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" Durch eine Uberstromschutzeinrichtung gesicherte spannungsge regelte
Stromversorgungseinrichtung " Die Erfindung betrifft eine durch eine flberstromschutzeinrichtung
gesicherte spannungsgeregelte Stromversorgungseinrichtung mit einem aus einem oder
mehreren Transistoren bestehenden elektronischen Stellglied im Hauptstromkreis,
mit einem das elektronische Stellglied einstellenden Regelverstärker und mit einer
den Strom an einem in den Hauptstromkreis geschalteten Meßwiderstand Überwachenden
elektronischen Xippschaltung, die bei Uberschreiten eines max. Wertes des Hauptstrowes
in die Abschaltlage kippt und das elektronische Stellglied sperrt.
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In derartigen spannungsgeregelten Stromversorgungseinrichtungen mit
einem elektronischen Stellglied im Hauptstromkreis besteht die Gefahr, daß die Bauelemente,
insbesondere Transistoren, im
elektronischen Stellglied duch einen
zu hohen Strom, der durch eine Uberlastung oder einen kurzschluß am Ausgang der
Stromver-Sorgungseinrichtung verursacht wird, zerstört werden. Um eine Zerstörung
zu vermeiden, sind in derartigen Stromversorgungseinrichtungen Schutzeinrichtungen
gegen überstrom vorgesehen, die entweder den Haupt strom auf ein ungefährliches
Naß begrenzen oder beim Auftreten eines Uberstromes den Stromdurchgang durch das
Stellglied sperren.
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Insbesondere ist es bekannt und allgemein angewandt, den Strom durch
den Hauptatromkreis an den von Irn versurachten Spannungsabfall an einem Meßwiderstand
mittels einer Art Schwellwertverat; ker zu überwachen (beispielsweise: Siemens Halbleiter,
Schaltbeispiele, Ausgabe April 1968, Seite 96, Bild 5.4). Bei zu hohem Strom, d.h.
zu hoher tiberwachungsspannung am Meßwiderstand wird der Scbellwertverstärker leitend
und begrenzt den Hauptstrom durch entsprechende Einstellung des elektronischen Stellgliedes.
Der Vorteil der Strombegrenzung ist, daß weder die Bauelemente der Stromversorgungseinrichtung,
noch die des an die Stromversorgungseinrichtung angeschlossenen Lastnetzwerkes durch
zu hohen Strom infolge eines unvorhergesehenen Betriebsfalles beschädigt oder zerstört
werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß elektrische Bauelemente mit einem gegen ihren
Betriebsstrom höheren Anlaufstrom oder ein elektrisches Netzwerk,
das
solche Bauelemente enthält, aus einer verhältnismäßig niedrig belastbaren Stromversorgungseinrichtung
gespeist werden kann. Dem gegenüber besteht der entscheidende Nachteil, daß die
strombegrenzte Stromversorgungreinricheung in ihrer Dimensionierung für die im Kurzschlußfall
auftrende leistung ausgelegt sein muß, die ein Vielfaches der Nennbetriebsleistung
sein kann. Außerdem ist im Uberlastfall die Spannung nicht mehr geregelt, was zu
Fehlfunktionen einer an die Stromversorgungseinrichtung angeschalteten Anlage, insbesondere
einer transistorisierten Anlage führen kann.
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Die bekannten Stromversorgungseinrichtungen mit Stromabschaltung weisen
diese Nachteile nicht auf (beispielsweise: Siemens Halbleiter, Schaltbeispiele,
Ausgabe April 1968, Seite 98, Bild 5.6). Sie besitzen eine elektronische Kippschaltung,
die bei einem durch den Neßwiderstand fließenden Ubersirom in die Abschaltlage kippt
und das elektronische Stellglied für den Stromdurchgang sperrt. Der Vorteil dieser
Vollabschaltung ist, dat im Betriebszustand indem Fall die eingestellte geregelte
Spannung am Ausgang liegt, und daß im Äbschaltzustsnd nach einer zu hohen Stromentnahse
oder nach einen ausgangsseitigen Kurzschluß keine elektrische leistung mehr im Haupt
stromkreis umgesetzt wird. Nachteilig ist bei diesen Stromvsrsorgungseinrichtunge,
daß sie schon bei kurzen Uberstromspitzen abschalten, und daß zum Wiedereinschalten
des Hauptstromes
eine Wiedereinschaltttaste betätigt werdenSuß,
oder die gesamte Stromversorungseinrichtung eine kurze Zeit lang abgeschaltet werden
muß.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es bekannt (Broschüre 11100
typische Schaltungen mit Halbleiterbauelementen der Fa. Inteztall Freiburg, Ausgabe
1967, Beispiel 12, Bild 12 c + d) eine elektronische Wiedereinschalteinrichtung
vorzusehen, die mit einem Prüfstrom durch den Belastungswiderstand feststellt, ob
der Belastungswiderstand wieder auf ein ungefährliches Maß angewachsen ist. Im Bejahungsfall
schalten sie die Kippschaltung in die Betriebslage zurück. Dennoch bleibt der Nachteil
bestehen, daß wegen der Vollabschaltung des Haupt stromes elektrische Bauelemente
mit einem gegenüber ihrem Betriebsstrom wesentlich höheren Anlautstrom in vielen
Fällen nicht aus einer derArtigen Stromversorgung gespeist werden können.
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Es sind zwei Kategorien von spannungsgeregelten Stromversrogungseinrichtungen
bekannt. Di eine Kategorie ist die der fest in elektrischen Einrichtungen und Anlagen
installierten Stromversorgungsanlagen, die optimal an die Erfordernisse dieser Einrichtungen
und Anlagen angepaßt sind. flie andere Kategorie umfaßt die als selbständige Einheit
ausgebildeten geregelten Stromversorgungseinrichtungen,
insbesondere
die geregelten Stromversorgungsgeräte, die in immer wieder wechselnder Anwendung
eine Vielzahl verschiedenartigster elektrisher Bauelemente, Sinrichtungen dbr Anlagen
mit Betriebsstrom versorgen müssen. Für diese selbständigen Stromversorgungsanlagen
ist es erforderlich und bekannt, Schutzeinrichtungen gegen Zerstörungen durch einen
überhöhten Laststrom und in einigen Fällen durch eine Überspannung vorzusehen. Insbesondere
sind derartige Stromversorgungseinrichtungen mit einer Strombegrenzungseinrichtung
ausgestattet, um auch einen fehlerfreien Funktionsablauf in einer als Last angeschalteten
Einrichtung zu ermöglichen, wenn diese Einrichtung innerhalb ihres Funktionsablaufes
Belastungsspitzen aufweist, insbesondere durch Einschalten von Glühlampen oder Kondensatoren.
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Die leistungsstärkere und damit preis- und raumungünstigere Dimensionierung
der elektrischen Bauelemente auf den-gegenüber dem normalen Betriebsfall teilweise
um ein Vielfaches höheren leistungsanfall im Kurzschlußbetrieb muß in Kauf genommen
werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einer, insbesonderen
selbständigen, spannungsgeregelten Stromversorgungseinrichtung mit einer Überstromschutzeinrichtung,
die den Hauptstrom unter einem eingestelZbn Grenzwert hält, die für den Kurzschlußfall
bemessene,
überschüssige Leistungßreserve für Stromversorgungsanwendungen zusätzlich auszunutzen,
für die eine Sicherung durch die Vollabschaltung des Betriebsstroms ausreicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schaltglied
vorgesehen ist, das wahlweise durch Fremdauslösung umschaltet, und das in der einen
Schaltlage die elektronische Kippschaltung unbeeinflußt läßt, während es in dr anderen
Schaltlage die elektronische Kippschaltung in einen Schwellwertverstärker umschaltet,
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß die Stromversorgungseinrichtung
in der Überstromschutzart an die Erfordernisse der angeschalteten und zu versorgenden
Belastungseinrichtung angepaßt werden kann. Sie ersetzt außerdem in der Schutzart
Betriebsstromvollabschaltung wegen des um ein Vielfaches (3 - 5fach) höheren zulässigen
Betriebsstromes ein wesentlich großvolumigeres und teueres Stromversorgungsgerät,
das nur die Uberstromcehutzeinrichtung zur flberstrombegrenzung enthält.
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Eine Stromversorgungaeinrichtung gemäß der Erfindung vereint in sich
die Vorzüge, der t)berstromschutzeinrichtungen mit Vberstrombegrenzung und der mit
Stromvollabschaltung bei tiberstrom und vermeidet wegen der Kombination weitgehend
die Nachteile der genannten Einrichtungen.
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In der nachfolgenden Beschreibung ist anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert, und weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung
dargelegte Aus einer ungeregelten Gleichspannungsquelle 1 fließt ein Hauptstrom
I durch ein elektronisches Stellglied 2, durch eine an die Ausgangsklemmen 3,3'
angeschaltete, im Lastwiderstand 4 symbolisierte, mit Betriebsstrom zu versorgende
Einrichtung, und durch den unterteilten Meßwiderstand 5. Der ReSelverstärker 6 vergleicht
die geregelte Ausgangsspannung an den Klemmen 3,3' mit einer in der Zeichnung nicht
dargestellten Referenzspannung und regelt mit der aus dem Vergleich gebildeten Differenzspannung
über die Regelleitung 7 das elektronische Stellglied 2. Die Transistoren 8 und 9
bilden mit den Widerständen 10 und 11 eine elektronische Kippschaltung, in der im
normalen Betriebszustand beide Transistoren gesperrt sind. Uberschreitet die am
Meßwiderstand 5 durch Hauptstrom I entstehende Spannung die Schleusenspannung der
Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8, wird dieser, und im Verlauf des eingeleiteten
Kippvorganges auch der Transistor 9 leitend. Die Kippschaltung leitet in der nunmehr
eingenommenen Abschaltlage die Regelspannung von elektronischen Stellglied 2 ab.
Dadurch ist das elektronische Stellglied verstärkt und der Hauptstrom voll abgeschaltet.
Der Lastwiderstand 4 hat keinen Einfluß mehr auf die Stroiversorgungseinrichtung.
Ein kurzzeitiges
Schließen einer Wiedereinstelltaste 12, die beispielsweise
auf der Bedienungsplatte der Stromvesorgungseinrichtung angeordnet ist, löst mit
einem Kurzschlußimpuls über Eondensator 13 den Rückkippvorgang in die Betriebslage
der Kippschaltung aus. Dr Kondensator 14 verhindert in seiner Eigenschaft als Abschaltverzögerung,
daß kurze Uberstromimpulse die Kippschaltung schon in die Äbschaltlage kippen.
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Die Serienschaltung der Z-Diode 15 und des Spannungsteilers aus den
Widerständen 10 und 16 bildet eine Spannungsüberwachungseinrichtung. Sie wird beim
Auftreten einer Spannung an den Ausgangsklemmen 3,3', die größer ist als die Durchbruchsspannung
der Z-Diode 15, leitend und kippt die Kippschaltung in die Abschaltlage. Schalter
17,17' stellt eine Ausbildungsform der Schalteinrichtung dar, die die elektronische
Klppschaltung in einen Schwellwertverstärker umwandelt. Bei geschlossenen Schalter
17 ist Transistor 9 dauernd gesperrt und damit unwirksam.
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Transistor 8 wirkt alleine als Schwellwertverstärker, der beim Überschreiten
einer bemmten Schwellwertspannung am Meßwiderstand 5 leitend wird und damit die
Stellgröße im elektronischen Stellglied 2 so beeinflußt, daß sich der Haupstrom
bis in den Kurzschlußbetrieb der Stromversorgung hinein nicht über einen vorgegebenen
Wert hinaus erhöht. Im Kurzschlußbetrieb tritt am Stellglied 2 zusätzlich wenigstens
die elektrische Leistung
auf, die im gerade noch zulässigen Normalbetrieb
am Lastwiderstand 4 auftreten würde. Diese Leistung kann ein Mehrfachefl der elektrischen
Leistung am Stellglied sein, die im Normalbetrieb bei der ungünstigen Spannungseinstellung
dort auftritt.
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Mit Schalter 17', der mit Schalter 17 fest gekoppelt ist, wird gleichzeitig
eine Umschaltung des Meßwiderstandes 5 vorgenommen, um den niedrigeren zulässigen
Stromwert an die Spannungsschwelle des Schwellwertverstärkers anzupassen. Es sind
auch andere Ausfühnungsformen zu dieser Anpassung möglich.