DE3424040A1

DE3424040A1 - Schaltungsanordnung zur strombegrenzung

Info

Publication number: DE3424040A1
Application number: DE19843424040
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 8192 Geretsried Kramer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE3424040C2

Description

Siemens Aktiengesellschaft 2>. Unser Zeichen Berlin und München VPA 84 P 1 4 6 6 DE

Schaltunqsanordnunq zur Strombegrenzung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.

1Q . Stabilisierungsschaltungen zur Erzeugung von Ausgangsspannungen, die bei wechselnden Eingangsspannungen und bei wechselnden Lasten eine möglichst konstante Ausgangsspannung abgeben, sind allgemein bekannt (Martin KuIp "Elektronenröhren und ihre Schaltungen", Göttingen 1958, Seiten 87 bis 93).

Solche Stabilisierungsschaltungen müssen eine Strombegrenzungseinrichtung besitzen, die die Bauelemente gegen Überlastung zu schützt, wenn der Ausgangsstrom einen maximal zulässigen Wert überschreitet. Es ist üblich, eine solche Strombegrenzung durch einen einfachen Vorwiderstand zu realisieren. Damit die Strombegrenzung hinreichend wirksam ist, muß dieser Widerstand einen vergleichsweise großen Wert haben. Damit wird aber auch die an ihm entstehende Verlustleistung relativ groß. Außerdem ist es erforderlich, den entsprechenden Spannungsabfall auszuregeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stabilisierungsschaltung der gattungsgemäßen Art eine Strombegrenzung vorzusehen, die eine möglichst abrupte Absenkung der Ausgangsspannung bewirkt, sobald der Ausgangsstrom den maximal zulässigen Wert überschreitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. 35

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung arbeitet in

Wf 1 Gru / 08.06.1984

folgender Heise: Da der Gegenkopplungswiderstand vom Ausgangsstrom durchflossen ist, fällt an ihm eine Spannung ab, die als Gegenkopplungsspannung im Steuerkreis des Feldeffekttransistors wirksam ist. Wenn der Ausgangsstrom grösser wird, steigt auch die Gegenkopplungsspannung an. Die mit der Erhöhung des Ausgangsstromes verbundene Verringerung der Ausgangsspannung läßt das Steuerpotential des zweiten steuerbaren Schaltelementes absinken, so daß der Widerstand seiner gesteuerten Strecke größer wird. Damit steigt jedoch daß Steuerpotential am gate des Feldeffekttransistors, so daß dessen gesteuerte Strecke niederohmiger wird, wodurch die Erhöhung des Spannungsabfalles an dem Gegenkopplungswiderstand (teilweise) wieder ausgeglichen wird. Wenn der Ausgangsstrom seinen zulässigen Maximalwert erreicht, hat die Gegenkopplungsspannung einen Wert, die zuzüglich der Spannung zwischen source und gate des Feldeffekttransistors der Schwellenspannung des Schwellwertelementes entspricht. Da dieses Element zur Reihenschaltung der source- gate-Strecke und des Gegenkopplungswiderstandes parallel liegt, begrenzt seine Schwellenspannung mithin das Steuerpotential am gate des Feldeffekttransistors. Bei einer weiteren Erhöhung des Ausgangsstroms bleibt das gate auf diesem Potential fixiert, so daß der Feldeffekttransistor in seinen nichtleitenden Zustand gesteuert wird, wenn der Spannungsabfall am Gegenkopplungswiderstand weiter ansteigt. Dadurch wird die angestrebte abrupte Strombegrenzung erreicht.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Ausgangsstrom der Schaltung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung dient zur Ableitung

einer hochkonstanten Ausgangsspannung U„ aus einer Schwankungen unterworfenen Eingangsspannung Uy. In den Längszweig, der die (postive) Eingangsklemme der Schaltung mit ihrer Ausgangsklemme verbindet, ist die gesteuerte Strecke (source-drain) eines Feldeffekttransistors TS1 in Reihe mit einem Widerstand Rp eingefügt. Dieser mit der source-Elektrode des Feldeffekttransistors TS1 verbundene Widerstand bildet einen Gegenkopplungswiderstand. Parallel zu den Ausgangsklemmen ist ein aus drei Widerständen R, , R₁- und Rg bestehender Spannungsteiler angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R₁- ist mit der Basis eines Transistors TS2 verbunden, dessen Emitter mit einem als Zenerdiode ausgebildeten Referenzspannungselement D- in Verbindung steht, dessen zweiter Anschluß mit dem Bezugspotential verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Basis des Transistors TS2 und der Zenerdiode D- steht außerdem über einen Widers-tand R^, mit der Ausgangsklemme in Verbindung. Das gate des Feldeffekttransistors TS1 ist über einen (hochohmigen) Widerstand mit dem Eingang und über eine als spannungsbegrenzendes Schwellwertelement dienende Zenerdiode D₁ mit der Ausgang verbunden. Ferner ist parallel zum Ausgang ein Kondensator C₁ angeordnet.

Im folgenden sei die Funktion der dargestellten Schaltung kurz erläutert: Wenn die Eingangsspannung U^ anliegt, führt· der Widerstand R₁ dem gate des Feldeffekttransistors TS1 eine Vorspannung zu, durch welche dieser in seinen leitenden Zustand gesteuert wird. Infolgedessen wird der Kondensator C₁ aufgeladen. Bei steigender Ladespannung erreicht die Spannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors TS2 einen solchen Wert, daß seine Emitter-Kollektor-Strecke leitend wird. Dadurch wird das Potential an den mit dem Kollektor des Transistors TS2 verbundenen gate des Feldeffekttransistors TS1 festgelegt. Bei gegebener Eingangsspannung U und gegebener Belastung stellt sich ein stabiler Zustand ein. Abweichungen von diesem stabilen Zustand werden durch den über den Transistor TS2 verlaufen-

den Regelkreis ausgeregelt. So bewirkt eine Erhöhung der Eingangsspannung Uy, daß auch das Potential an der Basis und damit der Steuerstrom des Transistors TS2 ansteigen. Dies hat eine Erhöhung des Emitter-Kollektorstromes zur Folge, wodurch das Potential am gate des Feldeffekttransistors TS1 erniedrigt und damit der Widerstand seiner gesteuerten Strecke (source-drain) vergrößert wird, was wiederum zur Folge hat, daß die Ausgangsspannung nicht weiter ansteigt. Bei einer Verringerung der Eingangsspannung U„ erniedrigt sich das Steuerpotential an der Basis des Transistors TS2, so daß das Potential am gate des Feldeffekttransistors TS1 ansteigt und seine source-drain Strecke niederohmiger wird. Die Änderung der Eingangsspannung U„ teilt sich daher der Ausgangsspannung U„ nicht mit. Verringerungen bzw. Vergrößerungen des Ausgangsstromes durch Änderung des Belastungswiderstandes haben eine entsprechende Wirkung. Die Regelung wird unterstützt durch den im Steuerkreis des Feldeffekttransistors TS1 wirksamen Gegenkopplungswiderstand Rp.

Wenn der Ausgangsstrom I„ seinen zulässigen Maximalwert erreicht, ist der Spannungsabfall am Gegenkopplungswiderstand Rp zuzüglich der für diesen Strom erforderlichen Steuerspannung zwischen gate und source des Feldeeffekttransistors TS2 ebenso groß wie die Zenerspannung der . Zenerdiode D₁. Das bedeutet, daß eine weitere Potentialerhöhung am gate des Feldeffekttransistors TS1 nicht möglich ist. Eine weitere Vergrößerung des Spannungsabfalles am Gegenkopplungswiderstand R₂ durch weitere Erhöhung des Ausgangsstromes hat daher zur Folge, daß die wirksame Steuerspannung des Feldeffekttransistors TS1 kleiner wird. Damit sinkt die Ausgangsspannung U„· bei weiterwachsender Belastung sehr schnell ab (Fig. 2).

1 Patentanspruch
2 Figuren

Claims

Patentanspruch

Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung für eine Schaltung zur Ableitung einer hochkonstanten Ausgangsspannung aus einer Schwankungen unterworfenen Eingangsspannung

- mit einem ersten als Stellglied wirkenden kontinuierlich steuerbaren Schaltelement (TS1), dessen gesteuerte Strecke in den Längszweig der Schaltung eingefügt ist, wobei die der gesteuerten Strecke und der Steuerstrecke gemeinsame Elektrode dem Ausgang der Schaltung zugewandt ist,

- sowie mit einem zweiten als Regler wirkenden kontinuierlich steuerbaren Schaltelement (TS2), dessen Steuerelektrode (Basis) mit einem Spannungsteiler (R^, Rc/ Rg) verbunden ist, an welchem die Ausgangsspannung (Uj,) anliegt, dessen der gesteuerten Strecke und dem Steuerkreis gemeinsame Elektrode (Emitter) über ein als Sollwertgeber dienendes Referenzspannungselement (Dp) mit dem Bezugspotential der Schaltung verbunden ist und dessen dritte Elektrode (Kollektor) mit der Steuerelektrode des erstgenannten kontinuierlich steuerbaren Schaltelementes (TS1) in Verbindung steht, derart daß bei einer Erhöhung der Ausgangsspannung (U„) der Stromfluß durch das zweite steuerbare Schaltelement (TS2) vergrößert und damit die Steuerspannung des ersten steuerbaren Schaltelementes

(TSI) verringert wird und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet,

- daß das erstgenannte steuerbare Schaltelement (TS1) ein Feldeffekttransistor ist, dessen Steuerelektrode (gate) über einen hochohmigen Widerstand (R₁) mit dem Eingang der Schaltung verbunden ist,

- daß in die Verbindung zwischen der dem Ausgang der Schaltung zugewandten Elektrode (source) des Feldeffekttransistors (TS1) und dem Ausgang ein Gegenkopplungswiderstand (Rp) eingefügt ist,

- und daß die Steuerelektrode (gate) des Feldeffektransi-

stors (TS 1) über ein spannungsbegrenzendes Schwellwertelement (D₁) mit dem dem Ausgang der Schaltung zugewandten Anschluß des Gegenkopplungswiderstandes (R-) verbunden ist, wobei der Spannungsbegrenzungswert des Schwellwertelementes (D₁) einerseits und der Widerstandswert des Gegenkopplungswiderstandes (Rp) andererseits so bemessen sind, daß der bei höchstzulässigem Ausgangsstrom an dem Gegenkopplungswiderstand (Rp) auftretende Spannungsabfall zumindest annähernd so groß ist, wie der Spannungsbegrenzungswert des Schwellwertelementes (D₁) vermindert um die für das Durchsteuern des Feldeffekttransistors (TS1) erforderliche Restspannung.