NL8601526A - Kortsluitbeveiligingsinrichting. - Google Patents

Description

c V.O.8228

Kortsluitbeveiligingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting ter beveiliging tegen eventuele kortsluitingen, welke de eindtrap van een bij lage spanning bedreven vermogensversterker van het type, dat bijvoorbeeld in radiotoestellen in voertuigen wordt gebruikt, op een schadelijke wijze 5 kunnen beïnvloeden.

Meer in het bijzonder is de beveiligingsinrichting volgens de uitvinding van nut om een versterkertrap van het balanstype te beveiligen, waarbij een eerste transistor met de collector en emitter daarvan tussen de positieve pool van de voedingsspanning en een belastingsklem 10 is verbonden, en een tweede transistor met de collector en emitter van tussen de negatieve pool van de voedingsspanning en dezelfde belastingsklem is verbonden, waarbij de andere belastingsklem is geaard.

Zoals bekend worden dergelijke versterkertype dikwijls verbonden met belastingen, die in hoofdzaak een resistief karakter hebben, waarbij 15 de weerstand daarvan twee ohm of minder kan bedragen, teneinde een groot uitgangsvermogen te verschaffen. Derhalve is de stroom, welke de versterker aan de belasting moet toevoeren, zoals algemeen bekend zeer groot ofschoon niet groter dan de bovenste grensstroom, welke wordt toegelaten door de transistoren,waaruit de balanstrap van de versterker is 20 opgebouwd.

Bij bekende uitvoeringen vindt de beveiliging van een versterkertrap van het balanstype, als aangegeven, tegen kortsluiting plaats via een inrichting, welke de uitgangsstroom van de versterker naar de belasting aftast, welke inrichting die stroom, welke een ingestelde drempel-25 stroomwaarde, dichtbij de maximaal toelaatbare stroomwaarde bereikt, uitschakelt.

Deze bekende beveiligingsinrichting voldoet niet aan de vereiste beveiligingsvoorwaarden omdat de inrichting zelfs onder normale bedrijfsomstandigheden van de versterker in werking kan treden en de versterker 30 kan blokkeren, en in het geval, dat het uitgangssignaal naar de belasting wordt kortgesloten hetzij naar de positieve hetzij naar de negatieve pool van de voedingsbron, aanleiding kan geven tot zeer hoge en gevaarlijke stroompieken voor de eindtransistoren van de versterker.

Een ander conventioneel type beveiliging is gebaseerd op het 35 gebruik van een aftastinrichting, welke reageert op het over de transis- ,θ & ü 1 s 5 £ W ·** - iaa w 2 -2- toren van de eindtrap optreden van een lage potentiaalverschil dan de laagst toelaatbare ketenspanning tengevolge van het feitdatofde positieve of de negatieve pool naar de versterkeruitgang wordt kortgesloten.

Bij dit bekende type beveiliging lopen de transistoren gevaar 5 aangezien de kleine weerstand, welke onvermijdelijk over de kortsluit- baan aanwezig is tengevolge van de over deze baan vloeiende grote stroom, daarover een potentiaalverschil opwekt, dat de laagst toelaatbare spanning over de eindtransistoren kan overschrijden en derhalve niet wordt gedetecteerd.

10 In dat geval is de kortsluiting aanwezig doch werkt de beveili- gingsinrichting niet.

Het probleem, dat aan de uitvinding ten grondslag ligt, is derhalve het verschaffen van een beveiliging tegen kortsluitingen van een eindtrap van een versterker van het balanstype, waarbij wordt voorzien 15 in scherp onderscheid tussen normale versterkerbedrijfsomstandigheden en kortsluitomstandigheden zonder dat een beperking wordt opgelegd aan de uitgangsstroom van de versterking tijdens de normale bedrijfsomstandigheden daarvan.

Het probleem wordt volgens de uitvinding met de bovenomschreven 20 inrichting voor het beveiligen van de eindtrap van een versterker van het balanstype tegen kortsluiting opgelost doordat de inrichting is voorzien van een eerste stroomaftastinrichting, welke op de stroom, die door de eerste transistor vloeit, reageert, een tweede stroomaftastinrichting, welke op de stroom, die door de tweede transistor vloeit rea-25 geert, respectieve eerste en tweede stroom-spanningsomzetters, welke respectieve spanningssignalen leveren die indicatief zijn voor de door de eerste en tweede aftastinrichtingen afgetaste stroomwaarden, een eerste spanningsvergelijkingsinrichtingomhet spanningssignaal uit de eerste omzetter met een eerste ingestelde positieve referentiespanning 30 te vergelijken, een tweede spanningsvergelijkingsinrichting om het spanningssignaal uit de tweede omzetter met de ingestelde referentiespanning te vergelijken, waarbij de eerste en tweede spanningsvergelijkingsinrich-tingen bestemd zijn voor het verwerken en leveren van respectieve uitgangssignalen wanneer een van de spanningssignalen de eerste ingestelde 35 positieve referentiespanning overschrijdt, derde en vierde spannings-vergelijkingsinrichtingen voor het vergelijken van de instantane 8601526 r e -3- waarde van de aan de belasting aangelegde spanning met respectievelijk de negatieve waarde en positieve waarde van een tweede ingestelde refe-rentiespanning/ welke derde en vierde spanningsvergelijkingsinrichtingen respectieve uitgangssignalen leveren overeenkomstig het feit of de 5 instantane absolute waarde van de aan de belasting aangelegde spanning de absolute waarde van de tweede ingestelde referentiespanning overschrijdt, een eerste bistabiele keten, welke door de uitgangssignalen van de eerste en derde spanningsvergelijkingsinrichtingen wordt geactiveerd indien beide aanwezig zijn, een tweede bistabiele keten, welke 10 door de uitgangssignalen van de tweede en vierde spanningsvergelijkings-inrichtingen wordt geactiveerd indien beide aanwezig zijn, en een om-schakelaar, welke in de voedingsketen van de versterker is opgenomen en door de uitgangssignalen van êën van de bistabiele ketens wordt bestuurd.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder ver-15 wijzing naar de tekening waarin schematisch een voorkeursuitvoeringsvorm van een beveiligingsinrichting tegen kortsluiting volgens de uitvinding is weergegeven, welke niet in beperkende zin dient te worden opgevat.

In de tekening is de eindtrap van de versterker 1 weergegeven als omvattende de transistoren en T^, die volgens een normale balans-20 schakeling zijn verbonden. De transistor bijvoorbeeld van het n-p-n-type is met de collector en emitter daarvan tussen de positieve pool +Vcc van de voedingsspanning en de klem 2 van een belasting RL verbonden, waarvan de andere klem 3 op een conventionele wijze is geaard.

De andere transistor bijvoorbeeld van het p-n-p-type, is met 25 de collector en emitter daarvan tussen de negatieve pool -Vcc van de voedingsspanning en dezelfde klem 2 van de belasting RL verbonden.

De bases van de transistoren en T2 zijn verbonden met de resterende schakeling van de versterker, welke hier niet is weergegeven omdat deze conventioneel is en voor de uitvinding niet van belang is.

30 Volgens de uitvinding omvat de inrichting een eerste stroomaftast- inrichting SI^, welke via de schematische functionele koppeling 4 de stroom aftast, welke door de eerste transistor vloeit, en een tweede stroomaftastinrichting SIwelke de stroom aftast, die door de transistor T2 vloeit en wel door middel van de schematische functionele koppeling 5.

35 Met de eerste stroomaftastinrichting SI^ en de tweede stroomaf tastinrichting SI_ werken respectieve stroom-spanningsomzetters van ii 0 I v - v “δ -4- bekende type samen, welke zijn aangegeven bij CV1 en CV2· De omzetters CV en CV0 emitteren respectieve spannningssignalen V- en V , welke indicatief zijn voor de stroomwaarden, die bij de respectieve transis-toren en door de aftastinrichtingen SI^ en SI^ zijn afgetast.

5 De bovengenoemde stroom-spanningsomzetters CV^ en CV^ zijn via respectieve schematische functionele koppelingen 6 en 7 verbonden met respectieve operationele spanningsvergelijkingsketens CMV^ en CMV2, waarin de spanningssignalen V^ en V^ worden vergeleken met een eerste ingestelde positieve referentiespanning +VREF1 welke zodanig is gekozen 10 dat deze indicatief is voor de maximale stroom Imax, die vanuit een van de transistoren of T2 wordt geleverd wanneer de andere wordt kortgesloten.

De beveiligingsinrichting volgens de uitvinding omvat voorts derde en vierde operationele spanningsvergelijkingsketens, welke op zich- 15 zelf bekend zijn en bij CMV^ en CMV4 zijn aangegeven.

De spanningsvergelijkingsinrichtingen CMV^ en CMV^ zijn via respectieve verbindingsorganen 8 en 9 met de klem 2 van de belasting RL verbonden, waardoor zij de instantane waarde van de aan de belasting RL aangelegde spanning Vo aftasten.

20 De spanningswaarde Vo wordt wat betreft het teken daarvan, zoals later zal worden toegelicht, en via de spanningsvergelijkingsinrichting CMV^ of CMVj vergeleken met een tweede referentiespanning VREF^, waarvan de absolute waarde de waarde van de voedingsspanning van de versterker niet overschrijdt.

25 De vergelijkingsinrichtingenCMV]_en CMV^ zijn via respectieve lijnen 10 en 11 verbonden met een eerste bistabiele keten of flip-flop FF^, terwijl de spanningsvergelijkingsinrichtingen CMV^ en CMV^ via respectieve lijnen 12 en 13 zijn verbonden met een tweede bistabiele keten of flip-flop FF2> 30 De uitgangen van de flip-flops FF^ en FF^ zijn via respectieve lijnen 14 en 15 verbonden met een omschakelaar SW, die op zijn beurt via de schematische functionele koppeling 16 met de voedingsketen van de versterker 1 is verbonden.

De inrichting volgens de uitvinding werkt als volgt.

35 Wanneer wordt aangenomen, dat de transistor T^ wordt kortgeslo ten, tast de aftastinrichting SI^ de stroom af, welke door de transis- 660152« "S' % -5- tor vloeit. Deze stroom wordt door de omzetter CV^ omgezet in een overeenkomstig spanningssignaal en het spanningssignaal V^, dat uit de omzetter afkomstig isf wordt via het verbindingsorgaan 6 toegevoerd aan de spanningsvergelijkingsinrichting CMV^, waarin het signaal met de 5 referentiespanning +VREF^ zal worden vergeleken.

Aangezien de referentiespanning VREF^ de stroomwaarde Imax voorstelt, welke door de transistor in het geval van een kortsluiting in de versterker kan worden geleverd, indien het spanningssignaal groter is dan deze referentiespanning,zal de vergelijkingsinrichting CMV^ een 10 uitgangssignaal leveren, dat via de lijn 10 aan de flip-flop FF^ wordt toegevoerd.

De referentiespanning +VREF^, welke zoals vermeld, de toelaatbare stroom uit de transistoren in het geval van een kortsluiting in de versterker voorstelt, kan zodanig worden gekozen, dat deze een stroom-15 waarde voorstelt,die aanmerkelijk lager ligt dan de maximale stroom, welke vanuit de balanstrap aan de belasting onder normale bedrijfsomstandigheden moet worden toegevoerd. Derhalve wordt belet, dat de be-veiligingsinrichting wordt getrokken,zoals het geval is bij de conventionele inrichtingen, zelfs in aanwezigheid van grote belastingsstromen 20 tengevolge van normale bedrijfsomstandigheidsfactoren.

In de bovenbeschreven situatie wordt de flip-flop FF^ nog niet in een toestand gebracht, waarbij de schakelaar SW wordt beïnvloed; in wezen moet aan een verdere voorwaarde worden voldaan. Indien, zoals boven is vermeld, de kortsluiting optrad bij de transistor T2, zal de 25 potentiaal in het knooppunt 2 de neiging hebben cm dezelfde waarde aan te nemen als die van de negatieve pool van de voedingsbron -Vcc.

De werkelijke spanning, die in dat knooppunt optreedt, wordt via het verbindingsorgaan 8 toegevoerd aan de vergelijkingsinrichting CMV^, waarin de spanning wordt vergeleken met de negatieve waarde -VREF^ van 30 de tweede referentiespanning. Laatstgenoemde referentiespanning wordt zodanig gekozen, dat deze in absolute waarde niet groter is dan de waarde van de versterkervoedingsspanning Vcc.

Wanneer bij het vergelijken van de spanning Vo met de tweede referentiespanning VREF2 de absolute waarde van de eerste de absolute 35 waarde van de laatste overschrijden - bij het weergegeven voorbeeld

Vo < -VREF2 - dan zal op de uitgang van de vergelijkingsinrichting CMV^ ' Λ * ? $ 3 -ƒ -6- een signaal R3 optreden, dat via het verbindingsorgaan 11 aan de flipflops FF^ wordt toegevoerd.

In aanwezigheid van de beide signalen en R3 zal de flip-flop FF^ van toestand veranderen. Het uitgangssignaal daarvan zal via het 5 verbindingsorgaan 14 de werking van de schakelaar SW besturen, welke op zijn beurt de voedingsbron van de versterker 1 via het verbindingsorgaan 16 beïnvloedt teneinde deze uit te schakelen of in een wachttoestand te brengen.

De toestand van de : flip-flop FF^ blijft ongewijzigd zelfs in 10 afwezigheid van het signaal S^, dat met de stroom is gerelateerd, tengevolge van het feit, dat de voedingsstroom tot nul afneemt doordat bijvoorbeeld de versterkerstroombronnen worden uitgeschakeld doordat de kortsluittoestand voort duurt. De flip-flop FF^ zal in wezen naar de andere toestand overgaan, waardoor de versterker via de omschakelaar SW 15 wordt bekrachtigd,slechts bij ontvangst van een terugstelcommando, dat, bij het weergegeven voorbeeld, optreedt wanneer de spanning Vq onder de referentiespanning VREF^ afneemt, dat wil zeggen wanneer de kortsluittoestand is opgeheven. Een soortgelijke bedrijfsmodes vindt plaats in het geval, dat de kortsluittoestand de transistor beïnvloedt. In dat 20 geval zal wanneer wordt voldaan aan de voorwaarde, dat de stroom door de transistor T2 de maximaal toelaatbare stroom overschrijdt, waarmede de eerste referentiespanning VREF^ overeenkomt, en de spanning Vo op de belasting RL de positieve waarde +VREF2 van de tweede referentiewaarde overschrijdt, het uitgangssignaal S2 uit de vergelijkingsinrichting 25 CMV2 en het uitgangssignaal R^ uit de spanningsvergelijkingsinrichting CMV de bistabiele keten FF. in werking stellen en derhalve de schake-4 2 laar SW via het verbindingsorgaan 15 aandrijven.

Uit het bovenstaande blijkt, dat de beveiligingsinrichting volgens de uitvinding tegen kortsluiting werkt in een toestand, waarbij een 30 duidelijke scheiding bestaat tussen de kortsluittoestand en de normale bedrijfstoestand, en geen beperkingen aan de uitgangsstroom van de versterker oplegt wanneer laatstgenoemde op de juiste wijze werkt.

De inrichting kan ook worden toegepast bij een gedeeltelijk reactieve belasting RL, waarbij het in dit geval slechts nodig is, dat, 35 zoals de vakman duidelijk zal zijn, een geschikte keuze plaatsvindt ten aanzien van de waarden voorde eerste referentiespanning VREF^, welke ij Λ -4 a“ Λ λ

Soul o 2 § -7- met de toelaatbare stroom Imax door de transistoren in het geval dat kortsluitingen optreden, is gekoppeld, en de tweede referentiespanning VREF^ teneinde een ongewenst ingrijpen van de bevellingsinrichting te vermijden.

5 De materialen en componenten voor de inrichting kunnen in overeen stemming met specifieke constructieve eisen binnen het kader van de uitvinding worden gekozen.

3 t r - ~ ? a 4* V . .4 ·./

Claims (3)

1. Inrichting voor het beveiligen van de eindtrap van een vermogens-versterker, welke met een laagspanningsbron werkt, tegen kortsluiting, waarbij de eindtrap van het balanstype is en voorzien is van een eerste transistor, welke tussen de positieve pool van de voedingsspanning en 5 een klem van de belasting is verbonden, en een tweede transistor, die tussen de negatieve pool van de voedingsspanning en de genoemde klem van de belasting is verbonden', waarbij de andere klem van de belasting is geaard, gekenmerkt door een eerste stroomaftastinrichting (SI^), welke op de stroom, die door de eerste transistor (T^) vloeit, reageert, 10 een tweede stroomaftastinrichting (Sl2), welke reageert op de stroom, welke door de tweede transistor (T2) vloeit, respectieve eerste (CV^ en tweede (CV2) stroom-spanningsomzetters, welke respectieve spannings-signalen (V^, V ) leveren, die indicatief zijn voor de door de aftast-inrichtingen(Sl^, SI2) afgetaste stroomwaarden, een eerste spanningsver-15 gelijkingsinrichting (CMV^) om het spanningssignaal (V^) uit de eerste omzetter (CV^) te vergelijken met een eerste ingestelde positieve refe-rentiespanning (+VREF^), een tweede spanningsvergelijkingsinrichting (CMV2) om het spanningssignaal ) uit de tweede omzetter (CV2) te vergelijken met de genoemde ingestelde referentiespanning (+VREF^), waar-20 bij de eerste en tweede spanningsvergelijkingsinrichtingen dienen voor het verwerken en leveren van respectieve uitgangssignalen (S^,S2) wanneer êën van de spanningssignalen (V^ of V ) de positieve ingestelde referentiespanning (+VREF^) overschrijdt, derde (CMV^) en vierde (CMV^) spanningsvergelijkingsinrichtingen om de instantane waarde (V ), die 25 aan de belasting (RL) wordt aangelegd, te vergelijken met respectievelijk de negatieve waarde en positieve waarde van een tweede ingestelde referentiespanning (VREF2) waarbij de derde en vierde spanningsvergelijkings-inrichtingen (CMV^ en CMV^) respectieve uitgangssignalen (R^, R^) leveren overeenkomstig het feit of de instantane absolute waarde van de 30 spanning (V ), welke aan de belasting (RL) wordt aangelegd, de absolute waarde van de tweede ingestelde referentiespanning (VEEF2) overschrijdt, $ £ n 1 s ? « 'ti' v y - t-, ÉL -9- een eerste bistabiele keten (FF^), die door de uitgangssignalen (S^, R3> van de eerste (CMV^) en de derde (CMV^) spanningsvergelijkingsin-richtingen kan worden geactiveerd, wanneer beide aanwezig zijn, een tweede bistabiele keten (FF^), welke door de uitgangssignalen (S^, R^) 5 van de tweede (CMV^) en de vierde (CMV^) spanningsvergelijkingsinrich-tingen kan worden geactiveerd, en een omschakelaar SW, welke in de voedingsketen van de versterker (1) is opgenomen en door de uitgangssignalen uit één van de bistabiele ketens wordt bestuurd.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waarde 10 van de eerste ingestelde referentiespanning ί+VREF^) van de eerste en tweede spanningsvergelijkingsinrichtingen indicatief is voor de waarde van de maximale stroom (Imax), welke door een van de transistoren (T^ en ) in de versterkerbalanstrap moet worden geleverd in het geval dat de andere van de transistoren wordt kortgesloten. 15

3 . Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk,dat de absolute waarde van de tweede ingestelde referentiespanning (VREF^)van de derde en vierde spanningsvergelijkingsinrichtingen niet groter is dan de waarde van de voedingsspanning van de eindtrap van de versterker. 3301526