DE3432567C1

DE3432567C1 - Circuit arrangement for short-circuit monitoring

Info

Publication number: DE3432567C1
Application number: DE19843432567
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Poschmann; Herbert Dipl.-Ing. 7253 Renningen Straub
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1984-09-05
Publication date: 1985-12-05

Abstract

A circuit arrangement for short-circuit monitoring of a DC load is specified, which becomes high-resistant if the resistance value through the load falls below a predetermined level and in consequence virtually isolates the load from its power supply. Once it has changed into the high-resistance state, the circuit arrangement remains in this state until the load circuit is completely isolated. The circuit arrangement is implemented by means of a first transistor, which is connected in series with the load, and a second transistor which changes its base-voltage divider ratio and is connected by means of its base to the collector of the first transistor. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for short-circuit monitoring according to the preamble of Claim 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist zum Beispiel aus Tietze-Schenk, 4. Auflage, S. 54 bekannt und wird als Konstantstromquelle eingesetzt Tritt an einem über eine solche Konstantstromquelle versorgten Verbraucher ein Kurzschluß auf, so ändert sich der Strom durch den Verbraucher nicht, obgleich die Spannung am Verbraucher zusammenbricht und der Verbraucher seine Funktion nicht mehr wahrnimmt.Such a circuit arrangement is known, for example, from Tietze-Schenk, 4th edition, p. 54 and is called Constant current source used Occurs at a consumer supplied by such a constant current source If a short circuit occurs, the current through the consumer does not change, although the voltage at the consumer collapses and the consumer no longer performs his function.

In solchen Fällen wäre es sinnvoll, wenn sich die Stromquelle selbsttätig abschalten würde, womit einerseits unnötiger Stromverbrauch vermieden wäre, andererseits, vor allem bei von der Stromquelle abgesetzt angeordneten oder schwer zugänglichen Stromverbrauchern eine einfache Möglichkeit zur Kurzschlußüberwachung gegeben wäre.In such cases it would make sense if the power source would switch off automatically, which on the one hand unnecessary power consumption would be avoided, on the other hand, especially when separated from the power source arranged or difficult to access power consumers a simple way to monitor short circuits would be given.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Stromquelle der oben beschriebenen Art zu schaffen, die bei Niederohmigwerden eines angeschlossenen Verbrauchers unter einen vorbestimmten Grenzwert den gelieferten Strom abschaltet oder auf einen minimalen Wert reduziert. The object of the invention is therefore to create a current source of the type described above which, when low resistance occurs of a connected consumer below a predetermined limit value the delivered Current switches off or reduced to a minimum value.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.The object of the invention is achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1 solved.

Durch die Parallelschaltung des zweiten Transistors T2 zur Z-Diode wird auf einfache Weise eine Sperrung des ersten Transistors erreicht, sobald der Verbraucherwiderstand einen bestimmten Wert unterschreitet. Damit wird der über den ersten Transistor zum Verbraueher fließende Strom abgeschaltet. Ein geringer Reststrom fließt weiter über die Basis des zweiten Transistors und hält damit die Sperrung aufrecht bis die Verbindung zum Verbraucher aufgetrennt wird.
Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach derBy connecting the second transistor T2 in parallel to the Zener diode, blocking of the first transistor is achieved in a simple manner as soon as the load resistance falls below a certain value. This switches off the current flowing to the consumer via the first transistor. A small residual current continues to flow via the base of the second transistor and thus maintains the blocking until the connection to the consumer is disconnected.
Refinements of the circuit arrangement according to

ίο Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben. Gegenstand des Anspruchs 2 ist dabei eine Möglichkeit zur potentialfreien Kurzschlußmeldung mittels eines Optokopplers.
Gegenstand des Anspruchs 3 ist der Einsatz einer Darlington-Schaltung anstelle des ersten Transistors zur Vergrößerung des Verbraucherstrom/Reststrom-Verhältnisses, The invention is described in the dependent claims 2 and 3. The subject of claim 2 is a possibility for potential-free short-circuit reporting by means of an optocoupler.
The subject of claim 3 is the use of a Darlington circuit instead of the first transistor to increase the consumer current / residual current ratio,

Anhand zweier Figuren soll nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ausführlich beschrieben und seine Funktion erklärt werden. Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung;An exemplary embodiment will now be based on two figures the circuit arrangement according to the invention will be described in detail and its function explained. Fig. 1 shows a simple embodiment of the circuit arrangement according to the invention;

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit Kurzschlußmeldung.F i g. 2 shows an exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention with short-circuit message.

In F i g. 1 ist dargestellt ein Verbraucher V, welcher in Reihe mit einem Transistor Ti und dessen Emitterwiderstand R1 geschaltet ist und über diese Reihenschaltung mit Strom versorgt wird. Der Verbraucher kann dabei von der Schaltungsanordnung abgesetzt sein und sich an einer unzugänglichen Stelle einer Steuereinrichtung befinden. Die Basisspannung des Transistors Ti ist im normalen Betriebszustand durch einen Basisspannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand R 2 und einer Z-Diode Z 1, bestimmt. Sie kann die Durchbruchspannung (Zenerspannung) der Z-Diode nicht übersteigen. Die Schaltungsanordnung in F i g. 1 enthält weiterhin einen zweiten Transistor T2, welcher mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke parallel zur Z-Diode Z 1 geschaltet ist und dessen Basisanschluß mit dem Mittelpunkt eines aus Widerständen R 3 und R 4 bestehenden Basisspannungsteilers verbunden ist, der zwischen die Kollektorleitung des Transistors Ti und den Minuspol der Schaltung geschaltet ist.In Fig. 1 shows a consumer V which is connected in series with a transistor Ti and its emitter resistor R 1 and is supplied with current via this series connection. The consumer can be separated from the circuit arrangement and can be located at an inaccessible location of a control device. The base voltage of the transistor Ti is determined in the normal operating state by a base voltage divider consisting of a resistor R 2 and a Zener diode Z 1. It cannot exceed the breakdown voltage (Zener voltage) of the Zener diode. The circuit arrangement in FIG. 1 also contains a second transistor T2, which is connected with its collector-emitter path parallel to the Zener diode Z 1 and whose base terminal is connected to the midpoint of a base voltage divider consisting of resistors R 3 and R 4, which is connected between the collector line of the transistor Ti and the negative pole of the circuit is connected.

Ohne den zweiten Transistor T2 würde sich die Schaltung beim Niederohmigwerden des Verbrauchers (Verbraucherkurzschluß) wie folgt verhalten: Der über den Transistor Ti und den Verbraucher fließende Strom würde so weit ansteigen bis der Transistor in die Sättigung gesteuert würde und der Spannungsabfall amWithout the second transistor T2 , the circuit would behave as follows when the consumer becomes low impedance (consumer short circuit): The current flowing through the transistor Ti and the consumer would increase until the transistor was controlled into saturation and the voltage drop on

so Emitterwiderstand R1 annähernd die Zenerspannung der Z-Diode Z 1 erreichen würde. Dieser Strom würde konstant beibehalten und würde sowohl den Verbraucher als auch die Stromquelle unnötig belasten. Der Ausfall des Verbrauchers würde nicht bemerktso the emitter resistor R 1 would approximately reach the Zener voltage of the Zener diode Z 1. This current would be kept constant and would unnecessarily burden both the consumer and the power source. The failure of the consumer would not be noticed

Ist der Transistor T2 jedoch vorhanden, so verhält sich die Schaltungsanordnung folgendermaßen: Bei Ansteigen des Stromes über den Verbraucher V und des Spannungsabfalles am Emitterwiderstand Ri erhöht sich das Potential des Kollektors des Transistors Tl. If the transistor T2 is present, however, the circuit arrangement behaves as follows: When the current through the consumer V and the voltage drop across the emitter resistor Ri increases, the potential of the collector of the transistor T1 increases.

Damit erhöht sich über dem Basisspannungsteiler aus den Widerständen R 3 und R 4 die Basisspannung des Transistors T2. Dieser steuert durch und erniedrigt die Basisspannung des Transistors Π auf einen Wert, der unterhalb der Zenerspannung der Z-Diode Zl und unterhalb des Wertes der im Kurzschlußfalle am Emitterwiderstand R1 abfallenden Spannung liegt. Die Absenkung der Basisspannung des Transistors Tl bewirkt, daß dieser hochohmig wird. Dies führt zu einer weiterenThis increases the base voltage of the transistor T2 via the base voltage divider from the resistors R 3 and R 4. This controls through and lowers the base voltage of the transistor Π to a value which is below the Zener voltage of the Zener diode Zl and below the value of the voltage drop across the emitter resistor R1 in the event of a short circuit. The lowering of the base voltage of the transistor Tl causes it to have a high resistance. This leads to another

Erhöhung des Kollektorpotentials des Transistors Tl und damit zu einer vollkommenen Durchschaltung des Transistors T2. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zeigt somit Kippverhalten. Wenn der Transistor T2 einmal durchgeschaltet hat, verbleibt die Schaltung in diesem Zustand. Sie kehrt erst in den Grundzustand zurück, wenn der Verbraucherstromkreis aufgetrennt wird.Increase in the collector potential of the transistor Tl and thus a complete through-connection of the transistor T2. The circuit shown in Fig. 1 thus shows tilting behavior. Once the transistor T2 has turned on, the circuit remains in this state. It only returns to its basic state when the consumer circuit is disconnected.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung weist im Prinzip denselben Aufbau wie die in F i g. 1 dargestellte Schaltung auf. In den Basisspannungsteiler des mit dem Verbraucher in Reihe geschalteten Transistors T3 ist jedoch hier die Leuchtdiodenstrecke eines Optokopplers eingefügt. Die Schaltstrecke (Phototransistorstrecke) des Optokopplers liegt in einem Überwachungsstromkreis AZ, über den ein Kurzschluß des Verbrauchers V angezeigt wird. Die Schaltung in F i g. 2 enthält noch weitere Bauelemente, beispielsweise einen Vorwiderstand R 5, eine zweite Z-Diode Z 2 und einen zu dieser parallelgeschalteten Kondensator C, welche die Ansprechzeit der Schaltung verlängern, damit nicht bereits bei impulsartigen Strombelastungen eine Abschaltung des Verbrauchers erfolgt. Als weitere Unterschiede zur in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei Dioden D1, Dl zu nennen, welche sich in der Basisleitung des Transistors T 3 und zwischen Basis-Spannungsteiler und Kollektoranschluß dieses Transistors befinden. Sie schützen den Transistor T3 vor einer Umkehr der Spannung zwischen Basis und Kollektor, wie sie bei Entfernen des Verbrauchers und aufgeladenem Kondensator C kurzzeitig entstehen kann. Als Transistor T3 wird in der Schaltung nach F i g. 2 im übrigen eine Darlington-Schaltung eingesetzt, die ein exakteres Durchschalten und höhere Verbraucherströme ermöglicht.The in F i g. In principle, the circuit arrangement shown in FIG. 2 has the same structure as that in FIG. 1 shown circuit. In the base voltage divider of the transistor T3 connected in series with the consumer, however, the light-emitting diode path of an optocoupler is inserted here. The switching path (phototransistor path) of the optocoupler is in a monitoring circuit AZ, via which a short circuit of the consumer V is displayed. The circuit in FIG. 2 contains further components, for example a series resistor R 5, a second Zener diode Z 2 and a capacitor C connected in parallel to this, which extend the response time of the circuit so that the consumer does not switch off even with pulsed current loads. As further differences to the in F i g. 1, two diodes D 1, Dl are to be mentioned, which are located in the base line of the transistor T 3 and between the base voltage divider and the collector connection of this transistor. They protect the transistor T3 from a reversal of the voltage between the base and collector, which can occur briefly when the consumer and the charged capacitor C are removed. The transistor T3 in the circuit according to FIG. 2 a Darlington circuit is also used, which enables more precise switching and higher consumer currents.

Im ungestörten Betrieb fließt der Basisteilerstrom des Transistors Γ3 über die Leuchtdiodenstrecke des Optokopplers. Der Überwachungsstromkreis .AZ ist dadurch geschlossen. Tritt ein Kurzschluß am Verbraucher V auf, so schaltet auch hier der Transistor Γ4 durch und setzt die Spannung an der Anode der Leuchtdiode des Optokopplers herab. Die Leuchtdiode wird nun nicht mehr von Strom durchflossen und erlischt. Der Überwachungsstromkreis AZ wird unterbrochen, womit ein Verbraucherkurzschluß angezeigt wird.In normal operation, the base divider current of the transistor Γ3 flows through the light-emitting diode path of the optocoupler. The monitoring circuit .AZ is thereby closed. If a short circuit occurs at consumer V , the transistor Γ4 switches through and lowers the voltage at the anode of the light-emitting diode of the optocoupler. The light-emitting diode is now no longer flowed through and goes out. The monitoring circuit AZ is interrupted, which indicates a consumer short-circuit.

Nach Abtrennen des Verbrauchers nimmt das Kollektorpotential des Transistors T3 wieder einen niedrigen Wert an, da die niederohmige Verbindung zum positiven Pol der Spannungsversorgung nicht mehr besteht. Der Transistor Γ4 sperrt dann und die Schaltung kehrt damit in den Grundzustand zurück. Da über die Z-Diode Zl und über die Basis des Transistors Ti wieder Strom fließt, spricht auch die Leuchtdiode des Optokopplers wieder an und der Überwachungsstromkreis AZ wird geschlossen.After the consumer has been disconnected, the collector potential of the transistor T3 again assumes a low value, since the low-resistance connection to the positive pole of the voltage supply no longer exists. The transistor Γ4 then blocks and the circuit thus returns to the basic state. Since current flows again through the Z-diode Zl and the base of the transistor Ti , the light-emitting diode of the optocoupler also responds again and the monitoring circuit AZ is closed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for short-circuit monitoring during operation of a direct current consumer with a first transistor lying in series with this first transistor, which has an emitter resistor and a base voltage divider consisting of an ohmic resistor and a Zener diode, characterized in that a further transistor (T2, Γ4 ) is provided, whose collector-emitter path of the Zener diode (ZA) of the base voltage divider of the first transistor (Tl) is connected in parallel and whose base terminal is connected to the collector terminal of the first transistor.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the light emitting diode path of an optocoupler (OK) between the resistor (R 2) of the base voltage divider of the first transistor (Ti) on the one hand and the Zener diode (Z 1) of the base voltage divider as well the base connection of the first transistor (Tl) is connected on the other hand, that the collector connection of the second transistor (T2, T 4) between the resistor (R 2) of the base voltage divider and the light emitting diode path of the opto-coupler (OK) to the base voltage divider -Current path of the first transistor (Γ3) is connected and that a monitoring circuit (AZ) is routed via the phototransistor path of the optocoupler (OK) to signal a short circuit, via which the extinguishing of the light-emitting diode can be determined.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a Darlington circuit is used instead of the first transistor (TS).