DE3623439C2

DE3623439C2 -

Info

Publication number: DE3623439C2
Application number: DE19863623439
Authority: DE
Inventors: Ulrich 8541 Rohr De Steudel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1989-12-28
Also published as: DE3623439A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überstromschutzschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an overcurrent protection circuit according to the preamble of claim 1.

Eine solche Überstromschutzschaltung ist grundsätzlich bereits aus der DE-OS 26 46 809 bekannt.Such an overcurrent protection circuit is fundamental already known from DE-OS 26 46 809.

Aus der DE-OS 25 11 718 ist ein Überlastungsschutz für im Schaltbetrieb eingesetzte Leistungstransistoren und für aus solchen insbesondere durch Parallelschaltung zusammengesetzte elektronische Schalteinheiten bekannt, bei dem zwischen eine beliebig ausgeführte Steuereinrichtung, von welcher das intermittierende Ein- und Ausschalten der elektronischen Schalteinheit, deren dauerndes Einschalten oder dauerndes Ausschalten befohlen wird, und die elektronische Schalteinheit selbst eine Schutzlogikeinheit vorgesehen ist, welche im Normalbetrieb die Befehle der Steuereinrichtung unverändert weitergibt, bei einer beginnenden Überlastung der elektronischen Schalteinheit aber unabhängig vom Kommando der Steuereinrichtung ein Ausschalten der elektronischen Schalteinheit herbeiführt und ein neuerliches Einschalten der elektronischen Schalteinheit frühestens nach Ablauf einer bestimmten Mindest-Abschaltdauer zuläßt.From DE-OS 25 11 718 is an overload protection for power transistors used in switching operation and for those composed in particular by parallel connection known electronic switching units, in which between any control device, from which the intermittent switching on and off the electronic switching unit, its permanent Switching on or permanently switching off is commanded, and the electronic switching unit itself a protective logic unit is provided, which in normal operation Passes commands from the control device unchanged, if the electronic overload begins Switching unit but independent of the command from the control device switching off the electronic switching unit brings about and a new switching on of the electronic switching unit at the earliest after a certain minimum switch-off period.

Aus der DE-OS 26 44 715 ist eine Schalteinrichtung mit Schutzfunktion bekannt, bei der in jedem Pfad der Gesamtschaltung, in welchem sich der nach dem dem Einschalten des Ein-Weg-Schalters über diesen und das speisende System fließende Strom schließt, eine lineare oder stromabhängige, die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Ein-Weg-Schalter während des Einschaltens begrenzende Induktivität wirksam ist.From DE-OS 26 44 715 a switching device with Protection function known, in which in each path of the overall circuit, in which the after switching on of the one-way switch via this and the feeding system flowing current closes, a linear or current dependent, the rate of rise of the current through limit the one-way switch during switch-on Inductance is effective.

Aus der DE-OS 27 43 139 ist Schutzeinrichtung für Schalter bekannt, bei der zusätzlich Kondensatoren vorgesehen sind, die parallel zu den Hauptstromelektroden des Schalters liegen.DE-OS 27 43 139 is a protective device for switches known, in which additional capacitors are provided are in parallel with the main current electrodes of the switch lie.

Aus der DE-OS 32 47 707 ist schließlichh ein Entlastungsnetzwerk bekannt, bei dem die Verlustleistung innerhalb eines Transistors mit relativ einfachen Mitteln dadurch verringert wird, daß ein Kondensator beim Ausschaltvorgang auf den Transistor spannungsverzögernd und eine Spule beim Einschaltvorgang auf den Transistor stromverzögernd wirkt.Finally, DE-OS 32 47 707 is a relief network known where the power dissipation is within a transistor with relatively simple means is reduced that a capacitor when switching off on the transistor voltage delay and a coil current-delayed when switching on the transistor works.

Darüber hinaus sind ganz allgemein Schaltungen bekannt, die im Falle einer Überlast bzw. einer Störung bestimmte physikalische Größen - wie etwa Strom, Spannung oder Temperatur - auswerten und nach einer vorgegebenen bzw. systembedingten Verzögerungszeit abschalten. Dabei ergibt sich die Größe der eingefügten Spule durch die geforderte Verzögerungszeit der Schutzeinrichtung, also der Zeitspanne zwischen Erkennen und Abschalten im Falle der Überlast bzw. der Störung. Dies führt zu Induktivitäten entsprechender elektrischer und mechanischer Größe, die als weiteren Nachteil die Zeitspanne zwischen Stromflußbeginn beim Schließen des Schalters und Erkennen einer Überlast bzw. einer Störung vergrößern.In addition, circuits are generally known the one determined in the event of an overload or malfunction physical quantities - such as current, voltage or Temperature - evaluate and according to a predetermined or switch off system-related delay time. Here results the size of the inserted coil due to the required Delay time of the protective device, that is the time between detection and shutdown in the case the overload or the fault. This leads to inductances appropriate electrical and mechanical size, which, as a further disadvantage, the time period between the start of current flow when closing the switch and recognizing one Increase overload or a fault.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktion einer Schutzschaltung im Falle einer Überlast bzw. einer Störung bei möglichst geringem Aufwand weiter zu verbessern. The object of the invention is the function a protection circuit in the event of an overload or To further improve the disruption with as little effort as possible.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. This task is characterized by the characteristic features in the Claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the subclaims.

Eine solche Schaltung führt zunächst (in der ersten Phase) zu einer gewissen Beschleunigung des Stromanstiegs im Überlast- bzw. Störungsfall. Anschließend (in der zweiten Phase) wird die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes im Überlast- bzw. Störungsfall verringert. Dadurch wird es möglich, in der Erkennungsphase (der ersten Phase) Unregelmäßigkeiten in einer Art Vergrößerungsfunktion frühzeitiger zu erkennen, und dann in der Reaktionsphase (der zweiten Phase) innerhalb einer vergrößerten Zeitspanne die gewünschten Reaktionen auslösen zu können.Such a circuit initially leads (in the first Phase) to a certain acceleration of the current rise in the event of an overload or malfunction. Then (in the second phase) the rate of increase of the Current reduced in the event of overload or failure. Thereby it becomes possible in the detection phase (the first Phase) irregularities in a kind of magnification function recognized earlier and then in the Reaction phase (the second phase) within an enlarged Trigger the desired reactions to be able to.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the Drawing figures explained for example. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schutzschaltung und Fig. 1 is a schematic representation of the protection circuit and

Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Stromanstiegs mit und ohne die beschriebene Schutzschaltung. Fig. 2 is a diagram of the time course of the current rise with and without the protection circuit described.

In Fig. 1 ist eine Last 10, die aus ohmschen Widerständen 11 und Blindwiderständen 12 bestehen kann, dargestellt. In Reihe zur Last- bzw. zum Lastkreis sind eine Teil-Induktivität 13, die ständig mit einer Spannungsquelle U verbunden ist, und eine Teil-Induktivität 14 vorgesehen, wobei die Induktivität 14 der Last 10 vorgeschaltet 14 a oder nachgeschaltet 14 b und die die Kapazität im letzten Fall der Induktivität 14 b parallelgeschaltet sein kann. Auch eine Kombination aus vor- und nachgeschalteter Teil-Induktivität 14 a bzw. 14 b ist möglich. Die Kapazität 15 kann parallel zum Lastkreis 10, 14 angeordnet werden. In Fig. 1, a load 10 is shown , which may consist of ohmic resistors 11 and reactors 12 . In series with the load or to the load circuit are a part-inductance 13, which is permanently connected to a voltage source U, and a portion of inductor 14 is provided, wherein the inductance 14 of load 10 upstream 14 a or downstream 14 b and the Capacitance in the latter case of inductance 14 b can be connected in parallel. A combination of upstream and downstream partial inductance 14 a or 14 b is also possible. The capacitance 15 can be arranged parallel to the load circuit 10 , 14 .

Eine Sensoreinrichtung 16 spricht auf bestimmte physika lische Größen - wie Strom, Spannung oder Temperatur - an und führt unter bestimmten Voraussetzungen zu einer Öff nung eines den Stromfluß unterbrechenden Schalters 17. Eine solche Sensoreinrichtung 16 mit Unterbrecher-Schal ter 17 ist grundsätzlich bereits bekannt.A sensor device 16 responds to certain physical quantities - such as current, voltage or temperature - and, under certain conditions, leads to opening of a switch 17 which interrupts the flow of current. Such a sensor device 16 with interrupter scarf ter 17 is basically already known.

In zahlreichen Fällen sind solche Schutzeinrichtungen je doch deshalb unzureichend, da in der Zeit vom Erkennen eines Überlast- bzw. Störfalles bis zur Reaktion des Un terbrecher-Schalters 17 der Laststrom bereits unzulässig hohe Werte angenommen hat.In numerous cases, such protective devices are inadequate, however, since the load current has already reached impermissibly high values in the time from the detection of an overload or malfunction to the reaction of the interrupter switch 17 .

Durch die besondere Anordnung der Teil-Induktivitäten 13, 14 und der Kapazität 15 gemäß Fig. 1 relativ zur Last 10 gelingt es, einen Überlast- bzw. Störfall in ei ner ersten Phase (= Erkennungsphase) sehr frühzeitig als solchen zu erkennen und in der zweiten Phase (= Reak tionsphase) den Strom zunächst für eine ausreichend lan ge Zeitspanne derart in seinem Anstieg zu bremsen, daß die Abschaltung erfolgt, bevor der Strom unzulässig hohe Werte angenommen hat.Due to the special arrangement of the partial inductors 13 , 14 and the capacitance 15 according to FIG. 1 relative to the load 10 , an overload or malfunction in a first phase (= detection phase) can be recognized as such very early and in the second phase (= reaction phase) to slow the current in its rise for a sufficiently long period of time in such a way that the switch-off takes place before the current has reached impermissibly high values.

Durch die Aufteilung der Induktivitäten in Teil-Indukti vitäten 13, 14 a und/oder ggf. 14 b und Einfügen der Kapa zität 15 wird der durch den Schalter fließende Strom in der ersten Phase durch den Entladestrom der Kapazität 15 erhöht. Dies führt zu einer vergrößerten Stromanstiegs geschwindigkeit, wodurch im Überlast- bzw. Störungsfall die Ansprechschwelle der Schutzeinrichtung schneller als mit den bekannten Schaltungen erreicht wird. Das Erken nen eines Auslösefalles wird damit beschleunigt. By dividing the inductances into partial inductances 13 , 14 a and / or possibly 14 b and inserting the capacitance 15 , the current flowing through the switch is increased in the first phase by the discharge current of the capacitance 15 . This leads to an increased current rise speed, which means that in the event of an overload or a fault, the response threshold of the protective device is reached faster than with the known circuits. This speeds up the detection of a triggering event.

In der nachfolgenden Phase verringert sich dann folge richtig der Stromanstieg, so daß eine ausreichende Zeit für die Reaktion verbleibt. Durch Ausnutzen dieses Teils des Stromanstiegs wird die für die Schutzeinrichtung not wendige Zeitspanne zwischen Erkennen des Überlast- bzw. Störungsfalles und dem Ausschalten vergrößert und damit ein Abschalten vor Erreichen unzulässig hoher Stromwerte sichergestellt.In the subsequent phase, the following will then decrease correctly the current rise, so that there is sufficient time remains for the reaction. By taking advantage of this part of the current rise becomes necessary for the protective device maneuverable time between detection of the overload or Incident and switching off enlarged and thus switching off before reaching impermissibly high current values ensured.

Gegebenenfalls kann ein zusätzliches Bauteil (Kondensa tor, Widerstand) vorgesehen und/oder zugeschaltet wer den, das beim Abschaltvorgang die in der Induktivität 13 gespeicherte Energie aufnimmt.If necessary, an additional component (capacitor, resistor) can be provided and / or switched on who absorbs the energy stored in the inductor 13 during the switch-off process.

In Fig. 2 ist der Stromanstieg ohne die vorliegend vorge sehenen Teil-Induktivitäten 13 und 14 sowie ohne die Ka pazität 15 einerseits in einer Kurve 18 und mit den wei ter oben beschriebenen Teil-Induktivitäten 13, 14 und mit der Kapazität 15 in einer weiteren Kurve 19 über der Zeitachse dargestellt.In Fig. 2, the current increase without the presently provided partial inductors 13 and 14 and without the capacitance 15 on the one hand in a curve 18 and with the partial inductors 13 , 14 described above and with the capacitance 15 in another Curve 19 shown over the time axis.

Der Vergleich der beiden Kurven 18 und 19 läßt die wei ter oben erwähnten Zusammenhänge deutlich erkennen. Die Kurve 19 erreicht bereits nach einer Zeit t 1 und damit deutlich früher als die Kurve 18 den für den Auslösevor gang entscheidenden Schwellwert des Stromes, nämlich J 1. In einer ausgeprägten Zeitspanne nach dem Erreichen des Schwellwertes J 1 des Stromes ergibt sich für die Kurve 19 ein sehr flacher Anstieg des Stromes. Innerhalb die ser Zeitspanne kann der Stromfluß unterbrochen werden, ohne daß zwischenzeitlich bereits unzulässig hohe Strom werte erreicht werden, wie sie beispielsweise durch den maximal zulässigen Wert des Stromes, nämlich J 2, darge stellt werden. The comparison of the two curves 18 and 19 clearly shows the relationships mentioned above. The curve 19 already reaches the threshold value of the current which is decisive for the triggering operation, namely J 1, after a time t 1 and thus significantly earlier than the curve 18 . In a pronounced period of time after the threshold value J 1 of the current has been reached, a very flat increase in the current results for curve 19 . Within this period of time, the current flow can be interrupted without inadmissibly high current values being reached in the meantime, such as those represented by the maximum permissible value of the current, namely J 2 , for example.

Die Funktion der Schutzschaltung wurde im oben beschrie benen Beispiel für den Fall einer Gleichstrom-Speisung beschrieben. Grundsätzlich gelten die oben beschriebenen Zusammenhänge jedoch auch für Wechselströme, sofern die Eigenfrequenz des L-C-Kreises deutlich größer ist als die Frequenz des speisenden Last-Wechselstromes. Dies gilt im gewissen Umfang bereits bei einem Verhältnis der Eigenfrequenz des L-C-Kreises zur Frequenz des Last-Wech selstromes von etwa 100, wird jedoch bei einem Verhält nis von 1000 und darüber noch ausgeprägter.The function of the protective circuit was described in the above Example in the case of a direct current supply described. Basically, the ones described above apply Connections, however, also for alternating currents, provided that Natural frequency of the L-C circuit is significantly greater than the frequency of the supplying alternating current. This to a certain extent already applies to a ratio of Natural frequency of the L-C circuit to the frequency of the load change selstromes of about 100, but is at a ratio nis of 1000 and even more pronounced.

Auch wenn aus Gründen der besseren Verständlichkeit, die Vorgänge für den Einschaltvorgang erläutert wurden, gilt das Gesagte mit den verständlichen sachbedingten Abwei chungen auch für im Betrieb auftretende Überlastungen und/oder Störungen.Even if for reasons of better comprehensibility, the Operations for the switch-on process have been explained applies what has been said with the understandable factual rejection also for overloads that occur during operation and / or malfunctions.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß durch die oben be schriebene Anordnung entweder eine Verkürzung der Erken nungsphase bei gleichzeitiger Verlängerung der Reaktions phase erreicht werden kann oder aber - wenn dies in be stimmten Fällen nicht vorrangig ist - die Dimensionie rung der Bauteile verringert werden kann.In summary, it can be said that the above be ordered either shortening the orken phase while prolonging the reaction phase can be achieved or - if this is in be true cases is not a priority - the dimension tion of the components can be reduced.

Claims

1. Overcurrent protection circuit with a series circuit consisting of a load, a current sensor and a switch, between a DC voltage potential and ground, characterized in that one end of the load on the one hand via a partial inductor ( 13 ) with the DC voltage potential and on the other hand via a capacitance ( 15 ) is connected to ground, and that a further partial inductance ( 14 b) is arranged between the other end of the load and the current sensor.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the partial inductors ( 13, 14 or 14 a , 14 b) are the same size.

3. Circuit according to one of claims 1 or 2, characterized in that there is an additional device receiving the energy of the partial inductance ( 13 ) during the switch-off process.