DE1940639A1 - UEberspannungsschutz fuer Elektromagnete schaltende Leistungstransistoren - Google Patents

Description

• Uberspannungsschutz für Elektromagnete schaltende Leistungstransistoren Die Erfindng befaßt mit einem Uberspannungsschutz für Elektromagnete schaltende Leistungstransistoren, wobei die Induktionsupannung an Magnetspulen von Magaetventilen begrenzbar ist, indem am Kollektor von Leistungstransistoren Dioden angeschlossen sind.
• Wenn ein Elektromagnet, z.B. ein hydraulischer Magnetschieber oder ein Schütz, durch einen Leiatungstransistor abgeschaltet wird, muß. durch entsprechende Schaltungsmaßnahmen dafttr gesorgt werden, daß die Induktionsspannung an der Magnetspule die maximal zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors nicht überschreiten kann.
• Es isat bereits bekannt, diese Induktionsspannung mit einer parallel zur Magnetspule geschalteten Diode oder mit parallel zur Magnetspule oder zum Transistor liegenden R-C-Gliedern zu begrenzen. Die Verwendung der Diode bringt jedoch den Nachteil unzulässig langer Abfallzseiten, da die magnetische Energie der Spule bei kleiner Spannung nur durch deren Eigenwiderstand in Wärme umgesetzt wird. Bei Verwendung von R-C-Gliedern ergeben sich zwar etwas kürzere Abfallzeiten, wenn die Widerstände und Kondensatoren genau auf die Spule abgestimmt sind; es ist jedoch nicht möglich, mit der gleichen Ausgangsstufe unterschiedliche Spulen unter optimalen Bedingnugen zu schalten. Außerdem sind die Kondensatoren verhältnismäßig teuer und nehmen auch einen ziemlich grßen Raum in Anspruch.
• Es ist ferner bereite bekannt, die Spannungsbegrenzung durch den Leistungstransistor sekbst vorzunehmen. Zu diesel Zweck wird mit einen zusätzlichen Transistor über eine Zenerdiode der Leistungstransistor erneut angesteuert, sobald beil Ausschalten die maxisal zulästige Kollektor-Emitter-Spannung erreicht ist. Da jedoch während der Abfallzeit des Magneten an Leistungstransistor eine gegenüber dem Einschaltzustand erheblich größere Yerlustleistung entsteht"* kann bei dieser irt der Spannungsbegrenzung der Leistungstransistor durch häufiges Schalten zerstört werden.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, unter Vermeidung dieser Nachteile einen Überspannungsschutz su schaffen, der die Induktionsspannung an der Magnetspule auf die maximal zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors begrenzt.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein von einem Trigger ein- und ausschaltbarer Schalttransistor vorgesehen wird, der die tische Energie duroh Einschalten eines Widerstandes, dem der Abschaltstrom über Dioden zugeführt wird, in Wärms umsetzt. Dadurch wird vermieden, daß die Induktionsspannung an der Magnetspule des Ventils einen Wert erreicht, die die maximal zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors übersteigt.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungegegenstandes lassen sich die Dioden an eine von einem Transformator erzeugte Hilfsspannung legen, die von dem Trigger und dem Schalttransistor durch intermittierendes Einschalten stabilisierbar ist. Dadurch lassen sich insbesondere Überschwingungen am Kollektor und Abfallzeitverzögerungen an den Magnetspulen vermeiden.
• Bei stark veränderlicher Betriebsspannung des Magnetventils hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Zenerdiode zu verwenden, die die beim Abschalten des Magnetventils maximal am Leitungstransistor herrschende Spannung konstant hält. Ausführungsbeispielle des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, in der seigen Pig. 1 ein Schaltbild mit einem Leistungstransistor und einem diesen schaltenden, aus Transistoren bestehenden Trigger und Pig. 2 ein dem in Pig. 1 bgezeigten ähnliches Schaltbild, wobei dem Trigger ein weiterer Transistor nachgeschaltet ist und eine Zenerdiode verwendet wird.
• Das in Pig. 1 gezeigte Magnetventil 1 wird in bekannter Weise über einen Leistungstransistor 2 an eine am Leiter 3 herrschende, annährend konstante Betriebsspannung von 24 V gelegt, die 1.3. mit nicht dargestellter Gleichrichtung und Stabilisierung aus einem Transformator 5 erzeugt wird. Am stromlosen Transistor 2 darf maximal eine Spannung ton 80 V auftreten. Für die übrige Stromversorgung ist ebenfalls der Transformator 5 vorgesehen, der eine leistungsschwache Hilfswicklung 4 aufweist, aus der über den Gleichrichter 6 und den Kondensator 7 am Kondensator 8 eine konstante Spannung von 75 Y im Leiter 9 erzeugt wird. Der Kondensator 8 verhindert Überschwingungen der Kollektorspannung des Leistungetransistors 2 beim Ausschalten. Ein ais den Transistoren 10 und 11 bestehender Trigger sorgt dafür, daß der Schalttransistor 12 eingeschaltet wird, sobald die Spannung sm Leiter 9 über 75 Y ansteigt, und wieder ausgeschaltet wird, wenn die Spannung unter 75 V abfällt.
• Als Vergleichs spannung dient in diesem Fall die Spannung am Leiter 3. Damit ist sur maximal zulässigen Spannung von 80 V ein Sicherheitsabstand von etwa 5 V gegeben.
• Wenn die Spannung von 24 V nicht stabilisiert ist, kann auch jede andere konatante Vergleichsepannung verwendet werden.
• Sobald des Magnetventil ousgeschaltat wird, steigt die Kollektor-Spannung sprunghaft auf einen Wert über 75 V an, und die magnetische Energie der Spule kann über die Diode 13 als Strom zum Kondensatör 8 fließen. Aufgrund der hohen Spannung am Leiter 9 wird der Strom eehr schnell auf Null abklingen, wodurch sich eine kurze Abschaltzeit der Magnetspule ergibt. Die magnetische Energie erzeugt am Kondensator 8 eine kleine Spannungserhöhung und wird anschließend im kurzzeitig eingeschalteten Widerstand 14 in Wärme erwandslt. An den Leiter 9 können über weitere Dioden mehrere Magnetventile angeschlossen werden, so daß die Elemente zur Spannungsbegrenzung der Magnetspulen im Gegensatz zu der Spannungsbegrenzung mit R-C-Gliedern nur in einer Ausführung für eine umfangreiche Steuerung mit vielen Magnetventilen benötigt werden, wodurch sich eine erhebliche Kostenersparnis und eine größere Betriebssicherheit ergeben.
• Der Transformator 5 und der parallel zum Widerstand 14 liegende Kondensator 8 können, wenn gewisse Nachteiile in Kauf genommen werden, entfallen. Zu diesen Nachteiion gehören Überschwingungen der Kollektor-Spannung und ene Vergrößerung der Abschaltzeit der Magnet-Spule.
• Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung entspricht in ihrer Wirkungsweise grundsätzlich der in Fig. 1 gezeigten Schaltung. Der Aufbau dieser beiden Schaltungen unterscheidet sich in wesentlichen darin, daß am Schalttransistor 15 eine um die Betriebspannung des Magnetventils t niedrigere Spannung liegt und daß eine Zenerdiode 19 verwendet wird, die dafür sorgt, daß die beim Abschalten des Magnetventile 1 maximal auftrende Kollektor-Emitter-Spannung am Leitungstransistor 2 konstant bleibt, such wenn die Betriebaspannung dee Magnetventils 1 größeren Schwankungen ausgesetzt ist.
• Damit wird die Zenerdiode 19 im wesentlichen dann verwendet, wenn in der Betriebspannung des Magnetventils starke Änderungen auftreten. Wegen des sehr hohen Stromes im Widerstand 14 ist bei der ia Fig. 2 geseigten Schaltung dem Trigger und damit den Transistoren 16 und 17 ein weiterer transistor 18 nachgeschaltet.
• Es sei hervorgehoben, daß die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 in der Gesamtheit der jeweligen Figur erfindungswesentlich sind.

Claims (4)

Ptentansprüche

1. Überspoannungschutz für Elektromagnete schaltende Leistungstransistoren, wobei die Induktionsapannung an Magnetspulen von Magnetventilen begrenzbar ist, indem am Kollektor von Leistungstransistor Dioden angeschlossen sind, dadurch gekennzzeichnet, daß ein von einem Trigger (10, 11; 16, 17) ein- und sueschaltsbarer Schalttransistor (12, 15) vorgesehen ist, der die magnetische Energie durch Einschalten eines Widerstandes (14), de der Abschaltstrom über Dioden (13) zugeführt wird, in Wärme umsetzt.

2. Überspannungsschutz nach Anspruch 1, dadurch geekennzeichnet, daß die Dioden (13) an einer von einem Transformator (5) erzeugten Hilfsepannung liegen, die von dem Trigger (10, 11; 16, 17) und von dom Schalttransistor (12, 15) durch intermittierendes Einschalten stabilierbar ist.

3. Überspannungsschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trigger (16, 17) ein weiterer Transistor (18) nachgeschaltet ist und daß eine Zenerdiode (19) vorgesehen ist, die beim Abschalten des Magnetventils (1) die maximal am Leistungestransistor (2) herrschende Spannung konstant hält.

4. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der magnnetischen Energie der Magnetspule des Magnetventils (1) über Dioden (13) ein Kondensator (8) beaufschlager ist.