DE2146447B2 - Schaltungsanordnung zur begrenzung einer an einem lastwiderstand anliegenden gleichspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer an einem luftwiderstand inliegenden Gleichspannung, mit einer" an einer Versorgungsspannungsquelle angeschlossenen ersten Serienkombination. bestehend aus einem ersten ohmschen Widerstand, einem zweiten ohmschen Widerstand und einer Z-Diode. Dabei ist sowohl der Last widerstand in Serie zur Emitter-Kollektor-Strecke tines ersten Transistors als auch eine zweite Serienkombination, bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors und einem dritten Widerstand. • n die beiden Pole der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen und die Basis-Emitter-Strecke des iweiten Transistors liegt parallel zu einem Widerstand der ersten Serienkombinaüon.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur Begrenzung der an einem Lastwidersland anliegenden Gleichspannung wird der Widerstand der Emiller-Kollektor-Strecke eines in Serie zum Lastwidersland geschalteten Transistors derart geregelt, daß er relativ klein ist, solange die Versorgungsspannung kleiner als die Zenerspannung einer Zenerdiode ist und daß der Widerstand der Emilter-Kolleklor-Strecke relativ groß ist, wenn die Versorgungsspannung größer als die Zenerspannung ist. Da der in Serie zum Lastwiderstand "cschaltete Transistor als Verstärker arbeilet, emstehi bei einer Unterspannung der Versorgungsspannung ein merklicher Verlust der am Lasiwidersland anliegenden Gleichspannung. Um den l.astwidersland — beispielsweise einen Motor — auch im Fall auftretender Unterspannungen noch zu betreiben, müßte ein relativ aufwendiges Netzgerät vorgesehen sein, welches die vorhandene Versorgungsspannung zunächst in eine höhere Spannung transformiert und daran anschließend aus dieser höheren Spannung eine Gleichspannung erzeugt, die auch bei Unterspannungen der Versorgungsspannungen einen Betrieb des Lastwidcrstandes (des Motors) ermöglicht. Ein derartiges Netzgerät bedingt einen relativ großen technischen Aufwand.

Aus der DT-AS 14 63 708 ist eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung bekannt, bei der ein Widerstand in Serie zu einer Z-Diode an eine Belriebsspannungsquelle angesehlos sen is! und bei der der Verbindungspunkt des Widerstandes mit der Z-Diode über einen weiteren Widerstand an einen L.astwidersland angeschlossen ist. Außerdem sind zwei weitere Z-Dioden vorgesehen, deren Arbeitsspannungsdilferen/ im Durchbruchj'ebiei dem einen Eingang eines aus zwei Transistoren gebildeten Vergleiehsverstärkers mi' nachfolgendem Gleichspannungsverstärker zugeführt wird, wahrend die Alisgangsspannung des Gleichspannungsverstärker auf den anderen Eingang des Vergleichsverslärkers zurückgeführt wird. Diese bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß der Widerstand und der weitere Widersland in Serie zur Last liegen und eine dauernde Verlustleistung erfordern, unabhängig vom Betrag der Betriebsspannung.

Aus der DL-PS 30 209 ist ein Gleichspannungs-Sollwertgeber bekannt, bei dem in Serie zu einem Lastwiderstand die Emitter-Kolleklor-Strecke eines Stell-Transistors geschaltet ist und die Leitfähigkeit dieses Transistors unter Verwendung eines weiteren Transistors geregelt wird. Eine Bezugsspannung für diesen weiteren Transistor wird an einer Z-Diode abgegriffen, die in Serie mit einem Widerstand an die Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist. Bei diesem bekannten Gleichspannungs-Sollwertgeber ist die Basis des Stell-Transistors über einen Widerstand mit einem Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden, so dtß die Leitfähigkeit dieses Transistors in linearer Weise geregelt wird. Dieser bekannte Gleichspannungs-Sollwertgeber hat somit den Nachteil, daß im Slell-Transistor dauernd auch dann eine Verlustleistung verbraucht wird, wenn die Betriebsspannung kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sollspannung ist.

Aus der OE-PS 2 40 478 isl eine Siabilisierungsschaltung mit einer Z-Diode und zwei Transistoren bekannt, bei der ein Emitierwidersland und die Emitter-Kolieklor-Strecke eines Transistors in Serie zu einem Lastwiderstand an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind. Diese bekannte Stabilisierungsschaltung hat den Nachteil, daß am Emitierwiderstand auch dann eine Verlustleistung verbraucht wird, wenn die Betriebsspannung kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sollspannung ist. Die Basis des in Serie zum Lastwiderstand liegenden Transistors wird über einen Spannungsteiler angesteuert, der aus einer Z-Diode und einem Widerstand gebildet wird und der parallel zum Lasiwiderstand an die BeLriebsspannungsquelle angeschaltet ist. Wenn als Transistor ein Leistungstransistor verwendet werden würde, dann müßte über den Spannungsteiler ein erheblicher Steuerstrom fließen,

der eine weitere Verlustleistung zur Folge halte. Diebe bekannte Slabilisicrungsschaltung hat somit den weiteren Nachteil, daß sie nur zur Stabilisierung relativ kleiner Ströme durch den Lasiwiderslard geeignet ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer Gleichspannung anzugeben, die mit relativ geringem technischem Aufwand eine Begrenzung der Gleichspannung ohne merkliche Spannungsverluslc und Leistungsverluste bei Unterspannung der Versorgungsspannung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Schallungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbindungspunkt der Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors mit dem dritten ohmschen Widerstand — vorzugsweise über einen vierten ohmschen Widerstand — an die Basis des ersten Transistors angeschlossen ist, daß ein dritter Transistor vorgesehen ist, dessen Basis an den Verbindungspunkt zwischen dem zweiten ohmschen Widerstand und der Z-Diode angeschlossen ist und dessen Emitter-Kollek- *> tor-Strecke einerseits an der Basis des ersten Transistors und andererseits an dem Verbindungspunkt der Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors mit dem Lastwiderstand liegt und daß der /weite Transistor, die /.Diode, der erste ohmsche Widerstand und der zweite ohmsche Widersland derart bemessen sind, daß der /weile Transistor vor Erreichen der Durchbruchsspannung der Z-Diode den ersten Transistor voll aufsteuert und bei Erreichen der Durchbruchsspannung der Z-Diode in seine andere Schaltlage übergeht.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch geringen technischen Aufwand und auch dadurch aus. daß bei einer Unterspannung der Versorgungsspannung kein merklicher Spannungsvcrlust und Leislungsverlust auftritt, weil einerseits in Serie zum Lastwiderstand kein weiterer Widerstand geschaltet ist und weil andererseits die Emitter-Kollektor-Strecke des Stell-Transistors voll geöffnet ist. solange die Versorgungsspannung kleiner als die Arbeitsspannung der Z-Diode im Durchbruchgebiet ist. mit der ein Sollwert festgelegt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer an einem Lastwiderstand liegenden Gleichspannungund

F i g. 2 ein Spannungsdiagramm zur Eirläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht aus dem Transistor 1, ferner dem Transistor 2, dem Transistor 3. der Z-Diode 4, dem Elektromotor 5 (als Lastwiderstand), den Widerständen 6,7,8,9 und 10. Die Schaltungspunkte 12 und 13 sind an eine Versorgungsspannungsquelle angeschlossen, die eine Versorgungsspannung UX abgibt. Über die Schaltungspunkte 14 und 15 wird die Betriebsspannung UI des Elektromotors abgenommen.

Der Elektromotor 5 wird mit einer Nennbetriebsspannung (Sollwert der Betriebsspannung) von 60 V beirieben. Die maximale Betriebsspannung beträgt etwa 66 V. Bei Werten der Betriebsspannung über 66 V wird der Elektromotor 5 thermisch überlastet. Die Versorgungsspannung (71 kann voraussetzungsgemäß auf einen für den Elektromotor 5 zu hohen Betrag von ca. 70 V ansteigen. Die Versorgungsspannung Ul wäre somit an sich (ohne Verwendung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1) nicht geeignet, den Elektromotor 5 zu hptreiben. Um eine Überlastung dieses Elektromotors bei /u hohen Werten der Versorgungsspannung U1 /u vermeiden, muß eine Betriebsspannung U 2 gewonnen werden, die maximal auf 66 V ansteigt.

Fig.2 zeigt die Abhängigkeit der Betriebsspannung Ul (deren Einheiten in Abszissenrichtung in Voll aufgetragen sind) von der Versorgungsspannung U\ (deren Einheiten in Ordinatenrichlung in Volt aufgetragen sind).

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 an Hand des Diagramms der Fig.2 erläutert. Die Durchbruchsspannung der Z-Diode 4 betragt 62 V (mit einer Toleranz von ± 5%) und ist somit geringfügig niedriger als die maximale Betriebsspannung (66 V) zum Betrieb des Elektromotors 5. Solange die Versorgungsspannung U 1 kleiner als die Durchbruchsspannung ist, erhält der Transistor 2 über den Schaltungspunkt 16 eine derartige Vorspannung, daß die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 2 gesperrt ist. An den Schaltungspunkien 12 und 17 und damit um Emitter und über den Widerstand 10 an der Basis des Transistors 1 liegt eine Spannung, die die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 1 \oll öffnet.

Fig. 2 zeigt, daß bei einem Spannungsanstieg der Versorgungsspannung U 1 von 55 V auf 62 V auch die Betriebsspannung i/2 linear von 55 V auf 62 V ansteigt. In diesem Spannungsbereich stellt somit die Emitter Kollektor-Strecke des Transistors 1 einen sehr geringen Widerstand dar. so daß durch die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung keine Spannungsverluste auftreten, solange der Betrag der Versorgungsspannurig LJ 1 kleiner als die Durchbruchsspannung ist. Der Transistor 2 wird als Schalter betrieben, dessen Emitter-Kollektor-Strecke entweder einen vernachlässigbar geringen oder extrem hohen Widerstand darstellt. Solange der Betrieb der Versorgungsspannung U1 kleiner als die Durchbruchsspannung von 62 V ist, sperrt der Transistor 2. und seine Emitter-Kolleklor-Strecke stellt einen eMrem hohen Widerstand dar.

Wenn der Betrag der Versorgungsspannung //1 die Durchbruchsspannung übersteigt, öffnet der Transistor 2, so daß der Schaltungspunkt 17 nahezu das Potential des Schaltungspunkies 12 annimmt, und der Transistor erhält über den Widerstand 10 keinen Basisstrom mehr. Die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 1 kann aber nur so weit ansteigen, bis der Transistor 3 zu leiten beginnt und an den Transistor 1 den Basistrom liefert. Da die Basis des Transistors 3 über den Widerstand und den Schaltungspunkt 18 an ein Ende der Z-Diode angeschlossen ist, wird das Potential am Emitter des Transistors 3 und somit am Kollektor des Transistors nur um etwa 0.8 V positiver als das Potential an der Basis des Transistors 3.

Der Transistor 3 und der Widerstand 9 sind Teile einer Regelanordnung, die den Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 1 derart regelt, daß der Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 1 weitgehend konstant bleibt. Die F i g. zeigt, daß bei Überschreitung des Betrages der Versorgungsspannung Ui über die Durchbruchsspannung von 62 V die Betriebsspannung Ui den Beirag von 63 V nicht überschreitet.

Wenn beispielsweise der Betrag der Versorgungsspannung U1 über die Durchbruchsspannung von 62 V ansteigt, dann erhöht sich auch die Spannung im Schaltungspunkt 14, und bei konstant bleibender Spannung im Schaltungspunkl 18 wird der Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 1 erhöht,

so daß einer Stromerhöhung entgegengewirkt wird.

Wenn umgekehrt der Betrag der Vcrsorgiingsspanjiung U1 (im Bereich oberhalb der Durchbruchsspanjiüng) geringer wird, erniedrigt sich die Spannung im -Sehaltungspurikt 14 und bei konstanter Spannung am Schailungspunkt 18 wird der Widerstand Emitter-Kollektor-Slrccke des Transistors 1 vcrrinj so daß der an sich zu erwartenden Sifoincrniedri«; entgegengewirkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. IO

   Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer an einen Lastwiderstand anliegenden Gleichspannung, mit einer an einer Versorgungsspannungsquelle angeschlossenen ersten Serienkombination, bestehend aus einem ersten ohmsehen Widerstand, einem zweiten ohmschen Widerstand und einer Z-Diode, wobei sowohl der Lastwiderstand in Serie zur Emitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors als auch eine zweite Serienkombination. bestehend aus der Emitter-Kollektor-Slrecke eines zweiten Transistors und einem dritten Widerstand, an die beiden Pole der Versorgungsspannungsquelle ange- if schlossen sind und die Basb-Emiticrstreeke des zweiten Transistors (2) parallel zu einem Widerstand der ersten Serienkombination liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunk! der Emitter-Kollek'or-Sirecke des /weiten Transisiors (2) mil dem dritten ohmschen Widerstand (8) — vorzugsweise über einen vierten ohmschen Widersland (10) — an die Basis des ersten Transistors (1) angeschlossen ist. daß ein dritter Transistor (3) vorgesehen ist. dessen Basis an den Vcrbindungspunkt (18) zwischen dem zweiten ohmschen Widerstand (7) und der Z-Diode (4) angeschlossen ist und dessen Emitter-Kollektor-Strecke einerseits an der Basis des ersten Transistors (1) und andererseits an dem Verbindungspunkt (14) der Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors (1) mit dem Lasiwiderstand (5) liegt, und daß der zweite Transistor (2). die Z-Diode (4), der erste ohmsche Widerstand (6) und der zweite ohmsche Widerstand (7) derart bemessen sind, daß der zweite Transistor (2) vor Erreichen der Durdibruchsspannung der Z-Diode (4) den ersten Transistor (1) voll aufsteuert und bei Erreichen der Dur Durchbruchsspannung der Z-Diode (4) in seine andere Schaltlage übergeht.

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