DE3704982C2

DE3704982C2 -

Info

Publication number: DE3704982C2
Application number: DE19873704982
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 4300 Essen De Schulte-Bahrenberg
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1988-12-15
Also published as: DE3704982A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung für eine eigensichere Gleichstromversorgung mit einer Strombegrenzerstufe, die ein Stellglied steuert und die eine Referenzspannung aufweist (DD-PS 1 45 352).

Derartige Schaltungen sollen dafür Sorge tragen, daß insbesondere bei Schaltvorgängen keine Funken freigesetzt werden, die zündfähige Gemische zünden können. Solche eigensicheren Anlagen sind für die explosionsgefährdeten Betriebsstätten, insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau, vorgeschrieben. Bei dieser Schutzart ist in einem elektrischen Stromkreis die Energie so gering, daß explosionsfähige Gemische nicht gezündet werden können. Nachteilig bei den bekannten Anlagen und Einrichtungen ist, daß sie verhältnismäßig aufwendig sind und insbesondere für Extremsituationen besondere Sicherungen benötigen. Entsprechende Schaltungen sind in ähnlicher Form aus der DE-Z. Funk-Technik 37, 1982, Heft 9, Seiten 385 bis 388 sowie aus der DE-PS 67 173 bekannt. Eine elektronische Schaltung für eine eigensichere Gleichstromversorgung mit einer Strombegrenzerstufe ist aus der DD-PS 1 45 352 zu entnehmen, die bei entsprechender Dimensionierung für derartige eigensichere Stromkreise anwendbar sein soll. Nachteilig dabei ist jedoch die noch relativ aufwendige Schaltung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die am Ausgang der Stromversorgung entnehmbare Energie so gering zu halten, daß es unter den Prüfbedingungen nach VDE bzw. EN nicht möglich ist, ein zündfähiges, definiertes Luft-Gas-Gemisch zu zünden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgangsstrom proportional zur Referenzspannung ist und daß mit sinkender Ausgangsspannung sich die Referenzspannung schnell abbaut und sich mit steigender Ausgangsspannung langsam wieder aufbaut.

Bei einer derart rein analog arbeitenden Schaltung, bei der es durch Veränderung eines am Ausgang angeschlossenen Lastwiderstandes möglich ist, jeden Punkt auf der Ausgangskennlinie anzustellen, ohne daß eine Abschaltung erfolgt, können derartige zündfähige, definierte Luft-Gas-Gemische nicht gezündet werden. Die erfindungsgemäße Strombegrenzerstufe garantiert durch ihre Besonderheiten im wesentlichen eine geringe Funkenbildung unter den Prüfbedingungen und damit eine Einhaltung der Vorschriften auch unter extremen Bedingungen. Die erfindungsgemäße Schaltung zeichnet sich durch eine besondere Sicherheit aus, wobei die einfache Ausbildung zusätzlich hervorzuheben ist. Sie ermöglicht durch ihre Ausbildung das Einschwingverhalten und das Ausschwingverhalten gezielt zu beeinflussen, so daß sie auch im untertägigen Einsatz bei hohen Beanspruchungen und unter ungünstigen Umgebungskonditionen einwandfrei eingesetzt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltung,

Fig. 2 ein Diagramm mit der Ausgangskennlinie und

Fig. 3 ein Zeitdiagramm mit dem Verlauf der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes.

Fig. 1 zeigt den vereinfachten Aufbau der elektronischen Schaltung 1, die aus einer Spannungsstabilisierung 2 und einer Strombegrenzerstufe 3 besteht. Spannungsstabilisierung 2 und Strombegrenzerstufe 3 sind zwischen Eingang 4 und Ausgang 5 angeordnet. Als Stellglied dient ein Power-MOS-Fet-Transistor, ohne daß hierzu nähere Einzelheiten in Fig. 1 wiedergegeben sind. Mit 7 ist der Widerstand bezeichnet, der als Fühlerwiderstand für den Ausgangsstrom dient und so ausgebildet ist.

Fig. 2 zeigt die Ausgangskennlinie, die im Text weiter vorne auch als rückläufige Kennlinie bezeichnet ist. Diese rückläufige Kennlinie bzw. deren Besonderheiten bestimmen die geringe Funkenbildung des Ausgangs 5 unter Prüfbedingungen. Die Besonderheiten der rückläufigen Kennlinie bzw. der Ausgangskennlinien 9 der Strombegrenzerstufe 3 bzw. des Strombegrenzerverstärkers sind darin zu sehen, daß sich die Referenzspannung der Strombegrenzerstufe mit sinkender Ausgangsspannung verkleinert. Bei U _A gleich 20 Volt beträgt die Referenzspannung der Strombegrenzerstufe U _Ref gleich 0,5 Volt, bei U _A gleich 10 Volt liegt der Wert U _Ref bei 0,25 Volt und bei U _A gleich 0 Volt beträgt U _Ref gleich 0,05 Volt. Somit sinkt mit sinkender Ausgangsspannung auch der mögliche Ausgangsstrom bzw. nimmt die Stromempfindlichkeit deutlich zu.

Der zeitliche Verlauf von Einschwing- und Ausschwingverhalten bei Lastwechseln innerhalb der rückläufigen Kennlinie der Strombegrenzerstufe 3 ist unterschiedlich. Das Einschwingverhalten bei plötzlich auftretender Überlast ist sehr schnell, das Ausschwingverhalten dagegen bei einem Lastwechsel zu geringeren Lasten ist sehr langsam. Hier wird eine Lösung dadurch gegeben, daß sich die Referenzspannung des Stromregelverstärkers bzw. der Strombegrenzerstufe 3 schnell abbaut aber nur langsam wieder aufbaut.

Erläuternd hierzu zeigt Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes innerhalb der rückläufigen Kennlinie bei plötzlich auftretender Überlast zu den Zeitpunkten t₁ und t₂. Ausgangsspannung und Ausgangsstrom bauen sich plötzlich auftretender Last sehr schnell ab, bei sich plötzlich verringernder Last jedoch nur langsam wieder auf. Volle Ausgangsspannung und voller Ausgangsstrom stehen erst zum Zeitpunkt A₃ wieder zur Verfügung. Die Kurven in Fig. 3 zeigen entsprechendes.

Erläuternd hierzu ist ein Beispiel zu nennen, wobei man davon ausgeht, daß der Aufbau der Referenzspannung für den Stromregelverstärker bzw. die Strombegrenzerstufe 3 mehrere Minuten dauert. Durch Anschalten eines bestimmten Lastwiderstandes wird nun ein Arbeitspunkt auf der rückläufigen Kennlinie erreicht, der bei halbem I _A(max) und halber Ausgangsspannung U _A liegt. Wird der Lastwiderstand fast abgeschaltet, ist die volle Ausgangsspannung sofort wieder vorhanden, der maximal mögliche Ausgangsstrom beträgt jedoch wegen der Halbierung der Referenzspannung der Strombegrenzerstufe 3 nur 0,5 I _A(max). Bei einem vorausgegangenen Kurzschluß am Ausgang 5 der Stromversorgung, beträgt der entnehmbare Ausgangsstrom nur I _K.

1 Elektr. Schaltung
2 Spannungsstabilisierung
3 Strombegrenzerstufe
4 Eingang
5 Ausgangsstromkreis
6 Stellglied
7 Stromfühlerwiderstand
9 Ausgangskennlinie

Claims

Elektronische Schaltung für eine eigensichere Gleichstromversorgung mit einer Strombegrenzerstufe, die ein Stellglied steuert und die eine Referenzspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom proportional zur Referenzspannung ist und daß mit sinkender Ausgangsspannung sich die Referenzspannung schnell abbaut und sich mit steigender Ausgangsspannung langsam wieder aufbaut.