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Eurzschlußfestes spannungsgeregeltes Netzgerät
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Die Erfindung betrifft ein kurzschlußfestes Netzgerät mit einem Netzteil,
Gleichrichtern und einem Ladekondensator, bei dem eine Spannungsregelung mittels
eines in Serie mit dem Verbraucher angeordneten, durch einen eine Zenerdiode aufweisenden
Spannungsteiler gesteuerten Transistors vorgesehen ist, und bei dem an einem im
Arbeitskreis angeordneten Serienwiderstand eine dem Last strom proportionale Steuerspannung
abgegriffen wird. Derartige, sich durch eine nahezu lastunabhängige Spannung auszeichnende
Netzgeräte werden verbreitet zur Speisung von Verbrauchern eingesetzt. Als nachteilig
hat sich jedoch erwiesen, daß bereits kurze Uberlastungen, insbesondere Kurzschlüsse
am Ausgange des Netzgerätes, den Serientransistor zu zerstören vermögen. Da die
Ansprechzeit selbst flinker Abschmelzsicherungen sich als für den wirkungsvollen
Schutz des Serien-Transistors zu grob erweist, werden derartige Netzgeräte im allgemeinen
mit einem elektronischen Uberlastschutz ausgestattet.
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Es ist bekannt, ein geregeltes Netzgerät kurzschlußfest auszubilden,
indem der gesteuerte Transistor als Parallelregler ausgebildet wird, d. h., parallel
zur Last angeordnet wird.
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Diese Ausbildung erweist sich des bei geringer Belastung schlechten
Wirkungsgrades wegen als nachteilig, da das Netzgerät, selbst im Leerlauf, konstant
die volle Nennleistung aufnimmt. Bei Netzgeräten mit Stromregelung ist im Arbeitskreis
in Serienwiderstand vorgesehen, dessen Spannungsabfall dem Last strom proportional
ist und bei Uberschreiten einer vorgegebenen Potentialschwelle benutzt wird, über
eine
Verstärkeranordnung den Widerstand des erien-ransistors zu erhöhen. Die durch Regelung
bewirkte Strombegrenzung vermeidet zwar ijberlastungen des Serien-Transistors, erfordert
aber einen unerwünscht hohen Schaltungsaufwand, und in vielen Fällen stellt es sich
als nachteilig heraus, daß das Netzgerät im Kurzschlußfalle und damit gegebenenfalls
über längere Zeit hinweg die volle Leistung aufnimmt.
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Die Aufnahme der Nennleistung gegebenenfalls über längere Zeit hinweg
wird durch elektronische Sicherungen vermieden, bei denen bei Uberschreitung einer
vorgegebenen Maximallast das Netzgerät durch einen ansprechenden Thyristor oder
durch das Umschalten einer Kippstufe durch Sperrung des Serien-Transistors abgeschaltet
wird. Auch hier ergibt sich noch ein unerwünscht hoher Schaltungsaufwand, und als
besonders nachteilig macht sich bemerkbar, daß zwar im gurzschlußfalle im wesentlichen
nur die Leerlaufleistung des vorgeordneten Transformators aufgenommen wird, die
Wiedereinschaltung nach Fortfall der Vberlastung bzw. des Kurzschlusses manuell
durch Löschen des Thyristors bzw. Bückschalten der Kippstufe durchzuführen ist.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein gattungsgemäß spannungsgeregeltes
Netzgerät mit minimalem Aufwand kurzschlußfest zu gestalten, wobei im Falle einer
einer Uberlastung entsprechender Last die Stromaufnahme reduziert sein soll, während
bei der Normalbelastung entsprechender Last das Netzgerät selbsttätig in den Normalbetrieb
zurückschaltet.
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Gelöst wird diese Aufgabe, indem die Basis des Serien-Transistors
mit der Anode eines Thyristors verbunden ist, dessen Steuerelektrode an der Ausgangselektrode
des Transistors liegt, und dessen Kathode mit dem freien Ende des der Ausgangselektrode
nachgeordneten Serienwiderstandes verbunden ist.
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Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, daß beim Uberschreiten
eines vorgegebenen Grenzwertes des Arbeitsstromes
der am Serienwiderstand
abgegriffene Spannungsabfall den Thyristor zündet, der damit über die im Widerstand
reduzierte Last der Zenerdiode parallelliegt und den berien-ffransistor durch Steuerung
seiner Basis sperrt, und der durcn Reduzieren seines Haltestromes löschbar ist,
so das das Netzgerät wieder spannungsgeregelt arbeitet.
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Ein stabiles Arbeiten und eine exakte Einstellung des Abfallstromes
lat sich erreichen, wenn zwischen dem Spannungsteiler und der basis des Transistors
ein Widerstand vorgesehen ist. Der Serienwiderstand wird zweckmäßig so bemessen,
daß der an ihm auftretende Spannungsabfall bei Uberschreiten des vorgegebenen Strom-Grenzwertes
die Zündspannung des hyristors üDerschreitet. Der Vorwiderstand der Zenerdiode und
der der Basis des fransistors werden so bemessen, daß der durch sie begrenzte Thyristorstrom
im Kurzschlußfalle oberhalb des minimalen Haltestromes des Thyristors liegt und
bei die Nennlast unterschreitenoer Belastung des Ausganges diesen Haltestrom unterschreitet.
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Als zweckmäßig wurde gefunden, den Serienwiderstand und/oder den Vorwiderstand,
gegebenenfalls auch den Widerstand des Spannungsteilers, einstellbar auszubilden.
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Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung an Hand der Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer dessen Schaltung darstellenden
Zeichnung erläutert.
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Gemäß der Figur ist eine Anzapfung der Sekundärwicklung 1 des Netztransformators
mit der Basisklemme 2 verbunden. Die an gegenphasigen Teilen der Sekundärwicklung
anstehenden Wechselspannungen werden durch Dioden 3 gleichgerichtet und einem Ladekondensator
4 zugeführt. Die am Ladekondensator anstehende Spannung wird über den Serien-Transistor
5 und den dessen Emitter nachgeordneten Serienwiderstand 6 auf die Ausgangsklemme
7 des Netzgerätes gegeben. Mittels eines aus einem Widerstand 8 und einer Zenerdiode
9 gebildeten Spannungsteilers
wird von der am Ladekondensator 4
anstehenden Gleichspannung eine konstante Referenzspannung abgeleitet, die ihrerseits
durcn einen Zlektrolyt-£ondensator gesiebt über den Vorwiderstand 10 der Basis des
Üerien-Transistors 5 zugeführt wird. An die Basis ist weiterhin die Anode eines
Ihgristors 11 angeschlossen, dessen Steuerelektrode mit der Verbindungsleitung des
Emitters des Serien-fransistors 5 mit dem Serienwiderstand 6 verbunden ist, während
die Kathode des Thyristors 11 am freien Ende des erienwiaerstttndes 6 liegt. Der
thyristor 11 wird damit durcn den am Serienwiderstand 6 aurtretenden Spannungsabfall
gesteuert.
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Da im vorliegenden Falle das Netzgerät zusätzlich eine Wecnselspannung
abzugeben hat, ist ein rreies Ende der SekundärwicKlung 1 des Netztransformators,
der zur Sicnerung als Streufeldtransformator ausgebildet ist, mit einer Wechselstromausgangsklemme
12 verbunden, und eine weitere Sicherung gegen unzulassige Belastung ist dadurch
erreicht, daß die zur Gleicnrichtung benutzten Dioden Jeweils doppelt und mit je
die Beanspruchung überschreitender Nennspannung ausgeführt sind, so das auch im
Falle des ausfalls einer der Dioden kein Ausfall des gesamten Netzgerätes auftritt.
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Im Betriebe liegt die über den Vorwiderstand 10 zugeführte Referenzspannung
des Spannungsteilers 8, 9 an der Basis des Langstransistors 5 und bewirkt damit
in an sich bekannter weise eine Spannungsregelung, die durch den der Basis-Emitterstrecke
des Serien-!L'ransistors parallel liegenden Thyristor nicht beeinflubt wird, da
dieser nicht gezündet ist.
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Mit steigender last sinkt die an den Klemmen 2 und 7 anstehende Ausgangsspannung
infolge der Spannungsregelung nur geringfügig ab. Gleichzeitig steigt hierbei der
am Serienwiderstand 6 auftretende Spannungsabfall an.
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Thyristor 11 und Serienwiderstand 6 sind so bemessen, daß beim Erreichen
der vorgegebenen oberen Leistungsschwelle
der am Serienwiderstand
6 auftretende Spannungsabfall die Zündspannung des Thyristors 11 erreicht. Der Thyristor
11 wird gezündet, und damit wird der über die Klemme 7 rückfließende Laststrom über
diesen Thyristor, den Vorwiderstand 10 und den Widerstand 8 zum Ladekondensator
4 rückgeleitet.
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Die hierdurch erwirkte Stromzunahme des Widerstandes 8 erhöht dessen
Spannungsabfall, so daß die an der Basis des Serien-Transistors 5 anstehende Spannung
drastisch gesenkt und dieser gesperrt wird. Der über die Last fließende Strom wird
damit allein über den Thyristor 1N, den Vorwiderstand 10 und den Widerstand 8 aufrechterhalten.
Damit aber liegen die Widerstände 8 und 10 in Reihe mit der Last und begrenzen den
von diesem im Kurzschlußfalle aufgenommenen Strom, so daß die Leistungsaufnahme
des kurzgeschlossenen Netzgerätes erheblich unter dem der Vollast entsprechenden
Wert liegt. Andererseits sind die Widerstände 8 und 70 so niedrig bemessen, daß
der Haltestrom des Thyristors nicht unterschritten wird.
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Sinkt nun durch Aufhebung des Kurzsonlusses, durcn Abschaltung üDerzanliger
Verbraucher oder dergleichen die an den Klemmen 2 und / anstehende Last bzw. steigt
deren Widerstand so an, daß bei voller Klemmenspannung ein unter dem Grenzwert der
Überlast liegender Strom sich einstellen würde, so wird im vorliegenden Falle des
gezündeten Unyristors auch der diesen durchrließende Strom durch die Mrnönung des
an den Klemmen 2 und 7 liegen Gen Lastwiderstandes gesenkt und unterscnreitet dessen
Haltestrom. Damit wird der Thyristor aDgesonaltet, der Strom über die Widerstände
8 und 10 wird aur das Normalmaß reduziert, die Zenerdiode 9 wird wieder wirksam,
und die Basis des Serientransistors 5 wird wieder im Sinne der Spannungsregelung
beaufschlagt.
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Bei der angegebenen, den Vorwiderstand 70 auweisenden Schaltung läßt
sich das Abschalt- und Wiedereinschaltverhalten des Netzgerätes definiert festlegen.
Der Serienwiderstand b wird so dimensioniert, daß an ihm beim erreichen des Grenzwertes
des Arbeitsstromes ein die Zündung des iflyristors 11
bewirkender
Spannungsabfall auftritt. Die Beschaltung der Steuerelektroden-Kathodenstrecke eines
Planar-Thyristors mit einem Parallelwiderstand niedrigen Wertes, wie dies im vorliegenden
Falle durch den Serienwiderstand 6 erfolgt, bedingt eine relativ starke Erhöhung
des Haltestromes, so daß dieser in der Wiedereinschaltung günstige Bereiche angehoben
wird. Die Bestimmung des Punktes der Wiedereinschaltung läßt sich dadurch erreichen,
daß der Widerstand 8 und der Vorwiderstand 10 so bemessen werden, daß ihre Summe,
erhöht um den Widerstand der maximal zulässigen anschaltbaren Last, bei gezündetem
Thyristor den über den so gebildeten Stromkreis fließenden Strom unter den Haltestrom
drückt.
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Im allgemeinen reicht es aus, Festwiderstände vorzusehen, welche den
geforderten Bedingungen genügen. So kann bei Einsatz eines Transistors BC 140 als
Serienfransistor und bei Verwendung eines Thyristors BRX 44 zur Erzielung einer
maximalen Belastbarkeit von 200 mA der Serienwiderstand 6 zu 3 # gewählt werden,
während der Vorwiderstand 10 120 b beträgt und der Spannungsteiler aus einem Widerstand
8 von 270 Q und der Zenerdiode ZF 9,l gebildet wird. Die Leerlaufspannung von 6,5
V sinkt bei zunenmender Belastung geringfügig au.
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Wird ein Laststrom von 200 mA erreicnt, so zündet die am serienwiderstand
6 anstehende Spannung von 0,6 V den Thyristor. Durch die Sperrung des erien-Transistors
wird nunmehr ein Stromfluß über die Last, den Thyristor 11, den Vorwiderstand 10
und den Widerstand 8 bewirkt, der den Haltestrom des Thyristors übersteigt. Wird
nunmehr der Widerstand der Last über den den Abschaltbedingungen von 40 a entsprechenden
Wert angehoben, so wird der den Thyristor durchsetwende Strom unter den Haltestromwert
abgesenkt, der Thyristor löscht, und die Last wird damit über den wieder wirksam
men, geregelten Serien-Transistor 5 gespeist.
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Das gewünschte Verhalten des Netzgerätes wird im Ausfünrungsbeispiel
durch nur drei zusätzliche Teile, den Serienwiderstand 6, den Vorwiderstand 10 und
den 'l'nyristor 11, bewirkt,
so daX die gestelite Aufgabe gelost
ist, das Netzgerät mit geringem Aufwande derart kurzschlußfest zu machen, daß bei
Anschaltung eines unzulässig starken Verbrauchers die aufgenommene Leistung reduziert
und nach Wirksamwerden einer zulässigen Belastung das Netzgerät wieder im normalen
Arbeitsbereich wirksam wird.
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Die Figur zeigt die Schaltung eines Netzgerätes, das mit einer minimalen
Anzahl von Bauelementen die gewünschten Eigenschaften ergibt. Das Ausführungsbeispiel
läßt sich abändern, ohne daß die vorliegende Erfindung verlassen wird.
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So können Transistoren anderen Leitfähigkeitstypus' zur Anwendung
gelangen, und die Spannungsregelung kann durch zwischengeschaltete Transistoren
empfirdlicher ausgebildet werden. Wesentlich ist, daß die teilweise Abschaltung
des Netzgerätes bei Uberlast mittels eines Thyristors bewirkt wird, der über einen
die äußere Last aufweisenden Schaltkreis wirksam wird und bei Erhöhen des Lastwiderstandes
auf zulässige Werte durch Unterschreitung des Haltestromes selbsttätig löscht.
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L e e r s e i t e