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Anordnung zur optimalen Leistungsabgabe im Uberlastbereich
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bei kurzschluß- und überlastgeschützten Leistungsschaltstufen" Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur optimalen Leistungsabgabe im Oberlastbereich
bei kurzschluß- und überlastgeschützten Leistungsschaltstufen, bei denen zwischen
Eingang und Ausgang ein UND-Glied, ein Leistungsverstarker, ein Begrenzer sowie
ein Uberlastfühler geschaltet ist und im Rückführkanal ein Schwellwertschalter über
ein Verzögerungsglied auf den Sperreingang des UND-Gliedes gelegt ist.
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Aus dem Prospekt ESM 1607 der Fa. Thomson-CSF ist eine integrierte
Treiberstufe vorwiegend zum Einsatz als Lampentreiber bekannt. Die Konstanthaltung
der Verlustleistung wird bei dem integrierten Schaltkreis gemaß dem Prospekt auf
thermischem Wege erreicht, indem bei Erreichen einer Höchsttemperatur die Endstufe
des Leistungsschaltkreises abgeschaltet und bei Unterschreiten eins unteren Temperaturwertes
die Endstufe wieder eingeschaltet wird (Zweipunktregelung). Nachteile dieser Schaltung
bestehen darin, daß sich die Stufe nicht durch Beschaltung mit externen Leistungstransistoren
unter Beibehaltung der Kurzschluß-und Überlastfestigkeit erweitern läßt, daß durch
die totzeitbehaftete
Temperaturmessung (Messung erfoigt nicht am
Endtransistor) eine Einengung des Funktionsbereiches notwendig ist, da während der
Totzeit eine Überlastung einzelner Schaltungskomponenten auf dem Kristall möglich
ist (z.B.
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Zerstörung einzelner Leiterbahnen oder Durchlegierung einzelner Transistorfunktionen
auf dem Kristall). Nachteilig ist weiter, daß die Temperaturmessung auf dem Kristall
und damit die Stabilisierung der Verlustleistung mit großen Toleranzen behaftet
ist.
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Aus dem Prospekt "Langsame störsichere Logik FZ 100" der Fa. Siemens
ist ebenfalls eine Lampentreiberstufe bekannt.
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Im Kurzschluß- oder Übe rlast fall (beispielsweise beim Einschaltungsstromstoß
einer Lampe), schaltet der Baustein den Laststrom ab und überprüft periodisch mit
Hilfe eines Taktgenerators, ob der zu hohe Strom noch besteht. Bei ohmscher Belastung
tritt allerdings für einen gewissen Widerstandsbereich (im Diagramm der Logik FZ
100 der Bereich von 8 bis 2811 ) zwischen Kurzschluß und Arbeitsbereich ein verbotener
Bereich auf, der nich benutzt werden darf. Ein Betrieb von Lampen mit höherer Leistung
wird hierdurch erschwert.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, auch im Überlastfall d.h. zwischen
Kurzschluß und Arbeitsbereich, ein Optimum an Leistung der Anordnung zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen dem Ausgang
der Leistungsschaltstufe und dem Verzögerungsglied eine Differenzstufe angeordnet
ist, die über Fühler abnehmbare Spannungen verarbeitet und regelnd auf das Verzögerungsglied
einwirkt.
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Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die
Veränderlichkeit des Tastverhältnisses, wodurch immer eine Anpassung an unterschiedliche
Betriebszustände möglich ist und die Verlustleistung im gesamten Überlastbereich
konstant bleibt. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung wird nachstehend
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Zwischen dem Eingang 1 und dem Ausgang 13 sind ein UND-Gleid 2 mit
dem Eingang 3, dem inversen Eingang 4 und dem Ausgang 5, ein Leistungsverstärker
9, ein Strombegrenzer 10 und ein Überlastfühler 12 geschaltet. Von dem Uberlastfühler
12 zweigt ein Rückführkanal ab. Diese Verbindung führt auf einen Schwellwertschalter
11, der wiederum mit dem Eingang 7 des Verzögerungsgliedes 6 verbunden ist.
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Der Ausgang 8 des Verzögerungsgliedes 6 ist mit dem Sperreingang 4
des UND-Gliedes 2 verbunden.
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Ein L-Signal am Eingang 1 gelangt auf das UND-Glied 2, passiert dieses
und kommt auf den Leistungsverstärker 9. Der dahinter angeordnete Begrenzer 10 spricht
erst bei einem erhöhten Strom an, der beispielsweise über 600 mA liegt.
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Der nachgeschaltete Strommeßfühler 12 stellt den hindurchfließenden
Strom fest und gibt einen Meßwert auf den Schwellwertschalter 11. Bei erhöhtem Strom
spricht der Schwellwertschalter 11 an und führt das Signal über das Verzögerungsglied
6 auf den Sperreingang 4 des UND-Gliedes 2. Das L-Signal am Eingang 1 wechselt dadurch
hinter dem UND-Glied 2 auf Null-Signal. Bei anstehendem Kurzschluß oder erhöhtem
Strom wechselt der Ausgang 13 der Schaltungsanordnung periodisch zwischen Null-
und L-Signal,
wobei die Pulsdauer durch die Einschaltzeit t 1 und
die Pausendauer durch die Ausschaltzeitt2des Verzögerers 6 bestimmt werden.
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Derartige Schaltungen sind aus den deutschen Patentanmeldungen (P
26 40 337 und P 26 40 338) bekannt. Durch das Konstanthalten des Tastverhältnisses
(Puls/Pausen-Anteil des Zeitgliedes) wird die Leistungsschaltstufe nicht optimal
ausgenutzt.
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Am Ausgang 13 der er8indungsgemäßen Anordnung ist deshalb ein Spannungsfühler
15 angebracht, der die gemessene Ausgangsspannung UA auf den Eingang 18 einer Differenzstufe
16 führt. Die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers 9 ist mit Us bezeichnet.
An dieser Versorgungsspannung US ist ebenfalls ein Spannungsfühler 14 angebracht,
der diese Sapnnung auf den Eingang 17 der Differenzstufe 16 führt. In der Differenzstufe
16 wird die Differenz zwischen U5 und UA gebildet. Diese Stufe besteht beispielsweise
aus einem Differenzverstärker, d.h.
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Operationsverstärker mit der Verstärkung "l".
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Die Spannung UA am Eingang 13 ist abhängig von der angeschalteten
Last und vom Ansprechwert des Strommeßfühlers 12. Die Differenz am Ausgang 19 der
Differenzstufe 17 ist auf das Verzögerungsglied 6 geführt und steuert über das UND-Glied
2 den Leistungsverstärker 9 durch Variation des Tastverhältnisses bei überlast.
Die mittlere Verlustleistung des Leistungsverstärkers 9 bleibt so immer konstant.
Dies erfolgt dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Leistungsschaltstufe im Kurzschluß-
oder Überlastfall in Abhängigkeit von der Ausschaltzeit t2 und der Einschaltzeit
tl des Verzögerers der Leistungsverstärker 9 periodisch ein- und ausgeschaltet wird.
Diese Tastzeit des Leistungsverstärkers 9 wird jetzt durch die Differenz zwischen
US
und UA gesteuert, so daß die Verlustleistung stabilisiert wird und eim optimale
Leistungsabgabe bei jedem Belastungsfall (Kurzschluß- oder Überlastfall) möglich
ist.
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Diese lastabhängige Pulsbreitenmodulation vermeidet also in vorteilhafter
Weise die Nachteile der thermischen Verlustleistungsstabilisierung gemäß dem Gerät
ESM 1607 der Fa. Thomson. Auch Anlagen, die mit der langsamen, störsicheren Logik
FZ 100 der Fa. Siemens gebaut wurden, können durch das erfindungsgemäße Ändern der
Taktfrequenz in Abhängigkeit von der Ausgangspannung universeller eingesetzt werden.
Hierzu wird nur die in der Differenzstufe 16 gebildete Spannung U5 - UA auf den
Taktgenerator geführt, wodurch das Verhältnis Puls/Pause der Taktfrequenz im Oberlastfall
so eingestellt wird, daß die Verlustleistung der Endstufe im gesamten Überlastbereich
konstant bleibt.
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Ist das Verzögerungsglied 6 nicht im Rückführungszweig angeschaltet,
sondern in die Reihenschaltung zwischen Eingang 1 und Ausgang 13 geschaltet, so
ist das erfinduhgsgemäße Verändern des Puls/Pause-Verhältnisßes der Taktfrequenz
ebenfalls möglich. Das Verzögerungsglied 6 befindet sich in dieser Schaltungsvariante
zwischen dem Ausgang 5 des UND-Gliedes 2 und dem Leistungsverstärker 9. Das Verzögerungsglied
wird wiederum mit der Differenz aus U5 und UA angesteuert und greift regelnd in
das Tastverhältnis ein.
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Auch in dieser Variante der erfindungsgemäßen Anordnung wird mit der
Spannungsdifferenz U5 U UA das frequenzbestimmende Verzögerungsglied 6 im Uberlastfa11
so geregelt, daß infolge des sich verändernden Tastverhältnisses
auch
im Überlastbereich zu jeder Zeit am Ausgang 13 der Leistungsschaltstufe ein Optimum
an Leistung entnehmbar ist.
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