EP2132851A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung

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Publication number
EP2132851A1
EP2132851A1 EP08716452A EP08716452A EP2132851A1 EP 2132851 A1 EP2132851 A1 EP 2132851A1 EP 08716452 A EP08716452 A EP 08716452A EP 08716452 A EP08716452 A EP 08716452A EP 2132851 A1 EP2132851 A1 EP 2132851A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
circuit arrangement
input
output
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08716452A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fritz Frey
Manfred Kaiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
R Stahl Schaltgeraete GmbH
Original Assignee
STAHL SCHALTGERAETE GmbH
R Stahl Schaltgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STAHL SCHALTGERAETE GmbH, R Stahl Schaltgeraete GmbH filed Critical STAHL SCHALTGERAETE GmbH
Publication of EP2132851A1 publication Critical patent/EP2132851A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/008—Intrinsically safe circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors

Definitions

  • known safety barriers have the property of interrupting the electrical connection between input and output, but usually can not short-circuit harmful voltages returning from the hazardous zone at the output.
  • the safety switching arrangement according to the invention is characterized by the features of claim 1 or claim 15.
  • the new safety circuit for limiting the voltage in compliance with the regulations for explosion-proof areas has a two-pole energy input and a two-pole energy output.
  • a first controlled switching device which is adapted to make the electrical connection between input and output normally and to interrupt in the event of a fault.
  • a second controlled switching device is provided, with which the two output terminals of the energy output can be bridged.
  • a delay circuit is provided which does not bring the second controlled switching device into the conductive state until the first switching device has interrupted the electrical connection to the input of the circuit arrangement.
  • a safety circuit arrangement is provided, which in turn has a two-pole energy input to a two-pole energy output. While the second input is directly connected to the second output, in the connection line between the first input to the first output terminal is a controlled switching device, usually a semiconductor switch.
  • a power and / or current monitoring circuit is additionally provided, by means of which the current and / or the power loss at the first switching device is monitored. Once a limit is exceeded, the power and / or current monitoring circuit provides for interruption by the first switching device.
  • the first switching device in the longitudinal branch a field effect transistor, preferably a self-locking field effect transistor included.
  • an ohmic resistance in the longitudinal branch may preferably be present with which the first switching device is bridged.
  • the value of this resistor is dimensioned so that in no case an optionally existing second switching device is overloaded, or the safety criteria at the output of the circuit arrangement are exceeded.
  • a current and / or power loss monitoring circuit may be provided which monitors the corresponding parameters of the first switching device.
  • the power and / or current monitoring circuit may include an amplifier whose control input is connected in parallel with the first switching device. With the aid of an amplifier, a control current can be generated, which converts both the first switching device in the blocking state and the second switching device in the conductive state.
  • This amplifier can be an amplifier that also performs the function of the power and / or current monitoring circuit.
  • an OR circuit can be connected, the inputs of which are decoupled in the simplest case only by sufficiently large resistors from each other electrically.
  • the voltage drop across the first switching device and additionally a further signal can be fed in via these inputs, which can be derived, for example, from the voltage of a downstream voltage converter or the safety circuit itself.
  • the delay circuit associated with the second switching device may be implemented in its input.
  • the delay circuit may be formed by an RC element, to whose capacitor the control input of the second switching device is connected in parallel.
  • the second switching device can be formed by a self-holding electronic component, for example a thyristor or triac. These components have the advantage that the circuit arrangement becomes very simple.
  • a voltage converter preferably a choke converter, be connected, with the loss of low voltage from the supplied voltage, a second voltage is generated with a lower amplitude.
  • a comparison circuit may be connected, which generates a control signal for the safety circuit arrangement, if the output voltage exceeds a predetermined value.
  • the words “input” or “output” may mean either single or two-pole connections according to the meaning of the word. It is clear to the person skilled in the art what is meant in each case.
  • FIG. 1 shows a block diagram according to a first embodiment. Guiding example of the safety circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 2 shows a block diagram for a second exemplary embodiment of the new safety circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows a detailed circuit diagram of a safety circuit arrangement according to the invention, in which the functions of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 are implemented.
  • Fig. 1 shows a safety circuit arrangement, which is intended to interrupt the electrical connection, if at the output too high a voltage occurs.
  • the circuit arrangement has an input 1 with a first and a second input terminal 2, 3 and a two-pole output 4 with a first output terminal 5 and a second output terminal 6.
  • the two terminals 3 and 6 are directly electrically connected, while in the connection between the first input terminal 2 and the first output terminal 5, an electronic switching device 7 is arranged, which has a control input 8.
  • the electronic switching device 7 can be selectively switched to the conductive or in the locked state. In the conductive state there is a connection between the terminals 2 and 5 while in the locked state, the connection is interrupted.
  • the switching device 7 is associated with a combined power and / or current monitoring circuit 9 Terminals 11, 12 and 13.
  • Terminals 11 and 13 form the control input and they are connected to the terminals 2 and 5.
  • Terminal 12 is an output which is connected to the control input 8.
  • the different signals that can be used to switch over the switching device are indicated schematically in the figure by s as a function of temperature, voltage or power.
  • the circuitry works as follows:
  • a power source Connected to the input terminals 2 and 3 is a power source, not further shown, capable of supplying a voltage satisfying intrinsic safety in explosion protection.
  • a consumer is connected, which relates via the circuit arrangement of FIG. 1, its electrical energy.
  • the signal s which is supplied to the control input 8 of the switching device 7 so that the switching device 7 remains in the switched state.
  • a signal s arrive, which signals the switching device a dangerous operating situation, for example, by the temperature rises inadmissible on the secondary side in the explosion-proof area of components that are supplied with electrical energy via the switching device 7, too high a voltage occurs , or at some point too high power losses arises, this signal s enters the control input 8 and causes the switching device 7, the power connection between the first input terminal 2 and to interrupt the first output terminal 5.
  • the still possible current flow corresponds to what the monitoring circuit 9 allows maximum passage from the terminal 11 to the terminal 13. Since this current path is very high-impedance, dangerous switching states are excluded with certainty.
  • the intrinsic safety condition is maintained on the output or secondary side of the circuitry.
  • the monitoring device 9 causes the switching device 7 to be switched off. For this purpose, it generates at its output 12 a signal which is fed into the control input 8 and the switching device 7 causes shutdown.
  • Too high a voltage across the switching device 7 may be the result of too high a power requirement on the output side of the circuit of FIG. 1, or too hot with the result of too high a voltage drop, although the allowable current has not been exceeded.
  • the switching device 7 thus simultaneously acts as a current sensor resistor, wherein the occurring voltage drop is detected by the monitoring circuit 9. When exceeding a predetermined limit, the above-mentioned shutdown occurs.
  • the monitoring circuit 9 allows to enforce certain power dissipation conditions.
  • Mosfet transistors have the Property of losing its ability to shut down if the temperature is too high. If such a mosfet is used in the switching device 7 as a power component, it is ensured with the aid of the monitoring circuit 9 that the temperature and thus the voltage drop across the mosfet remain below certain limits which ensure safe disconnection of the mosfet.
  • Fig. 2 shows the block diagram of a circuit which in turn is suitable for switching off the energy on the output side should an impermissible condition occur on the secondary side. Elements of the circuit according to FIG. 2 which have already been described are assigned the same reference number as in FIG. 1.
  • the circuitry works as follows:
  • this control signal additionally enters the input of the delay element 18. After a predetermined time of 5 milliseconds to 20 milliseconds, the pending state is effected Control signal s, that the second switching device 14 is turned on. By switching through the output 4 is shorted.
  • the control signal s passes without delay into the control input 8 of the first switching device 7, so that the short circuiting of the output 4, the power source connected to the input 1 is switched off.
  • the maximum occurring short-circuit current corresponds to that current that can be returned in the event of a fault in the direction of the output 4 of the circuit connected there. In other words, before shorting the input, the power source is first turned off.
  • monitoring circuit 9 according to FIG. 1 can also be implemented in the circuit according to FIG. 2.
  • Fig. 3 shows a detailed circuit diagram of the circuit according to the invention, in which the circuit blocks 7, 9, 14 and 18 are realized. Incidentally, the same reference numerals are used for already described parts.
  • a mosfet 22 forms the main component of the first switching device 7.
  • the source of the mosfet 22 is connected to the first input terminal 2 via a choke 23, to which a diode 24 poled as shown is connected in parallel.
  • the drain of the Mosfet 22 simultaneously forms the output terminal 5.
  • Source and drain of the Mosfet 22 are bridged via a resistor 25, which is in practical operation at about 50 ohms.
  • ballast resistor 26 From the gate of the Mosfet 22, a ballast resistor 26 to the input terminal 8, which is connected via a resistor 27 to the circuit ground, namely the connecting line between the second input terminal 3 and the second output terminal. 6
  • the active part of the monitoring circuit 9 forms a bipolar transistor 28. Its emitter forms the terminal 11 and its collector forms the terminal 12. From the base of the transistor 28, which simultaneously represents the terminal 13, a resistor 29 leads to the drain of the mosfet 22.
  • the resistor 29 may be an ohmic resistor, or an NTC resistor. When an NTC resistor is used, the control characteristic automatically takes into account an increasing or decreasing ambient temperature, which makes the monitoring circuit 9 more or less sensitive.
  • Two suppression capacitors 31 and 32 lead from the base of the bipolar transistor 28 on the one hand to the source of the Mosfet 22 and on the other hand to its drain.
  • the active element of the second switching device 14 is a thyristor 34 whose anode is connected to the drain of the Mosfet 22 and the first output terminal 5, while the cathode is located on the second output terminal 6.
  • the delay circuit 18 is composed of a resistor 35 and a capacitor 36.
  • the resistor 35 connects the control terminal of the thyristor 34 to the control input 8, ie to the collector of the bipolar transistor 28.
  • the capacitor 36 connects the control terminal of the thyristor 34 with the second output terminal. 6
  • a voltage converter 37 preferably a choke converter, is supplied with electrical energy.
  • the throttle converter 37 has an input terminal 38, a ground terminal 39, and an output terminal 41.
  • the input terminal 38 is connected to the first output terminal 5, while the ground terminal 39 is connected to the second output terminal 6.
  • a capacitor 42 is parallel to the two output terminals 5, 6.
  • the capacitor 42 is an electrolytic capacitor with the aid of which the strongly pulsating current which the choke converter 37 draws should be smoothed from the view of the field effect transistor 22.
  • the output 41 of the throttle converter 37 is followed by a further throttle 43, which leads to the actual output terminal 44. Relative to the circuit ground or to the second output terminal 6, directly electrically connected through connection 45, a voltage is available at this output 44, which voltage is up or down, preferably down, through the choke converter 37.
  • a diode 46 leads to the drain of the field effect transistor 22.
  • a voltage monitoring device 47 whose active main component is a bipolar transistor 48 and a shunt regulator 49.
  • the bipolar transistor 48 has its emitter connected to the output terminal 44, while its base leads to the shunt regulator 49, which is connected to the shunt regulator 49. is at the end connected to the circuit ground or in the output terminal 45 and 6 respectively.
  • the control input of the shunt regulator 49 is connected to a voltage divider made up of resistors 51, 52 and 53, which divide the voltage lying between the terminals 44 and 45 so that the shunt regulator 49, when a predetermined voltage is exceeded between the terminals 44 and 45 is conductive. This voltage is naturally greater than the sum of the base emitter voltage of the transistor 48 and the control voltage at which the shunt regulator 49 normally turns on.
  • the collector of the transistor 48 is connected to the base of an amplifier transistor 56 whose base is grounded via a resistor 57.
  • the transistor 56 is connected through a resistor 58 to the control input 13, i. the base of transistor 28.
  • the shunt regulator 49 remains locked, with the result that the transistor 48 is also blocked. Consequently, there is no base current for transistor 56 which also remains off. Because of the blocking state of the transistor 56, this pulls no current through the base-emitter path of the transistor 8, which is why this transistor remains locked. Since the source of the mosfet 22 is at a high potential compared to the circuit ground, the gate via the resistors 26 and 27 with the circuit ground and thus connected to minus, so that the Mosfet 22 is fully controlled by, to saturation.
  • the throttle 23 together with the diode 24 have no influence on the function, they are only for reasons of EMC present.
  • the diode 46 is disabled because the output voltage of the choke converter 37 at terminal 44 is less than the output voltage at the drain of the mosfet 22.
  • the first switching device 7 is thus transferred to the locked state, while the second switching device 14 is initially still conductive.
  • the transistor 28 Since the transistor 28 is in the conducting state, a current can flow from the input terminal 2 via the resistor 35 of the delay circuit 18 to the capacitor 36 of the delay circuit 18.
  • the voltage across the capacitor 36 increases with respect to the circuit ground or the cathode of the thyristor 34.
  • the capacitor 36 After a predetermined delay time corresponding to the time constant, the capacitor 36 reaches a voltage which is sufficient to trigger the thyristor 34.
  • the output terminal 5 After the triggering of the thyristor 34, the output terminal 5 is connected to the output terminal 6, that is to say the circuit ground, via the thyristor 34.
  • the power supply input 38 of the choke converter 37 is grounded and occur due to the switching off of the Mosfet 22 no undefined potential states in the subsequent circuit.
  • the capacitor 42 With the triggering of the thyristor 34, the capacitor 42 is discharged, and it will also all the capacitors which are connected to the output terminal 44 discharged via the now forward biased diode 46 and the thyristor 34.
  • the resistor 25 provides see that the holding current for the thyristor 34 can flow and the thyristor 34 is prevented from going back to the blocking state after discharging the capacitances.
  • the circuit arrangement can be restarted again. For this purpose, it is sufficient to temporarily switch off the voltage at the input 1 so that the thyristor 34 can return to the blocking state. As soon as this is seen, the voltage at the input 1 is switched on again.
  • the capacitor 42 Since the capacitor 42 has been discharged in the meantime, it represents a short circuit for the Mosfet 22. Consequently, the longitudinal voltage at the source-drain path of the Mosfet 22 would be sufficiently large to conduct the transistor 28 via the resistor 29, which would turn on the would prevent Mosfet 22 permanently.
  • the resistor 25, which serves in the event of a fault to generate the holding current of the thyristor 34 now serves as a start-up or starting resistor, through which the capacitor 42 is gradually charged. This reduces the voltage on the drain sourcing path of the mosfet 22 and causes the transistor 28 to remain off.
  • the circuit is thus again in the state before the occurrence of the error.
  • the voltage drop across the drain / source path of the mosfet 22 exceeds a predetermined limit. Exceeding the voltage limit can be a consequence of too high power consumption on the secondary side or excessive heating of the Mosfet 22 due to excessive power loss. The latter could lead to the fact that the Mosfet 22 is no longer controllable. Even if the gate voltage is switched off, it would remain conductive, which means that the circuit will fail.
  • the voltage drop across the drain-source path of the mosfet 22 is measured with the aid of the base-emitter path of the transistor 28. If this voltage drop exceeds a constructively predetermined value, the transistor 28 becomes conductive and the same mechanism is introduced as previously described in connection with an excessively high voltage at the output terminal 44. That it is first off the Mosfet 22 and controlled by a delay of the thyristor 34 by.
  • the monitoring circuit 9 becomes more sensitive with increasing temperature. With increasing temperature, smaller voltage drops along the drain-source path of the mosfet 22 suffice to activate the transistor 28 in order to switch it off.
  • a circuit arrangement for forcing an intrinsically safe situation in a vulnerable zone has a first switching device which lies in the longitudinal branch and a second switching device in the transverse branch. When an error occurs that violates intrinsic safety conditions would, first the first switching device is locked and then with a delayed time, the second switching device turned on, so that the output terminals are shorted together.
  • a monitoring device which monitors the load conditions on the switching device contained in the longitudinal branch.

Landscapes

  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Erzwingen einer eigensicheren Situation in einer gefährdeten Zone weist eine erste Schalteinrichtung auf, die im Längszweig liegt und eine zweite Schalteinrichtung im Querzweig. Beim Auftreten eines Fehlers, der die Bedingungen der Eigensicherheit verletzen würde, wird zunächst die erste Schalteinrichtung gesperrt und sodann mit einer verzögerten Zeit die zweite Schalteinrichtung durchgeschaltet, so dass die Ausgangsklemmen mit einander kurzgeschlossen sind. Zusätzlich ist noch eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die die Lastbedingungen an der im Längszweig enthaltenen Schalteinrichtung überwacht.

Description

Schaltungsanordnunq zur Spannunαsbegrenzung
Um unerwünschte gefährliche Zündungen zündfähiger Gasgemische in gefährdeten Bereichen zu vermeiden, gibt es eine Reihe von Ex-Schutzmaßnahmen. Hierzu gehört die Schutzmaßnahme "Eigensicherheit". Gemäß dieser Schutzvorschrift muss bei elektrischen Leitungen, die in explosions- gefährdete Bereiche hineinführen, dafür gesorgt werden, dass, falls ein Funke entsteht, die Energie des Funkens nicht ausreicht, das Gasgemisch zu zünden. Dementsprechend muss dafür gesorgt werden, dass die Spannung auf der Leitung und der maximal übertragende Strom innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt.
Um dies zu erzwingen sind so genannte Sicherheitsbarrieren bekannt. Diese haben im allgemeinen im Längszweig einen ohmschen Widerstand oder Transistoren. Aufgrund ihres Schaltungsaufbaus sind sie in der Regel zur Stromversorgung moderner Bussysteme nicht geeignet .
Darüber hinaus weisen sie den Nachteil auf, in der Regel Bauelemente zu enthalten, die beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte irreparabel zerstört werden. In der Folge muss nicht nur dasjenige Gerät ausgewechselt werden, das Schadensverursacher gewesen ist sondern auch die Sicherheitsbarriere. Hierdurch entsteht naturgemäß ein erheblicher Zeitverlust beim Betrieb der Anlage, die durch die Sicherheitsbarriere geschützt wird.
Soweit im Längszweig Halbleiter verwendet werden, üblicherweise heute selbstsperrende Feldeffekttransistoren, kommt eine weitere Schwierigkeit hinzu. Ein thermisch überlasteter Halbleiter lässt sich unter Umständen über seinen Steuereingang nicht mehr ordnungsgemäß abschalten.
Es sind ferner Anwendungen bekannt, bei denen aus der zugeführten elektrischen Energie in der gefährdeten Zone über Wandler Hilfsspannungen erzeugt werden. Wenn ein solcher Wandler versagt und eine zu große Spannung liefert, kann mit den klassischen Sicherheitsbarrieren hier nicht mehr eingegriffen werden. Die übermäßige Spannung entsteht hinter der Sicherheitsbarriere und nicht an deren Eingang.
Schließlich zeigen bekannte Sicherheitsbarrieren die Eigenschaft, die elektrische Verbindung zwischen Ein- und Ausgang zu unterbrechen, können jedoch üblicherweise nicht am Ausgang schädliche aus der gefährdeten Zone zurückkommende Spannungen kurz schließen.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung Sicherheitsschaltungsanordnungen zu schaffen, die, je nach Ausgestaltung ein oder mehrere der oben genannten Probleme bewältigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäSe Sicherheitsschaltanordnung durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 15 gekennzeichnet .
Die neue Sicherheitsschaltungsanordnung zur Spannungs- begrenzung unter Einhaltung der Vorschriften für explosionsgeschützte Bereiche weist einen zweipoligen Energieeingang und einen zweipoligen Energieausgang auf. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss des Energieeingangs und dem ersten Ausgangsanschluss des Energieausgangs liegt eine erste gesteuerte Schalteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, im Normalfall die elektrische Verbindung zwischen Ein- und Ausgang herzustellen und im Fehlerfall zu unterbrechen. Es ist ferner eine zweite gesteuerte Schalteinrichtung vorgesehen, mit der die beiden Ausgangsanschlüsse des Energieausgangs überbrückt werden können. Hierdurch wird sichergestellt, dass im Fehlerfall an den nach dem Öffnen der ersten Schalteinrichtung nicht mehr beschalteten Anschlüssen Undefinierte Spannungen auftreten können, die unter Umständen das zulässige Maß überschreiten. Solche Situationen können auftreten, wenn im Anschluss an die Schaltungs- anordnung Energiespeicher vorhanden sind in Verbindung mit Wandlern, so dass überhöhte Spannungen entstehen können oder auch überhöhte Spannungen in Folge von elektrostatischen Aufladungen.
Um zu verhindern, dass die erste Schalteinrichtung beim Aktivieren der zweiten Schalteinrichtung elektrisch überlastet wird, ist eine Verzögerungsschaltung vorgesehen, die die zweite gesteuerte Schalteinrichtung erst dann in den leitenden Zustand bringt, wenn die erste Schalteinrichtung die elektrische Verbindung zu dem Eingang der Schaltungsanordnung unterbrochen hat . Gemäß der zweiten Lösung ist eine Sicherheitsschal - tungsanordnung vorgesehen, die wiederum einen zweipoligen Energieeingang zu einen zweipoligen Energieausgang aufweist. Während der zweite Eingang mit dem zweiten Ausgang direkt verbunden ist, liegt in der Verbindungsleitung zwischen dem ersten Eingang zu dem ersten Ausgangsanschluss eine gesteuerte Schalteinrichtung, üblicherweise ein Halbleiterschalter. Um sicher zu stellen, dass der Halbleiterschalter nicht in thermisch gefährliche Betriebsbereiche gelangt, die möglicherweise ein ordnungsgemäßes Abschalten verhindern, ist zusätzlich eine Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung vorgesehen, mit deren Hilfe der Strom und/oder die Verlustleistung an der ersten Schalteinrichtung überwacht wird. Sobald ein Grenzwert überschritten wird, sorgt die Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung für ein Unterbrechen durch die erste Schalteinrichtung.
In jedem Falle kann die erste Schalteinrichtung im Längszweig einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor, enthalten.
Um ein ordnungsgemäßes Starten der Sicherheitsschal - tungsanordnung zu gewährleisten, wenn erstmalig eine Versorgungsspannung an den Eingang der Sicherheitsschaltungsanordnung gelegt wird, kann vorzugsweise zusätzlich ein im Längszweig liegender ohmscher Widerstand vorhanden sein, mit dem die erste Schalteinrichtung überbrückt wird. Der Wert dieses Widerstands ist so bemessen, dass in keinem Falle eine gegebenenfalls vorhandene zweite Schalteinrichtung überlastet wird, oder die Sicherheitskriterien am Ausgang der Schaltungsanordnung überschritten werden. Gemäß einer Änderung kann, entsprechend der zweiten Lösung, auch bei der ersten Lösung eine Strom- und/oder Verlustleistungsüberwachungsschaltung vorgesehen sein, die die entsprechenden Parameter der ersten Schalteinrichtung überwacht .
Die Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung kann einen Verstärker enthalten, dessen Steuereingang zu der ersten Schalteinrichtung parallel geschaltet ist. Mit Hilfe eines Verstärkers kann ein Steuerstrom erzeugt werden, der sowohl die erste Schalteinrichtung in den Sperrzustand als auch die zweite Schalteinrichtung in den leitenden Zustand überführt . Dieser Verstärker kann ein Verstärker sein, der gleichzeitig auch die Funktion der Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung erbringt.
An diesem Eingang des Verstärkers kann eine Oder- Schaltung angeschlossen werden, deren Eingänge im einfachsten Falle lediglich durch hinreichende große Widerstände elektrisch voneinander entkoppelt sind. Über diese Eingänge kann wahlweise der Spannungsabfall an der ersten Schalteinrichtung und zusätzlich ein weiteres Signal eingespeist werden, das sich beispielsweise aus der Spannung eines nachgeschalteten Spannungswandlers oder der Sicherheits- schaltung selbst ableiten lässt.
Die Verzögerungsschaltung, die der zweiten Schalteinrichtung zugeordnet ist, kann in deren Eingang implementiert sein. Im einfachsten Falle kann die Verzögerungs- schaltung von einem RC-Glied gebildet sein, zu dessen Kondensator der Steuereingang der zweiten Schalteinrichtung parallel liegt. Die zweite Schalteinrichtung kann von einem selbst - haltenden elektronischen Bauelement gebildet sein, beispielsweise einem Thyristor oder Triac . Diese Bauelemente haben den Vorteil, dass die Schaltungsanordnung sehr ein einfach wird.
Am Ausgang der Sicherheitsschaltungsanordnung kann ein Spannungswandler, vorzugsweise ein Drosselwandler, angeschlossen sein, mit dem aus der zugeführten Spannung verlustarm eine zweite Spannung mit geringerer Amplitude erzeugt wird.
An dem Ausgang des Spannungswandlers kann eine Vergleichschaltung angeschlossen sein, die ein Steuersignal für die Sicherheitsschaltungsanordnung erzeugt, falls die AusgangsSpannung einen vorgegebenen Wert überschreitet .
Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
Die nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte zum Verständnis der Erfindung. Dabei soll das wiedergegebene Schaltbild in der für den Fachmann üblichen Weise die verbale Erläuterung ergänzen und das Verständnis erleichtern. Es ist klar dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.
Die Worte "Eingang" oder "Ausgang" können gegebenenfalls wahlweise entsprechend dem Sinngehalt Einzelanschlüsse oder zweipolige Anschlüsse bedeuten. Für den Fachmann ist klar, was jeweils gemeint ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem ersten Aus- führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicher- heitsschaltungsanordnung .
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der neuen Si- cherheitsschaltungsanordnung .
Fig. 3 zeigt ein ausführliches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung, in der die Funktionen der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 implementiert sind.
Fig. 1 zeigt eine Sicherheitsschaltungsanordnung, die dazu vorgesehen ist, die elektrische Verbindung zu unterbrechen, wenn am Ausgang eine zu hohe Spannung auftritt .
Die Schaltungsanordnung weist einen Eingang 1 mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss 2, 3 sowie einen zweipoligen Ausgang 4 mit einem ersten Ausgangsan- schluss 5 und einem zweiten Ausgangsanschluss 6 auf . Die beiden Anschlüsse 3 und 6 sind unmittelbar galvanisch verbunden, während in der Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2 und dem ersten Ausgangsanschluss 5 eine elektronische Schalteinrichtung 7 angeordnet ist, die einen Steuereingang 8 aufweist . Über den Steuereingang 8 kann die elektronische Schalteinrichtung 7 wahlweise in den leitenden oder in den gesperrten Zustand umgeschaltet werden. Im leitenden Zustand besteht eine Verbindung zwischen den Anschlüssen 2 und 5 während im gesperrten Zustand die Verbindung unterbrochen ist.
Der Schalteinrichtung 7 ist eine kombinierte Leis- tungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung 9 zugeordnet mit Anschlüssen 11, 12 und 13. Die Anschlüsse 11 und 13 bilden den Steuereingang und sie sind mit den Anschlüssen 2 und 5 verbunden. Anschluss 12 hingegen ist ein Ausgang, der mit dem Steuereingang 8 verbunden ist .
Die unterschiedlichen Signale, die zum Umschalten der Schalteinrichtung dienen können, sind in der Figur schematisch mit s als Funktion der Temperatur, der Spannung oder der Leistung bezeichnet .
Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt :
Mit den Eingangsanschlüssen 2 und 3 ist eine nicht weiter gezeigte Stromversorgungsquelle verbunden, die in der Lage ist eine Spannung zu liefern, die den Bedingungen Eigensicherheit im Explosionsschutz genügt. An die Anschlüsse 5 und 6 ist ein Verbraucher angeschlossen, der über die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 seine elektrische Energie bezieht. Im Normalbetrieb ist das Signal s, das an den Steuereingang 8 der Schalteinrichtung 7 geliefert wird so, dass die Schalteinrichtung 7 im durchgeschalteten Zustand bleibt .
Sollte über den Steuereingang 8 ein Signal s gelangen, das der Schalteinrichtung eine gefährliche Betriebssituation signalisiert, beispielsweise indem auf der Sekundärseite im explosionsgeschützten Bereich an Bauteilen, die über die Schalteinrichtung 7 mit elektrischer Energie versorgt werden, die Temperatur unzulässig ansteigt, eine zu hohe Spannung auftritt , oder an irgendeiner Stelle zu hohe Verlustleistungen entsteht, gelangt dieses Signal s in den Steuereingang 8 und veranlasst, die Schalteinrichtung 7 die Stromverbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2 und dem ersten Ausgangsanschluss 5 zu unterbrechen. Der nunmehr noch mögliche Stromfluss entspricht dem, was die Überwachungsschaltung 9 von dem Anschluss 11 zu dem Anschluss 13 maximal durchlässt. Da dieser Strompfad sehr hochohmig ist, sind gefährliche Schaltzustände mit Sicherheit ausgeschlossen. Die Bedingung Eigensicherheit wird auf der Ausgangsoder Sekundärseite der Schaltungsanordnung aufrecht erhalten.
Sollte im Normalbetrieb eine Situation auftreten, bei der der Spannungsabfall an der Schalteinrichtung 7 ein vorgegebenes Maß übersteigt, veranlasst die Überwachungseinrichtung 9 ein Abschalten der Schalteinrichtung 7. Hierzu generiert sie an ihrem Ausgang 12 ein Signal, dass in den Steuereingang 8 eingespeist wird und die Schalteinrichtung 7 veranlasst, abzuschalten.
Eine zu hohe Spannung über die Schalteinrichtung 7 kann die Folge eines zu hohen Strombedarfs auf der Ausgangsseite der Schaltung nach Fig. 1 sein, oder aber eine zu starke Erwärmung mit der Folge eines zu hohen Spannungsabfalls, obwohl der zulässige Strom noch nicht überschritten ist.
Die Schalteinrichtung 7 wirkt somit gleichzeitig als Stromsensorwiderstand, wobei der auftretende Spannungsabfall über die Überwachungsschaltung 9 ermittelt wird. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes erfolgt die oben erwähnte Abschaltung.
Darüber hinaus gestattet die ÜberwachungsSchaltung 9 das Einhalten bestimmter Verlustleistungsbedingungen zu erzwingen. Beispielsweise haben Mosfet-Transistoren die Eigenschaft, bei zu hoher Temperatur ihre Fähigkeit zum Abschalten zu verlieren. Wenn in der Schalteinrichtung 7 als Leistungsbauelement ein solcher Mosfet verwendet wird, wird mit Hilfe der ÜberwachungsSchaltung 9 sichergestellt, dass die Temperatur und damit der Spannungsabfall an dem Mosfet unterhalb bestimmter Grenzen bleiben, die ein sicheres Abschalten des Mosfet gewährleisten.
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Schaltung, die wiederum dafür geeignet ist, auf der Ausgangsseite die Energie abzuschalten, sollte eine unzulässige Bedingung auf der Sekundärseite auftreten. Bereits beschriebene Elemente der Schaltung nach Fig. 2 sind mit demselben Bezugszeichen belegt, wie in Fig. 1.
Gemäß Fig. 2 liegt parallel zu den beiden Ausgangsanschlüssen 5, 6 des Ausgangs 4 eine zweite Schalteinrichtung 14 mit Anschlüssen 15 und 16. Dabei bilden die Anschlüsse 15, 17 die Hauptstrecke der Schalteinrichtung, während der Anschluss 17 den Steuereingang darstellt. Bei einem entsprechenden Signal an dem Eingang 17 wird die Hauptstrecke zwischen den Anschlüssen 15 und 16 leiten und schließt damit den Ausgang 4 kurz. Zwischen dem Eingang 17 und dem Steuersignal s liegt ein Verzögerungsglied 18 mit Anschlüssen 19 und 21.
Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt :
Sollte das Steuersignal s einen Zustand erreichen, der ein Abschalten der ersten Schalteinrichtung 7 bewirkt, gelangt dieses Steuersignal zusätzlich in den Eingang des Verzögerungsglieds 18. Nach einer vorgegebenen Zeit von 5 Millisekunden bis 20 Millisekunden bewirkt das anstehende Steuersignal s, dass die zweite Schalteinrichtung 14 durchgeschaltet wird. Mit dem Durchschalten wird der Ausgang 4 kurzgeschlossen .
Das Steuersignal s gelangt unverzögert in den Steuereingang 8 der ersten Schalteinrichtung 7, damit vor dem Kurzschließen des Ausgangs 4, die an dem Eingang 1 angeschlossene Energiequelle weggeschaltet ist. Der maximal auftretende Kurzschlussstrom entspricht jenem Strom, der im Fehlerfall in Richtung auf den Ausgang 4 von der dort angeschlossenen Schaltung zurückgeliefert werden kann. Mit anderen Worten, vor dem Kurzschließen des Eingangs wird zunächst die Energiequelle weggeschaltet.
Es leuchtet ohne weiteres ein, dass die Überwachungs- schaltung 9 gemäß Fig. 1 auch bei der Schaltung nach Fig. 2 implementiert werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Detailschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung, in der die Schaltungsblöcke 7, 9, 14 und 18 realisiert sind. Im Übrigen werden für bereits beschriebene Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Wie zu erkennen ist, bildet ein Mosfet 22 den Hauptbestandteil der ersten Schalteinrichtung 7. Die Source des Mosfet 22 ist über eine Drossel 23, zu der eine wie gezeigt gepolte Diode 24 parallel liegt, mit dem ersten Eingangs- anschluss 2 verbunden. Der Drain des Mosfet 22 bildet gleichzeitig den Ausgangsanschluss 5. Source und Drain des Mosfet 22 sind über einen Widerstand 25, der im praktischen Betrieb bei ca. 50 Ohm liegt, überbrückt.
Von dem Gate des Mosfets 22 führt ein Vorschaltwider- stand 26 zu dem Eingangsanschluss 8, der über einen Widerstand 27 an die Schaltungsmasse angeschlossen ist, nämlich der Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 3 und dem zweiten Ausgangsanschluss 6.
Den aktiven Teil der ÜberwachungsSchaltung 9 bildet ein bipolarer Transistor 28. Sein Emitter bildet den An- schluss 11 und sein Kollektor den Anschluss 12. Von der Basis des Transistors 28, die gleichzeitig den Anschluss 13 darstellt, führt ein Widerstand 29 zu dem Drain des Mosfet 22. Der Widerstand 29 kann ein ohmscher Widerstand sein, oder ein NTC-Widerstand. Bei Verwendung eines NTC-Wider- stands wird bei der Regelcharakteristik selbsttätig eine ansteigende oder abfallende Umgebungstemperatur berücksichtigt, die die Überwachungsschaltung 9 mehr oder weniger empfindlich macht.
Zwei Entstörkondensatoren 31 und 32 führen von der Basis des Bipolaren Transistors 28 einerseits zu der Source des Mosfet 22 und andererseits zu dessen Drain.
Das aktive Element der zweiten Schalteinrichtung 14 ist ein Thyristor 34, dessen Anode mit dem Drain des Mosfet 22 bzw. dem ersten Ausgangsanschluss 5 verbunden ist, während die Kathode an dem zweiten Ausgangsanschluss 6 liegt.
Die Verzögerungsschaltung 18 setzt sich aus einem Widerstand 35 und einem Kondensator 36 zusammen. Der Widerstand 35 verbindet den Steueranschluss des Thyristors 34 mit dem Steuereingang 8, d.h. mit dem Kollektor des bipolaren Transistors 28. Der Kondensator 36 hingegen verbindet den Steueranschluss des Thyristors 34 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6. Mit Hilfe der Schaltungsanordnung wird ein Spannungswandler 37, vorzugsweise ein Drosselwandler, mit elektrischer Energie versorgt. Der Drosselwandler 37 weist einen Eingangsanschluss 38, einen Masseanschluss 39 und einen Ausgangsanschluss 41 auf. Der Eingangsanschluss 38 liegt an dem ersten Ausgangsanschluss 5, während der Masseanschluss 39 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 6 verbunden ist. Zum Zwecke der Entstörung liegt zu den beiden Ausgangsanschlüssen 5, 6 ein Kondensator 42 parallel.
Der Kondensator 42 ist ein Elektrolytkondensator, mit dessen Hilfe der stark pulsierende Strom, den der Drossel - wandler 37 zieht, aus der Sicht des Feldeffekttransistors 22 geglättet werden soll.
Dem Ausgang 41 des Drosselwandlers 37 ist eine weitere Drossel 43 nachgeschaltet, die zu dem eigentlichen Ausgangsanschluss 44 führt. An diesem Ausgang 44 steht gegenüber der Schaltungsmasse bzw. einen zu dem zweiten Ausgangsanschluss 6 galvanisch direkt durch verbundenen An- schluss 45 eine Spannung zur Verfügung, die durch den Drosselwandler 37 herauf oder herunter, vorzugsweise heruntergesetzt ist.
Von dem Ausgangsanschluss 44 führt eine Diode 46 zu dem Drain des Feldeffekttransistors 22.
Zwischen den Anschlüssen 44 und 45 liegt eine Span- nungsüberwachungseinrichtung 47, deren aktiver Hauptbestandteil ein bipolarer Transistor 48 sowie ein Shunt - Regulator 49 sind. Der bipolare Transistor 48 ist mit seinem Emitter an dem Ausgangsanschluss 44 angeschlossen, während seine Basis zu dem Shunt -Regulator 49 führt, der an- dernends mit der Schaltungsmasse bzw. im Ausgangsanschluss 45 bzw. 6 verbunden ist. Der Steuereingang des Shunt-Regu- lators 49 liegt an einem aus ohmschen Widerständen gebildeten Spannungsteiler aus Widerständen 51, 52 und 53, die die zwischen den Anschlüssen 44 und 45 liegende Spannung so herunter teilen, dass der Shunt-Regulator 49 beim Überschreiten einer vorgegebenen Spannung zwischen den Anschlüssen 44 und 45 leitend wirkt. Diese Spannung ist naturgemäß größer als die Summe aus der Basisemitterspannung des Transistors 48 und der Steuerspannung, bei der der Shunt-Regulator 49 normalerweise durchschaltet.
Über einen Vorschaltwiderstand 55 ist der Kollektor des Transistors 48 mit der Basis eines Verstärkertransistors 56 verbunden, dessen Basis über einen Widerstand 57 geerdet ist. Der Transistor 56 liegt über einen ohmschen Widerstand 58 an dem Steuereingang 13, d.h. der Basis des Transistors 28.
Die Funktionsweise der Schaltung ist wie folgt:
Es wird zunächst angenommen, die Schaltung ist in Betrieb, d.h. an dem Eingang 1 eine Stromquelle angeschlossen ist und an den Ausgangsanschlüssen 44, 45 ein Verbraucher. Der Mosfet 22 ist leitend, der Thyristor 34 gesperrt und der Drosselwandler 37 arbeitet einwandfrei.
Solange die Spannung zwischen den Klemmen 44 und 45 innerhalb des zulässigen Bereiches bleibt, bleibt der Shunt-Regulator 49 gesperrt mit der Folge, dass auch der Transistor 48 gesperrt ist. Folglich gibt es keinen Basisstrom für den Transistor 56 der ebenfalls gesperrt bleibt. Wegen des Sperrzustandes des Transistors 56 zieht dieser keinen Strom über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 8, weshalb auch dieser Transistor gesperrt bleibt. Da die Source des Mosfet 22 auf hohem Potential gegenüber der Schaltungsmasse liegt, ist das Gate über die Widerstände 26 und 27 mit der Schaltungsmasse und damit mit Minus verbunden, womit der Mosfet 22 voll durch gesteuert bleibt, bis in die Sättigung.
In Folge der Sperrung des Transistors 28 fließt auch kein Strom in den Steuereingang des Thyristors 34, der gesperrt bleibt .
Die Drossel 23 zusammen mit der Diode 24 haben auf die Funktion keinen Einfluss, sie sind lediglich aus Gründen der EMV vorhanden .
Die Diode 46 ist gesperrt, da die AusgangsSpannung des Drosselwandlers 37 an der Klemme 44 kleiner ist als die Ausgangsspannung an dem Drain des Mosfet 22.
Es sein nun ein Fehler angenommen, der darin besteht, dass die Ausgangsspannung des Drosselwandlers 37 den zulässigen Grenzwert überschreitet. Das Überschreiten des Grenzwerts wird mit Hilfe des Shunt-Regulators 49 ermittelt, der durchsteuert und damit einen Basisstrom für den Transistor 48 erzeugt. Der nunmehr leitende Transistor 48 liefert einen Basisstrom für den Transistor 56, der wiederum einen Basisstrom für den Transistor 28 erzeugt. Es fließt ein Strom von der Eingangsklemme 2 über die Basisemitterstrecke des Transistors 28, den Widerstand 58, über die Kollektor- Emitterstrecke des Transistors 56 zu der Schaltungsmasse, d.h. zu der Eingangsklemme 3. Da somit der Transistor 28 in den leitenden Zustand gesteuert ist, verbindet dessen Kollektor-Emitterstrecke über den Widerstand 26 das Gate des Feldeffekttransistors 22 mit dessen Source. Der Feldeffekttransistor 22 wird somit umgehend gesperrt .
Die erste Schalteinrichtung 7 ist folglich in den gesperrten Zustand übergegangen, während die zweite Schalt- einrichtung 14 zunächst noch leitend ist.
Da der Transistor 28 im leitenden Zustand ist, kann von dem Eingangsanschluss 2 ein Strom über den Widerstand 35 der Verzögerungsschaltung 18 zu dem Kondensator 36 der Verzögerungsschaltung 18 fließen. Entsprechend der Zeitkonstanten steigt die Spannung an dem Kondensator 36 gegenüber der Schaltungsmasse bzw. der Kathode des Thyristors 34 an. Nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit entsprechend der Zeitkonstanten erreicht der Kondensator 36 eine Spannung, die ausreicht, um den Thyristor 34 zu triggern. Nach dem Triggern des Thyristors 34 wird über den Thyristor 34 der Ausgangsanschluss 5 mit dem Ausgangsanschluss 6, also der Schaltungsmasse verbunden. Damit ist der Stromversorgungs- eingang 38 des Drosselwandlers 37 geerdet und es treten zufolge des Abschaltens des Mosfet 22 keine Undefinierten Potentialzustände in der nachfolgenden Schaltung auf.
Mit dem Triggern des Thyristors 34 wird der Kondensator 42 entladen, und es werden auch sämtliche Kapazitäten, die an der Ausgangsklemme 44 angeschaltet sind, über die nunmehr in Durchlassrichtung gepolte Diode 46 und den Thyristor 34 entladen.
Wie unschwer zu erkennen ist, sorgt der Widerstand 25 dafür, dass der Haltestrom für den Thyristor 34 fließen kann und der Thyristor 34 daran gehindert wird, nach dem Entladen der Kapazitäten wieder in den Sperrzustand überzugehen.
Nachdem die Störung auf der Sekundärseite der Schaltungsanordnung beseitigt ist, kann die Schaltungsanordnung wieder neu gestartet werden. Hierzu genügt es, an dem Eingang 1 kurzzeitig die Spannung abzuschalten, damit der Thyristor 34 in den Sperrzustand zurückkehren kann. Sobald dies gesehen ist, wird die Spannung an den Eingang 1 wieder angeschaltet .
Da zwischenzeitlich der Kondensator 42 entladen worden ist, stellt er für den Mosfet 22 einen Kurzschluss dar. Folglich wäre die Längsspannung an der Source-Drainstrecke des Mosfet 22 ausreichend groß, um den Transistor 28 über den Widerstand 29 leitend zu steuern, was ein Einschalten des Mosfet 22 auf Dauer verhindern würde. Der Widerstand 25, der im Fehlerfall dazu dient, den Haltestrom des Thyristors 34 zu erzeugen dient nunmehr als Anlauf- oder Startwiderstand, über den der Kondensator 42 allmählich aufgeladen wird. Dadurch wird die Spannung an der Drain- Sourcestrecke des Mosfet 22 verringert und dafür gesorgt, dass der Transistor 28 im Sperrzustand bleibt.
Ab einer gewissen Spannung an dem Kondensator 42 wird der Mosfet 22 durch gesteuert und lädt nunmehr niederohmig den Kondensator 42 auf und versorgt im Übrigen die restliche Schaltung mit Strom.
Die Schaltung ist damit wieder in dem Zustand vor dem Auftreten des Fehlers. Als weiterer Fehler wird angenommen, dass der Spannungsabfall über die Drain-/Sourcestrecke des Mosfet 22 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Das Überschreiten des Spannungsgrenzwertes kann eine Folge eines zu hohen Stromverbrauchs auf der Sekundärseite oder einer zu großen Erwärmung des Mosfet 22 infolge zu großer Verlustleistung sein. Letzteres könnte dazu führen, dass der Mosfet 22 nicht mehr steuerbar ist. Selbst beim Abschalten der Gatespannung würde er leitend bleiben, womit die Schaltung versagt .
Um dies zu verhindern wird mit Hilfe der Basis-Emitterstrecke des Transistors 28 der Spannungsabfall über die Drain-Sourcestrecke des Mosfet 22 gemessen. Übersteigt dieser Spannungsabfall einen konstruktiv vorgegebenen Wert, wird der Transistor 28 leitend und es wird derselbe Mechanismus eingeleitet, wie er zuvor in Verbindung mit einer zu hohen Spannung an der Ausgangsklemme 44 beschrieben ist. D.h. es wird zunächst der Mosfet 22 abgeschaltet und mit einer Verzögerung der Thyristor 34 durch gesteuert.
Wenn der Widerstand 29 wie eingangs erwähnt als NTC- Widerstand ausgeführt wird, wird die ÜberwachungsSchaltung 9 mit zunehmender Temperatur sensibler. Es genügen mit zunehmender Temperatur kleinere Spannungsabfälle längs der Drain-Sourcestrecke des Mosfet 22 um den Transistor 28 zu aktivieren, damit es zur Abschaltung kommt.
Eine Schaltungsanordnung zum Erzwingen einer eigensicheren Situation in einer gefährdeten Zone weist eine erste Schalteinrichtung auf, die im Längszweig liegt und eine zweite Schalteinrichtung im Querzweig. Beim Auftreten eines Fehlers, der die Bedingungen der Eigensicherheit verletzen würde, wird zunächst die erste Schalteinrichtung gesperrt und sodann mit einer verzögerten Zeit die zweite Schalteinrichtung durchgeschaltet, so dass die Ausgangsklemmen miteinander kurzgeschlossen sind.
Zusätzlich ist noch eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die die Lastbedingungen an der im Längszweig enthaltenen Schalteinrichtung überwacht.

Claims

Ansprüche :
1. Schaltungsanordnung () zur Spannungsbegrenzung unter Einhaltung der Vorschriften für explosionsgeschützte Bereiche
mit einem zweipoligen Energieeingang (1) , der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2,3) aufweist,
mit einem zweipoligen Energieausgang (4) , der einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss (5,6) aufweist, der mit dem zweiten Eingangsanschluss () verbunden ist ,
mit einer ersten gesteuerten Schalteinrichtung (7) , über die die Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss (2) zu dem ersten Ausgangsanschluss (5) führt und die einen Steuereingang (8) aufweist,
mit einer zweiten gesteuerten Schalteinrichtung (14), über die eine Verbindung von dem ersten Ausgangsanschluss (5) zu dem zweiten Ausgangsanschluss (6) läuft und die einen Steuereingang (17) aufweist, und
mit einer Verzögerungsschaltung (18) , deren Ausgang (21) mit dem Steuereingang (17) der zweiten gesteuerten Schalteinrichtung (14) und deren Eingang (19) mit dem Steuereingang (8) der ersten Schalteinrichtung (7) verbunden ist .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (7) im Längszweig () einen Feldeffekttransistor (22) vorzugsweise einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor () enthält.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (7) einen im Längszweig () liegenden ohmschen Widerstand (25) enthält.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Schalteinrichtung (7) einen Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung (9) zugeordnet ist, die die Verlustleistung an und/oder den Strom durch die erste Schalteinrichtung (7) erfasst und ein Steuersignal abgibt, wenn ein vorgegebener Grenzwert überschritten wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung (9) einen Verstärker (28) aufweist, dessen Steuereingang (11,13) zu der ersten Schalteinrichtung (7) parallel geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (7) einen stromverstärkenden Transistor (28) enthält, dessen Ausgang
(12) mit dem Steuereingang (8) der Verzögerungsschaltung
(18) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (12) des Verstärkers (28) mit dem Steuereingang (8) des ersten Schalteinrichtung (7) verbunden ist
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite gesteuerte Schalteinrichtung (14) in ihrem Eingang () die Verzögerungsschaltung (18) enthält.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschaltung (18) von einem RC-Glied (35,36) gebildet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite gesteuerte Schalteinrichtung
(14) ein selbsthaltendes gesteuertes elektronisches Bauteil (34) enthält.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das selbsthaltende elektronische Bauteil (34) ein Thyristor () oder Triac () ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerverstärker (48,56) vorgesehen ist, der eine SteuerSpannung () für den Eingang (8) der ersten und der zweiten gesteuerten Schalteinrichtung (7,14) erzeugt .
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsanordnung () ein Spannungswandler (37) , vorzugsweise ein Drosselwandler () , nachgeschaltet ist.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die AusgangsSpannung () des Spannungs- wandlers (37) mittels einer Referenzspannungserzeugung (49) überwacht wird und dass für die erste und die zweite gesteuerte Schalteinrichtung (7,14) eine Steuerspannung () erzeugt wird, sobald die AusgangsSpannung () des Spannungs- wandlers (37) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
15. Schaltungsanordnung () zur Spannungsbegrenzung unter Einhaltung der Vorschriften für explosionsgeschützte Bereiche
mit einem zweipoligen Energieeingang (1) , der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2,3) aufweist,
mit einem zweipoligen Energieausgang (4) , der einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss (5,6) aufweist, der mit dem zweiten Eingangsanschluss (3) verbunden ist,
mit einer ersten gesteuerten Schalteinrichtung (7) , über die die Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluss (2) zu dem ersten Ausgangsanschluss (5) führt und die einen Steuereingang (8) aufweist, und
mit einer Leistungs- und/oder Stromüberwachungsschaltung (9) , die der ersten gesteuerten Schalteinrichtung (7) zugeordnet ist und die die Verlustleistung an und/oder den Strom durch die erste Schalteinrichtung (7) er- fasst und ein Steuersignal abgibt, wenn ein vorgegebener Grenzwert überschritten wird.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15 in Kombination mit Merkmalen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.
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