DE2143002B2

DE2143002B2 - Simple stabilised DC supply for domestic appliances - has PTC resistor and Zener diode in thermally conductive connection

Info

Publication number: DE2143002B2
Application number: DE2143002A
Authority: DE
Inventors: Gustav 6233 Kelkheim Gassner
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1971-08-27
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2143002A1

Abstract

The simple stabilized direct voltage supply is for use with small domestic appliances such as electric razors, toothbrushes and the like, using a zener diode to define the voltage generated and associated current limiting elements to prevent the diode overheating. The circuit, to which a range of direct voltages found in car, aircraft, ships and so on, may be applied, consists of a zener diode (3) connected in series with a temp. dependent resistance (8) and current limiting resistance (16). The zener diode voltage is fed to the base of an output emitter follower connected transistor (17) to the emitter of which a load (4) may be connected. A small current flows in the zener diode, and regardless of input voltage or output load variation this current does not substantially increase. The zener diode is thus protected.

Description

Die vorliegende Gleichspannungsstabilisierungsschaltung erfüllt den Zweck, elektrisch betriebene Kleingeräte aus dem Bereich des Haushalts wie Rasiergeräte, Zahnbürsten, Uhren mit der benötigten Gleichspannung zu versorgen. Die Spannungswerte der gewöhnlichen Gleichspannungsquellen weichen sehr stark voneinander ab; werden die Geräte beispielsweise an das Gleichstrombordnetz von Autos, Motorbooten oder Flugzeugen angeschlossen, so sollen die dort verfügbaren Spannungen von 6, 12 oder 24 V auf den benötigten Wert gebracht werden, damit eine Überlastung des eingeschalteten Gerätes vermieden wird.The present DC voltage stabilization circuit fulfills the purpose of electrically operated Small household appliances such as razors, toothbrushes, watches with the required To supply DC voltage. The voltage values of the usual DC voltage sources give way a lot strongly differ from each other; the devices are connected to the DC electrical system of cars and motor boats, for example or aircraft are connected, the voltages available there of 6, 12 or 24 V should be reduced to the required value can be brought, so that an overload of the switched-on device is avoided.

Ist der in Reihe mit der Zenerdiode liegende Vorwiderstand statt eines Kaltleiterelementes ein linearer Widerstand, wie es z. B. durch die GB-PS 1037 420, Fig. 1, bekannt ist, so erwärmt sich die Zenerdiode bei Verbrauchern von verhältnismäßig hohen Strömen beträchtlich, auch wenn Leistungszenerdioden angewendet werden bzw. zur Entlastung zwischen Zenerdioden und Verbraucher zusätzlich ein Transistor geschaltet ist. Ist die Schaltung beispielsweise für 6 V Gleichspannung ausgelegt, so entsteht beim Anlegen von 12 oder 24 V Eingangsspannung bei unverändertem Vorwiderstand eine hohe Verlustleistung in der Zenerdiode, wodurch diese im Extremfall zerstört werden kann.If the series resistor in series with the Zener diode is on instead of a PTC resistor element linear resistance, as it is e.g. B. is known from GB-PS 1037 420, Fig. 1, the heats up Zener diode for consumers of relatively high currents considerably, even if power zener diodes can be used or an additional one to relieve the load between Zener diodes and consumers Transistor is switched. For example, if the circuit is designed for 6 V DC voltage, the Applying 12 or 24 V input voltage with an unchanged series resistor results in high power dissipation in the Zener diode, which can destroy it in extreme cases.

Auch wenn bei eingeschaltetem Verbraucher in der Zenerdiode ein normaler Strom fließt, kann nach Abschalten des Verbrauchers eine hohe Verlustleistung entstehen, weil dann der durch die Zenerdiode fließende Strom mit einem zusätzlichen Strom beaufschlagt wird.Even if a normal current flows in the Zener diode when the consumer is switched on, it can continue Switching off the consumer results in a high power loss, because then the flowing through the Zener diode Electricity is charged with an additional current.

Abhilfe dagegen schafft eine Gleichspannungsstabilisierungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs; bei dieser Schaltung ist als Vorwiderstand ein Kaltleiterelement verwendet, wodurch der Einfluß der Höhe der Eingangsspannung auf die Erwärmung der Zenerdiode verringert wird. Solche Schaltungen sind bekannt (GB-PS 10 37 420, insbesondere F i g. 5, US-PS 30 99 790, insbesondere F i g. 2). Bei beiden Schaltungen ist eine geeignete Glühlampe als Kaltleiterelement verwendet.This can be remedied by a DC voltage stabilization circuit according to the preamble of the claim; in this circuit there is a series resistor PTC thermistor element used, thus reducing the influence of the level of the input voltage on the heating of the Zener diode is reduced. Such circuits are known (GB-PS 10 37 420, in particular FIG. 5, US-PS 30 99 790, in particular FIG. 2). A suitable incandescent lamp is used as a PTC thermistor element in both circuits used.

Bei der Schatlung nach der GB-PS 10 37 420 liegt der Verbraucher unmittelbar parallel zur Zenerdiode. Bei der Schaltung nach der US-PS 30 99 790 liegt der Verbraucher über der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors an der Zenerdiode, wobei der Emitter an den Verbraucher angeschlossen ist und die Kollektor-Basis-Strecke parallel zum Kaltleiterelement liegt. Bei beiden Schaltungen spricht jedoch das Kaltleiterelement relativ träge auf eine Erhöhung der Eingangsspannung an und es bleibt darüber hinaus auch im stationären Betrieb nach wie vor ein nicht unbeträchtlicher Einfluß von Änderungen der Eingangsspannung auf die Erwärmung der Zenerdiode bestehen.When Schatlung according to GB-PS 10 37 420, the consumer is directly parallel to the Zener diode. at the circuit according to US-PS 30 99 790 is the consumer over the base-emitter path of a Transistor on the Zener diode, the emitter being connected to the consumer and the collector-base path parallel to the PTC thermistor element. In both circuits, however, the PTC element speaks relatively slow to an increase in the input voltage and it also remains in stationary operation still has a not inconsiderable influence of changes in the input voltage insist on heating the zener diode.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei einerThe invention has the task at a

Schaltung nach dem Oberbegriff des PatentanspruchsCircuit according to the preamble of the claim

s den Einfluß der Höhe der Eingangsspannung auf die Erwärmung der Zenerdiode mit einfachen Mitteln weiter zu verringern.s the influence of the level of the input voltage on the heating of the Zener diode by simple means further decrease.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Patentanspruchs gelöst
ίο Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß eine Erhöhung der Verlustleistung der Zenerdiode sich rascher auf das Kaltleiterelement überträgt und dieses in kürzester Zeit zu einem Widerstandsanstieg und damit zu einer Drosselung des 's durch die Zenerdiode fließenden Stromes veranlaßt wird und daß im stationären Betrieb eine Erhöhung der Verlustleistung der Zenerdiode eine zusätzliche Erwärmung des Kaltleiterelementes bewirkt, welche der Verlustleistungserhöhung der Zenerdiode entgegenwirkt According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of the patent claim
ίο The advantages achieved with the invention are that an increase in the power loss of the Zener diode is transferred more quickly to the PTC thermistor element and this is caused in a very short time to an increase in resistance and thus to a throttling of the current flowing through the Zener diode and that in the steady state Operation, an increase in the power loss of the Zener diode causes additional heating of the PTC thermistor element, which counteracts the increase in power loss of the Zener diode

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigtThe invention is explained with the aid of exemplary embodiments. It shows

F i g. 1 eine bekannte Spannungsstabilisierungsschaltung einer Zenerdiode mit Vorwiderstand,
F i g. 2 eine im Prizip bekannte Spannungsstabilisierungsschaltung mit Kaltleiterelement zur Anwendung der Erfindung,F i g. 1 a known voltage stabilization circuit of a Zener diode with a series resistor,
F i g. 2 a voltage stabilization circuit known in principle with a PTC thermistor element for applying the invention,

F i g. 3 eine im Prinzip bekannte Spannungsstabilisierungsschaltung mit einem zusätzlichen Transistor zur Anwendung der Erfindung,F i g. 3 a voltage stabilization circuit which is known in principle with an additional transistor for applying the invention,

Fig.4 die erfindungsgemäß wärmeleitend mit dem Kaltleiterelement verbundene Zenerdiode der Schaltungen nach F i g. 2 und 3,4 shows the Zener diode of the circuits connected to the PTC thermistor element in a thermally conductive manner according to the invention according to FIG. 2 and 3,

F i g. 5 eine bekannte Spannungsstabilisierungsschaltung mit einer Glühlampe zur Anwendung der Erfindung.F i g. 5 shows a known voltage stabilization circuit with an incandescent lamp for use in FIG Invention.

In F i g. 1 ist die Zenerdiode 3 über einen Vorwiderstand 1 mit den Eingangsklemmen verbunden, an denen die Eingangsspannung 2 anliegt. Der Lastwiderstand 4 ist parallel zur Zenerdiode 3 geschaltet. Der Vorwiderstand 1 ist nur für einen begrenzten Bereich, innerhalb dessen die Eingangsspannung schwanken kann, ausgelegt. In Fig. 1 is the zener diode 3 via a series resistor 1 connected to the input terminals to which input voltage 2 is applied. The load resistance 4 is connected in parallel to Zener diode 3. The series resistor 1 is only for a limited range within whose input voltage can fluctuate.

Wird eine über diesen begrenzten Bereich liegende Eingangsspannung angelegt, so entwickelt die Zenerdiode 3 infolge des hohen Stroms zuviel Verlustleistung, insbesondere auch dann, wenn der Lastwiderstand 4 von der Zenerdiode getrennt wird.If an input voltage above this limited range is applied, the Zener diode develops 3 too much power loss due to the high current, especially when the load resistor 4 of the zener diode is disconnected.

Im Extremfall wird auch die Zenerdiode 3 durch die freiwerdende Wärme zerstört.In the extreme case, the Zener diode 3 is also destroyed by the heat released.

In Fig.2 ist der Zenerdiode 3 ein Kaltleiter 8 vorgeschaltet, der beim Anlegen einer Eingangsspannung 2 an die Eingangsklemmen den Strom durch die Zenerdiode begrenzt.In FIG. 2, the Zener diode 3 is preceded by a PTC thermistor 8 which, when an input voltage is applied 2 limits the current through the Zener diode to the input terminals.

Bei normaler Eingangsspannung und geschlossenem Schalter 10 fließt der normale Strom durch die Zenerdiode 3. Wird Schalter 10 geöffnet, so würde als Ausgleich ein größerer Strom durch die Zenerdiode 3 fließen. Bei Anwendung eines Kaltleiters 8 als Vorwiderstand erwärmt sich dieser und vergrößert seinen Widerstandswert, so daß der durch die Zenerdiode 3 fließende Strom auf einen ungefährlichen Wert gedrosselt wird.With normal input voltage and closed switch 10, the normal current flows through the Zener diode 3. If switch 10 is opened, a larger current through the Zener diode 3 would compensate for this flow. When using a PTC thermistor 8 as a series resistor, this heats up and increases its resistance value, so that the current flowing through the Zener diode 3 to a harmless Value is throttled.

Mit der in F i g. 2 gezeigten Schaltung sind auch relativ hohe Lastströme erreichbar, wenn als Zenerdiode 3 eine metallgekapselte Leistungsdiode mit Kühlblech verwendet wird.
In F i g. 3 ist zwischen Lastwiderstand 4 undWith the in F i g. 2, relatively high load currents can also be achieved if a metal-encapsulated power diode with a cooling plate is used as the Zener diode 3.
In Fig. 3 is between load resistor 4 and

iiode 3 ein Transistor 17 geschaltet, der die ime höherer Lastströme gestattet.iiode 3 a transistor 17 is connected, which allows the ime higher load currents.

bei ist die Basis 2C des Transistors 17 mit IuB 12 der Zenerdiode 3 verbunden, Kollektor 21 m gemeinsamen Anschluß von Spannungsquelle orwiderstandskombination aus Kaltleiter 8 mit stand 16. Zwischen den Anschlüssen 22 und 13 lie Eingangsspannung, am Lastwiderstand 4 die ngsspannung.at base 2C of transistor 17 is connected to IuB 12 of Zener diode 3, collector 21 m common connection of voltage source orwiderstand combination of PTC thermistor 8 with was 16. Between the terminals 22 and 13 was the input voltage, at the load resistor 4 the voltage.

illelwiderstand 16 ist in bekannter Weise zur sehten Einregulierung der Widerstandskennlinie iltleiter 8 vorgesehen.Illel resistance 16 is used in a known manner to regulate the resistance characteristic curve iltleiter 8 provided.

Zenerdiode 3 und das Kaltleiterelement 8 in den Schaltungen der F i g. 2 und 3 sind wie in F i g. 4 veranschaulicht, durch eine wärmeleitende Schicht 25 thermisch miteinander verbunden: Beide Elemente sind elektrisch in Reihe geschaltet und in einer Einbettmasse 26 angeordnet dargestellt Erwärmt sich die Zenerdiode 3 durch Auftreten einer erhöhten Verlustleistung, so geht über die wärmeleitende Schicht 25 Wärme auf das Kaltleiterelement 8 über und veranlaßt dieses zu einer relativ schnellen, zusätzlich zur Eigenwärmung desZener diode 3 and the PTC thermistor element 8 in the circuits of FIG. 2 and 3 are as in FIG. 4th illustrated, thermally connected to one another by a thermally conductive layer 25: Both elements are shown electrically connected in series and arranged in an embedding compound 26. The Zener diode heats up 3 due to the occurrence of increased power dissipation, heat is transferred via the thermally conductive layer 25 to the PTC thermistor element 8 over and causes this to a relatively fast, in addition to self-heating of the

ίο Kaltleiterelements 8 erfolgende Erwärmung, die zu einer zusätzlichen Widerstandserhöhung führt.ίο PTC thermistor element 8 occurring heating, which to leads to an additional increase in resistance.

In Fig. 5 ist das Kaltleiterelement als Glühlampe 27 ausgebildet.In FIG. 5, the PTC thermistor element is shown as an incandescent lamp 27 educated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

DC voltage stabilization circuit for the Operation of small electrical devices from voltage sources with widely differing voltage sources Voltage values, essentially consisting of a Zener diode, at whose terminals the stabilized one Voltage can be tapped, with a PTC thermistor element as a series resistor in series with this Zener diode is, characterized in that the PTC thermistor element (8) and the Zener diode are thermally conductive are connected to each other.