DE2263541A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung in eigensicheren stromkreisen - Google Patents

Description

• "Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung in eigensicheren Stromkreisen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungs= begrenzung in eigensicheren Stromkreisen mit Hilfe von Zener= dioden Derartige Schaltungsanordnungen werden dazu verwendet, um eigen= sichere Stromkreise (Ex)iG5 herzustellen. Diese dienen dazu, um alle Schwachstromkreise, die in einen explosionsgefährdeten Bereich führen, eigensicher zu machen, d.h., sie so auszubilden, daß bei einem Kurzschluß des betreffenden Stromkreises keine Funken entstehen, die zur Auslösung~einer Explosion in dem ex= plosionsgefährdeten Bereich führen könnten. Der Kurzschlußstrom, der in diesen eigensicheren Stromkreisen fließen darf, ist auf 150 mA begrenzt.
• Die Dimensionierungsvorschriften für eigensichere Kreise sind durch die Physikalische Technische Bundesanstalt (PTB) festge= legt. Ihnen zufolge müssen die Zenerdioden 2 und 3 (Fig.l) so bemessen sein, daß jede den vierfachen Nennstrom der Sicherung 1 dauernd führen kann Diese in FIgl gezeigte bekannte Einrichtung weist aber den Nach= teil auf, daß bei Zenerbarrieren für höhere Spannungen und große Ströme entweder die Zenerdioden auf Kühlkörper montiert und/oder in Reihe geschaltet werden müssen.
• Ein weiterer Nachteil ist, daß die Zenerspannung mit dem Zenerstrom ansteigt. Dies bedeutet, daß die Differenz zwischen der Spannung, bei der die Zenerdioden noch nicht ansprechen sollen (Nennspannung der Schaltung) und der Größe der bei einem großen Zenerdiodenstrom auftretenden Spannung zu grcß ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermei= den und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine thermische ttberlastung der Zenerdioden vernieden wird.
• Erfindungsgeimäß wird dies dadurch gelöst, daß jeder aus Zener= diode und dazu in Serie geschalteter Widerstand bestehenden Schaltungsanordnung zwischen der AnschluB};lemme A und der IClemme O die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors parallel ge= schaltet ist, daß die Basis des Transistors mit den Vertindungs= punkt von Widerstand und Zenerdiode verbunden ist, und daß zwi = schen der Anschlußklemme A und dem Emitter eine Schmelzsicherung angeordnet ist.
• Vorteilhafterweise wird der Emitter-Kollektor-Strecke des Tran= sistors eine in Sperrichtung gepolte Diode parallel geschaltet, so daß beim Anlegen einer unrichtig gepolten Spannung der eigen= sichere Stroirkreis stromlos wird, weil die Speisespannung durch die Diode kurzgeschlossen wird.
• Es ergibt sich auch die t'ölichkeit, anstelle von positiver Spei= bespannung negative Speisespannung zu verwenden, wenn die Zener= dSoden entsprechend umgepolt werden und Transistoren mit einer entgegengesetzten Dotierung (npn statt pnp) verwendet werden.
• Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten Aus= ftlhrungsbeispiels näher erläutert.
• Der Punkt A der Schaltungsanordnung ist über eine Sicherung 1 mit dem Widerstand 2 und dem Emitter des Transistors 4 verbunden, dessen Basis am Punkt 11 mit der Zenerdiode 3 und dessen Ollen=, tor mit der Anode der Zenerdiode 3 verbunden ist. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 4 ist eine Diode 9 in Sperrichtung geschaltet.
• Eine zweite, gleichartige Schaltungsanordnung, bestehend aus Wi=t derstand 5, Zenerdiode 6, Transistor 7, Diode lo und widerstand 8 ist aus Sicherheitsgründen nachgeschaltet.
• Eine dritte Klemme ist für die Erdung vorgesehen. Die Speisespan nung ist positiv und wird an der Klemme A eingespeist.
• Die Zenerdioden 3 und 6 wirken nur als spannungs abhängige Ele= mente bezüglich der Spannung zwischen den Punkten A und dem Be= zugspotential Erde, so daß die Verlustleistung im Begrenzungs= fall, d.h. wenn die Spannung an A steigt, von den Transistoren 4 und 7 aufgenommen wird. Liegt die Betriebsspannung unter der Nennspannung der Zenerdioden, so ist die Zenerdiode 3 bzw. 6 hochohmig und es fließt durch die Widerstände 2 und 5 kein Strom, so daß die Transistoren 4 und 7 gesperrt sind.
• Kommen die Zenerdioden 3 und 6 durch überhöhte Spannung an A in Eingriffs so ruft der Zenerstrom einen Spannungsabfall an den Widerständen 2 und 5 hervor, und die Transistoren 4 und 7 werden leitend. Die Größe der Spannung, auf die begrenzt wird, also die Kollektor-Emitter-Spannung an den Transistoren 4 und 7, wird durch die.Zenerdioden 3 und 6 bestimmt und ist von der-Größe des durch die Transistoren 4 und 7 hindurchfließenden Stromes unah= hängig. Daher können vorteilhafter gleise als Zenerdioden Elemen= te sehr geringer thermischer Belastbarkeit eingesetzt werden.
• Als Transistoren werden Leistungstransistoren verwendet, die es in vorteilhafter kleiner Bauform gibt.
• Der unterschied zwischen Nennspannung, bei der die Zenerdioden nicht leitend erden und der Spannung, auf die begrenzt wird, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung klein.
• Mit der erfindungsgcräßen Schaltungsanordnung ist es möglich, eigensichere Kreise für Betriebsströme bis zu etwa 120 mA. zu di= mesionieren. Sie kann angewendet werden in sogenannten Zener= barricren und in Netzgeräten für eigensichere StromVersorgung.
• Die Dioden 9 und lo dicnen als verpolschutz, d.h. sie werden wirksam, wenn die an A angelegte Speisespannung falsche Polari= tt hat. t -I Anstelle der Transistoren können auch Thyristoren oder Triacs Verwendung finden.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Spannungstegrenzung in eigensicheren Stromkreisen mit Hilfe von Zenerdioden, dadurch rekenn= zeichnet, daß jeder aus Zenerdiode (3 bzw. 6) und dazu in Serie geschaltetem Widerstand (2 bzw.5) bestehenden Schal= tungsanordnung zwischen der Anschlußklemme (A) und der Klem me (0) die Emitter-Sollektor-Strecke eines Transistors (4 bzw. 7) parallel geschaltet ist, daß die Basis des Transis= tors (4 bzw.7) mit dem Verbindungspunkt (11 bzw.12) von Wi= derstand (2 bzw.5) und Zenerdiode (3 hzw.6) verbunden ist und daß zwischen der Anschlußklemme (A) und dem Emitter des Transistors (4 bZW. 7) eine Schmelzsicherung (1) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (4 bzw.7) eine in Sperrichtung gepolte Diode (9 bzw.lo) parallel geschaltet ist.

L e e r s e i t e