DE2213243A1

DE2213243A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung

Info

Publication number: DE2213243A1
Application number: DE19722213243
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl Ing Arnold
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1972-03-18
Filing date: 1972-03-18
Publication date: 1973-09-20
Also published as: GB1387379A; DE2213243B2

Description

: BFiOWN, BOVER! & GIE . AKTIENGESELLSCHAFT i. ^{: ;} - ■ i %#

(,"ANWHEiM ■ BROWN ßOVERl

j Mp.-Nr. 514/72 Mannheim, den 7. Febr. 1972

PAT- Mn/St.

"Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung"

j Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungs= | begrenzung der einem nachgeschalteten Verbraucher zugeführten ' Spannung mittels einer oder mehrerer den Verbrauchern parallel geschalteten Zenerdioden.

Derartige Schaltungsanordnungen werden beispielsweise dazu be= nutzt, um die Spannung zwischen den beiden Leitern einer zwei= poligen Leitung zu begrenzen. Diese Leitung ist Teil eines Stromkreises für Regelgeräte, Stellglieder, Meßgeräte u.a.m., der Kit Maßnahmen zur Begrenzung des Stromes in diesem Strom= j kreis eigensicher gemacht wird, d.h. gefahrlos für die Benutzung !

in explosibler Ungebung. Strom und Spannung im Stromkreis werden ^! auf einen derart geringen Wert begrenzt, daß auch bei störungs= j mäßigem Kurzschluß oder bei Leitungsunterbruch kein Zündfunke entsteht.

In einer bekannten Schaltungsanordnung (BBC-Prospekt GEG 1001a (371.5) hd:.-(Ex) i-Trennstufe) wird die Spannungsbegrenzung mittels einer parallel zu den beiden Leitungen des Stromkreises geschalteten Zenerdiode erreicht, der aus Gründen der Sicher= heit eine zweite Zenerdiode über einen Widerstand parallel ge= schaltet ist.

Nachteilig an dieser Schaltungsanordnung ist_r daß die Betriebs= spannung nicht umgepolt v/erden darf, weil dann die Zenerdioden in Durchlaßrichtung betrieben werden und die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung zum zu sichernden Stromkreis hin auf den Wert ihrer Durchlaßspannung von ca. 0,7 V begrenzen. Aus dera gleichen Grund ist auch die Speisung mit Wechselspannung

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für nachgeschaltete WechselstroirJcreise nicht möglich.

Für den Betrieb in Wechselstromkreisen wurden bisher zwei für verschieden gepolte Betriebsspannung ausgelegte Schaltungsanord= nungen dieser Art zusammengeschaltet (Prospekt Liste E 71/ STAHL-elektronik der Fa. R.Stahl-Schaltgerätewerk, Künzelsau: S.18, (Ex) i-Zenerbarrieren). Der Kachteil besteht aber darin, daß hierzu die doppelte Anzahl von Zenerdioden bzv/. zwei Geräte (Zenerbarrieren) mit entgegengesetzter Polung der Zenerdioden be= nötigt werden, wodurch sich der Preis dieser Begrenzerschaltung

sehr verteuert. !

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Span= nungsbegrenzung mittels Zenerdioden zu schaffen, welche sowohl : mit Wechselspannung als auch mit Gleichspannung von unterschied= j licher Polarität betrieben werden kann und einfach herzustellen ! ist.

Erfindungsgeraäß wird dies dadurch erreicht, daß wenigstens eine | Zenerdiode vorgesehen ist, der eine aus vier ringartig miteinander verbundenen Dioden bestehende Gleichrichterschaltung, bei der jeweils zwei Dioden an ihren Kathoden und jeweils zwei Dioden an !

ihren Anoden miteinander verbunden sind, während eine Verbindung \ jeweils zwischen Anode und Kathode von zwei Dioden an zwei weite=

ι ren Anschlußpunkten gegeben ist, in der Weise zugeordnet ist, daß die Kathode der Zenerdiode mit dem gemeinsamen Kathodenan= Schluß von jeweils zwei Dioden und die Anode der Zenerdiode mit ; dem gemeinsamen Anodenanschluß von jeweils zwei Dioden verbunden j ist und daß jede Ausgangsklemme unmittelbar oder über wenigstens ! einen Widerstand jeweils mit einem der beiden übrigen Anschluß= punkte verbunden ist.

Anstelle eines Brückengleichrichters ist ebenfalls die Verwendung von vier Einzeldioden in derselben Anordnung möglich.

Diese Schaltungsanordnung bietet den Vorteil, daß je nach Art des'

nachgeschalteten Stromkreises eine Speisung entweder mit Wechsel= spannung oder Gleichspannung von unterschiedlicher Polarität mög= lieh ist, ohne daß d'e Zenerdiode in Durchlaßrichtung betrieben ' wird.

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Pat 4 Γ t WO.ICOaO/KE)

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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher be= schrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Herstellung eines

eigensicheren Stromkreises aus einem nicht eigensicheren, j Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. In Fig. 1 ist Eingangsklemme 1 über eine Sicherung 3 mit der Ka= thode einer Zenerdiode 4 verbunden, die über einen Xtfiderstand 5 mit der Kathode einer zweiten Zenerdiode 6 und über einen Wider= stand 7 mit der Ausgangsklemme 8 verbunden ist. Die Anoden der Zenerdioden 4 und 6 sind mit der Ausgangsklemme 9 sowie der An= schlußklemme 10 für das Bezugspotential verbunden. Die Eingangs= klemme 2 ist die eingangsseitige Verbindung zum Bezugspotential.

Die Schaltung funktioniert wie folgt: Der vorgeschaltete, nicht eigensichere Stromkreis mit der Betriebsspannungsquelle (beide nicht eingezeichnet) ist an die Eingangsklemmen 1,2 angeschlossen.! Es kann nur Gleichspannung mit vorgeschriebener Polarität verwen= det werden; in der gezeigten Schaltung ist Eingangsklemme 1 stets j mit positiver Spannung zu verbinden, da sonst die Zenerdioden 4,6 i die Spannung zwischen den beiden Ausgangsklemmen 1,8 auf den Wert ihrer Durchlaßspannung von ca. 0,7 V begrenzen.

Bei richtiger Polung sind die Zenerdioden 4,6 für Spannungen, die kleiner als die sogenannte Zenerspannung sind, hochohmig, d.h. es fließt nur ein geringer Sperrstrom. Dies ist der normale Be= ' triebsbereich dieser Schaltungsanordnung.

Bei Eingangsspannungen an den Eingangsklemmen 1,2 von der Größe der Nennspannung der Zenerdioden fließt durch die Zenerdioden

in Zenerstrom, der soweit ansteigen kann, bis die Sicherung. · 3 durchschmilzt und den nichteigensicheren Stromkreis an den

ingangsklemmen 1,2 auf diese Weise abtrennt. Die Schaltungs= anordnung, dient zur Spannungsbegrenzung im eigensicheren Strom= kreis, der an die Ausgangsklemmen 8,9 angeschlossen wird. Dabei

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wird der Zenerdiodc 4 aus sicherheitstechnischen Gründen eine
zweite Zenerdiode 6 parallel geschaltet. Zur Begrenzung des
Stromes im eigensicheren Kreis dient der Widerstand 7.

In Fig. 2 ist die Zenerdiode 13 an den Brückengleichrichter 14
Kiit den Brückendioden 16,17,18 und 19 derart angeschlossen, daß
ihre Kathode mit dem Pluspol 27 und ihre Anode mit dem Hinuspol
28 verbunden ist. Jeve-ils einer der Brückenmittelpunktsan=
Schlüsse 22,23 des Brückengleichrichters ist mit dem zv/ischen
der Eingangskiemine 10 und der Ausgang «klemme 25 gelegenen Leitungsabschnitt bzw. mit de-r Rückleitung verbunden.

Aus sicherheitstechnischen Gründen ist - wie bereits anhand der ; Fig. 1 erläutert - eine zweite, in gleicher Weise mit der Zener= !

diode 15 und dem Brückengleichrichter 2p aufgebaute Anordnung j unter Einfügung des Entkopplungswiderstandes 12 dem Brücken= \ gleichrichter/parallel geschaltet. Die Sicherung 21 schützt die ; Schaltung vor strommäßiger Überlastung, während der Widerstand -^: 24 den Strom im eigensicheren Stromkreis, der an die Ausyangs= \ klemmen 25,26 angeschlossen wird, auf ungefährliche Vierte begrenzt,

Liegt an Eingangsklemme 10 positive Betriebsspannung, so fließt der Zenerstrom der Zenerdiode 13 über die Brückendioden 16,19 ; zur Ausgangsklemrne 26. Die Spannung an den leerlaufenden Aus= j geingsklemiuen 25,26 ist maximal die Summe aus der Zenerspannung \ an Zenerdiode 13 und der Durchlaßsparmung der beiden Brücken= I

dioden 16,19. I

Wird Eingangsklemme 10 mit dem negativen, Eingangsklemme 11 i dagegen mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsguelle ver= j bunden, so fließt der Zenerstrom der Zenerdiodo 13 von Ausgangsklemme 26 über die Brückendioden 18, 17. ,

Folglich kann auch Wechselspannung an die Ausgangsklemmen 11,12 ;

angelegt und an den Ausgangsklemmen 25,26 abgenommen werden, '

ohne daß die Funktion der Schaltungsanordnung beeinträchtigt ; wird.

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Claims

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung der einem nach= ^: geschalteten Verbraucher zugeführten Spannung mittels einer , oder mehrerer dem Verbraucher parallel geschalteten Zener= ■ dioden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Ze= ; nerdiode vorgesehen ist, der eine aus vier ringartig mitein= , ander verbundenen Dioden bestehende Gleichrichterschaltung, bei der jeweils zv/ei Dioden an ihren Kathoden und jeweils zwei Dioden an ihren Anoden miteinander verbunden sind, während eine Verbindung jeweils zwischen Anode und Kathode von zwei Dioden an zv/ei weiteren Anschlußpunkten gegeben isti in der Weise zugeordnet ist, daß die Kathode der Zenerdiode mit dem gemeinsamen Kathodenanschluß von jeweils zv/ei Dioden und die Anode der Zenerdiode mit dem gemeinsamen Anodenan= Schluß von jeweils zwei Dioden verbunden ist und daß jede Ausgangskleirime unmittelbar oder über wenigstens einen Wi= derstand jeweils mit einem der beiden übrigen Anschlußpunkte verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich= net, daß anstelle des Brückengleichrichters Einzeldioden in gleicher Anordnung wie im Brückengleichrichter verwendet werden.
3. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 bei in explosibler Umgebung verlegten Stromkreisen*

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