DE2211828A1

DE2211828A1 - Statische Gleichstromschalter-Anordnung

Info

Publication number: DE2211828A1
Application number: DE19722211828
Authority: DE
Inventors: Donald E. Lima Ohio Baker (V.StA.). G05g 5-06
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-03-11
Publication date: 1972-09-28
Also published as: FR2129655A5; GB1385691A; NL7203372A; JPS4731151A; US3697860A; CA931217A; JPS5322669B1; IT950153B

Description

Die vorliegende Erfindung Dezieht sich auf eine statische Gleichstromschalter-Anordnung, die zur Regelung der Leistung in elektrischen Systemen verwendbar ist.

Statische Schalter, beispielsweise Halbleiter-Schalter sind für Flugzeug-Versorgungssysteme ebenso wie für andere Anwendrags zwecke von Interesse, um die anerkannten Vorteile von Festkörper-Elementen gegenüber elektromechanischen Sohaltungs-Unterbreohereinrichtungen auszunützen. Eine statische Schalter-Anordnung weist viele Arbeitskennwerte auf, die besonders günstig und optimal sind. In der Grundfunktion dient der Schalter als fernge steuerter Leistungsregler, d.h., mit ihm kann die Leistung an einen Verbraucher von einer entfernt liegenden Stelle geschaltet werden. Bei einer Schalter-Anordnung besteht eine zusätzliche Funktionsanforderung darin, eine Einrichtung für eine Regler-Strömbegrenzung zu schaffen, um Einshaltstroinstöße zu beseitigen, den Verbraucher und die zugehörige Verdrahtung vor hohen Stö rungsströmen zu schützen, Überspannungs-EinsehaltStromstöße in dem System zu absorbieren, und nicht an den Verbraucher durchzulassen.

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Telefon (O211) 32 08 58 Telegramm· Cuatopat

Üblicherweise beträgt der Strombegrenzungs-Pegel 140 % + 10 % des Nennverbraucherstroms. Wenn eine Störung auftritt und eine vorbestimmte Zeitdauer anliegt, während der sich die Schalt-Anordnung im Strombegrenzungs-Zustand befindet, kann eine zusätzliche Schaltung in dem Leistungsregler verwendet werden, um die Leistungsregler auszulösen und zu "entriegeln"» Der Verbraucher und die Störung werden dann von der Leistungssammelschiene getrennt und bleiben solange getrennt, bis der Leistungsregler zurückgestellt ist. Eine geeignete Auslöseschaltung für einen statischen Schalter in einer Leistungsregeleinrichtung ist in einer₀ gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung P (W.E.case 42,463) im einzelnen beschrieben.

Während der Zeitdauer, während der von dem Regler eine Strombegrenzung durchgeführt wird, muß der statische Schalter in dem Leistungsregler eine Leistung verbrauchen, die gleich dem Spannungsabfall am Schalter mal dem 1,4-fachen Nennverbraucherstrom ist. Die maximale Leistung, die von dem Leistungsregler verbraucht werden muß, ergibt sich b6i einem Verbraucher mit der Impedanz Null (d.h. einem kurzgeschlossenen Verbraucher oder einer geerdeten Verdrahtung), Für ein 28V-System mit einem Nennverbraucherr strom von 1OA und einem Strombegrenzungspegel mit dem 1,4-fachen Nennverbraucherstrom kann der Belastbarkeits- bzw. Verlustleistungspegel bei nominellen EingangsSpannung-Bedingungen bis zu 392W hoch sein. Dieser Wert wird während Spannungs-Einschalt stoßen noch überschritten.

Wie beispielsweise in einem Artikel von Dickey in der Zeitschrift "IEEE Spectrum^¹ November 1970, S,73 bis 79 beschrieben ist, werden zur Zeit Schaltungen verwendet, in denen die gesamte Leistung in einem einzigen großen Transistor oder einer Reihe kleinerer Transistoren in komplizierten, parallel_wgeschalteten Schaltungen verbraucht wird. Zusätzlich wird der Pegel der geregelten Strombegrenzung für Einsehalt-Überspannungen erniedrigt, damit die Leistungsstufe nicht überdimensioniert zu werden braucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen statischen Gleichstromschalter

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mit einer verbesserten Strombegrenzung zu schaffen, bei dem verhältnismäßig kleine und preiswerte Transistoren verwendet werden können.

Zur Lösung dLeser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Regelung der Gleichstromleistung von einer Gleichstromquelle zu einem Ver braucher mit einer ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung mit ersten und zweiten Elektroden, die in einem ersten Schaltungszweig zwischen die Gleichstromquelle und dem von der Gleichstromquelle zu versorgenden Verbraucher geschaltet sind, Und mit einer dritten Steuerelektrode, sowie mit einer Einrichtung zur Ansteuerung der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung mit einem Lei^tungsstrompegel, der von dem an der Gleichstromquelle herrschenden Verbraucherstrompegel bestimmt ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungs-Teilerschaltung parallel zu der ersten statischen Schalt- und Verstär— kereinrichtung zwischen die. Gleichstromquelle und den Verbraucher geschaltet ist, daß die Leistungsteilerschaltung Leistung bei einem ersten niedrigen Pegel verbraucht, solange dB Spannung an der Stromquelle unter einem vorbestimmten Pegel liegt, und Leistung bei einem zweiten höheren Pegel verbraucht, solange die Spannung an der Spannungsquelle über einem vorbestimmten Pegel liegt, daß die Leistungsteilerschaltung mindestens eine zusätzlix ehe statische Schalt- und Verstärkereinrichtung und mindestens ein Widerstandselement mit einer ohmschen Impedan^aufweist, die wesentlich größer ist als eine olimsche Impedanz in Reihe mit der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung in dem ersten Schaltungszweig, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung in gesättigtem, 1 eitungsfähigem Zustand zu hatlten, wenn die Spannung unter dem vorbestimmten Spannungspegel liegt, und um die zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung bei dem vorbestimmten Spannungspegel aus der Sättigung zu bringen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

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Fig.l eine schematische Schaltungsanordnung gemäß dem oben angeführten Stand -äer Technik;

Fig.2 zwei Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig.i dargestellten Schaltung, in denen die Belastbarkeit über der Speisespannung aufgetragen ist;

Fig.3 eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig,h Kurven für Schaltungen gemäß der Erfindung, beispielsweise der in Fig.3 dargestellten Schaltung, wobei ebenfalls die Belastbarkeit über der Speisespannung aufgetragen ist; Fig.5 Kurven, in denen der Nennstrom (in Ampere) über der Speisespannung aufgetragen ist, um die Strombegrenzung zu vergleichen, die mit den in den Figuren 1 und 3 dargestellten Schaltungen erreichbar ist; und

Fig.6 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer ausführlicher dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

In Fig.i ist ein typisches Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Der Transistor 10 ist der Hauptleistungs-Schalttransistor, dessen Kollektor-Emitter strecke zwischen eine Gleichstromquelle 12 und einen Verbraucher Ik geschaltet ist. Die Basis des Transistors 10 ist mit einer Transistor-Ansteuer-Schaltung 15 verbunden. Die Ansteuer-Schaltung ist auch an die Spannungsquelle 12 und an einen Transistor 16 angeschlossen, an dessen Basis Ein - AUs -Signale angelegt werden. Der Teil 18 der Schaltung stellt eine Einrichtung zur Strombe grenzungsregelung dar, d.h., um den Betrieb der Ansteuer-Schaltung 15 entsprechend dem Verbraucherstrom zu regeln , (der durch einige nicht dargestellte Sensorftn gefühlt wird).

Bei Betrieb der in Fig.i dargestellten Schaltung wird ein Basis-Ansteuerstrom an den Transistor 16 angelegt und dadurch über die Ansteuerschaltung 15 eine Sättigung des Transistors 10 erreicht. Der Strom wird dann an den Verbraucher lh abgegeben« Der Nenn — Strompegel wird durch eine Einrichtung in dem RegW*' 18 mit einem Bezugspegel verglichen. Der Regler 18 spricht auf Unterschiede zwischen dem Nennstrompegel und dem Bezugspegel an und ändert die ··. Transistor-Ansteuer-Schaltung. Wenn die Verbraucher-Impedanz so

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niedrig ist, daß der Verbraucherstrom versucht, den Bezugspegel zu überschreiten, dann verringert der Regler 18 den Basis-Ansteuerstrom am Transistor 10 bis auf einen festen Grenzwert. Bei einem kurzgeschlossenen Verbraucher liegt die gesamte Speisespannung über den Transistor 10 mit dem 1,4-fachen über ihn fließenden Nennstrom an, wodurch an den Transistor 10 erhebliche Anforderungen hinsichtlich der Verlustleistung gestellt werden.

Die Bedeutung der Transistorverlustleistung wird anhand der Fig. 2 erläutert. Ein Schalter für einen lOA-Nennstrom hat einen ηormalerweise bei Transistoren geforderten Verlustleistungswert für eine kurzgeschlossene Last, wie das in Fig. 2 mit der Kurve A dargestellt ist. Die Dauer einer Störung ist typischerweise durch die vorbeschriebene Auslöse-Schaltung auf maximal 3 see begrenzt. Die Verlustleistungswerte der Fig. 2 sind für Spannungen bis zu 80Vdargestellt. Die Spannungen über 35V - wenn die Nenn-Speisespannung 28V beträgt - sind Einschalt-Überspannungen.

Hit Fig. 2, Kurve B ist die Verlustleistung eines der größten im Handel befindlichen Transistoren 2N2117 (Westinghouse Typ 125) dargestellt. Die Zunahme der Transistor-Belastbarkeit über 45V beruht darauf, daß es sich bei diesen Spannungan um Übergangswerte handelt. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, kann der Transistor 2N2117 die geforderte Verlustleistung für Spannungswerte über ungefähr 30V nicht zuverlässig verarbeiten.

Da keine Transistoren verfügbar sind, die die sonst verlangte Belastbarkeit verarbeiten, ist der Strombegrenzungspegel notwendigerweise gesenkt worden. Das heißt, der Strombegrenzungsregler 18 muß Elemente aufweisen, die den maximalen Strompegel für tjberspannungszustände erniedrigen, um die erforderliche Verlustleistung des Trans jet or s lo zu begrenzen. Das Ergebnis ist eine zwar betriebefähige Schaltung, die jedoch bei einer Störung früher als erwünscht ausschaltet, nur, um den Leistungstransistor zu schützen. In Fig. 5, Kurve C ist der maximale Verbraucherstrom (in Ampere) über der Speisespannung für bekannte Schaltungen dargestellt, aus der der notwendige Stromabfall bei

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Spannungen über 30V zu ersehen ist. Die Schaltungen, "beispielsweise die in Pig_ol dargestellten sind dann in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt, trötzden sind aber große, teuere Leistungs transistoren erforderlich.

In Pig,3 ist eine Schaltungsanordnung gemäß derErfindung dargestellt. Eine statische Schalt-und Verstärkungseinrichtung, der Transistor Ql, der in dem Ausführungsbeispiel ein NPN-Transistor ist, ist der Hauptleistungstransistor zwischen der Gleichstromquelle 12 und dem Verbraucher 14; der Kollektor des; Transistors Ql ist über einen Widerstand Ri mit einem an die Gleichstromquelle angeschlossenen Schaltungspunkt 40 und sein Emitter ist. mit einem Verbraucher-Schal tungspunlct 41 verbunden. Mit einem Schaltungspunkt 42 auf der Verbraucherseite des Widerstands Ri iat eine Gruppe von Elementen angeschlossen, die ein Paar zu einem Darlington-Verstärker geschaltete NPN-Transistoren Q2 und Q3 aufweisen, deren Kollektoren gemeinsam über einen Widerstand R6 mit dem Schaltungspunkt 42 verbunden sind. Die Basis des Transistors Q3 1st über einen Widerstand RIO, die Basis des Transistors Q2 (und der Emitter des Transistors Q3) über einen Widerstand RIl und zusätzlich der Emitter des Transistors Q2 mit einer Leitung 43 verbunden. Die Basis des Transistors Q3 ist über eine in Sperrrichtung geschaltete Zener-Diode CR3 mit dem Verbraucherschal tungspunkt 41 verbunden. Ein Widerstand R7 ist zwischen den Verbrauchers chaitungspunkt 41 und die Leitung 43 geschaltet. Aus Bequemlichkeit werden diese Elemente innerhalb der geschlossenen gestrichelten Linie 44 manchmal als L'eistungs-Teilungsnetzwerk bezeichnet.

Eine Transistor-Ansteuer-Sehaltung 15 besitzt einen Ausgang, der mit der Basis des Transistors Ql verbunden ist, und einen weiteren Ausgang, der mit dem Kollektor eines Transistors Q14 vorbundoi ist, der ein NPNJ-Transistor zur Ein - Aus - Regelung ist. Die Ansteuerschaltung 15 kann, und ist es vorzugsweise auch, gemäß der Anmeldung Serial No, (T/.E,case 42,462) ausgeführt .

sein. Die Ansteuersjclialtung 15 hat einen weiteren Ausgang, der über einen 1/iderstand 118 mit der Basis dos Transistors Q3 verbunden ist; sie besitzt Eingänge von dom Speisospannungspunlct 40,

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von dem Leistungs-Teilungs-Netzwerk 44 auf der Leitung 43 und von einem Schaltungsteil 28, der als Strombegrenzungsreglia? zu bezeichen ist.

Der Strom-Begrenzungsregler 28 weist einen OfMfettionsverstärker Zl auf, dessen Ausgang mit der Ansteur-Schaltung über einen Widerstand R9 verbunden ist. Der Verstärker Zl wird von dem Schalt punkt 40 versorgt und ist auf seiner Niederspannungsseite über einen Widerstand R5 mit Erde verbunden. Der Verstärker Zl hat einen positiven Eingang, der über einen veränderlichen Widerstand R2 mit dem Schaltungspunkt 40 verbunden ist, und einen negativen Eingang, der mit dem Schaltungspunkt 42 verbunden ist» Der Schaltungszweig mit dem Widerstand R2 weist eine Serienschaltung aus den Widerständen R3, R4 und R5 auf. Eine Zener-Diode CRl ist in Sperrichtung zwischen den Schaitungspunkt 40 und einen Schaltungspunkt zwischen den Widerständen R3 und R4 geschaltet. Eine weitere Zener-Diode CR2 ist in Sperrichtung zwischen den Schaltungspunkt 40 und einen Schaltungspunkt zwischen den Widerständen R4 und R5 geschaltet.

Wenn im Betrieh der Transistor Q14 angeschaltet ist, wird der Basis—Ansteuerstrom dem Transistor Ql zugeführt. Der Basis-Ansteuerstrom an den Transistor Ql wird von der Strombegrenzungsregelung 28 im allgemeinen auf dieselbe Weise geregelt, wie vorher in Verbindung mit Fig.l beschrieben. Eine genauere Beschreibung der Arbeitsweise von bevorzugten Ausführungsformen des Reglers 28 erfolgt später.

Die Ansteuer-Schaltung 15 ist demgemäß so angeordnet, daß ein fester Basis—Ansteuer—Strom über den Widerstand R8 an der Basis des Transistors Q3 anliegt, um die zu einem Darlington-Verstärker zusammeiigeschaltetoii Transistoren Q2 und Q3 normalerweise in Sättigung zu halten. Während des Strombegrenzungs-Betriebs befindet sich der Transistor Ql nicht in Sättigung; die Spannung an dem Transistor Ql erscheint an den Widerständen R6 und R7. Die Werte der Widerstände R6 und 117 können ohne weiteres so gewählt werden, daß eine wesentliche Verringerung der Verlustleistung in dem Transistor Ql verwirklicht worden. Wenn aber die Transistoren Q2 und

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Q3 nicht vorhanden sind und wenn die Werte der Widerstände R<6> vn&

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R7 so gewählt sind, daß der volle Verhraueherstrom (d.h. der £,5— fache Nennverbrauclierstrom) bei einer tatsächlichen Übersp«BmiiQg am Eingang von 80V anliegt, würde die Verringerung der Verlustleistung in dem Transistor Ql bei de« nominellen Eingangs—Spa»- nungspegelri nicht wesentlich sein» Mit Hilfe der in Figi3 dargestellten Sciialtungsaiiordnungen kommen die Transistoren Q2 und Q3 aber für den schlimmsten; FaIl^ wenni die Verbrameher—Impedanz SPaIl ist, bei einem E£ngangs-S pannwtgspegel Vl aus der Sättiigiu^^ sa daß sie einige Leistung verbrauchen «ad eine günstigere Wa&JL öieärrigerer Widerstandswerte für die Widerstände R6 und Rt möglicli ist. Eine Regelung des Pegels Vl dler Überspannung, bei dem due transistoren Q2 und Q3 aus der Sättigung kommen, erfolgt mittels derZe— ner-Diode CR3 und des Widerstands R?.

Die Schaltung ist also so ausgelegt, daß sie eine Änderung der Zustände über und unter einer ausgewählten Spannung Vi bewirkt. Für Eingangs-Spannungszustände über dem Spannungspegel Vi wird die geschlossene Stromftegrenzungsschleife von dem Verstärker Zl und dem Transistor Qi geregelt. Für Eingangs-Spanmmgspegel über dem Spannungspegel Vi wird die geschlossene Strombegrenzungsschleife durch die Zener-Diode CR3, die Widerstände ß6, R7 und die Transistoren Ql und Q2 geregelt.

Für die Fälle ,in denen der Verbraucher injOer Schaltung keine NuIl-Inpedanz ist (d.h. ein kurzgeschlossener Verbraucher), kann die tatsächliche Speisespannung den Spannungswert Vl übersteigen, da einige Spannung an dem Verbraucher liegt, bevor die Transistoren Q2 und Q3 aus der Sättigung kommen. Der größte Teil der Beschreibung sowie die Kurven in den Figuren 2, h und 5 betreffen den schlimmsten Fall eines Null-Impedanz-Verbrauchers.

In den Figuren h und 5 ist die Ausführung von Schaltungen gemäß der Erfiiümg dargestellt. Wenn der Spannungswert Vl so gewählt ist, daß er bei 50V liegt, und wann der Gesamtwert der Widerstände R6 plus R7 so gewählt ist, daß or bei dem 1,2-fachen dos Nennwlderstandswcrtcs des Verbrauchers liegt, dann sind die Werte der Wi-

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derstände R6 und WJ in einem 10A/28V"—System gleich 28v,/lQa, mal 1,2.oder 3,4 Ohm» Für eine solche Schaltung sind die Verlust-Tjzw. Be^lastbarkeitspegel in Fig.4 dargestellt. In der Kurve D ist die geforderte Transistor-Belastbarkeit dargestält, die gut mit
2113773-Transistoren, wie in Kurve E dargestellt, oder mit ähnlichen preiswerten Einrichtungen erreichbar ist. In Fig.Λ, Kurve D links von den 1/erten 50V ist die Belastbarkeit bzxyr. die Verlustleistung wiedergegeben, die von dem Transistor Ql gefordert wird, während rechts von den Werten 50V die Belastbarkeit wiedergegeben ist, die von den Transistoren Q2 und Q3 erx/artet wird. Der Unterschied in den Belastbarkeits—bzxf. Verlustleistungswerten. derKur-.... ve D in Fig.4 imü der Kurve A in.Fig,2 ergibt sieh daraus, daß die Verlustleistung von den Widerständen R6 und R7 verarbeitet wird.. Die in Fig.3 dargestellte Schaltung erfordert keine Beschneidung der Strombegrenzung bei hohen Spannungen. Die Strombegrenzung kann auf dem 1,4-fachen Nennstrom bis zu und sogar über einen Eingang von 80V hinaus bewahrt werden, wie durch Kurve F in Fig,5 dargestellt, die der in Fig,.5 dargestellten Kurve C der Belastbarkeit bekannter Schaltungen gegenübergestellt ist; eine der Kurve C
ähnliche Kurve ist auch in dem vorerwähnten Artikel von Dickey
wiedergegeben·, .

Eine tatsächliche Schaltuiigsausführung gemäß der Erfindung, öie
mit Erfolg betrieben worden ist, ist in Fig.6 dargestellt. Diese Schaltung ist für optimalen Betrieb mit ohne weiteres verfügbaren, sparsamen Elementen aufgebaut, Wenn möglich, sind dieselben Bezugszeichen und/oder Bezugsbuchstaben wie in Fig,3 verwen*- det, obwohl zusätzliche Elemente dargestellt sind.

In der folgenden Tabelle sind die einzelnen verwendeten Elemente aufgeführt.

Widerstand Bl 0,005 Ohm

Speisespannung + 28V, Gleichspannung (Nenn)

Transistor Ql und Teilungsnetzwerk 44

Transistoren Ql und Q2 " 2N3773

Transistor Q3 2N3441

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Zener-Diode CR3	5,6V Durchbruchspannung
Widerstand R6	3,0 Ohm
Widerstand R7	0,4 Olim
Widerstand R8	15 Ohm
Widerstand RIO	1000 Olim
Widerstand RIl	100 OhEi
Dioden CR8 und CR9	1N4001
Transistor-Ansteuersidialtung 15
Transistor Q4	2N379O
Transistor Q5	2N3441
Transistor Q6	2N4928

Transistor Q7 und Transformator Tl

Dioden CR'i, CR5, CR6 und CR7 Zener-Dioden CRIl und GR12

Qprft tioiisverstärker Zener-Diode CRl Zener-Diode CR2 Widerstand R2 Widerstand R3 Widerstände ΓΛ und-115 Widerstand R9 Widerstand Rl7

11:1 Wicklungsvorliältnis, Core Magnetics Inc. Typ 5056-ID

62V Durchbruchsspannung

Kondensator C2	100 juF
Widerstand R21	100 Ohm
Widerstand R22	560 0hm
Widerstand R23	1000 Ohm
Widerstand R24	47 Ohm
Widerstände RIl und R12	5100 Olim
Kondensator C4	5,6 pF
Ein - Aus - Regelschaltung 16
Transistoren Q9 und QlO	2N3020
Widerstand R21	1 k.Ohiii
Widerstände 1122 und R24	20 lc.Oliiii
Widerstand R23	80 Ohm
Stroin-Be^renzungsregeler 28

Typ 101Λ

6_t ^lkV Durchbruclispamiung i oV Durchbruchs paimung 200 Olim, veränderlich 10 Ic.Olim

1 k.Ohm

2_fh k.Olim

200 Ohm

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Widerstand 1118 10 K Olim

¥iderstand R2C " 2000 Ohm

Zener-Diode CR4 3,3V Durchbroiehspannung

Kondensator Cl 5,6

Kondensator C5 5 pF

Kondensator C3 0,i «P

Die Schaltung arbeitet wie vorb es einleben und ist in der Kxirve D der Pig.4 (innerhall) der Belastbarkeit der 2II3773 Transistoren) uiic in der Kurve P der Fig. 5 dargestellt (gld. climäßige Strombegrenzung hei dem 1,4-fachen Nennstrom über einem Versorgungs-Spannungsbereich von 10V bis 80V ). Bie Figuren gelten für einen kurzgeschlossenen Verbraucher.

Die vorbeschriebenen Schaltungen führen zu einer Kostenersparnis in Material von 60 bis 70 $ hei einem lOA-Schalter oder einer Tirgpaniis von ungefähr 50 fo der Materialkosten verglichen mit den bisher hekannten Schaltungen, die noch dazu nicht so gut arbeiten. Schalter für höhere IJennströme (beispielsweise 30A) für ferngesteuerte Leistungsregler sind dann ebenfalls wirtschaftlich herstellbar. Die Gesaintsehaltung ist in Eybrid-Techiiik ausführbar und hat auf Grund der größeren Anzahl und des größeren Dbrrflä— chenbereichs der leistungsverbrauchenden Elemente eine bessere yämeunterdrückharkeit gebracht.

Der in den Figuren 3 und 5 dargestellte Strombegrenzungsregler stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, die gegenüber dem Stand der Technik gewisse Vorteile aufweist. In Fig.3 ist eine Grundausführungsform wiedergegeben, während Fig.6 bereits weitere in der Praxis angewandte Feinheiten aufweist.

Der in Fig.6 dargestellte Regler . 28 arbeitet mit einem Verbraucherstromsignal, das auf Leitungen 70 und 71 hervorgebracht ist, die mit den Schultuiigspunkten 40 bzw. 42 verbunden sind. Von verschiedenen, allgemein bekannton Verfahren, den Strom zu fühlen, stellt der üobeiischlußwiderstand die einfachste unä leichteste (Gowichtr;—)/inn;lhcruiiR dar» Dor Spannungsabfall an dom Ncuen-

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schlußwiderstand III kann kleinjgemig gemacht werden (beispielsweise 50eiV bis lOOmV), so daß ein Wirkungsgrad erhalten wird, der mit anderen Strom-Fühltechniken einschließlich der Bimetallschalter oder- magnetischer Einrichtungen vergleichbar ist.

Die Funktion des Reglers 28 beim Vergleich der äch aus dem gefühlten Verbraucherstrom ergebenden Spannung mit einer (von der Zener-Diode CRl erzeugten) Bezugsspannung entspricht im wesentlichen den bekannten Anwendungen von Funfctionsverstärkern„ insbesondere von Funktionsverstärkern in integrierter Schaltung»— technik. Die Leistungsfähigkeit der in Fig,6 dargestellten Gesatatschaltung wird eindeutig durch die Lage des Nebenschlußwi— derstands beeinflußt. Im Unterschied zu der vorerwähnten, in dem Artikel von Dickey beschriebenen Schaltung, in der ein solcher Hebenschlußwiderstand auf der Belastungseite des Hauptlei— stungs-Transistors angeordnet ist, hat sich herausgestellt, daß es vid vorteilhafter ist, den Nebenschluß ( den Widerstand Rl und die Leitungen 70 und 71) auf der Versorgungseite des Lei stungs-Transistors anzubringen. Dies beruht darauf, daß ein Nebenschluß, der auf der Verbraucherseite angeordnet ist, auf irgendeinem Spannungspegel zwischen der Gleichstromquelle und der Erde in Abhängigkeit von der Verbraucher-Impedanz liegen kann. Wenn der Nebenschluß auf diese Weise "schwimmend" ist, muß die Schaltung, um die Spannung an dem Nebenschluß zu fühlen, eine hohe Gleichtakt—Spannungsunterdrüclcung besitzen, die nur bei größeren Aufwand , größerer KomplizieiÜieit und höheren Kosten erhalten werdim kann.

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Claims

Pa~t ent anspräche;

Vorrichtung zur Regelung der Gleichstromleistung von einer Gleichstromquelle zu einem Verbraucher, mit einer ersten sta— * "tischen Schalt- und Verstärker einrichtung mit ersten und zweiten Elektroden, die in einem ersten Schaltungszweig zwischen die Gleichstromquelle und dem von der Gleichstromquelle zu versorgenden Verbraucher geschalte-fc sind, und mit einer dritten Steuerelektrode sowie mit einer Einrichtung zur Ansteuerung der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinriehtung mit einem Leitungsstrompegel, der von dem an der Gleichstromquelle herrschenden Verbraucherstrompegel be stimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungs-Teilerschaltung (44) parallel zu der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql) zwischen die Gleichstromquelle (12) und den Verbraucher (14) geschaltet ist, daß die Leistungsteilerschaltung (44) Leistung bei einem ersten niedrigen Pegel verbraucht, solange die Spannung an der Stromquelle unter einem vorbestimmten Pegel liegt, und Leistung bei einem zweiten höheren Pegel verbraucht, wenn die Spannung an der Spannungsquelle (12) über einem vorbestimmten Pegel liegt, daß die Leistungsteilerschaltung (44) mindestens eine zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql bzw.Q2) und mindestens ein Widerstandselement (r6 bzw.R7) mit einer ohmschen Impedanz aufweist, die wesentlich großer als eine ohmsche Impedanz in Reihe mit der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql) in dem ersten Schaltungszweig, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die zusätzliche statische Schalt— und Ver stärkereinrichtung in gesättigtem, Ieitungsfähigem Zustand zu halten, wenn die Spannung unter dem vorbestimmten Spannungspegel liegt, und um die zusätzliche statische Schalt- und Vorstärkereinrichtung bei einem vorbestimmten Spannungspegel aus der Sättigung zu bringen.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Schalt- und Verstärkeroinrichtuiigon Transistoren

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sind, daß mindestens eine zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung ein Paar Transistoren (Ql,Q2) aufweist, die zu einem Darlington-Verstärker geschaltet sind, daß mindestens ein tfiderstandselement einen ersten i/iderstand (ll6) auf der Seite (²±2) der Gleichspannungsciuelle der Leistungsteilerschal tung (hh) und einen zweiten Widerstand (R7) auf der.Verbraucherseite (41) der Leistungsteilerschaltung (hh) aufweist,

3. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ansteuerung der ersten statischen Schalt- und Verstärlcereinrichtung (Ql) eine Strombegrenzungs-Regeleinrichtung (28) aufweist, durch die sichergestellt ist, daß der Leitungspegel der Schalteinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Maximalpeä&s bleibt, und daß eine Einrichtung (Bl) zum Fühlen des Leitungsstrompegels vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fühlen des Leitungsstromnegels einen Nebenschlußwiderstand (ßl) aufweist, derfin den ersten Schaltungszweig zwischen die Gleichstromquelle (12) und die erste statische Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql) geschaltet ist, wobei der Nebenschlußwidefstand (ill) und das einzige Impe danzelement in lieihe mit der Vorrichtung (¹^t) in den ersten Schaltungszweig liegt. *

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

StronregeMnrichtxmg (28) einen Operationsverstärker (Zl) zum

x)

Vergleich einer Spanning aufweist, die sich aus dem Strom ergibt, der von der Einrichtung zum Fühlen einer Bezugsspannung gefühlt wird, und der, wenn die gefühlte Spannung einen vorbestimmten Wert bezüglich der Bezugsspannung überschreitet, das Signal für die Steuerelektrode der zu ändernden statischen Schalt- und Verstärlceninrichtiiiig (hh) auslöst.

x) einer Bezugsspannung mit

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L e e r s e i t e