DE19725870A1 - Begrenzerschaltung für Wechselströme - Google Patents
Begrenzerschaltung für WechselströmeInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/025—Current limitation using field effect transistors
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Begrenzerschaltung für
Wechselströme.
In einer gattungsgemäßen Begrenzerschaltung, die zur Begren
zung des Stromflusses zwischen eine Wechselspannungsquelle
und eine Lastimpedanz geschaltet wird, werden als Begren
zungsglieder Kaltleiter verwendet. Im Überlastfall erhöht
sich ihr Widerstandswert, wodurch einem Stromanstieg entge
gengewirkt wird. Kaltleiter sind zwar billig und robust, sie
haben aber folgende prinzipbedingte Nachteile:
- - Der relativ hohe Kaltwiderstand begrenzt die Anwendungs möglichkeiten im Starkstrombereich,
- - die Verzögerungszeiten für Ansprechen und Wiederbereit schaft nach Wegfall der Überlast liegen wegen der thermi schen Prozesse im Bereich von Sekunden bis Minuten,
- - die Verwendung bei höheren Frequenzen ist wegen der hohen Eigenkapazität eingeschränkt und
- - die elektrischen Parameter sind durch den Herstellungs prozeß festgelegt und können nicht nachträglich an den vorliegenden Einsatzfall angepaßt werden, damit ist eine hohe Typenzahl erforderlich.
Elektronische Lösungen zur Begrenzung von Gleichströmen sind
grundsätzlich bekannt (siehe U. Tietze; Ch. Schenk "Halblei
ter-Schaltungstechnik", Berlin/Heidelberg/New York, 3. Aufla
ge, 1974, Seite 391ff). Sie weisen einen vergleichsweise ho
hen Bauelementeaufwand auf und sind nur mit zusätzlichen Maß
nahmen für die Anwendungen in Wechselstromkreisen zu ertüch
tigen. Für die Realisierung eines einstellbaren Begrenzungs
pegels sind dabei für die beiden Laststrompolaritäten ge
trennte Hilfsspannungsquellen erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Be
grenzerschaltung für Wechselströme zu schaffen, die ohne zu
sätzliche Hilfsenergie und mit einem gemeinsamen Einstell-
Zweipol für beide Stromrichtungen eine Strombegrenzung mit
einstellbarem Ansprechpegel ermöglicht. Die obengenannten
Nachteile sollen dabei möglichst vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Begrenzerschaltung gemäß
Anspruch 1. Es ist eine Begrenzerschaltung für Wechselströme
mit zwei antiseriell geschalteten selbstleitenden Feldeffekt
transistoren, deren Source-Elektroden über einen Widerstand
zur Einstellung des Begrenzungspegels verbunden sind und bei
denen der Gate-Anschluß des einen Transistors jeweils mit dem
Source-Anschluß des anderen Transistors verbunden ist.
Um für die beiden Stromrichtungen unterschiedliche Begren
zungswerte zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, wenn
die Feldeffekttransistoren ungleiches Durchlaß- und Sperrver
halten aufweisen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform erhält man, wenn
in Reihe zur Begrenzerschaltung ein variabler Widerstand ge
schaltet ist, dessen Wert gegensinnig zu dem des gemeinsamen,
zur Einstellung des Begrenzungseinsatzes veränderlich gestal
teten Source-Widerstandes veränderbar ist. Auf diese Weise
kann der mit zunehmendem Source-Widerstand ansteigende Innen
widerstand der Begrenzerschaltung im linearen Bereich kompen
siert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen 4 bis 9 zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an
hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Begrenzerschaltung für Wechselströme mit ver
änderbarem Begrenzungspegel und
Fig. 2 die Begrenzerschaltung nach Fig. 1 mit Kompensation
des Innenwiderstands.
In Fig. 1 ist eine Begrenzerschaltung für Wechselströme darge
stellt, die zur Begrenzung des Stromflusses zwischen eine
Wechselspannungsquelle und eine Lastimpedanz geschaltet wird.
Als Begrenzungsglieder werden zwei antiseriell geschaltete
selbstleitende Feldeffekttransistoren 1 und 2 verwendet, de
ren Source-Elektroden S über einen Widerstand 3 zur Einstel
lung des Begrenzungspegels verbunden sind und bei denen der
Gate-Anschluß G des eines Transistors 2, 1 jeweils mit dem
Source-Anschluß S des anderen Transistors 1, 2 verbunden ist.
Die selbstleitenden Feldeffekttransistoren verhalten sich un
terhalb eines mit einem Widerstand zwischen Gate- und Source-
Elektrode einstellbaren Grenzstromes wie ein ohmscher Wider
stand und stabilisieren oberhalb dieses Grenzwertes den flie
ßenden Strom.
In der Begrenzerschaltung ist der Laststrom über den gemein
samen Source-Widerstand 3, hier ein variabler Widerstand,
symmetrisch für beide Polaritäten einstellbar. Symmetrische
Begrenzung wird allerdings nur unter Verwendung von gleichen
elektrischen Daten für die Feldeffekttransistoren 1 und 2 er
reicht, d. h. gleichem Durchlaß- und Sperrverhalten. Durch
Wahl von Feldeffekttransistoren mit unterschiedlichen elek
trischen Daten können unsymmetrische Grenzwerte für beide
Stromrichtungen erreicht werden. Der Source-Widerstand 3 darf
bei der Verwendung von Sperrschicht-Feldeffekttransistoren
einen oberen Grenzwert nicht überschreiten, da sonst über die
in Durchlaßrichtung vorgespannte Gate-Source-Strecke des je
weils invers betriebenen Transistors zusätzlich zum gewünsch
ten Begrenzungseffekt störende Nichtlinearitäten im Durchlaß
verhalten auftreten. Die Schaltung benötigt keine Hilfsener
gie und kann in einfacher Weise auch monolithisch integriert
werden, womit sich die elektrische Übereinstimmung der ein
zelnen Feldeffekttransistoren leicht erzielen läßt.
Zum Erzielen niedriger Durchlaßwiderstände sowie eines hohen
Energieaufnahmevermögens im Begrenzungsfall wird die Schal
tung vorteilhafterweise mit Feldeffekttransistoren auf der
Basis von Siliziumcarbid ausgestattet.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, den mit zunehmendem
Source-Widerstand 3 ansteigenden Innenwiderstand der Schal
tung im linearen Bereich durch einen gegensinnig veränderten
Widerstand 4 in Reihe zur erfindungsgemäßen Begrenzerschal
tung gemäß Fig. 2 zu kompensieren.
Der Source-Widerstand 3 und/oder der gemeinsame Vorwiderstand
4 können vorteilhaft als ggf. abgleichbare Dickschicht-Wider
stände realisiert werden. Insbesondere beim Einsatz der er
findungsgemäßen Schaltung im Starkstrombereich können die Wi
derstände 3 und/oder 4 vorteilhaft auch durch Abschnitte von
Stromschienen oder ggf. mehrdrähtige Bond-Verbindungen darge
stellt werden.
Neben der Stromamplitude kann auch die Anstiegssteilheit des
Stromes vorteilhaft begrenzt werden, wenn statt eines ohm
schen ein ohmsch-induktiver Source-Widerstand Verwendung fin
det. Bei Anwendung im Starkstrombereich können dazu vorteil
haft als Source-Widerstand verwendete Teile von Stromschienen
oder Bond-Verbindungen mit ferromagnetischem Material umklei
det werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in
der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsform erläu
tert ist, sollte berücksichtigt werden, daß damit nicht beab
sichtigt ist, die Erfindung nur auf die dargestellte Ausfüh
rungsform zu beschränken, sondern alle möglichen Änderungen,
Modifizierungen und äquivalente Anordnungen, soweit sie vom
Inhalt der Patentansprüche gedeckt sind, einzuschließen.
Claims (9)
1. Begrenzerschaltung für Wechselströme mit zwei antiseriell
geschalteten, selbstleitenden Feldeffekttransistoren (1, 2),
deren Source-Elektroden (S) über einen Widerstand (3) zur
Einstellung des Begrenzungspegels verbunden sind und bei de
nen der Gate-Anschluß (G) des einen Transistors (2, 1) jeweils
mit dem Source-Anschluß (S) des anderen Transistors (1, 2)
verbunden ist.
2. Begrenzerschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren (1, 2)
ungleiches Durchlaß- und Sperrverhalten aufweisen.
3. Begrenzerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß in Reihe zur Begrenzerschaltung
ein variabler Widerstand (4) geschaltet ist, dessen Wert ge
gensinnig zu dem des gemeinsamen, zur Einstellung des Begren
zungseinsatzes veränderlich gestalteten Source-Widerstandes
(3) veränderbar ist.
4. Begrenzerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände
als abgleichbare Dickschichtwiderstände (3, 4) ausgeführt
sind.
5. Begrenzerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände
(3, 4) durch Teile von Stromschienen oder Bonddrähte reali
siert sind.
6. Begrenzerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Source-Wider
stand (3) ein ohmsch-induktiver Source-Widerstand ist.
7. Begrenzerschaltung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der induktive Anteil des Source-
Widerstandes (3) durch Umkleidung der Stromschienenabschnitte
bzw. Bonddrähte mit ferromagnetischen Werkstoffen realisiert
ist.
8. Begrenzerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekt
transistoren (1, 2) monolithisch integriert sind.
9. Begrenzerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Feldeffekt
transistoren Siliziumcarbid-Feldeffekttransistoren (1, 2)
verwendet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997125870 DE19725870A1 (de) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Begrenzerschaltung für Wechselströme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997125870 DE19725870A1 (de) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Begrenzerschaltung für Wechselströme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19725870A1 true DE19725870A1 (de) | 1999-01-07 |
Family
ID=7832908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997125870 Withdrawn DE19725870A1 (de) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Begrenzerschaltung für Wechselströme |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19725870A1 (de) |
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- 1997-06-18 DE DE1997125870 patent/DE19725870A1/de not_active Withdrawn
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