnet ist, bei Auftreten eines bestimmten Überstromes von dem Speisenetzteil abgeschaltet wird, da in diesem Falle durch das Sperren des Transistors 71 der Sicherung die gesamte Betriebsspannung über derselben liegt.

Claims

35 Patentansprüche:

! Elektronische Sicherung mit zwei Anschlußklemmen, mit denen die Sicherung als Zweipol in Serie in die an Spannung liegende und zu einem Verbraucher führende eine Speiseleitung einschaltbar ist und die zum Unterbrechen des Stromkreises beim Auftreten eines bestimmten Überstromwertes einen die beiden Anschlußklemmen verbindenden ersten Schaltzweig aus der Reihenschaltung eines niederohtnigen Wider-Standes mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransisfors vom beispielsweise n-p-n-Leitungstyp aufweist, dessen Kollektor an das eine Widerstandsende angeschlossen ist und dessen Emitter zu der ausgangsseitigen Anschlußklemme der Sicherung hinführt, wobei neben dem ersten Schaltzweig ein weiterer Schaltzweig aus zwei in Serie liegenden Spannungsteilerwiderständen vorgesehen ist, die zu dem ersten Schaltzweig parallel liegen und deren gemeinsamer Anschlußpunkt mit deriBasis eines Steuertransistors von gleichen Leitungstyp wie der Leistungstransistor verbunden ist. dessen Emitter an die ausgangsseitige Anschlußklemme angeschlossen ist und dessen Kollektor, der mit der eingangsseitigen Anschlußklemme über einen Vorschallwiderstand verbunden ist, mit der Basis des Leistungstransistors in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis des Leistungstransistors (71) und dem Kollektor des Steuertransistors (T4) zwei zusätzliche Transistoren (72 und 73) eingefügt sind, von denen der eine Transistor (73) vom gleichen Leitungstyp wie der Leistungstransistor und der Steuertransistor ist, wobei dessen Basis an den Kollektor des Steuertransistors und dessen Emitter an die ausgangsseitige Anschlußklemme angeschlossen sind, während der Kollektor dieses Transistors (73) mit der Basis des anderen zusätzlichen Transistors (72) verbunden ist, der vom komplementären Leitungstyp wie die übrigen Transistoren ist und kollektorseitig mit dsr Basis des Leistungstransistors (71) und emitterseitig mit der eingangssaitigen Anschlußklemme der Sicherung verbunden ist.
2. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Basis des Steuertransistors (74) und der ausgangsseitigen Anschlußklemme der Sicherung liegende Spannungsteilerwiderstand (R4,RS) in der Größe veränderbar ist.
3. Elektronische Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zwischen der Basis des Steuertransistors (74) und der ausgangsseitigen Anschlußklemme der Sicherung liegenden Spannungsteilerwiderstand (A4, ÄS) ein Kondensator (Cl) parallel geschaltet ist.
4. Elektronische Sicherung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum nachträglichen Einbauen der Sicherung in ein abzusicherndes Gerät deren Schaltelemente auf einer gesonderten, 'kupferkaschierten Schaltungsplatte angeordnet und durch eine aus der Kupferkaschierung ausgearbeitete gedruckte Schaltung miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen