DE3115214C2 - Circuit arrangement for protecting an electronic two-wire AC switch against overload - Google Patents
Circuit arrangement for protecting an electronic two-wire AC switch against overloadInfo
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Abstract
Elektronischer Zweidraht-Wechselstromschalter mit einer Schaltungsanordnung zum Schutze gegen Überlastung, wobei die Überlastung entweder von einem Lastkurzschluß oder aber von einem ständig erhöhten Strom herrühren kann. Der Überlastschutz wird durch eine spezielle Ausbildung einer Strombegrenzungsstufe erreicht, welche derart arbeitet, daß weder die Bauelemente im Lastkreis mit dem Kurzschlußstrom beaufschlagt werden, noch ein zusätzlicher Widerstand zur Begrenzung des Kurzschlußstromes erforderlich ist.Electronic two-wire alternating current switch with a circuit arrangement for protection against overload, whereby the overload can result either from a load short circuit or from a continuously increased current. The overload protection is achieved by a special design of a current limiting stage, which works in such a way that neither the components in the load circuit are subjected to the short-circuit current, nor is an additional resistor required to limit the short-circuit current.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schütze eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters gegen Überlastung, wie diese im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben und durch dieThe invention relates to a circuit arrangement for contacting an electronic two-wire AC switch against overload, as described in the preamble of claim 1 and by the
ίο DE-OS 25 45 919 bekannt geworden istίο DE-OS 25 45 919 has become known
Diese bekannte Schaltungsanordnung ist mit einer Steuerelektronik versehen, welche einen extern beeinflußbaren Oszillator mit einem nachgeschalteten Verstärker aufweist, sowie einen in Reihe mit einem Fühlerwiderstand zwischen den beiden Klemmen einer Spannungsversorgungseinrichtung angeordneten Thyristor, dessen Gate von der Steuerelektronik beaufschlagbar ist Diese Schaltungsanordnung ist ferner mit einer Strombegrenzungsstufe im Lastkreis versehen, welche zwischen dem Thyristor und dem Fühlerwiderstand einen Transistor aufweist, dessen Basis über einen Ansteuerungswiderstand mit dem einen Pol der zur Versorgung der Steuerelektronik dienenden Spannungsversorgung verbunden ist, und die wenigstens ein Strombegrenzungselement aufweist, das zwischen dem Ansteuerwiderstand und dem anderen Pol der Spannungsversorgung vorgesehen istThis known circuit arrangement is provided with control electronics which can be influenced externally Having an oscillator with a downstream amplifier, as well as one in series with one Sensor resistance between the two terminals of a voltage supply device arranged thyristor, whose gate can be acted upon by the control electronics. This circuit arrangement is also included a current limiting stage in the load circuit, which is between the thyristor and the sensor resistor has a transistor, the base of which has a control resistor to one pole of the for Supply of the control electronics serving voltage supply is connected, and the at least one Has current limiting element between the control resistor and the other pole of the power supply is provided
Bei dieser bekannten Ausführungsform wird zwar eine Kurzschluß-Sicherung geschaffen, jedoch spricht die Schaltung dann nicht an, wenn nur verhältnismäßig geringfügige Überlastungen vorhanden sind. Die Schaltung spricht auch dann nicht an, wenn solche Überlastungen, die noch weit von einem Kurzschluß entfernt sein können, über längere Zeit bestehen.In this known embodiment, a short-circuit fuse is created, but speaks the circuit does not start if there are only relatively minor overloads. The circuit does not respond even if such overloads are far from a short circuit can exist over a long period of time.
Eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art ist auch durch die DE-AS 21 49 063 bekannt geworden. Ist der Fühlerwiderstand niederohmig ausgebildet, liegt jedoch keine Begrenzung des Stromes bei einem Kurzschluß in der Last vor. Aus diesem Grunde müssen nachteiligerweise alle Schaltungselemente im Lastkreis so ausgelegt werden, daß sie durch den sehr hohen Kurzschlußstrom nicht beschädigt oder zerstört werden können. Dies ist jedoch in der Praxis aus räumlichen Gründen meist nicht möglich.A circuit arrangement of the generic type has also become known from DE-AS 21 49 063. If the sensor resistance is designed to be low, there is no limit to the current at one Short circuit in the load. For this reason, disadvantageously, all circuit elements in the load circuit be designed so that they are not damaged or destroyed by the very high short-circuit current can. In practice, however, this is usually not possible for reasons of space.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zum Schütze eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters gegen Überlastung zu schaffen, die auch bei einem niederohmigen Lastkreis die Notwendigkeit vermeidet, die Schaltungselemente im Lastkreis so zu dimensionieren, daß sie den Kurzschlußstrom aufnehmen könnte.The object of the invention is therefore to provide a circuit arrangement for contacting an electronic two-wire AC switch against overload, even with a low-resistance load circuit avoids the need to dimension the circuit elements in the load circuit so that they the Could take up short-circuit current.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen Merkmale des kennzeichnenden Teiles von Anspruch 1.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird nicht nur der Wechselstromschalter selbst geschützt,
sondern auch nachgeschaltete Einrichtungen des Anwenders. Dies ist beispielsweise besonders vorteilhaft,
wenn ein nachgeschaltetes Schütz z. B. defekt ist. Wird z. B. durch mangelhafte Kontakte der Schützstrom
zu hoch, so kann das Schütz und ggf. der gesamte Schaltschrank verbrennen.Features of the characterizing part of claim 1 serve to solve this problem.
The circuit arrangement according to the invention not only protects the alternating current switch itself, but also downstream devices of the user. This is particularly advantageous, for example, when a downstream contactor z. B. is defective. Is z. If, for example, the contactor current is too high due to inadequate contacts, the contactor and possibly the entire control cabinet can burn.
Diese Vorteile ergeben sich, ohne daß ein hochohmiger Widerstand im Lastkreis vorhanden sein und die damit verbundene Verlustleistung abgeführt werden muß. Tritt bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein Kurzschluß auf, fließt im Lastkreis nur noch ein Strom, der um etwa zwei Größenordnungen geringer ist als der Nennstrom des Wechselstromschalters.These advantages result without a high resistance being present in the load circuit and the associated power loss must be dissipated. Occurs in the circuit arrangement according to the invention If a short circuit occurs, only a current flows in the load circuit that is about two orders of magnitude lower is than the rated current of the AC switch.
Außerdem wird der Wechselstromschalter auch gegen schädliche Einflüsse geschützt, die dadurch entstehen können, daß der Wechselstromschalter ständig mit einem überhöhten Strom betrieben wird, der als Überlastung wirkt, ohne daß es zu einem Kurzschluß kommt Außerdem kann die Ansteuerung nahezu leistungslos durchgeführt werden.In addition, the AC switch is also against Protected against harmful influences that can arise from the fact that the AC switch is constantly with an excessive current is operated, which is called overload works without a short circuit. In addition, the control can be almost powerless be performed.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows
Fig. 1 ein Schaltschema'einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 1 shows a circuit diagram of a preferred embodiment the circuit arrangement according to the invention,
Fig.2 ein weiteres Schaltschema, welches eine vorteilhafte Weiterbildung der in der Fig. 1 veranschaulichten Schaltungsanordnung darstellt, undFig.2 shows a further circuit diagram, which is an advantageous Represents a further development of the circuit arrangement illustrated in FIG. 1, and
F i g. 3 verschiedene Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der in den F i g. 1 und 2 veranschaulichten SchaltungeaF i g. 3 different diagrams to explain the operation of the in the F i g. 1 and 2 illustrated Circuit a
Nachfolgend wird anhand der F i g. 1 der Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erläutert Ein Pol einer Spannungsversorgungseinrichtung 1, die vorzugsweise als Wechselspannung-Versorgungseinrichtung ausgebildet ist, ist über einen Lastwiderstand 2 an eine Klemme 3 des elektronischen Wechselstromschalters gelegt Der andere Pol der der Spannungsversorgungseinrichtung 1 ist direkt an eine weitere Klemme 4 angeschlossen. Die Speisespannung wird über eine Gleichrichterbrücke 5 gleichgerichtet Über eine Versorgungseinheit 6, die aus einem Vorwiderstand oder aus einem Stromregler oder auch aus einem Spannungsregler oder aber aus einer Kombination solcher Elemente bestehen kann, wird eine Steuerelektronik 7 mit Spannung versorgt Ein Kondensator 8, der zwischen dem einen und dem anderen Pol der Versorgungsspannung angeordnet ist, dient zur Glättung der Spannung für die Steuerelektronik 7. Die Steuerelektronik 7 enthält einen (nicht dargestellten) von außen beeinflußbaren Transistor-Oszillator mit einer nachgeschalteten Verstärkereinrichtung zur Ansteuerung eines Thyristors 9 im Lastkreis. Die Anode des Thyristors 9 liegt direkt am positiven Pol des Brückengleichrichteirs 5. Die Kathode des Thyristors 9 ist über eine Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 10 und einem Fühierwidersiand 11 mit dem negativen Pol des Brückengleichstromrichters 5 verbunden. Die Basis des Transistors 10 ist über einen Ansteuerwiderstand 13 mit dem positiven Pol der Spannung zur Versorgung der Steuerelektronik 7 verbunden. Außerdem ist die Basis des Transistors 10 über eine Zenerdiode 12 mit dem negativen Pol der Gleichrichterbrücke 5 verbunden. Der negative Pol der Gleichrichterbrücke 5 ist identisch mit dem negativen Pol der Speisespannung für die Steuerelektronik 7.In the following, with reference to FIG. 1 the structure of a preferred embodiment of the invention Circuit arrangement explained one pole of a voltage supply device 1, which is preferably is designed as an AC voltage supply device is via a load resistor 2 to a Terminal 3 of the electronic AC switch connected. The other pole of the voltage supply device 1 is connected directly to another terminal 4. The supply voltage is supplied via a rectifier bridge 5 rectified via a supply unit 6, which consists of a series resistor or a Current regulator or a voltage regulator or a combination of such elements can, a control electronics 7 is supplied with voltage. A capacitor 8, which is between the one and the other pole of the supply voltage is arranged, serves to smooth the voltage for the Control electronics 7. The control electronics 7 contain a device (not shown) that can be influenced from the outside Transistor oscillator with a downstream amplifier device for controlling a thyristor 9 in the load circuit. The anode of the thyristor 9 lies directly on the positive pole of the bridge rectifier 5. The cathode of the thyristor 9 is via a series circuit of the collector-emitter path of a transistor 10 and a Fühierwidersiand 11 with the negative pole of the Bridge DC converter 5 connected. The base of the transistor 10 is connected to a control resistor 13 connected to the positive pole of the voltage for supplying the control electronics 7. Also is the base of the transistor 10 is connected to the negative pole of the rectifier bridge 5 via a Zener diode 12. Of the The negative pole of the rectifier bridge 5 is identical to the negative pole of the supply voltage for the control electronics 7th
Der Transistor 10, der Fühlerwiderstand 11 und die Zenerdiode 12 bilden zusammen mit dem Ansteuerwiderstand 13 eine Strombegrenzungsschaltung.The transistor 10, the sensor resistor 11 and the Zener diode 12 form together with the control resistor 13 a current limiting circuit.
Wenn durch eine externe Beeinflussung des (nicht dargestellten) Transistor-Oszillators in der Steuerelektronik 7 der Thyristor 9 gezündet wird, so wird die Speisespannung von der Spannungsversorgungseinrichtung 1 über den Thyristor 9 und den Transistor 10 sowie über den Fühlerwiderstand 11 an den Lastwiderstand 2 durchgeschaltetIf by an external influence of the (not shown) transistor oscillator in the control electronics 7 the thyristor 9 is ignited, the supply voltage from the voltage supply device 1 via the thyristor 9 and the transistor 10 and via the sensor resistor 11 to the load resistor 2 switched through
Wenn der Laststrom in dem Lastwiderstand 2 kleiner als der oder gleich dem zugelassenen Nennstrom ist
bzw. kleiner als der oder gleich dem zugelassenen Stpßstrom ist, bleibt der Transistor 10 durchgeschaltet Wird
die Last jedoch kurzgeschlossen, tritt sofort an dem Fühlerwiderstand 11 ein größerer Spannungsabfall auf.
In demjenigen Augenblick, in welchem dieser Spannungsabfall am Fühlerwiderstand 11 größer ist als die
Spannung der Zenerdiode 12, setzt die Strombegrenzung
ein. Die Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 10 ist bei dieser vereinfachten Betrachtung
außer acht gelassen worden. Sobald die Strombegrenzung des Transistors 10 einsetzt, tritt an der Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 10 ein Spannungsabfall auf. Übersteigt dieser Spannungsabfall zusammen mit
dem Spannungsabfall am Fühlerwiderstand 11 die Spannung
an einer Zenerdiode 14, die in Reihe mit einem Reihenwiderstand 15 zwischen dem Gate des Begrenzungsthyristors
16 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Thyristor 9 und dem Transistor 10 angeordnet ist, so
wird über die Zenerdiode 14 und den Reihenwiderstand 15 das Gate des Begrenzungsthyristors 16 angesteuert,
so daß der Begrenzungsthyristors 16 zündet Da die Anode des Begrenzungsthyristors 16 direkt mit der
Basis des Transistors 10 verbunden ist und die Kathode des Begrenzungsthyristors 16 direkt mit dem negativen
Pol der Speisespannung verbunden ist, wird bei gezündetem Begrenzungsthyristor 16 der Transistor 10 vollständig
gesperrt. Der Basisstrom des Transistors 10 durch den Ansteuerwiderstand 13 wird über den Begrenzungsthyristor
16 an den negativen Pol der Gleichrichterbrücke 5 abgeleitet
Nach dem Auftreten eines Kurzschlusses in dem Lastwiderstand 2 stellt sich sofort folgender Betriebszustand
der Schaltung ein: Der Begrenzungsthyristor 16 ist durchgeschaltet, und damit ist der Transistor 10 vollständig
gesperrt. Die Gesamtschaltung nimmt in diesem Betriebszustand nur noch einen Reststrom auf, der
sich aus dem Eigenverbrauch der Steuerelektronik 7, dem Strom durch den Ansteuerwiderstand 13 und den
Begrenzungsthyristor 16 sowie aus dem Strom durch den Thyristor 9 und die Reihenschaltung aus der Zenerdiode
14 mit dem hochohmigen Reihenwiderstand 15 und der Zündstrecke des Begrenzungstransistors 16 zusammensetzt
Dieser Reststrom liegt um etwa zwei Größenordnungen geringer als der Nennstrom des Wechselstromschalters.
Dieser Betriebszustand bleibt auch dann bestehen, wenn zwischenzeitlich der Kurzschluß am Lastwiderstand
2 beseitigt wurde. Das Verhalten des Wechselstromschalters wird daher maßgeblich durch die Tatsache
bestimmt, daß der Begrenzungsthyristor 16 durchgeschaltet ist Dieser Begrenzungsthyristor 16
bleibt so lange durchgeschaltet, bis sein Haltestrom unterschritten wird Dies kann jedoch nur dann geschehen,
wenn die Schaltung mindestens so lange, bis der Kondensator 8 praktisch entladen ist, einpolig für kurze
Zeit von der Speisespannung abgetrennt wird, die durch die Spannungsversorgungseinrichtung 1 geliefert
wird. Wenn daher einmal ein Lastkurzschluß aufgetreten ist, bleibt der Wechselstromschalter so lange gesperrt,
bis eine Quittierung erfolgt die ein einpoliges oder zweipoliges Abtrennen des Wechselstromschalters
von der Speisespannung bedeutetIf the load current in the load resistor 2 is less than or equal to the permitted nominal current or less than or equal to the permitted surge current, the transistor 10 remains switched on. At the moment in which this voltage drop across the sensor resistor 11 is greater than the voltage of the Zener diode 12, the current limitation begins. The base-emitter threshold voltage of transistor 10 has been disregarded in this simplified consideration. As soon as the current limitation of transistor 10 begins, a voltage drop occurs across the collector-emitter path of transistor 10. If this voltage drop, together with the voltage drop at the sensor resistor 11, exceeds the voltage at a Zener diode 14, which is arranged in series with a series resistor 15 between the gate of the limiting thyristor 16 and the connection point between the thyristor 9 and the transistor 10, then the Zener diode 14 and the series resistor 15 controls the gate of the limiting thyristor 16 so that the limiting thyristor 16 ignites. Since the anode of the limiting thyristor 16 is connected directly to the base of the transistor 10 and the cathode of the limiting thyristor 16 is directly connected to the negative pole of the supply voltage, Ignited limiting thyristor 16, the transistor 10 is completely blocked. The base current of the transistor 10 through the control resistor 13 is diverted to the negative pole of the rectifier bridge 5 via the limiting thyristor 16
After the occurrence of a short circuit in the load resistor 2, the following operating state of the circuit occurs immediately: The limiting thyristor 16 is switched through, and thus the transistor 10 is completely blocked. In this operating state, the overall circuit only consumes a residual current, which is made up of the internal consumption of the control electronics 7, the current through the control resistor 13 and the limiting thyristor 16 and the current through the thyristor 9 and the series connection of the Zener diode 14 with the high-resistance series resistor 15 and the ignition path of the limiting transistor 16. This residual current is about two orders of magnitude lower than the rated current of the AC switch.
This operating state remains in effect even if the short circuit at load resistor 2 has been eliminated in the meantime. The behavior of the AC switch is therefore largely determined by the fact that the limiting thyristor 16 is switched on. This limiting thyristor 16 remains switched on until its holding current is undershot is discharged, is single-pole disconnected for a short time from the supply voltage which is supplied by the voltage supply device 1. If, therefore, a load short-circuit has occurred, the AC switch remains locked until an acknowledgment occurs, which means a single-pole or two-pole disconnection of the AC switch from the supply voltage
Die heute allgemein üblichen technischen Daten für einen Zweidraht-Wechselstromschalter nach der F i g. 1
sind folgende:
Speisespannungsbereich: 20 bis 250 V, Dauernennstrom: etwa 0,5 A und
22 zugelassener Stoßstrom: etwa 3,5 AThe technical data generally used today for a two-wire AC switch according to FIG. 1 are the following:
Supply voltage range: 20 to 250 V, rated continuous current: approx. 0.5 A and
22 permitted surge current: approx. 3.5 A
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs-A preferred embodiment of the invention
gemäßen Schaltung kann bei einem Widerstandswert von 1 Ohm für den Fühlerwiderstand 11 folgende Dimensionierung aufweisen: Die Zenerspannung der Zenerdiode 12 beträgt ungefähr 3 V. Hierbei ist berücksichtigt, daß die Schwellenspannung des Transistors 10 etwa 0,5 V beträgt. Bei dieser Dimensionierung der Zenerdiode 12 wird die Strombegrenzung des Transistors 10 erst dann wirksam, wenn der Stoßstrom von 3,5 A überschritten wird. Die Zenerspannung der Zenerdiode 14 beträgt ungefähr 5 V. Sobald die Strombegrenzung durch den Transistor 10 einsetzt, wird dann der Begrenzungsthyristor 16 gezündet, und es erfolgt die oben beschriebene Abschaltung.According to the circuit, with a resistance value of 1 ohm for the sensor resistor 11, the following dimensioning have: The Zener voltage of the Zener diode 12 is approximately 3 V. This takes into account that the threshold voltage of transistor 10 is about 0.5V. With this dimensioning of the Zener diode 12, the current limitation of transistor 10 is only effective when the surge current of 3.5 A is exceeded. The Zener voltage of the Zener diode 14 is approximately 5 V. As soon as the current limit is activated occurs through the transistor 10, the limiting thyristor 16 is then ignited, and the above-described occurs Shutdown.
Bei dieser angegebenen Dimensionierung der elektrischen Bauteile ist es möglich, daß der Wechselstromschalter ständig mit einem Strom bis zu etwa 3,5 A betrieben wird, ohne daß eine Abschaltung erfolgt. Deshalb ist ein wirksamer Schutz gegen eine ständige Überlast noch nicht vorhanden. Um auch diesen Schutz zu erreichen, wird der Wechselstromschalter in der bevorzugten Ausführungsform nach F i g. 2 ausgebildet.With this specified dimensioning of the electrical components, it is possible that the AC switch is continuously operated with a current of up to about 3.5 A without being switched off. That's why effective protection against permanent overload is not yet available. To achieve this protection too, the AC switch in the preferred embodiment of FIG. 2 trained.
Die in der F i g. 2 dargestellte Schaltung weist anstelle des Transistors 10 einen MOS-Feldeffekt-Transistor 100 auf. Das Gate G dieses MOS-FET 100 entspricht der Basis des Transistors 10, die Drain D entspricht dem Kollektor, und die Source 5 entspricht dem Emitter des Transistors 10. Die Verwendung eines MOS-FET führt dazu, daß die Ansteuerung nahezu leistungslos durchgeführt werden kann. Der Ansteuerwiderstand 13 kann also relativ hochohmig gewählt werden. Die Zenerdiode 12 kann entfallen, wenn die Speisespannung für die Steuerelektronik 7 eine konstante Spannung ist Die Gate Source-Spannung des MOS-FET 100, die über den Ansteuerwiderstand 13 an das Gate G gelegt wird, ist positiv und bleibt auch so lange positiv, bis der Spannungsabfall am Kühlerwiderstand 11 einen Wert erreicht, der gleich der oder größer als die Versorgungsspannung der Steuerelektronik 7 ist. Bei positiver Gate-Source-Spannung ist die Drain-Source-Strecke des MOS-FET iOO durchgeschaltet Wenn die Gate-Source-Spannung gleich Null oder negativ ist, wird die Drain-Source-Strecke des MOS-FET iOO gesperrt Die Wirkungsweise der Strombegrenzung ist bei der Verwendung des MOS-FET 100 praktisch mit der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 identisch.The in the F i g. 2 has a MOS field effect transistor 100 instead of transistor 10. The gate G of this MOS-FET 100 corresponds to the base of the transistor 10, the drain D corresponds to the collector, and the source 5 corresponds to the emitter of the transistor 10. The use of a MOS-FET means that the control can be carried out with almost no power . The control resistor 13 can therefore be selected to have a relatively high resistance. The Zener diode 12 can be omitted if the supply voltage for the control electronics 7 is a constant voltage. The gate source voltage of the MOS-FET 100, which is applied to the gate G via the control resistor 13, is positive and remains positive until the voltage drop across the cooler resistor 11 reaches a value that is equal to or greater than the supply voltage of the control electronics 7. If the gate-source voltage is positive, the drain-source path of the MOS-FET iOO is switched through. If the gate-source voltage is equal to zero or negative, the drain-source path of the MOS-FET iOO is blocked is practical when using the MOS-FET 100 with the mode of operation of the circuit according to FIG. 1 identical.
Um zusätzlich einen Überlastschutz zu erreichen, d. h. einen Schutz des Wechselstromschalters gegen solche Ströme, die zwar verhältnismäßig hoch sind, jedoch noch nicht als Kurzschlußstrom zu bezeichnen sind, wird das Gate des Be^renzun^sth^ristors 16 über in Reihe zueinander geschaltete Widerstände 17 und 19 mit dem Fühlerwiderstand 11 und zugleich mit der Source 5 des MOS-FET 100 verbunden. Weiterhin wird zwischendem Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 19 einerseits und dem negativen Pol der Gleichrichterbrücke 5 ein Kondensator 18 angeordnet Aus dieser Schaltungsanordnung ergibt sich eine Wirkungsweise, die anhand der Diagramme in F i g. 3 näher erläutert wird.In order to additionally achieve overload protection, i. H. protection of the AC switch against such Currents that are relatively high but cannot yet be described as short-circuit currents, the gate of the be ^ renzun ^ sth ^ ristor 16 via in Series of resistors 17 and 19 connected to one another with the sensor resistor 11 and at the same time with the Source 5 of the MOS-FET 100 connected. Furthermore, between the connection point of the resistors 17 and 19 on the one hand and the negative pole of the rectifier bridge 5, a capacitor 18 is arranged from This circuit arrangement results in a mode of operation which, based on the diagrams in FIG. 3 explained in more detail will.
Bei den Diagrammen nach der F i g. 3 sind jeweils der Strom In im Fühlerwiderstand 11, der Spannungsabfall Uu am Fühlerwiderstand 11, die Spannung Uta am Kondensator 18 und die Spannung t/ioo an der Drain und der Source des MOS-FET 100 über der Zeit dargestellt In the diagrams according to FIG. 3 each shows the current I n in the sensor resistor 11, the voltage drop Uu at the sensor resistor 11, the voltage Uta at the capacitor 18 and the voltage t / ioo at the drain and the source of the MOS-FET 100 over time
Wenn zum Zeitpunkt t\ der Thyristor 9 gezündet wird, fließt durch den Fühlerwiderstand 11 der Laststrom Ln von beispielsweise 0,5 A Nennstrom. Am Fühlerwiderstand 11 tritt ein proportionaler Spannungsabfall Un auf. Mit dieser Spannung Uw wird der Kondensator 18 über den Widerstand 17 mit einer Zeitkonstante von r = R\i χ ie aufgeladen. Bei einem Betrieb mit dem Nennstrom ist die Ladespannung am Kondensator 18 gerade so groß, daß sie etwas unterhalb der Zündschwelle des Begrenzungsthyristors 16 liegt Eine Zündung dieses Begrenzungsthyristors erfolgt also auch nach beliebig langer Stromflußzeit nicht An der Drain D und der Source S des MOS-FET 100 steht nur die normale Durchlaßspannung t/ioo zur Verfugung.If the thyristor 9 is ignited at the time t \ , the load current Ln of, for example, 0.5 A rated current flows through the sensor resistor 11. A proportional voltage drop Un occurs at the sensor resistor 11. With this voltage Uw , the capacitor 18 is charged via the resistor 17 with a time constant of r = R \ i χ ie. In an operation with the rated current, the charging voltage is just large at the condenser 18 to be slightly below the ignition threshold of the Begrenzungsthyristors 16 is Ignition this Begrenzungsthyristors therefore takes place even after any length of current flow is not at the drain D and the source S of the MOS-FET 100 only the normal forward voltage t / ioo is available.
Wenn zum Zeitpunkt h der Wechselstromschalter beispielsweise mit dem doppelten Nennstrom belastet wird, so tritt auch am Fühlerwiderstand 11 die doppelte Spannung Uw auf. Der Kondensator 18 wird wiederum über den Vorwiderstand mit der Zeitkonstanten r auf diese Spannung aufgeladen. Nach der Zeit ty\ hat der Kondensator 18 jedoch ein Ladespannung erreicht, die gleich der Zündspannung des Begrenzungsthyristors 16 ist. In diesem Augenblick wird der Begrenzungsthyristor 16 gezündet, und es wird dadurch gemäß der obigen Erläuterung der MOS-FET 100 gesperrt. Der Laststrom wird bis auf den geringen Reststrom zurückgeführt Die Spannung am MOS-FET 100 steigt bis auf den Nennwert der Speisespannung schlagartig an. Dieser Betriebszustand wird so lange aufrechterhalten, bis durch eine einpolige oder zweipolige Unterbrechung der Speisespannung der Wechselstromschalter wieder betriebsbereit wird.If, for example, the AC switch is loaded with twice the nominal current at time h , then twice the voltage Uw also occurs at the sensor resistor 11. The capacitor 18 is in turn charged to this voltage via the series resistor with the time constant r. After the time ty \ , however, the capacitor 18 has reached a charging voltage which is equal to the ignition voltage of the limiting thyristor 16. At this moment, the limiting thyristor 16 is ignited, and the MOS-FET 100 is thereby blocked, as explained above. The load current is reduced to the small residual current. The voltage at the MOS-FET 100 rises suddenly to the nominal value of the supply voltage. This operating state is maintained until the AC switch becomes operational again due to a single-pole or two-pole interruption of the supply voltage.
Die Zeit tut, in welcher der Kondensator 18 eine Ladespannung erreicht, die gleich der Zündspannung des Begrenzungsthyristors 16 ist, hängt von der Größe des Stromes Iu bzw. von der Größe des Spannungsabfalls Uu ab. Daraus ergibt sich, daß die Abschaltzeit für den gesamten Wechselstromschalter von der Größe des Überlaststromes abhängig ist 1st der Überlaststrom nur gering, so ist die Zeit ij/i sehr groß. Ist der Überlaststrom groß, so wird die Zeit tvi entsprechend kürzer.The time does, in which the capacitor 18 reaches a charge voltage, equal to the ignition voltage of the Begrenzungsthyristors 16 depends on the magnitude of the current Iu or the size of the voltage drop from Uu. This means that the switch-off time for the entire AC switch depends on the size of the overload current. If the overload current is only small, the time ij / i is very long. If the overload current is large, the time tvi is correspondingly shorter.
Wenn im Zeitpunkt t3 ein Lastkurzschluß auftritt oder eine so hohe Überlastung eintritt, daß die Strombegrenzung des MOS-FET 100 sofort einsetzt, so tritt gemäß der obigen Erläuterung am MOS-FET 100 ein entsprechender Spannungsabfall auf. Sobald dieser Spannungsabfall einen Wert erreicht, der dazu ausreicht, über die Zenerdiode 14 und den Reihenwiderstand 15 den Begrenzungsthyristor 16 zu zünden, erfolgt eine sofortige Abschaltung. Daraus ergibt sich, daß bei einem Kurzschluß in dem Lastwiderstand 2 oder bei einer Überlastung, die durch einen Strom hervorgerufen wird, der höher ist als der zugelassene Stoßstrom, eine sofortige Abschaltung des Wechselstromschalters herbeigeführt wird. Eine Verlustleistung an dem MOS-FET 100 tritt nicht auf. Sofern keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, liegt die Abschaltzeit in einer Größenordnung, die den Eigenzeiten der verwendeten Bauelemente entspricht Dies bedeutet daß die Abschaltzeit im Nanosekunden-Bereich liegt und maximal wenige Mikrosekunden beträgtIf a load short-circuit occurs at time t3 or an overload occurs so high that the current limitation of the MOS-FET 100 starts immediately, a corresponding voltage drop occurs at the MOS-FET 100 as explained above. As soon as this voltage drop reaches a value which is sufficient to ignite the limiting thyristor 16 via the Zener diode 14 and the series resistor 15, there is an immediate shutdown. It follows that in the event of a short circuit in the load resistor 2 or in the event of an overload caused by a current which is higher than the permitted surge current, the AC switch is switched off immediately. There is no power loss on the MOS-FET 100. Unless special measures are taken, the turn-off time is of an order of magnitude that corresponds to the proper times of the components used. This means that the turn-off time is in the nanosecond range and a maximum of a few microseconds
In der Schaltung nach der Fi g. 2 ist in den Anodenkreis des Begrenzungsthyristors 16 eine Diode 20 eingeschaltet Diese Diode 20 ist vorzugsweise eine Licht emittierende Diode. Damit ist es möglich, einen Kurzschlußfall oder einen Überlastfall anzuzeigen. Die Diode 20 leuchtet dann auf, wenn der Begrenzungsthyristor 16 gezündet hat Dies bedeutet gemäß den obigen Erläuterungen, daß zwangsläufig entweder eine Überlastung durch einen erhöhten Strom oder ein Lastkurzschluß vorhanden sein mußte.In the circuit according to FIG. 2 is in the anode circuit of the limiting thyristor 16, a diode 20 is switched on. This diode 20 is preferably a light emitting diode. This makes it possible to display a short circuit or an overload. the Diode 20 lights up when the limiting thyristor 16 has ignited. This means in accordance with the above Explanations that inevitably either an overload due to an increased current or a load short circuit had to be present.
Weiterhin ist in der F i g. 2 eine Meldeleitung von der Anode des Begrenzungsthyristors 16 zu der Steuerelektronik 7 geführt Über diese Meldeleitung kann der Steuerelektronik 7 gemeldet werden, daß der Begrenzungsthyristor 16 durchgeschaltet wurde. Somit ist die Möglichkeit gegeben, nach dem Durchschalten des Begrenzungsthyristors 16 auf Grund einer entsprechenden Überlastung oder eines Lastkurzschlusses die Steuerelektronik 7 so zu beeinflussen, daß der Thyristor 9 abgeschaltet wird bzw. nach dem ersten Nulldurch-Furthermore, in FIG. 2 a message line from the anode of the limiting thyristor 16 to the control electronics 7 out This message line can be used to report to the control electronics 7 that the limiting thyristor 16 was switched through. This gives the possibility after the limiting thyristor has been switched on 16 to influence the control electronics 7 due to a corresponding overload or a load short circuit so that the thyristor 9 is switched off or after the first zero crossing
gang des Stromes nicht mehr eingeschaltet wird.output of the current is no longer switched on.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist gemäß der obigen Beschreibung in ihrer am meisten bevorzugten Ausführungsform in der Lage, eine Abschaltung nicht nur bei einem Lastkurzschluß außerordentlich kurzzeitig herbeizuführen, sondern auch eine Abschaltung dann zu bewirken, wenn der Strom über eine bestimmte Zeit einen vorgebbaren Strompegel überschritten hat.The circuit arrangement according to the invention is most preferred in accordance with the above description Embodiment capable of a shutdown extraordinarily not only in the event of a load short circuit to bring about briefly, but also to cause a shutdown when the current over a has exceeded a specified current level for a certain period of time.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (6)
daß das Gate des Begrenzungsthyristors (16) über zueinander in Reihe geschaltete Widerstände (17, 19) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Fühlerwiderstand (11) und der Source (S) des MOS-Feldeffekt-Transistors (100) verbunden ist und daß zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den zueinander in Reihe geschalteten Widerständen (17,19) und dem anderen Pol der Versorgungsspannung ein Kondensator (18) angeordnet istthat the transistor is designed as a MOS field effect transistor (100), that the switch-off element is designed as a limiting thyristor (16), the gate of which via a Zener diode (14) and a series resistor (15) to the connection point between the thyristor (9) and the MOS field effect transistor is connected and its anode is connected to the base of the transistor (100),
that the gate of the limiting thyristor (16) is connected to the connection point between the sensor resistor (11) and the source (S) of the MOS field effect transistor (100) via resistors (17, 19) connected in series, and that between a connection point A capacitor (18) is arranged between the resistors (17, 19) connected in series with one another and the other pole of the supply voltage
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