DE3402222A1 - Circuit arrangement for limiting overvoltages - Google Patents
Circuit arrangement for limiting overvoltagesInfo
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Abstract
Description
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Sar/lh Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/I7ILicentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL / Sar / lh Theodor-Stern-Kai 1 UL 83 / I7I
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen an einem Gerat mit zw<?i Stromversorgungsleitungen.The invention relates to a circuit arrangement for limiting overvoltages on a device with two power supply lines.
Der Betriebspannung von Gleichstrom-Bordnetzen sind bisweilen Spannungsspitzen im μβ- und ms-Bereich überlagert. Diese können zur Zerstörung von Bauteilen eines angeThe operating voltage of direct current on-board networks are sometimes superimposed with voltage peaks in the μβ and ms range. This can lead to the destruction of components of an ange schlossenen Gerätes und damit zum Ausfall des Gerätesclosed device and thus to failure of the device führen. Während Spannungsspitzen im ps-Bereich mit Zenor- oder Transzorb-Dioden abgekappt werden können, sind bei Spannungsspitzen im ms-Bereich wegen ihrer hohen Leistung großvolumige Spannungsbegrenzer oder Thyristor-Kurzto lead. While stress peaks in the ps range with Zenor or Transzorb diodes can be cut off, are at voltage peaks in the ms range because of their high performance large-volume voltage limiters or thyristor short schließer erforderlich. Dies hat jedoch wegen des hohenNO contact required. However, this has because of the high
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Ableitstromes den Nachteil, daß die Eingangssicherung häufig ausgelöst wird und dadurch unerwünschte Betriebsunterbrechungen eintreten.Leakage current has the disadvantage that the input fuse is frequently triggered and this results in undesirable interruptions in operation enter.
Eine andere Lösung zur Vermeidung der Zerstörung des angeschlossenen Gerätes besteht darin, die Gerätekomponenten für die maximale zu erwartende Spitzenspannung zu dimensionieren, was zu einer erheblichen Verteuerung des Gerätes führen würde.Another solution to avoid the destruction of the connected device is to remove the device components to be dimensioned for the maximum expected peak voltage, which leads to a considerable increase in the cost of the Device would lead.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll eine einfache und preiswerte Lösung angegeben worden.The invention is based on the object of a circuit arrangement of the type mentioned to avoid the disadvantages of the prior art. In particular, should a simple and inexpensive solution has been given.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Dadurch, daß durch einen steuerbaren Schalter die Spannungsspitzen vom Gerät abgehalten werden, kann das Gerät für die Nennbetriebsspannung ausgelegt werden und erfordert dadurch keine kostspieligen oder voluminösen Bauelemente. Betriebsunterbrechungen infolge Überspannungsspitzen werden mit Sicherheit vermieden. Anspruch 2 gibt eine einfache mit bipolaren Transistoren realisierbare Lösung für einen vorteilhaften Komparator, mit dem sich in einfacher Weise ein Transistor als steuerbarer Schalter gemäß Anspruch 3 steuern läßt. Mittels eines Kondensators gemäß Anspruch 4 läßt sich zusäztlich eine einfache Begrenzung des Einschaltstromes erreichen.The object is achieved by the invention mentioned in claim 1. By having a controllable switch the voltage peaks are kept from the device, the device can be designed for the nominal operating voltage and thus does not require any expensive or bulky components. Business interruptions due to overvoltage peaks are definitely avoided. Claim 2 gives a simple feasible with bipolar transistors Solution for an advantageous comparator with which a transistor can be controlled as a controllable switch according to claim 3 in a simple manner. By means of a capacitor According to claim 4, a simple limitation of the inrush current can also be achieved.
Die Erfindung wird nun anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispieleiinäher erläutert. Es zeigen im öinzelj? en:The invention will now be illustrated with reference to in figures Embodiments explained in more detail. Show it in öinzelj? en:
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FIG. 1 PrinzipschaltungFIG. 1 basic circuit
FIG. 2 ein erstes Ausiünrungsbeispiel in bipolarer TechnikFIG. 2 shows a first embodiment in bipolar technology
FIG. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem MOS-Leistungstransistor als steuerbarer Schalter.FIG. 3 shows a second exemplary embodiment with a MOS power transistor as a controllable switch.
In FIG. 1 ist das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen an einem Gerät mit zwei Stromversorgungsleitungen, die in FIG. * mit 1 und 2 bezeichnet sind, dargestellt. Mit El und E2 sind die Eingangsklemmen der Begrenzungsschaltung und mit Al und A2 die Ausgangsklemmen bezeichnet. Zwischen der Einjrangsklemme El und der Ausgangsklemme Al ist in die Stromversorgungsleitung 1 ein steuerbarer Schalter 3 zwischengeschaltet. Das dadurch zwischen der Eingangsklemme El und dem Eingang 32 des steuerbaren Schalters 3 liegende Leitungsstück ist mit 11 bezeichnet. Ferner ist ein Komparator k vorgesehen, dessen Ausgang 43 mit dem Steueranschluß 31 dos steuerbaren Schalters 3 verbunden ist. Desweiteren ist sein erster Eingang kl über eine Konstantspannungsquelle 5 mit dem Ausgang 33 des steuerbaren Schalters 3 und sein zweiter Eingang 42 mit der anderen Stromversorgungsleitung 2 verbunden.In FIG. 1 is the basic circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention for limiting overvoltages on a device with two power supply lines, which are shown in FIG. * labeled 1 and 2 are shown. The input terminals of the limiting circuit are marked with El and E2 and the output terminals with Al and A2. A controllable switch 3 is interposed in the power supply line 1 between the input terminal El and the output terminal A1. The line section thus lying between the input terminal E1 and the input 32 of the controllable switch 3 is denoted by 11. Furthermore, a comparator k is provided, the output 43 of which is connected to the control connection 31 of the controllable switch 3. Furthermore, its first input kl is connected to the output 33 of the controllable switch 3 via a constant voltage source 5 and its second input 42 to the other power supply line 2.
Sobald die Spannung zwischen den Stromvorsorgungslöitungen 1 und 2 die Spannung der Konstantspannungsquelle 5 überschreitet, gibt der Komparator k ein den Schalter 3 öffnendes Signal ab. Um eine störspannungsfreie Ausgangsspannung an den Klemmen Al und A2 für die Zeit der Überspannungen zu haben, muß zwischen den Ausgangsklemmen Al und A2 ein Kondensator C2 geschaltet sein, der jedoch in derAs soon as the voltage between the power supply lines 1 and 2 exceeds the voltage of the constant voltage source 5, the comparator k emits a signal which opens the switch 3. In order to have a voltage-free output voltage at the terminals Al and A2 for the duration of the overvoltages, a capacitor C2 must be connected between the output terminals Al and A2, which, however, is in the
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Regel im an den Ausgangsklemmen Al und A2 angeschlossenen Gerät (Verbraucher) vorgesehen wird.Usually connected to the output terminals A1 and A2 Device (consumer) is provided.
In FIG. 2 ist ein erstes AusfUhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Komparator k aus zwei Transistoren Tl und T2 unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut, wobei die Basis des Transistors Tl der eine Eingang kl und der Emitter des Transistors Tl der andere Eingang k2 dos {Comparators ist. Der Kollektor des ersten Transistors Tl ist mit der Basis des Transistors T2 und der Emitter des Transistors T2 mit der Stromversorgungslöitung 11 verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 bildet den Ausgang dot. {"Comparators und steuert den steuerbaren Schalter an seiner Steuerelektrode 31.In FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the circuit according to the invention. As can be seen, the comparator k is made up of two transistors T1 and T2 of different conductivity types, the base of the transistor T1 being the one input kl and the emitter of the transistor T1 being the other input k2 dos {comparators. The collector of the first transistor Tl is connected to the base of the transistor T2 and the emitter of the transistor T2 is connected to the power supply line 11. The collector of the transistor T2 forms the output dot. {"Comparators and controls the controllable switch on its control electrode 31.
Als steuerbarer Schalter ist in FIG. 2 ein weiterer Transistor T3 vorgesehen, dessen Basis als Steuerelektrode 31 mit dem Kollektor des zweiten Transistors T2 und über einen Widerstand Rl mit der Stromversorgungsleitung 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T3 ist mit 4jer Eingangsklemme El und somit auch mit dem Emitter des zweiten Transistors T2 verbunden.As a controllable switch is shown in FIG. 2 a further transistor T3 is provided, the base of which acts as a control electrode 31 to the collector of the second transistor T2 and via a resistor Rl to the power supply line 2 connected is. The emitter of transistor T3 is 4jer Input terminal El and thus also connected to the emitter of the second transistor T2.
Als Konstantspannungsquelle dient eine über einen Widerstand R2 von der Versorgungsleitung 2 gespeiste Zenerdiode Zl.A resistor is used as a constant voltage source R2 from the supply line 2 fed Zener diode Zl.
Im normalen Betrieb liegt die Betriebsspannung zwischen den Klemmen El und E2 unterhalb der Zenerspannung der Diode Zl. Wird jedoch infolge einer Überspannung die Summe aus Zenerspannung und Basis-Emitter"Spannung des In normal operation, the operating voltage between the terminals El and E2 is below the Zener voltage of the diode Zl. If, however, the sum of the Zener voltage and the base-emitter voltage of the
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Transistors Tl überschritten, so wird der Transistor Tl und damit auch der Transistor T2 leitend gesteuert. Die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T2 sinkt dabei unter der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T3 die erforderlich ist, um diesen leitend zu halten. Der Transistor T3 wird also gesperrt und trennt damit die Ausgangsklemme Al von der Eingangsklemme El. Ein zwischen den Ausgangsklemmen Al und A2 geschalteter Kondensator C2 des angeschlossenen Gerätes verhindert ein intermetierendes Schalten des Transistors T3.Transistor Tl exceeded, the transistor Tl and thus also the transistor T2 is controlled to be conductive. The collector-emitter voltage of the transistor T2 drops in the process below the base-emitter voltage of the transistor T3 which is necessary to keep it conductive. The transistor T3 is blocked and thus separates the output terminal Al from the input terminal El. One between the Output terminals A1 and A2 switched capacitor C2 of the connected device prevents an intermittent Switching the transistor T3.
Bei normalerweise an den Ausgangsklemmen Al und A2 liegenden Kondensatoren hoher Kapazität entsteht beim Einschalten der in FIG. 2 gezeigten Schaltung ein hoher Einsohaltstrom. Um diesen zu vermeiden, ist zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T2 ein Kondensator Cl geschaltet. In Verbindung mit dem Widerstand Rl, der, zwischen Stromversorgungsleitung 2 und Basis des Transistors T3 geschaltet, den Transistor T3 im Norsia!betrieb in leitendem Zustand hält, wird dio Basis-Emitter-Strocke des Transistors T3 beim Einschalten nur längsten? entsprechend der Zeitkonstante V = C1*R1 aufgesteuert und dadurch der Einschaltstrom begrenzt.In the case of high capacitance capacitors normally present at the output terminals A1 and A2, when the circuit shown in FIG. 2 shows a high solenoid current. In order to avoid this, a capacitor C1 is connected between the collector and emitter of the transistor T2. In connection with the resistor Rl, which, connected between the power supply line 2 and the base of the transistor T3, keeps the transistor T3 in the conductive state in Norsia! Operation, the base-emitter stroke of the transistor T3 is only longest when switched on? Opened according to the time constant V = C1 * R1, thereby limiting the inrush current.
In Fällen, in denen nach Ansprechen der Begrenzungsschaltung die Ausgangsklemme Al von der Eingangsklemme El getrennt bleiben soll, kann in vorteilhafter Weise der Transistor T2 durch einen Thyristor oder Unijunction-Transistor ersetzt werden.In cases in which the output terminal Al from the input terminal El Should remain separate, the can in an advantageous manner Transistor T2 can be replaced by a thyristor or unijunction transistor.
Selbstverständlich kann anstelle eines einzelnen Transistors T3 als steuerbarer Schalter auch eine Kombination mehrerer Transistoren z.B. eine Darlington-Schaltung vorwendet werden.Of course, instead of a single transistor T3 as a controllable switch also a combination of several transistors e.g. a Darlington pair are used.
FIG. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin- · dung, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der FIG. 2 ähneli. Gleiche Schaltungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Als steuerbarer Schalter ist hier ein MOS-Leistungstransistor T3 vorgesehen, dessen Steuerstrecke in Vorteilhafter Weise durch eine Zenerdiode Z2 geschützt ist. Ferner sind zur Begrenzung der Basisströme der Transistoren Tl und T2 Widerstände R3 und R4 in die jeweilige Basisleitung geschaltet, die zum Schutz der genannten Transistoren dienen sollen. Diese Widerstand«? R3 und Rk können auch durch einen einzigen niederohmigen Widerstand R5 in der Emitterleitung des Transistors Tl ersetzt werden. Die Figur zeigt außerdem das Ersatzschaltbild des an die Anschlußklemmen Al und A2 anzuschließenden Gerätes mit Siebkondensator C.. und dem stromverbranchonden Teil, der hier durch einen Widerstand Rv symbolisiert ist.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention, which essentially corresponds to the exemplary embodiment in FIG. 2 similar The same circuit parts are provided with the same reference numerals. A MOS power transistor T3 is provided here as a controllable switch, the control path of which is advantageously protected by a Zener diode Z2. Furthermore, to limit the base currents of the transistors T1 and T2, resistors R3 and R4 are connected in the respective base line, which are intended to protect the said transistors. This resistance «? R3 and Rk can also be replaced by a single low-resistance resistor R5 in the emitter line of the transistor Tl. The figure also shows the equivalent circuit diagram of the device to be connected to the terminals A1 and A2 with a filter capacitor C .. and the current-consuming part, which is symbolized here by a resistor R v.
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