DE2147471A1

DE2147471A1 - Schnellwirkende elektronische schutzschaltung fuer geraete der nachrichtentechnik, vorzugsweise fernsehgeraete

Info

Publication number: DE2147471A1
Application number: DE19712147471
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Karl Wendt
Original assignee: NORDMENDE
Current assignee: NORDMENDE
Priority date: 1971-09-23
Filing date: 1971-09-23
Publication date: 1973-07-26
Also published as: DE2147471B2

Description

Schnellwirkende elektronische Schutzschaltung für Geräte der Nachrichtentechnik, vorzugsweise Fernsehgeräte Die Erfindung betrifft eine schnellwirkende elektronische Schutzschaltung für ein Gerät der Nachrichtentechnik, vorzugsweise Fernsehgerät, das ein geregeltes Netzteil, vorzugsweise mit einem Thyristor als Netzgleichrichter enthält, dessen Ausgangsspannung nahezu unabhängig von Belastung und Netzspannungsschwankung ist und dessen Steuerorgane neben der Regelfunktion auch zur Sperrung der Stromzufuhr zum Verbraucher benutzt werden.
Bei Verwendung eines Thyristors als geregelter Netzgleichrichter ist aber eine Abschaltung erst bei der nächstfolgenden Halbwelle möglich. In der Zwischenzeit können mit Halbleitern bestückte Baugruppen des Fernsehgerätes, vorzugsweise Leistungsendstufen für Zeilen- oder Bild-Ablenkung, wenn sie durch Defektwerden eines Bauteiles oder durch einen Bildrohrüberschlag in einen gestörten Betriebszustand kommen, bereits erhebliche Schäden nehmen.
Erfindungsgemäß wird dem Ausgang des Regelnetzteils eine schnellwirkende Kurzschluß-Einrichtung parallelgeschaltet, die vorzugsweise aus einem Thyristor besteht, der sobald der Nennstrom des Verbrauchers einen Schwellwert überschreitet, augenblicklich das gesamte Netzteil einschließlich aller Lade- und Siebkondensatoren kurzschließt und ein Signal an die Steuerorgane des Regelnetzteils sendet mit dem Ziel, die Sperrfunktion der Steuerorgane im Steuer- und Regelteil in Gang zu setzen.
Der Kurzschlußzustand wird aufrechterhalten, bis die Sperrung der Stromzufuhr erfolgt ist. Die Bauelemente der Kurzschluß-Stromkreise sind so bemessen, daß sie die Kurzschlußbelastung während einer Halbwelle oder während der Entladedauer eines Ladekondensators aushalten.
Erfindungsgemäß wird als kurzschließendes Element ein Thyristor verwendet.
Wenn der gestörte Betrieb in Baugruppen des Verbrauchers zu Ende ist (z.B. nach dem Bildrohrüberschlag), schaltet sich die Stromzufuhr von selbst wieder ein.
Schnellwirkende Schutzschaltungen, in denen ein Thyristor als Kurzschluß wirkt, sind bekannt aus einer Beschreibung eines Prüfgerätes, mit dem Transistoren in ihrem Verhalten beim .Second-Break-Down" untersucht werden können.
Sobald der zu untersuchende Transistor beginnt durchzuschlagen, sendet er nieder- und hochfrequente Impulse aus, die durch eine Detektorschaltung empfangen, gleichgerichtet und verstärkt werden und einem Thyristor zugeführt werden, der die Kollektorspannung kurzschließt, noch ehe der Transistor durchgeschlagen ist.
Der technische Aufwand des Prüfgerätes ist so groß, daß er fur ein in Großserie gefertigtes Gerät nicht zu vertreten ist (RCA-Applications-Note SMA 30, Juli 1964).
Die sehr einfache Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung wird wie folgt beschrieben: Abbildung 1 zeigt ein schematisches Schaltbild, das ei an sich bekanntes Regelnetzteil 1 enthält, das mit seinen Klemmen 2 und. 3 an eine Wechselspannung, vorzugsweise die Netzwechselspannung, gelegt ist und an dessen Klemmen 4 und 5 der Verbraucher-Gleichstrom abgenommen wird.
Eine weitere Anschlußklemme 6 führt zu dem Steuer- und Regelteil 7, das in bekannter Weise die Gleichspannung an den Ausgangsklemmen 4 und 5 dadurch konstant hält, daß der Thyristor 8 Jeweils auf der ablaufenden Flanke einer Sinus-Halbwelle geöffnet wird, wobei der Öffnungswinkel durch das Steuer- und Regelteil 7 so eingestellt wird, daß unabhängig von der Stromentnahme an den Klemmen 4 und 5 und unabhängig von den Schwankungen der Netzspannung an den Klemmen 2 und 3 die Gleichspannung an den Klemmen 4 und 5 im wesentlichen konstant bleibt.
Mit Hilfe der von der Anschlußklemme 6 in das Steuer- und Regelteil 7 hineinführenden Verbindung ist es möglich, durch Anlegen einer vorzugsweise positiven Gleichspannung den Stromflußwinkel am Thyristor 8 zu Null zu machen und damit die Stromzufuhr von Klemme 2 nach Klemme 4 zu sperren.
Nit Hilfe des Kondensators 9 werden die vom Thyristor 8 aus der Netzspannung herausgeschnittenen, vorzugsweise positiven Impulse geglättet.
Hinter den Vorwiderstand 10 ist eine Kurzschluß-Vorrichtung angeschlossen, die aus dem Thyristor 11, der Diode 12, dem Kondensator 13 und dem Widerstand 14 besteht.
Die Spannung am Kondensator 13 wird über einen Vorwiderstand 15 der o.a. Klemme 6 des Steuer- und Regelteils 7 zugeführt.
Im Normalzustand ist der Thyristor 11 gesperrt. Durch die Kurzschluß-Einrichtung 11, 12, 13, 14 fließt kein Strom.
Parallel zur Kurzschluß-Einrichtung liegt über den Meßwiderstand 16 der Verbraucher 17, dessen Strom, den er der Anordnung entnimmt, über dem Meßwiderstand 16 einen Spannungsabfall hervorruft.
Der Spannungsabfall am Neßwiderstand 16 wird gegebenenfalls über einen Verstärker 18 der Zünd-Elektrode des Thyristors 11 zugeführt.
Solange der Stromverbrauch des Verbrauchers 17 sich in normalen Grenzen bewegt, reicht der Spannungs-Abfall über den Meßwiderstand 16 nicht aus, um gegebenenfalls über den Verstärker 18 den Thyristor 11 zu zünden.
Gerät jedoch irgendeine Baugruppe des Verbrauchers 17, beispielsweise die Zeilenablenkstufe eines Fernsehgerätes, beispielsweise durch einen Bildröhrenüberschlag kurzzeitig in einen gestörten Zustand, so macht sich dies im gleichen Augenblick im Spannungsabfall am Meßwiderstand 16 bemerkbar. Die Spannung wird erhöht und der Thyristor 11 gezündet.
In wenigen MicroSekunden wird die Kurzschlußkette 11, 12, 13, 14 leitend, die Spannung an den Klemmen des Verbrauchers 17 bricht schlagartig zusammen, wodurch die Baugruppe des Verbrauchers 17, die sich im gestörten Betriebszustand befindet, geschützt und vor Schaden bewahrt wird.
Der Anfangskurzschlußstrom, den das Regelnetzteil 1 liefern muß, wird durch den Vorwiderstand 10 begrenzt. Durch den Kurzschlußstrom wird der Kondensator 13 aufgeladen, und zwar solange, bis er eine Spannung erreicht hat, deren Größe durch das Verhältnis der Widerstände 10 und 14 gegeben ist. Die am Kondensator 13 entstehende Spannung wird über den Vorwiderstand 15, dem Steuer- und Regelteil 7 des Regelnetzteiles zugeführt. Der Öffnungswinkel für den Stromfluß im Thyristor 18 wird zu Null gemacht bzw. stark reduziert, so daß mit Beginn der nächstfolgenden Halbwelle der Thyristor 8 gesperrt wird.
Aus dem Lichtnetz wird keine Energie weiter nachgeliefert, die Kurzschlußstrecke 11, 12, 13, 14 hat nur noch den Kondensator 9 zu entladen. Nach dem Entladungsvorgang setzt auch eine Entladung des Kondensators 13 über den Widerstand 15 und Innenwiderstand des Steuer- und Regelteils - gemessen an der Klemme 6 - ein.
Durch Absinken der Spannung an Klemme 6 wird der Stromflußwinkel im Thyristor 8 wieder von Null verschieden und die Schutzschaltung beginnt mit dem Wiedereinschaltvorgang.
War der Kurzschluß im Verbraucher 17 nur vorübergehend, wie z.B. bei einem Bildrohrüberschlag, so tritt beim Wiedereinschalten an den Meßwiderstand 16 kein zu hoher Spannungsabfall mehr auf und die Kurzschlußstrecke 11, 12, 13, 14 bleibt wieder in Sperrzustand1 da in der Zwischenzeit der Thyristor 11 nach der Entladung des Kondensators 9 wieder in seinen Sperrzustand übergegangen ist. Der Verbraucher erhält wieder seine normale Betriebsspannung.
Ist jedoch im Verbraucher 17 ein Dauerkurzschluß eingetreten, so entsteht dann bei jedem Versuch des Steuer- und Regelteils den Thyristor 8 wieder leitend zu machen, sofort ein überhöhter Spannungsabfall am Meßwiderstand 16, der den Thyristor 11 sofort wieder zum Zünden bringt und den anfangs erörterten Kurzschlußvorgang wieder einleitet. Im eingeschwungenen Zustand stellt sich am Verbraucher 17 letztendlich eine starke verminderte Betriebsspannung ein, die so klein ist, daß die im Verbraucher 17 befindlichen gestörten Baugruppen nicht überlastet werden und vor Schaden bewahrt werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Abschalt-Geschwindigkeit des Thyristors 11 vergrößert werden kann, wenn der Zündimpuls steil ist, d.h. wenn der dazwischengeschaltete Verstärker 18 eine besonders hohe Verstärkung hat.
In einem solchen Falle würden aber auch kleine Schwankungen des Spannungsabfalls am Meßwiderstand 16 schon stark verstärkt werden, wodurch evtl. eine Unsicherheit in der Nähe des kritischen Wertes der Abschaltspannung entsteht.
Aus diesem Grunde wird in der Weiterführung der Erfindung der Vertärker 18 mit einer gekrümmten, im Grenzfall geknickten, Verstärkungskennlinie ausgeführt, derart, daß bei Spannungs-Abfällen am Meßwiderstand 16, die unterhalb eines Grenzwertes liegen, die Verstärkung nahezu Null und bei-Spannungen, die oberhalb des o.a. Grenzwertes liegen, die Verstärkung sehr groß ist. Beim Uberschreiten des Grenzwertes, beispielsweise durch einen Kurzschluß im Verbraucher 17, wird dann der Zündimpuls mit steil ansteigender Flanke und hoher Energie an den Thyristor 11 gelegt, wodurch die gewünschte Steigerung der Abschalt-Geschwindigkeit erreicht wird.
Die gekrümmte bzw. geknickte Kennlinie des Verstärkers 78 wird dadurch erreicht, daß die zu verstärkende Spannung über eine Silizium-Diode, beispielsweise die Basis-Emitter-Diode eines Silizium-Transistors geführt wird.

Claims

P a t e n t a n- s p r ü c h e

1. Schnellwirkende elektronische Schutzschaltung für ein Gerät der Nachrichten-Technik, vorzugsweise Fernsehgerät, das ein Stromversorgungsteil enthält, das die Spannung an seinen Ausgangsklemmen unabhängig von der Belastung nahezu konstant hält, und mit dessen Hilfe durch Zuführen einer Sperrspannung die Stromzufuhr von der Stromquelle gesperrt oder zumindest wesentlich gedrosselt werden kann, vorzugsweise Regelnetzteil bei Fernsehgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß bei Uberschreiten eines vorgegebenen Stromgrenzwertes a) die Ausgangsspannung des Stromversorgungsteils durch eine schnellwirkende Kurzschlußschaltung augenblicklich kurzgeschlossen oder auf einen solchen Bruchteil reduziert wird, daß keine Beschädigungen folgender Gerätestufen durch Uberlastung stattfinden kann, auch wenn sich diese Stufen im gestörten Zustand befinden, b) die Sperreinrichtung des Stromversorgungsteils anschließend betätigt wird, die die Stromzufuhr von der Stromquelle sperrt oder zumindest wesentlich drosselt, so daß keine Beschädigung folgender Stufen durch Uberlastung stattfinden kann und daß nach dem Abklingen des Verbraucher-Stromes, dessen Wert zeitweilig größer als der vorgesehene Grenzwert lag, die automatische Wiedereinschaltung des Stromversorgungsteils erfolgt.

2. Schnellwirkende elektronische Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das augenblicklich kurzschließende Element ein Thyristor (11) ist, der durch den Spannungsabfall über einen Meßwiderstand (16), der vom Verbraucherstrom durchflossen wird, - gegebenenfalls über eine Verstärkeranordnung (18) -gezündet wird und der im ersten Augenblick über die Reihenschaltung einer in Durchlassrichtung arbeitenden Diode (12) und eines Kondensators (13) voll an den Ausgangsklemmen des Stromversorgungsteils liegt und diesen voll kurzschließen kann, solange, bis sich die Spannung am Kondensator (13) auf das Teilerverhältnis zwischen einem der Reihenschaltung der Diode (12) und des Kondensators (13) parallelliegenden Begrenzungsviderstande (14) und einem Vorwiderstande (10) des Stromversorgungsteiles eingestellt hat und daß die Bauelemente 10, 11, 12, 13, 14 der Schutzschaltung so dimensioniert sind, daß sie den anfangs vollen, später reduzierten Kurzschlußstrom solange ohne Schaden aushalten, bis die am Kondensator (13) entstehende Spannung gegebenenfalls über einen Vorwiderstand (15) auf eine Sperreinrichtung des Steuer-Regelteils (7) im Netzanschlußteil (1) wirkt und zwar in dem Sinne, daß der Stromfluß-Winkel eines gesteuerten Gleichrichters (8), vorzugsweise Thyristors, zu Null oder nahezu zu Null gesteuert wird, so, daß die Stromzufuhr von der Netzklemme (2) zu der Ausgangsklemme (4) des Netzteils (1) unterbrochen oder zumindest soweit gedrosselt wird, daß in einem angeschlossenen Verbraucher (17) keine Schäden entstehen, auch wenn sich Teile des Verbrauchers in einem gestörten Betriebszustand befinden, und daß nach Beendigung des gestörten Betriebszustandes im angeschlossenen Verbraucher (17) und nach Wegbleiben des erhöhten Spannungsabfalles im Heß-Widerstand (16) und nach erfolg-ter Wieder-Sperrung des als Kurzschluß-Element wirkenden Thyristors (11) infolge Wegbleiben der Betriebsspannung und nach Wieder-Entladen des im Kurzschluß-Kreises liegenden Kondensators (13) die Sperrung des Steuer-Regelteils (7) aufgehoben wird, wodurch die Wieder-Einschaltung des Regelnetzteils (1) erfolgt und der Verbraucher (17) wieder Betriebsspannung erhält.

3. Schnellwirkende elektronische Schutzschaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Meßwiderstand (16) abgegriffene Spannung einem Verstärker (18) zugeführt wird, dessen Kennlinie einen stark gekrümmten - im Grenzfall geknickten - Verlauf hat, derart, daß bei kleinem Spannungsabfall am Meßwiderstand (16) die Verstärkung zunächst Null bzw. sehr klein ist und daß bei wachsendem Spannungsabfall erst nach Erreichen eines Schwellwertes die Verstärkung sehr schnell zu höheren Werten ansteigt.

4. Schnellwirkende elektronische Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Verlauf der Kennlinie des Verstärkers (18) durch eine Silizium-Diode, vorzugsweise die Basis-Emitter-Diode eines Silizium-Transistors erzeugt wird.

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