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Schutzschaltung für stromrichtungsumkehrfähige Brückenschaltungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für stromrichtungsumkehrfähige
elektronische Brükkenschaltungen.
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Es sind bereits Brückenschaltungen dieser Art bekannt, an deren einer
Brückendiagonalen eine speisende Gleichspannungsquelle und an deren anderen Brückendiagonalen
der Verbraucher liegt, wobei in den Brückenzweigen Transistoren angeordnet sind.
Jedem dieser Schalttransistoren ist dabei ein gesonderter Hilfsschalttransistor
zugeordnet. Diese Hilfsschalttransistoren sind mit Emitter und Kollektor zwischen
die Basis des zugehörigen Schalttransistors und einem Pol der Spannungsquelle geschaltet,
und der Schalttransistor ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand an diesem
Pol der Spannungsquelle geführt. Dadurch wird erreicht, daß der Strom jeweils nur
über Schalttransistoren in gegenüberliegenden Brückenzweigen fließt und so die Stromrichtung
durch den Verbraucher - beispielsweise einen Elektromotor, dessen Drehrichtung umgesteuert
werden soll - umgepolt werden kann.
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Bei derartigen stromrichtungsumkehrfähigen elektronischen Brückenschaltungen
besteht die Gefahr, daß durch ungünstiges Zusammentreffen beider Steuerbefehle für
die beiden Stromrichtungen sämtliche Schalttransistoren der Brücke gleichzeitig
leitend werden und dadurch ein kräftiger Kurzschluß auftritt, der die Transistoren
zerstört. Man hat zu diesem Zwecke bereits bei einer Brückenschaltung der bezeichneten
Art dafür gesorgt, daß während der Umschaltzeit das Einschalten gegenüberliegender
Schalttransistoren zeitlich verzögert gegenüber dem Ausschalten der anderen Schalttransistoren
erfolgt, und zwar derart, daß man die von außen der Brücke zugeführten elektrischen
Steuerimpulse für die Hilfsschalttransistoren durch vorgeschaltete Impulsverzögerungseinrichtungen
zeitlich verzögert und mit diesen künstlich verzögerten Steuerimpulsen die jeweiligen
Brückenzweige ansteuert. Diese Schutzmaßnahme ist jedoch nur bei speziellen, von
außen über Steuerimpulse angesteuerte Anordnungen anwendbar und brauchbar und bietet
keinen sicheren Schutz gegen Kurzschlüsse, da hier nur durch entsprechend programmierte
Ansteuerung das gleichzeitige Ansprechen beider Brückenzweige vermieden werden soll
und eine interne Schutzschaltung im eigentlichen Sinne, die unabhängig von der Art
der Ansteuerung wirksam ist, nicht vorgesehen ist.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung, ausgehend
von einer stromrichtungsumkehrfähigen elektronischen Brückenschaltung der bezeichneten
Art, vor, daß jeweils in der Brücke gegenüberliegende Schalttransistoren zu einem
gemeinsamen Steuereingang zusammengefaßt sind und an jedem dieser Steuereingänge
ein Schutzschalter, insbesondere ein Schutztransistor, angeordnet ist, welcher derart
mit dem anderen Steuereingang verknüpft und durch diesen steuerbar ist, daß bei
Betätigung der Schalttransistoren des einen Brückenzweiges über den einen Steuereingang
der Steuereingang des anderen Brückenzweiges automatisch gesperrt wird. In die Verbindungsleitungen
zwischen den Schutztransistoren und den entsprechenden Ausgängen der Hilfsschalttransitoren
können dabei elektronische Differenzierglieder geschaltet sein, wodurch bei gleichzeitigem
Ansprechen der beiden Steuereingänge eine Vorzugsstromrichtung bestimmt ist. Die
erfindungsgemäße Schutzschaltung ermöglicht unabhängig von der zeitlichen Aufeinanderfolge
der einzelnen Steuerbefehle für die einzelnen Brückenzweige eine stets sicher ansprechende
Blockierung des anderen Brükkenzweiges, da sofort nach dem Ansteuern eines der Steuereingänge
und damit dem Wirksamwerden eines der Brückenzweige der andere Steuereingang gesperrt
und somit ein Wirksamwerden des anderen Brückenzweiges automatisch verhindert wird.
Es liegt also eine interne Schutzschaltung vor, die unabhängig von den äußeren Steuersignalen
arbeitet und wirksam ist und die Brücke sicher vor Kurzschlüssen bewahrt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Schaltbildes an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es sei angenommen, daß sich die Welle des Motors 1 jeweils in der
einen oder der anderen Richtung drehen soll. Der Motor wird in beiden Fällen vom
Gleichstromnetz 2, 3 gespeist, und zwar über die Brückenschaltung aus den Transitoren
4 bis 7, in deren eine Brückendiagonale der Motor geschaltet ist. Die Basiselektroden
der Schalttransistoren 4 und 5 sind zu einem Steuereingang 20 zusammengefaßt
und werden über einen Hilfsschalttransistor 8 angesteuert
und die
Basis der anderen Schalttransistoren 6 und 7 des anderen Brückenzweiges zu
einem Steuereingang 21. zusammengefaßt, welcher beispielsweise durch einen
zweiten Hilfsschalttransistor 9 angesteuert wird. Diese Hilfsschalttransistoren
8 und 9 können ihrerseits eingangsseitig direkt angesteuert werden
oder über zusätzliche Steuertransistoren 10 und 11. Ist beispielsweise
durch entsprechende Betätigung des Schalters 12 der eine Steuertransistor
10 gesperrt (Schalter 12 am Pluspol der Leitung 3), so wird der Hilfsschalttransistor
8 leitend und damit über den Steuerpunkt 20 auch die Schalttransistoren
4 und 5
des einen Brückenzweiges leitend, d. h., der Motor 1 ist beispielsweise
auf Linkslauf geschaltet. Würde gleichzeitig mit dem Schalter 12 auch der Schalter
13 betätigt, so würden gleichzeitig auch der Hilfsschalttransistor 9 und
damit über den Steuerpunkt 21 auch die Schalttransistoren 6 und
7 leitend. Damit würde ein kräftiger Kurzschluß auftreten, und die Transistoren
4 bis 7 würden zerstört.
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Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß parallel zu jedem Steuereingang
20 bzw. 21 jeweils ein Schutzschalter angeordnet, beispielsweise in Form
eines Relais oder eines entsprechenden Schutztransistors. Jeder dieser Schutzschalter
ist weiterhin derart mit dem gegenüberliegenden Steuereingang verbunden und kann
durch diesen derart angesteuert werden, daß bei Ansteuerung des einen Steuereingangs
zur Betätigung des einen Brückenzweiges der andere Steuereingang automatisch für
eventuell auch hier auftretende Steuersignale gesperrt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird dies dadurch erreicht, daß parallel zum Eingang des Hilfsschalttransistors
8 ein Schutztransistor 14 und entsprechend zum Eingang des Hilfsschalttransistors
9 ein Schutztransistor 15 geschaltet ist und die Basis des Schutztransistors
14 über ein Differenzierglied 16, beispielsweise in Form eines RC-Gliedes,
mit dem Ausgang, d. h. Emitter des gegenüberliegenden Hilfsschalttransistors
9 sowie die Basis des Schutztransistors 15
über ein Differenzierglied
17 mit dem Emitter des Hilfsschalttransistors 8 verbunden ist. Wird also
einer der Hilfsschalttransitoren 8 oder 9 leitend, so wird gleichzeitig
der Schalttransistor 14 oder 15 des anderen Hilfsschalttransistors
leitend und schließt dadurch den Eingang des Hilfsschalttransistors kurz, so daß
dieser zweite, gegebenenfalls kurzzeitig nachher angesteuerte Hilfsschalttransistor
auf keinen Fall ansprechen kann. Die beiden Differenzierglieder 16
und
17 sind durch unterschiedliche Zeitkonstanten T = R - C derart dimensioniert,
daß bei gleichzeitiger Sperrung der Eingangstransistoren eine Vorzugsstromrichtung
festgelegt wird. Die Zeitkonstante T wird dabei vorzugsweise nur durch entsprechende
Dimensionierung des Kondensators C bestimmt. Die Dioden 18 und
19 verhindern, daß ein Teil des Kollektor-Basis-Reststromes der Schalttransistoren
4
und 6 über die Basis-Emitter-Strecke der Schalttransistoren 5 und 7 während
deren Sperrzustand fließen kann. Die Schalter 12 und 13 können auch
durch ein Steuersignal unterschiedlicher Polarität ersetzt werden. An Stelle der
im Ausführungsbeispiel gezeigten pnp-Transistoren können selbstverständlich auch
nach entsprechender Umpolung npn=Transistoren verwendet werden. In äquivalenter
Weise sind selbstverständlich auch Röhrenschaltungen möglich oder eine Schaltung,
bei der an Stelle der Transistoren geschaltete Gleichrichter vorgesehen sind, wie
dies insbesondere bei Schaltungen in der Starkstromtechnik von Bedeutung sein kann.
Für letztere ist lediglich eine entsprechende Umdimensionierung der gezeigten Schaltung
erforderlich.