DE2248602C3 - Circuit arrangement for securing voltage-regulated power supplies - Google Patents
Circuit arrangement for securing voltage-regulated power suppliesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Sicherung von spannungsgeregelten Netzteilen bei elektronischen Geräten gegen Kurzschlüsse im Ausgangskreis, wobei die Netzteile eine Gleichrichterbriikke enthalten, die über eine als regelbarer Widerstand ausgebildete Transistorkombination mit einem Ausgang verbunden ist, und einen Differenzverstärker, an dessen einem Eingang eine Referenzspannung liegt und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang verbunden ist und dessen Verstärkerausgang die Transistorkombination ansteuert, bei welcher Schaltungsanordnung die Ansteuerung der Transistorkombination bei Zusammenbrechen der Ausgangsspannung an dem Ausgang verhindert wird.The invention relates to a circuit arrangement for securing voltage-regulated power supplies electronic devices against short circuits in the output circuit, whereby the power supply units have a rectifier bridge contain the transistor combination designed as a controllable resistor with an output is connected, and a differential amplifier, at one input of which is a reference voltage and whose other input is connected to the output and its amplifier output is the transistor combination controls the circuit arrangement in which the control of the transistor combination in the event of a breakdown the output voltage at the output is prevented.
Es ist bekannt, bei spannungsgeregelten Netzteilen Strombegrenzerschaltungen vorzusehen, die im Falle eines Kurzschlusses im Ausgangskreis den Strom auf einen zulässigen Wert begrenzen. Durch diese StrombeIt is known to provide current limiting circuits in voltage-regulated power supplies, which in the case of In the event of a short circuit in the output circuit, limit the current to a permissible value. Through this Strombe
grenzungsfunktion werden jedoch die Spannungsregelglieder sehr stark beansprucht Es kann dann geschehen, daß die Spannungsregelglieder (Transistoren) durchbrennen und dann einen Stromdurchgang freigebea In diesem Falle würde am Ausgang des Netzteiles die volle ungeregelte Spannung anliegen. Das wiederum könnte zu einer Zerstörung der von dem Netzteil gespeisten elektronischen Bauteile, z. B. integrierter Schaltkreise, führen.limiting function, however, the voltage regulating elements are very heavily stressed It can then happen that the voltage regulating elements (transistors) burn out and then a passage of current is released a In In this case, the full unregulated voltage would be present at the output of the power supply unit. That in turn could to the destruction of the electronic components fed by the power supply, e.g. B. integrated circuits, to lead.
Es ist daher bekannt, bei solchen Geräten eine zusätzliche Schaltungsanordnung zur Sicherung des Netzteiles gegen Kurzschluß im Ausgangskreis vorzusehen. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (US-PS 3122 697) erfolgt eine Regelung der Ausgangsspannung mittels eines Differenzverstärkers, an dessen einem Eingang eine Referenzspannung anliegt, die beispielsweise durch eine Zenerdiode auf einem festen Wert gehalten wird, und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Netzteiles verbunden ist Der Ausgang des Differenzverstärkers steuert eine Transistorkombination an, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Regelschaltung liegt Um eine Sicherung gegen Kurzschlüsse im Ausgangskreis zu erzielen, ist der Ausgang des Differenzverstärkers zusätzlich über einen Transistor gegen Masse geschaltet Dieser Transistor ist über einen zweiten Transistor durchsteuerbar, dessen Basis mit dem Ausgang des Netzteiles verbunden ist Bei einem Kurzschluß im Ausganpkreis bricht die Ausgangsspannung des Netzteiles zusammen. Dadurch wird der letztere Transistor gesperrt und der Ausgang des Differenzverstärkers über den ausgesteuerten Transistor gegen Masse geschaltet Damit wird die Ansteuerung der Transistorkombination durch den Differenzverstärker verhindertIt is therefore known, in such devices, an additional circuit arrangement for securing the Power supply unit against short circuit in the output circuit. In a known circuit arrangement this Art (US-PS 3122 697) there is a regulation of Output voltage by means of a differential amplifier, at one input of which a reference voltage is applied, which is held at a fixed value, for example by a Zener diode, and the other The input is connected to the output of the power supply. The output of the differential amplifier controls a Transistor combination that lies between the input and the output of the control circuit The output of the differential amplifier is to protect against short circuits in the output circuit additionally connected to ground via a transistor. This transistor is connected via a second transistor controllable, the base of which is connected to the output of the power supply unit Output circuit breaks down the output voltage of the power supply unit. This makes the latter transistor locked and the output of the differential amplifier via the controlled transistor to ground switched This prevents the transistor combination from being controlled by the differential amplifier
Es kann auch vorkommen, daß ein Kurzschluß nur vorübergehend auftritt. Um zu verhindern, daß dann das Gerät vollständig abgeschaltet wird und erst von Hand wieder in Betrieb genommen werden kann, sind bei der US-PS 31 22 697 Vorkehrungen getroffen durch welche das Gerät nach Wegfall des Kurzschlusses automatisch wieder in Betriebbereitschaft gebracht werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der in regelmäßigen Abständen Steuerimpulse auf die Basis des Transistors gibt, der den Eingang des Differenzverstärkers an Masse legt Durch diese Steuerimpulse wird der Transistor kurzzeitig gesperrt. Die Transistorkombination kann dadurch kurzzeitig aufgesteuert werden.It can also happen that a short circuit occurs only temporarily. To prevent that then The device is completely switched off and can only be started up again by hand US-PS 31 22 697 takes precautions by which the device automatically after the short circuit has ceased can be brought back into operational readiness. For this purpose a pulse generator is provided which gives control pulses to the base of the transistor, which is the input of the differential amplifier, at regular intervals connects to ground These control pulses block the transistor for a short time. The transistor combination can thus be opened for a short time.
Wenn zu diesem Zeitpunkt der Kurzschluß weggefallen ist, bleibt der Transistor vom Ausgang des Netzteiles her gesperrt, so daß das Gerät wieder betriebsbereit ist.If the short circuit has ceased to exist at this point in time, the transistor remains from the output of the power supply unit blocked so that the device is ready for operation again.
Bei der bekannten Schaltung wird die Ansteuerung der als regelbarer Widerstand gebildeten Transistorkombination zwischen Eingang und Ausgang des Netzteiles dadurch verhindert daß der Ausgang des Differenzverstärkers über einen Transistor kurzgeschlossen wird. Dabei kann eine Fehlfunktion dadurch auftreten, daß der Transistor, z. B. durch einen Kontaktfehler, auch bei einem Zusammenbrechen der Ausgangsspannung nicht leitend wird. Ein solcher Fehler würde unbemerkt bleiben, da der Transistor im Normalzustand sowieso nicht leitend ist Es würden dann bei Auftreten eines Kurzschlusses im Ausgangskreis die vorstehend geschilderten Gefahren bestehen, daß nämlich die Spannungsregelglieder überlastet werden und einen ungehinderten Stromdurchgang freigeben, der zu einer Zerstörung der von dem Netzteil gespeisten elektronischen Bauteile führen könnte.In the known circuit, the transistor combination formed as a controllable resistor is controlled between the input and output of the power pack prevents the output of the Differential amplifier is short-circuited via a transistor. This can cause a malfunction occur that the transistor, e.g. B. by a contact error, even if the collapse Output voltage is not conductive. Such an error would go unnoticed because the transistor in the Normal state is not conductive anyway. It would then if a short circuit occurred in the output circuit the dangers outlined above exist, namely that the voltage regulating elements are overloaded and enable unhindered current passage, which can destroy the power supply unit powered electronic components.
Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine Fehlfunktion der Schaltungsanordnung sieht stets zur sicheren Seite hin auswirkt d. h, daß eine Fehlfunktion eine Unterbrechung der Stromzufuhr zum Ausgang bewirkt >Design circuit arrangement of the type mentioned in such a way that a malfunction of the circuit arrangement always looks to the safe side d. H, that a malfunction causes an interruption of the power supply to the output>
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß der Verstärkerausgang des Diffeienzverstärkers mit der Transistorkombination über einen Phototransistor eines optischen Kopplers verbunden ist dessen Lumineszenzdiode von der Ausgangsspannung gespeist <o istAccording to the invention, this object is achieved in that the amplifier output of the differential amplifier is connected to the transistor combination via a phototransistor of an optical coupler Luminescent diode fed by the output voltage <o is
Fehlfunktionen von Transistoren können entweder darin bestehen, daß der Transistor ständig gesperrt oder darin, daß er ständig leitet Die erstere Fehlfunktion entsteht dadurch, daß Kontakte des Transistors ir> unterbrochen sind. Die zweite Fehlfunktion entsteht vor allem durch Überlastung des Transistors. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung erfolgt eine Durchsteuerung des Phototransistors nur dann, wenn die Photodiode Spannung erhält Die Photodiode kann keine Spannung erhalten, wenn die Ausgangsspannung des Netzgerätes zusammengebrochen ist Das Leuchten der Lumineszenzdiode ist daher ein sicheres Anzeichen, daß kein Kurzschluß im Ausgangskreis aufgetreten ist Eine Fehlfunktion könnte nur in einem Ausfall der .") Photodiode bestehen, die zu einer Sperrung des Phototransistors und damit zu einer Unterbrechung der Stromzufuhr zum Ausgang führt Eiiese Fehlfunktion wirkt sich somit nach der sicheren Seite hin aus. Eine Fehlfunktion des Phototransistors kann bei geeigneter j» Dimensionierung ausgeschlossen werden, da der Phototransistor allenfalls vom Sättigungsstrom des Differenzverstärkers 10 beaufschlagt ist Eine Fehlfunktion des Phototransistors durch fehlerhafte Kontaktierung führt ebenfalls zu einer Abschaltung. Eine fehlerhafte is Ansteuerung des Phototransistors über die Basis ist nicht möglich, da der Phototransistor nur optisch von der Photodiode angesteuert wird.Malfunctions of transistors can consist either in that the transistor is permanently blocked or in that it is constantly conducting. The former malfunction arises from the fact that contacts of the transistor i r > are interrupted. The second malfunction is mainly caused by overloading the transistor. In the circuit according to the invention, the phototransistor is only switched through when the photodiode receives voltage could only consist in a failure of the. ") photodiode, which leads to a blocking of the phototransistor and thus to an interruption of the power supply to the output can be excluded, since the phototransistor is at most acted upon by the saturation current of the differential amplifier 10. A malfunction of the phototransistor due to incorrect contacting also leads to a shutdown ht possible because the phototransistor is only controlled optically by the photodiode.
Die erfindungsgemäße Schaltung bringt somit gegenüber dem Stand der Technik eine Verbesserung der Sicherheit auch bei Fehlfunktionen der elektronischen Bauteile.The circuit according to the invention thus brings an improvement over the prior art Security even if the electronic components malfunction.
Von der Ausgangsspannung des Differenverstärkers kann eine Kippschaltung beaufschlagt sein, von deren Entladestrom bei durchgesteuertem Differenzverstär- '·> ker die Transistorkombination periodisch ansteuerbar istFrom the output voltage of the differential amplifier, a flip-flop may be acted upon by the discharge at durchgesteuertem Differenzverstär- '·> ker the transistor combination is periodically controlled
Wenn die Ausgangsspannung infolge eines Kurzschlusses im Ausgangskreis praktisch wegfällt, dann wird der Differenzverstärker in die Sättigung gesteuert so Die hohe Ausgangsspannung des Differenzverstärkers beaufschlagt eine Kippschaltung. Es wird also praktisch ein Kondensator von der Ausgangspannung des Differenzverstärkers aufgeladen und, z. B. über eine Schottkydiode, periodisch entladen, wobei der Entlade- « strom die Transistorkombination ansteuert Wenn dann in diesem Zeitpunkt der Kurzschluß weggefallen ist, dann baut sich am Ausgang des Netzteiies wieder eine Spannung auf. Die Lumineszenzdiode erhält Spannung, leuchtet und hält dann über den Phototransistor den »0 Spannungsregelkreis geschlossen. Damit ist der ursprüngliche Betriebszustand wieder hergestellt.When the output voltage is due to a short circuit practically disappears in the output circuit, then the differential amplifier is controlled into saturation in this way The high output voltage of the differential amplifier acts on a trigger circuit. So it becomes practical charged a capacitor from the output voltage of the differential amplifier and, for. B. over a Schottky diode, periodically discharged, the discharge current controlling the transistor combination. If then At this point in time the short circuit has ceased to exist, then another builds up at the output of the power supply Tension on. The light-emitting diode receives voltage, lights up and then holds the »0 via the phototransistor Voltage control loop closed. The original operating status is thus restored.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung schaltet also den Ausgang des Netzgerätes im Falle eines Kurzschlusses ab. Es wird dann periodisch abgetastet h"' ob der Kurzschuß noch vorhanden ist Wenn der Kurzschluß weggefallen ist, wird das Gerät automatisch wieder in Betriebsbereitschaft gesetztThe circuit arrangement according to the invention therefore switches off the output of the power supply unit in the event of a short circuit. It is then scanned periodically h "'whether the short circuit is still present. If the short circuit has ceased, the device is automatically set to operational readiness again
Andere Ausgänge des Netzteiies können durch die an dem einen Ausgang vorhandene Schaltunganordnung mit überwacht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß ein Transistor parallel zu der Lumineszenzdiode geschaltet und von einer weiteren Ausgangsspannung des Netzteiies im sperrenden Sinne beaufschlagt istOther outputs of the power supply can be through the circuit arrangement present at one output to be monitored. One possibility is that a transistor is parallel to the light emitting diode is switched and acted upon by a further output voltage of the power supply in the blocking sense
Es kann aber auch ein weiterer Ausgang des Netzteiles mit niedrigerer Spannung gleicher Polarität «rie der erstere Ausgang über eine Diode parallel zu dem ersteren Ausgang bzw. zu der Lumineszenzdiode geschaltet sein.However, another output of the power supply unit with a lower voltage of the same polarity can also be used The former output was connected in parallel via a diode be connected to the former output or to the light emitting diode.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, die zusammen ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung darstellen.An embodiment of the invention is detailed below with reference to the drawings explained, which together is a circuit diagram of an inventive Represent arrangement.
Das erfindungsgemäße Netzteil enthält drei Gleichrichterbrücken, die von drei Sekundärwicklungen eines Transformators gespeist werden. Durch die drei Gleichrichterbrücken sollen Ausgangsgleichspannungen von +17 Volt, —17 Volt und +5 Volt erzeugt werden. Es wird zunächst die Regelung und Sicherung der 17-Volt-Spannung beschrieben.The power supply according to the invention contains three rectifier bridges, one of three secondary windings Transformer are fed. The three rectifier bridges should provide output DC voltages of +17 volts, -17 volts and +5 volts. First there is the regulation and backup the 17 volt voltage.
Die 17-Volt-Spannung wird geregelt durch einen Differenzverstärker 10 und zwar über eine Sensorleitung 12, über welche die Ausgangsspannung des 17-Volt-Ausganges auf einen Eingang des Differenzverstärkers 10 gegeben wird. Der Differenzverstärker vergleicht die Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung von einer geregelten Spannungsquelle 14. Die geregelte Spannungsquelle 14 enthält einen weiteren Differenzverstärker, welcher die Ausgangsspannung der geregelten Spannungsquelle vergleicht mit einer Zenerspannung. Das ist eine bekannte Schaltung. Die Stellglieder für die Spannungsregelung sind die Transistoren 16 und 18. Bei Kurzschluß erfolgt zunächst eine Strombegrenzung über einen Widerstand 20, der in Reihe mit der Transistorkombination 16, 18 im Ausgangskreis liegt Die an dem Widerstand 20 abfallende Spannung steuert einen Transistor 22, der wiederum den Transistor 16 im Sinne einer Strombegrenzung ansteuertThe 17 volt voltage is regulated by a Differential amplifier 10 via a sensor line 12, via which the output voltage of the 17 volt output to one input of the differential amplifier 10 is given. The differential amplifier compares the output voltage with a reference voltage from a regulated voltage source 14. The regulated voltage source 14 includes another Differential amplifier, which compares the output voltage of the regulated voltage source with a Zener tension. This is a well-known circuit. The actuators for voltage regulation are the Transistors 16 and 18. In the event of a short circuit, the current is initially limited via a resistor 20, which is shown in The series with the transistor combination 16, 18 in the output circuit is connected to the resistor 20 The falling voltage controls a transistor 22, which in turn controls the transistor 16 in the sense of a current limitation drives
Für die normale Spannungsregelung ist der Ausgang des Verstärkers 10 über einen Phototransistor 24, der einen Teil eines optischen Kopplers 24, 26 mit einer Lumineszenzdiode 26 bildet, an der Basis des Transistors 16, der wiederum den Transistor 18 im Ausgangskreis steuert Die Lumineszenzdiode 26 wird von der Ausgangspannung ebenfalls über die Sensorleitung 12 gespeist Bei einem Kurzschluß im Ausgangskreis fällt die Ausgangsspannung praktisch weg. Die Spannung an der Lumineszenzdiode fällt unter den Schwellwert, bei welchem die Lumindeszenzdiode 26 leuchtet Damit wird der Phototransistor 24 gesperrt Der Transistor 16 wird nicht mehr angesteuert, und der Transistor 18 schaltet den Ausgang ab.For normal voltage regulation, the output of the amplifier 10 is via a phototransistor 24, the forms part of an optical coupler 24, 26 with a light emitting diode 26, at the base of the transistor 16, which in turn controls the transistor 18 in the output circuit. The luminescent diode 26 becomes from the output voltage also fed via the sensor line 12 in the event of a short circuit in the output circuit the output voltage is practically no longer available. The voltage on the light-emitting diode falls below the Threshold value at which the lumindescence diode 26 lights up. The phototransistor 24 is blocked The transistor 16 is no longer activated and the transistor 18 switches off the output.
In diesem Falle geht der Verstärker 10 in die Sättigung. Die an dem Verstärkerausgang auftretende relativ hohe Spannung lädt einen Kondensator 28 über einen Ladewiderstand 30 auf, und zwar bis zur Durchbruchspannung einer Schottkydiode 32. Der Entladestrom über die Schottkydiode 32 steuert den Transistor 16 auf. Damit entsteht eine Spannung am Ausgang, vorausgesetzt daß kein Kurzschluß mehr vorhmden ist Wenn eine solche Spannung entsteht, bekommt die Lumineszenzdiode 26 wieder Spannung, steuert den Phototransistor 24 durch, wodurch die Ausgangsspannung dann weiter über die Transistoren 16,18 eingeschaltet bleibt.In this case, the amplifier 10 goes into saturation. The one occurring at the amplifier output relatively high voltage charges a capacitor 28 through a charging resistor 30, up to Breakdown voltage of a Schottky diode 32. The discharge current through the Schottky diode 32 controls the Transistor 16 on. This creates a voltage at the output, provided that there is no longer a short circuit If such a voltage arises, the light-emitting diode 26 gets voltage again, controls the phototransistor 24 through, whereby the output voltage then continues through the transistors 16,18 remains switched on.
Die anderen Ausgänge werden in der Weise überwacht, daß der Regelverstärker 40 des +5-VoIt-Ausganges seine Versorgungsspannung von dem 17-VoIt-Ausgang erhält. Der Regel verstärk er 42 des —17-Volt-Ausganges erhält seine Referenzspannung von ''em 17-Volt-Ausgang über die Sensorleitung 12 und Leitung 44. Wenn also ein Kurzschluß in dem -i-17-Volt-Ausgangskreis auftritt, werden auch alle anderen Ausgänge abgeschaltet.The other outputs are monitored in such a way that the control amplifier 40 of the + 5-VoIt output receives its supply voltage from the 17-VoIt output. Usually he reinforces 42 des —17 volt output receives its reference voltage from '' em 17-volt output via sensor line 12 and line 44. So if a short occurs in the -i-17 volt output circuit, so will all of them other outputs switched off.
Andererseits erfolgt eine Abschaltung auch des + 17-Volt-Ausganges, wenn ein Kurzschluß in einem der anderen Ausgangskreise festgestellt wird. Bei einem Kurzschluß in dem — 17-Volt-Ausgangskreis wird ein Transistor 46, der parallel zu der Lumineszenzdiode 26 liegt, über eine Leitung 48 geöffnet, so daß die Lumineszenzdiode 26 kurzgeschlossen wird. Der + 5-Volt-Ausgang liegt über eine Diode 50 parallel zu der Luminiszenzdiode, so daß bei einem Kurzschluß an dem +5-Volt-Ausgang automatisch auch die Lumineszenzdiode 26 kurzgeschlossen ist.On the other hand, the +17 volt output is also switched off if there is a short circuit in one of the other output circuits is determined. In the event of a short circuit in the -17 volt output circuit, a Transistor 46, which is parallel to the light emitting diode 26, opened via a line 48, so that the Light emitting diode 26 is short-circuited. The +5 volt output is parallel to it via a diode 50 the luminescent diode, so that in the event of a short circuit at the +5 volt output, the luminescent diode also automatically 26 is short-circuited.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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