DE2632612B2

DE2632612B2 - Überlastungsschutzanordnung für Schaltstufen mit Transistoren

Info

Publication number: DE2632612B2
Application number: DE19762632612
Authority: DE
Inventors: Karl Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1976-07-20
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2632612C3; DE2632612A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur zentralen Kurzschlußsicherung mit Strombegrenzung für mehrere Schaltstufen mit Transistoren. Unter Schaltstufen sind z. B. Schaltverstärker zu verstehen, die aus einer Eingangsstufe, Anpassungsstufe, Pegelanpassung und einer Endstufe bestehen. Der Eingangskreis des Verstärkers wird von einer Ansteuerstufe geschaltet. Der Verstärkerausgang schaltet den Lastkreis, welcher z. B. aus einem Relaisvielfach besteht und über Leitungen mit der Verstärkerendstufe verbunden ist. Vor dem Lastrelais befinden sich Steuerkontakte, die stromlos die zu schaltenden Relais an die Verstärker legen.

Zum Schutz der in Stromversorgungsgeräten verwendeten Halbleiter gegen unzulässig hohe Belastung, die durch Kurzschluß in einem Verbraucher oder durch Verringerung des Lastwiderstandes auftreten kann, sind in der schweizerischen Patentschrift 4 58 496 Maßnahmen zur Begrenzung des Laststromes auf einen maximal zulässigen Wert oder zur Unterbrechung des Laststromes durch einen Abschaltvorgang vorgesehen. Beide Maßnahmen weisen jedoch in der praktischen Anwendung den Nachteil auf, daß sie den gefährdeten Schaltungsteilen nicht in allen in der Praxis auftretenden Betriebsfällen ausreichenden Schutz gewähren können.

In der DE-OS 24 15 305 ist eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußsicherung mit Strombegrenzung beschrieben, bei der sich im Lastkreis zwischen dem Emitter der Ausgangsstufe und einem Versorgungsspannungsanschluß außer einem Meßwiderstand ein weiterer Meßwiderstand befindet, der beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes zur Ansteuerung einer aus einem Operationsverstärker bestehenden Auswerteschaltung mit anschließender zeitlich verzögerter

Kurzschlußabschaltung dient

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln die eingangs genannte Schaltungsanordnung zu realisieren, bei der die Vorteile s von zwei bekannten Anordnungen, nämlich der »Kurzschlußsicherung durch Abschalten« und der »Kurzschlußsicherung durch Strombegrenzung« miteinander verbunden werden, ohne deren Nachteile — nicht Wiedereinschalten bei Aufheben der Überlast

ίο bzw. hohe Verlustleistung — in Kauf zu nehmen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Lastkreis zwischen dem Emitter der Ausgangsstufe und der Versorgungsspannung ein Meßwiderstand und parallel zur Basis der Ausgangsstufe und der Versorgungsspannung ein Referenzelement vorgesehen sind, und daß sich ferner in Reihe zu dem Referenzelement ein weiterer Meßwiderstand befindet, dessen Spannungsabfall beim Überschreiten eine& vorbestimmten Wertes zur Ansteuerung einer Auswerteschaltung mit anschließender zeitlich verzögerter Kurzschlußabschaltung dient und daß zur Entkopplung weiterer Kreise eine Diode vorgesehen ist

Die Ausgangsstufen werden vor Zerstörung gesichert und bei kapazitiver Last (z. B. Leistungskapazität), was

am Ausgang des Verstärkers ein Überschreiten des zulässigen Kollektorstromes bedingt, durch die Zeitverzögerung nicht gleich abgeschaltet Außerdem ist die Wiedereinschaltung auch bei kapazitiver Belastung möglich.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Auswerteschaltung aus einem Operationsverstärker, der über die nachfolgende Zeitverzögerung die Ansteuerstufen der Schaltstufen abschaltet Die Anwendung eines Operationsverstärkers ist ein sehr zweckmä- ßiges Lösungsmittel, das eine besonders genaue Auswertung ermöglicht.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung arbeitet zuerst mit Strombegrenzung und anschließend mit Abschaltung. Es wird jedoch periodisch geprüft, ob die

Überlastung aufgehoben ist und in diesem Fall wieder eingeschaltet. Zu diesem Zweck ist gemäß weiterer Erfindung eine Alarmleitung vorgesehen, über die die Abschaltung angezeigt wird. Außerdem ist eine Rücksetzleitung angeordnet, über die die Rücksetzung der Abschaltung vorzugsweise rechnergesteuert erfolgt. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert

In der Figur ist im rechten oberen Teil in dem strichpunktiert umrandeten Feld eine Schaltstufe

so dargestellt, die aus einem Transistor Ti als Vorstufe besteht, über den sich über einen Widerstand R1 die Ausgangsstufe mit einem Transistor T2 anschließt. Mit L ist schematisch die Last bezeichnet und mit G1 eine Entkopplungsdiode und mit R 2 ein Widerstand im

Emitterzweig.

Zur zentralen Kurzschlußsicherung mit Strombegrenzung mehrerer derartiger Schaltstufen, von denen eine strichpunktiert umrandet ist, dient der übrige Teil der in der Figur dargestellten Schaltungsanordnung.

Parallel zur Basis der Ausgangsstufe mit dem Transistor T2 und der Versorgungsspannung — Uv ist als Referenzelement eine Zenerdiode G 3 mit einem Meßwiderstand A3 in Reihe vorgesehen. Zur Erzeugung einer stabilisierten Vergleichsspannung dient ferner eine weitere Zenerdiode G2 mit einem Widerstand R 6. Der Wert des Widerstandes R 6 wird so festgelegt, daß die Zenerdioden im Meßstrombereich liegen, so daß keine zusätzlichen Spannungstoleranzen

für die Zenerdioden berücksichtigt werden müssen. Parallel zu der Zenerdiode G 2 liegen die Widerstände R 4 und R 5, die lediglich zur Erzeugung einer genauen Vergleichsspannung dienen. An R 4 tritt die Vergleichsspannung Uv 2 auf, während an der Zenerdiode G 3 die Vergleichsspannung UvX anliegt Eine Kurzschlußabschaltung mit Zeitverzögerung K wirkt direkt auf die Ansteuerleitung der einzelnen Schaltstufen ein. Mit AL ist eine Alarmleitung und mit RS eine Rücksetzleitung bezeichnet

Wenn einer oder mehrere dieser Schaltverstärker so weit überlastet wird, daß der Spannungsabfall am Meßwiderstar.d R 2 einschließlich der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 72 die Vergleichsspannung Uv1 erreicht, so fließt ein Teil des Ansteuerstromes über die Entkopplungsdiode Gl, den Meßwiderstand A3 und die Zenerdiode G3 nach der Versorgungsspannung -Uv. Durch die Entkopplungsdiode Gl, den Meßwiderstand A3 und die Zenerdiode G3 wird der Kollektorstrom des Transistors TI auf eine bestimmte Höhe begrenzt Diese Strombegrenzung hat den Vorteil, daß auch während der Zeit bis zum Wirksamwerden der Kurzschlußabschaltung über die Auswerteschaltung durch die Strombegrenzung, die von der Zenerdiode G 3 und dem Widerstand R 3 gebildet wird, ein Schutz für den Transistor T2 vorhanden ist

Der über die Entkopplungsdiode G1 fließende Strom bewirkt am Meßwiderstand R 3 einen Spannungsabfall. Überschreitet diese Spannung am Widerstand RZ die

ίο Vergleichsspannung Uv2, so schaltet der als Komparator vorgesehene Operationsverstärker OP über eine nachfolgende Zeitverzögerung die Ansteuerstufe des Verstärkers ab. Über die Alarmleitung AL wird die Abschaltung angezeigt Eine Rücksetzung der Abschaltung erfolgt auf der Rücksetzleitung RS.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Dieses Prinzip der Strombegrenzung und Kurzschlußsicherung läßt sich auch mit pnp-Transistoren und entsprechenden Polaritäten durchführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur zentralen Kurzschlußsicherung mit Strombegrenzung für mehrere Schaltstufen mit Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß im Lastkreis zwischen dem Emitter der Ausgangsstufe (T2) und der Versorgungsspannung (— Uv) ein Meßwiderstand (R 2) und parallel zur Basis der Ausgangsstufe und der Versorgungsspannung ein Referenzelement (G 3) vorgesehen sind, und daß sich ferner in Reihe zu diesem Referenzelement, z. B. einer Zenerdiode, (G 3) ein weiterer Meßwiderc'and (R 3) befindet, dessen Spannungsabfall beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes (G 2) zur Ansteuerung einer Auswerteschaltung (OP) mit anschließender zeitlich verzögerter Kurzschlußabschaltung dient und daß zur Entkopplung weiterer Kreise eine Diode (G 1) vorgesehen ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung aus einem Operationsverstärker (OP) besteht, der über die nachfolgende Zeitverzögerung die Ansteuerstufen der Schaltstufen abschaltet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmleitung (AL) vorgesehen ist, über die die Abschaltung angezeigt wird und daß eine Rücksetzleistung (RS) angeordnet ist, über die die Rücksetzung der Abschaltung vorzugsweise rechnergesteuert erfolgt