DE202009015714U1 - Overvoltage protection circuit - Google Patents
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Abstract
Überspannungsschutzschaltung für elektrische Einrichtungen insbesondere von Schienenfahrzeugen gegen Überspannungen in Gleichstromnetzen mit
– einem Pluseingang (X1-1) genannten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle,
– einem Minusausgang (X1-2) genannten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle bzw. mit Masse,
– einem Plusausgang (X1-3) genannten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung einem entsprechenden Gleichstromanschluß einer zu schützenden elektrischen Einrichtung,
– einem Minuseingang (X1-4) genannten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung einem entsprechenden Gleichstromanschluß einer zu schützenden elektrischen Einrichtung,
– einem Verpolschutz (V1),
– wenigstens einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode (V2),
– einem Transistor (V3) und
– wenigstens einem MOSFET (V4),
– wobei der Verpolschutz (V1) in die Strecke zwischen Pluseingang und Plusausgang eingebunden ist,
– wobei die Zenerdiode (V2) zwischen Verpolschutz und Minusausgang eingebunden ist,
– wobei die Basis des Transistors (V3) mit der...Overvoltage protection circuit for electrical equipment, in particular rail vehicles against overvoltages in DC networks with
A direct current connection called a positive input (X1-1) for connecting the circuit to the positive pole of a DC voltage source,
- a minus output (X1-2) said DC connection for connecting the circuit to the negative pole of a DC voltage source or to ground,
A direct current output (X1-3) for connecting the circuit to a corresponding direct current connection of an electrical device to be protected,
A direct current connection (X1-4) for connecting the circuit to a corresponding direct current connection of an electrical device to be protected,
- a polarity reversal protection (V1),
At least one reverse-biased zener diode (V2),
A transistor (V3) and
At least one MOSFET (V4),
- where the polarity reversal protection (V1) is integrated into the path between positive input and positive output,
- wherein the zener diode (V2) is integrated between polarity reversal protection and negative output,
- Wherein the base of the transistor (V3) with the ...
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltung für elektrische Einrichtungen insbesondere von Schienenfahrzeugen gegen Überspannungen in Gleichstromnetzen.The The invention relates to an overvoltage protection circuit for electrical equipment, in particular rail vehicles against overvoltages in DC networks.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Überspannungsschutzschaltungen
der hier in Frage stehenden Art sind bekannt, zum Beispiel aus der
Dabei ist gerade bei Schienenfahrzeugen ein wirksamer Überspannungsschutz nicht trivial, da verhältnismäßig hohe Ströme im Bereich von 10 A fließen. Um z. B. Türsteuerungen von Schienenfahrzeugen zu schützen, werden bislang sogenannte Suppressordioden, auch TVS-Dioden genannt, eingesetzt, die jedoch bei den hier auftretenden Belastungen und Überspannungen leicht durchbrennen. Dies führt dann dazu, daß die entsprechende Diode getauscht werden muß, was bei Schienfahrzeugen einen erheblichen Wartungsaufwand darstellt, da das Fahrzeug zur Reparatur aus dem laufenden Betrieb genommen werden muß. Ein bei den hohen Anforderungen im Schienenverkehr zuverlässig arbeitender Überspannungsschutz stellte daher einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil dar.there is an effective surge protection, especially for rail vehicles not trivial, since relatively high Currents in the range of 10 A flow. To z. B. door controls to protect rail vehicles are so-called Suppressor diodes, also called TVS diodes, are used, however at the loads and overvoltages occurring here easily blow. This then causes the corresponding diode must be replaced, which is the case with rail vehicles represents a considerable maintenance, since the vehicle for Repair must be taken out of service. A reliable in the high demands in rail transport working surge protection therefore provided a considerable economic advantage.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überspannungsschutzschaltung für elektrische Einrichtungen insbesondere von Schienenfahrzeugen anzugeben, mittels welcher elektrische Einrichtungen zuverlässig gegen Überspannungen in Gleichstromnetzen, insbesondere in 24-V-Gleichstromnetzen auch bei hohen Strömen im Bereich von 10 A zuverlässig geschützt werden können.Of the Invention is based on the object, an overvoltage protection circuit for electrical equipment, in particular rail vehicles indicate, by means of which electrical devices reliably against overvoltages in DC networks, in particular in 24 V DC networks even at high currents in the area of 10 A can be reliably protected.
Die Aufgabe wird gelöst von einer Überspannungsschutzschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Der nebengeordnete Anspruch 10 betrifft ein mit einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung ausgerüstetes Schienenfahrzeug.The Task is solved by an overvoltage protection circuit with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims. The independent claim 10 relates to a equipped with an overvoltage protection circuit according to the invention Rail vehicle.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.Further Details and advantages of the invention will become apparent from the following purely exemplary and non-limiting description of a Embodiment in conjunction with the drawing.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION OF A PREFERRED Embodiment
In
Die Überspannungsschutzschaltung besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt vier Gleichstromanschlüsse, nämlich einen als ”Pluseingang” X1-1 bezeichneten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle, einen als ”Minusausgang” X1-2 bezeichneten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle bzw. mit Masse, einen als ”Plusausgang” X1-3 bezeichneten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung einem entsprechenden Gleichstromanschluß einer zu schützenden elektrischen Einrichtung und einen als ”Minuseingang” X1-4 bezeichneten Gleichstromanschluß zum Verbinden der Schaltung einem entsprechenden Gleichstromanschluß einer zu schützenden elektrischen Einrichtung.The overvoltage protection circuit has a total of four DC connections in this embodiment, namely one as "positive input" X1-1 designated DC connection for connecting the circuit with the positive pole of a DC voltage source, one as "minus output" X1-2 designated DC connection for connecting the circuit with the negative pole of a DC voltage source or with ground, a designated as "plus output" X1-3 DC power to Connecting the circuit to a corresponding DC terminal of a to be protected electrical device and a "minus input" X1-4 designated DC connection for connecting the circuit a corresponding DC connection of a protected electrical device.
Die Schutzschaltung weist ferner einen Verpolschutz V1, wenigstens eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode V2, einen Transistor V3 und wenigstens einen MOSFET V4 auf.The Protection circuit further comprises a Verpolschutz V1, at least one reverse-biased zener diode V2, a transistor V3 and at least one MOSFET V4.
Dabei sind der Verpolschutz V1 in die Strecke zwischen Pluseingang und Plusausgang und die Zenerdiode V2 zwischen Verpolschutz und Minusausgang eingebunden.there are the Verpolschutz V1 in the range between plus input and Plus output and the Zener diode V2 between polarity reversal protection and negative output involved.
Die Basis des Transistors V3 ist mit der Kathode der wenigstens einen Zenerdiode V2, der Kollektor des Transistors V3 ist mit der Strecke zwischen Verpolschutz V1 und Plusausgang X1-3 und mit dem Gate des wenigstens einen MOSFETs V4 und der Emitter des Transistors V3 ist mit der Strecke zwischen Minusausgang X1-2 und Source des wenigstens einen MOSFETs V4 verbunden.The Basis of the transistor V3 is connected to the cathode of at least one Zener diode V2, the collector of transistor V3 is with the track between reverse polarity protection V1 and positive output X1-3 and with the gate of the at least one MOSFETs V4 and the emitter of the transistor V3 with the distance between minus output X1-2 and source of at least a MOSFETs V4 connected.
Der Drain des wenigstens einen MOSFETs V4 ist mit dem Minuseingang X1-4 verbunden.Of the Drain of the at least one MOSFET V4 is connected to the negative input X1-4 connected.
In die Strecke zwischen Minusausgang X1-2 und der Kathode der wenigstens einen Zenerdiode V2, mit der die Basis des Transistors V3 verbunden ist, ist ein Widerstand R2 geschaltet, wobei die Verbindung zwischen der wenigstens einen Zenerdiode V2 und der Basis des Transistors V3 zwischen der Kathode der Zenerdiode V2 und dem Widerstand R2 erfolgt.Into the distance between minus output X1-2 and the cathode of the at least one Zener diode V2, to which the base of the transistor V3 is connected, a resistor R2 is connected, wherein the connection between the at least one Zener diode V2 and the base of the transistor V3 between the cathode of the Zener diode V2 and the resistor R2 he follows.
Damit ist eine auch bei hohen Strömen im Bereich von 10 A verwendbare, zuverlässige und insbesondere in 24-V-Bordnetzen von Schienenfahrzeugen einsetzbare Schutzschaltung realisiert. Bei einem typischen Anwendungsfall, nämlich der Verwendung der Schutzschaltung mit entsprechend ausgelegten Komponenten in dem 24-V-Bordnetz eines Schienenfahrzeugs arbeitet die Überspannungsschutzschaltung wie folgt: Bis zu einer durch die Wahl entsprechender Komponenten vordefinierten Grenzwertspannung von z. B. 30 V fällt die zwischen Pluseingang und Minusausgang angelegte diese Spannung an der Zenerdiode V2 ab. Wenn die angelegte Spannung jedoch die vordefinierte Grenzspannung von z. B. 30 V übersteigt, fällt der übersteigende Teil der Spannung an dem Widerstand R2 ab, wodurch der Transistor V3 leitend wird. Dadurch wird das Gatepotential des MOSFETs V4 gegen Masse gezogen, wodurch der MOSFET V4 sperrt. Fällt die Spannung unter den Grenzwert, also unter z. B. 30 V, wird der Transistor wieder hochohmig und der MOSFET V4 öffnet, so daß der Stromkreis zu dem zu schützenden Gerät geschlossen ist.In order to is also usable at high currents in the range of 10 A, reliable and especially in 24 V electrical systems of rail vehicles implemented protective circuit realized. In a typical application, namely the use of the protection circuit with accordingly designed components in the 24 V electrical system of a rail vehicle the overvoltage protection circuit operates as follows: Up to to a predefined by the choice of components Limit voltage of z. B. 30 V falls between Pluseingang and minus output applied this voltage to the Zener diode V2. However, if the applied voltage is the predefined threshold voltage from Z. B. exceeds 30 V, falls the excess part the voltage across the resistor R2, whereby the transistor V3 becomes conductive. Thereby, the gate potential of the MOSFET V4 against Ground pulled, whereby the MOSFET V4 blocks. If the voltage drops below the limit, ie below z. B. 30 V, the transistor again high impedance and the MOSFET V4 opens, so that the Circuit closed to the device to be protected is.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt der Verpolschutz wenigstens eine Schottky-Diode, vorzugsweise mehrere parallel geschaltete Schottky-Dioden. Die Parallelschaltung mehrerer Schottky-Dioden hat den Vorteil, daß die Strombelastung der einzelnen Dioden durch die Parallelschaltung reduziert werden kann.at an advantageous embodiment comprises the Polarity reversal protection at least one Schottky diode, preferably several Parallel Schottky diodes. The parallel connection of several Schottky diodes has the advantage that the current load of the individual diodes can be reduced by the parallel connection.
Ebenfalls um die Belastung bei hohen Strömen zu reduzieren, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Kollektor des Transistors V3 mit den Gates mehrerer parallel geschalteter MOSFETs verbunden ist, deren Sources jeweils mit dem Emitter des Transistors V3 und deren Drains jeweils mit dem Minuseingang X1-4 verbunden sind.Also to reduce the load at high currents can be provided in an advantageous embodiment of the invention that the Collector of transistor V3 with the gates of several parallel connected MOSFETs whose sources are connected to the emitter of the Transistors V3 and their drains each connected to the negative input X1-4 are.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere in Reihe geschaltete Zenerdioden vorgesehen, wobei die Basis des Transistors V3 dann mit der Kathode der vom Pluseingang aus gesehen letzten der in Reihe geschalteten Zenerdioden V2 verbunden ist.at A further advantageous embodiment is more Zener diodes connected in series are provided, the base of the Transistor V3 then with the cathode seen from the Pluseingang last of the serially connected zener diodes V2 is connected.
Zum Schutz des Transistors kann vorteilhaft in die Strecke zwischen Kathode der wenigstens einen Zenerdiode V2 und der Basis des Transistors V3 ein Widerstand R1 geschaltet sein. Ist ein solcher Widerstand R1 vorgesehen, so kann vorteilhaft die Strecke zwischen dem Widerstand über eine Zenerdiode mit dem Minusausgang X1-1 verbunden werden, wodurch ein zusätzlicher Schutz für die Basis des Transistors V3 realisiert wird.To the Protection of the transistor can be beneficial in the distance between Cathode the at least one Zener diode V2 and the base of the transistor V3 be a resistor R1 connected. Is such a resistance R1 provided, so can advantageously the distance between the resistor over a Zener diode to be connected to the negative output X1-1, whereby additional protection for the base of the transistor V3 is realized.
Auch
in die Verbindungsstrecke von Kollektor des Transistors V3 zur Strecke
zwischen Verpolschutz V1 und Plusausgang X1-3 kann ein Widerstand
R3 geschaltet sein, wie bei dem in
Zum Schutz des oder der MOSFETS kann in die Strecke zwischen dem Kollektor des Transistors V3 und dem/den Gate(s) des/der MOSFET(s) über eine Zenerdiode mit dem Minusausgang X1-1 verbunden sein.To the Protection of the MOSFETs may be in the distance between the collector of the transistor V3 and the gate (s) of the MOSFET (s) via a Zener diode to be connected to the negative output X1-1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE200920015714 DE202009015714U1 (en) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | Overvoltage protection circuit |
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DE202009015714U1 true DE202009015714U1 (en) | 2010-04-08 |
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DE200920015714 Expired - Lifetime DE202009015714U1 (en) | 2009-12-09 | 2009-12-09 | Overvoltage protection circuit |
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DE (1) | DE202009015714U1 (en) |
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---|---|---|---|---|
WO2014146268A1 (en) * | 2013-03-20 | 2014-09-25 | Xiang Zhiyong | Overvoltage protection circuit and method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10221714B4 (en) | 2002-05-16 | 2008-08-21 | Abb Ag | Overvoltage protection |
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2009
- 2009-12-09 DE DE200920015714 patent/DE202009015714U1/en not_active Expired - Lifetime
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WO2014146268A1 (en) * | 2013-03-20 | 2014-09-25 | Xiang Zhiyong | Overvoltage protection circuit and method |
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