DE2459155B2 - Schaltung zur Feststellung von Überströmen - Google Patents
Schaltung zur Feststellung von ÜberströmenInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Feststellung von Überströmen in einem Verbraucher, bei der in Serie
zum Verbraucher ein Meßwiderstand vorgesehen ist, dessen verbraucherseitiger Anschluß mk dem ersten
Eingang eines Vergleichers und dessen anderer Anschluß über einen Vorwiderstand mit dem zweiten
Eingang des Vergleichers verbunden ist.
Eine solche Schaltung zur Feststellung von Überströmen
wird hauptsächlich in Stromversorgungsgeräten für Computer benötigt Für Computer ist diese
Schaltung deshalb besonders geeignet, weil sie bereits kleine Überströme feststellt und gegen Spannungsschwankungen unempfindlich ist Diese Schaltung
erlaubt es z. B., in einem Computer nach einem Fehler
eine Operation zu wiederholen, während der Computer beim Durchbrennen einer Sicherung einige Zeit außer
Betrieb ist und erst durch das Wartungspersonal wieder in Gang gesetzt werden kann.
Die US-PS 37 68012 betrifft einen Überstromdetektor für eine Gleichstrom-Stromversorgung, die im
Grunde nichts anderes ist als eine Wheatstonescne Brücke, in deren Nullzweig ein Differenzvertärker liegt
Die vor dem Nullzweig liegenden Zweige werden durch Spulen N\ und Afe und die hinter dem Nullzweig
liegenden Zweige durch ohmsche Widerstände, von denen einer der Verbraucherwiderstand ist, gebildet.
Eine Stromerhöhung in dem Verbraucherwiderstand bewirkt ein Ungleichgewicht der Brücke und damit ein
Ausgangssignal am Ausgang des Differenzverstärkers. Gemäß dem Vorschlag der US-PS 37 68 012 soll die
Drosselspule ΛΊ zur Glättung der Ausgangsspannung der Stromversorgung, genauer deren ohmscher Widerstand,
für die Messung des Überstromes benutzt werden, indem diese direkt einen Zweig der Wheatstoneschen
Brücke bildet Dadurch ist aber eine zweite Kompensationsinduktivität Ni notwendig, die die gleis
ehe Zahl von Wicklungen haben muß wie N>, damit der
gemessene Strom nicht durch die Restwechselspannung verfälscht wird. Außerdem müssen die Wicklungen aus
einem solchem Material bestehen, daß sich die Temperatureinflüsse in Ni und N2 kompensieren.
ίο Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zum
Feststellen von Oberströmen zu schaffen, die nicht nur
für Gleich- sondern auch für Wechselströme geeignet ist und die eine beim Stand der Technik notwendige
Kompensationsinduktivität die wegen zweier zu kompensierender Parameter (Induktivität und Temperaturvertauf
des ohmschen Widerstandes) schwer einzustellen ist, vermeidet Die erfindungsgemäße Schaltung soll
bereits auf kleinste Überströme ansprechen und unempfindlich gegen Schwankungen der Versorgungsspannung
und gegen hochfrequentes Rauschen sein. Der Überstrom, bei dem die Schaltung anspricht soll sehr
leicht einstellbar sein.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltung werden Überströme festgestellt, wenn der Spannungsabfall an
einem Meßwiderstand in der Stromversorgungsleitung größer ist als eine vorbestimmte Vergleichsspannung,
die in einer Stromquelle erzeugt wird. Durch Änderung
des Stromes von der Stromquelle kann der zulässige
näher erläutert werden.
F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Schaltung, die zur Unterdrückung hochfrequenten Rauschens entstört ist
Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung zur Feststellung
von Überströmen wird für ein Stromversorgungsgerät verwendet Die Stromversorgung 10 liefert Energie an
einen Verbraucher Rl, Ein Meßwiderstand Req ist entweder eine Impedanz, die Teil der Stromversorgung
10 ist oder ein Widerstand in Serie mit der Ausgangsleitung der Stromversorgung 10. An ihm fällt
eine Spannung ab, die dem Verbraucherstrom proportional ist In einem Ausführungsbeispiel wurde als
so Meßwiderstand Req eine Induktionsspule in der Stromversorgung
10 verwendet in einem anderen Fall wurde ein Stück Widerstandsdraht in Serie zu der Ausgangsleitung
der Stromversorgung 10 eingeschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel betrug der Widerstand des Meß-Widerstandes
Req 0,012 Ω und die Stromversorgung 10 lieferte eine Ausgangsspannung von 12 V.
Durch einen Stromgenerator 15 und einen Vorwiderstand Ro wird eine Vergleichsspannung erzeugt die den
im Normalfall am Meßwiderstand Req abfallenden
Spannungsabfall definiert. Die Vergleichsspannung bewirkt, daß der Anschluß des Meßwiderstandes Req
mit der höheren Spannung an einem Vergleicher 20 als die niedrigere der beiden zugeführten Spannungen
erscheint Wenn ein Überstrom auftritt, bleibt der obere Eingang des Vergleichers 20 mit der höheren Spannung
auf dem gleichen Spannungspegel wie er durch die Stromquelle eingestellt wird. Die Spannung an dem
Anschluß des Meßwiderstandes Req mit der niedrigeren
Spannung sinkt jedoch infolge des größeren Spannungsabfalles
an Req ab und das Ausgangssignal des Vergleichers 20 zeigt Überstrom an. Wenn keine echte
Überstrombedingung auftritt, z. B. wenn die Stromversorgungsspannung
ansteigt, zeigt der Vergleicher 20 keinen Überstrom an. Das hängt damit zusammen, daß
beim Anstieg der Stromversorgungsspannung der Verbraucherstrom sich nicht ändert und der Spannungsabfall
am Meßwiderstand Req der gleiche bleibt und durch den Vergleicher 20 keine geänderte Spannungsdifferenz
angezeigt wird. Dies ist von Vorteil bei der Fehlerdiagnose, weil so festgestellt werden kann, daß
der Überstrom durch den Verbraucher selbst aber nicht durch eine Änderung der Versorgungsspannung verursacht,
wurde.
In der Schaltung gemäß F i g. 2 bilden der Transistor T1 und der Widerstand R2 den Stromgenerator 15 und
die Vergleichsspannung wird an einem Widerstand R\ erzeugt Widerstände R3 und Ra und ein Kondensator C1
unterdrücken hochfrequentes Rauschen. Die Unterdrückung hochfrequenten Rauschens empfiehlt sich
insbesondere, wenn die Stromversorgung 10 Hochfrequenz abgibt und verhindert werden muß, daß
hochfrequentes Rauschen den Vergleicher 20 umschaltet und damit fälschlicherweise Überstrom angezeigt
wird. Das Siebglied aus den Widerständen Ri, Ra und
dem Kondensator Ci bewirkt, daß Signale oberhalb
I kHz vor dem Vergleicher 20 kurzgeschaltet werden. Für Frequenzen oberhalb 1 kHz bildet der Kondensator
C\ einen Kurzschluß und für niedrigere Frequenzen stellt er einen sehr hohen Widerstand dar.
Was die Anzeige eine» Überstromes anbetrifft,
arbeitet die Schaltung der Fig.2 im wesentlichen genauso wie die Schaltung der Fig. 1. Die Basis des
Transistors Ti ist mit Masse und sein Emitter über einen
Widerstand A2 mit einer Stromquelle von — 5 V
verbunden, so daß der Transistor T1 normalerweise leitend ist und einen Strom durch den Widerstand Rt
erzeugt, der an diesem die Vergleichsspannung hervorruft Diese Vergleichsspannung drückt die Spannung am
Anschluß des Meßwiderstandes Req, der normalerweise
die höhere Spannung aufweist, am Eingang des Vergleichers 20 auf einen niedrigeren Wert als die
Spannung am Anschluß des Meßwiderstandes Req mit der normalerweise niedrigeren Spannung. Wenn jedoch
der Verbraucher Rl Überstrom zieht, bleibt die
Spannung an dem der Stromversorgung 10 zugewandten Anschluß die gleiche, aber der dem Verbraucher
zugewandte Anschluß nimmt eine niedrigere Spannung an. Diese Spannungsänderung wird durch den Vergleicher
20 erkannt und sein Ausgangssignal zeigt Überstrom an.
Der Vergleicher 20 ist ein üblicher Differentialverstärker, der ein Ausgangssignal einer bestimmten
Spannung abgibt, wenn die ersteEingangsspannung größer ist als die zweite. Das Ausgangssignal des
Differentialverstärkers nimmt eine andere Spannung an, wenn die zweite Eingangsspannung größer ist als die
erste Eingangsspannung. Diese Änderung in der Ausgangsspannung zeigt Überstrom an. Der Strom im
Transistor Ti und damit der zulässige Überstrom kann leicht verändert werden. Dies kann durch Änderung des
Wertes des Widerstandes Rz und damit durch Änderung
des durch den Transistor Ti fließenden Stromes oder durch Änderung des Wertes des Widerstandes Ri,
wodurch die Vergleichsspannung geändert wird, eingestellt werden.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Schaltung auf extrem kleine Überströme
ansprechen kann. Man erreicht das, indem man den Meßwiderstand Rr? sehr klein macht, so daß an ihm
einige Millivolt abfallen und gleichzeitig die Verglcichsspannung,
die durch die Stromquelle 15 und den Widerstand Ri erzeugt wird, ebenfalls in die Größenordnung
von einigen Millivolt legt Der maximal zulässige Überstrom kann durch einfache Änderung des
Stromes der Stromquelle 15 verändert werden. Die obige Beschreibung hat ferner gezeigt daß die
erfindungsgemäße Schaltung unempfindlich ist gegen Schwankungen der Stromversorgungsspannung, weil
der Spannungsabfall am MeBwiderstand Ra? bei einem gegebenen Strom der gleiche bleibt auch wenn .sich die
Versorgungsspannung ändern sollte. Mit der Schaltung gemäß der Erfindung kann dem Überstrom gegengesteuert
werden, ohne daß eine Unterbrechung der Stromversorgung wie bei einer durchgebrannten
Sicherung auftritt
Claims (5)
1. Schaltung zur Feststellung von Oberströmen in einem Verbraucher, bei der in Serie zum Verbraucher
ein Meßwiderstand vorgesehen ist, dessen verbraucherseitiger Anschluß mit dem ersten Eingang
eines Vergleichers und dessen anderer Anschluß über einen Vorwiderstand mit dem zweiten Eingang des Vergleichers verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zweiten Eingang des Vergleichers (20) und
einem festen Potential eine Stromquelle (15) eingeschaltet ist, deren Strom die Spannung, die an
dem Meßwiderstand (Req) abfällt, bei Normalstrom
überkompensiert und bei Oberstrom nicht mehr kompensiert
2. Schaltung nach Anspracn 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßwiderstand (Req), der VorwiderstandYÄo) und der Stromgenerator (15) so
bemessen sind, daß am Meß- und Vorwiderstand (Req, Ro) Spannungen von einigen Millivolt abfallen.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor die Eingänge des Vergleichers
(20) ein Siebglied (R3, Q, R*) zur Unterdrükkung
hochfrequenter Rauschsignale eingeschaltet ist
4·. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (20)
ein Differenzverstärker ist
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Stromgenerator
(15) ein ständig leitender Transistor (T\) ist
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