DE1266362B - Circuit arrangement for overload protection of a regulated power supply unit - Google Patents
Circuit arrangement for overload protection of a regulated power supply unitInfo
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Description
Schaltungsanordnung zum überlas#un-sschutz eines geregelten, Netzgerätes Es sind geregelte Netzgeräte mit überlastungsschutz bekanntgeworden, bei denen man den Strom im Kurzschlußfall mittels einesVorwiderstandes begrenzt, der gleichzeitig den größten Teil der auftretenden Verlustleistung übernimmt. Dabei besteht aber der'Nachteil, daß dieser Vorwiderstand dauernd eingeschaltet ist.Circuit arrangement for overload protection of a regulated power supply unit Regulated power supplies with overload protection have become known in which one limits the current in the event of a short circuit by means of a series resistor that simultaneously takes over most of the power loss that occurs. But there is the disadvantage that this series resistor is permanently switched on.
Die Verwendung von normalen Schmelzsicherungen ist in diesem Zusammenhang nicht empfehlenswert, da sie infolge ihrer Trägheit zum schnellen Schutz des Gerätes nicht ausreichen.The use of normal fuses is important in this regard not recommended, as their inertia means that they can quickly protect the device not suffice.
Es ist ferner bekannt, den maximalen Strom nach dem Prinzip der Stromregelung auf einen konstanten, unschädlichen Wert zu begrenzen. Im Kurzschlußfall wird dann bei maximalem Strom die Ausgangsspannung Null. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei mit Transistoren bestückten Netzgeräten üblicherweise im Längszweig ein oder mehrere Transistoren angeordnet sind, deren Verlustleistung bei einer derartigen Schutzschaltung erhebliche Werte annehmen kann.It is also known to calculate the maximum current according to the principle of current regulation to a constant, harmless value. In the event of a short circuit, at maximum current the output voltage is zero. The disadvantage of this method is there in that with power supplies equipped with transistors usually in the series branch one or more transistors are arranged, the power loss of such a Protective circuit can assume considerable values.
Außerdem ist bereits in »Siemens-Halbleiter, Schaltbeispiele«, Ausgabe April 1960, beschrieben, mittels einer bistabilen Multivibratorschaltung bei überlastung das Netzgerät abzuschalten. Der Nachteil bekannter Anordnungen dieser Art besteht darin, daß die Wiedereinschaltung des Netzgerätes nach Beseitigung der überlastung die Betätigung einer zusätzlichen Rückstelltaste erfordert.In addition, "Siemens Semiconductors, Switching Examples", April 1960 edition, describes how to switch off the power supply by means of a bistable multivibrator circuit in the event of an overload. The disadvantage of known arrangements of this type is that switching on the power supply unit again after the overload has been eliminated requires the actuation of an additional reset button.
Schließlich ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 186 542 eine Schaltung zum überwachen von Gleichspannungen bekannt, welche einen Oszillator enthält, der zu schwingen beginnt, wenn die Gleichspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Da der Oszillator im schwingenden Zustand mehr Strom aus der Versorgungsspannungsquelle aufnimmt als im nicht schwingenden Zustand, 'kann der aufgenommene Strom als Maß dafür dienen, ob die Gleichspannung den Schwellwert überschritten hat. Steigt die Gleichspannung weiter an, #,o wird der Oszillatortransistor gesättigt und die Schwingungen reißen ab. Eine derartige Schaltung könnte als überlastungsschutz- in einem Netzgerät verwendet werden, jedoch wiese auch sie den Nachteil auf, daß zum Wiedereinschalten des Netzgerätes eine Rückstelltaste betätigt werden müßte.Finally, from the German Auslegeschrift 1 186 542 a circuit for monitoring direct voltages is known which contains an oscillator which begins to oscillate when the direct voltage exceeds a certain threshold value. Since the oscillator draws more current from the supply voltage source in the oscillating state than in the non-oscillating state, the current drawn can serve as a measure of whether the direct voltage has exceeded the threshold value. If the DC voltage continues to rise, #, o the oscillator transistor is saturated and the oscillations stop. Such a circuit could be used as overload protection in a power supply unit, but it would also have the disadvantage that a reset button would have to be actuated to switch the power supply unit back on.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum überlastungsschutz eines geregelten Netzgerätes anzugeben, die durch Ab- schalten des Netzgerätes wirkt, also keine erhöhte Beanspruchung der Schaltungselemente des Netzgerätes bei überlastungen verursacht, aber auf der anderen Seite auch nicht den Nachteil der bekannten, mit Ab- schalten des Netzgerätes arbeitenden Schutzanordnungen aufweist, also automatisch die Abschaltung des Netzgerätes wieder aufhebt. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ausgegebene Erfindung gelöst.The invention is based on the object of specifying a circuit arrangement for overload protection of a regulated power supply unit which acts by switching off the power supply unit, i.e. does not cause increased stress on the circuit elements of the power supply unit in the event of overloads, but on the other hand also does not have the disadvantage of the known Disconnection of the power supply has operating protective arrangements, that is to say automatically removes the disconnection of the power supply again. This object is achieved by the invention set out in claim 1.
Das bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angewendete Prinzip besteht also darin, daß als Kriterium für das Abschalten des Netzglerätes bei drohender überlastung der Abfall der geregelten Ausgangsspannung des Gerätes Verwendung findet, während zum Wiedereinschalten des Netzgerätes nach Beendigung der überlastung der von einer konstanten Spannungsquelle durch den Belastungswiderstand getriebene Strom ausgenutzt wird. Dieser Strom ist unmittelbar ein Maß für die Größe des Belastungswiderstandes, so daß durch ihn nach Beendigung der überlastung ein weiterer, das Netzgerät wieder einschaltender Schalter betätigt werden kann.The principle used in the circuit arrangement according to the invention is therefore that as a criterion for switching off the Netzglerätes in threatening overload the drop in the regulated output voltage of the device is used, while to switch on the power supply again after the overload of the Current driven by a constant voltage source through the load resistor is exploited. This current is a direct measure of the size of the load resistance, so that after the end of the overload another, the power supply unit again switching switch can be operated.
Dabei wird die zusätzliche konstante Spannung sowohl zur Abschaltung als auch zur Wiedereinschaltung verwendet. Man kann sie bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung spannungsstabilisierender Schaltungselemente, wie Zenerdioden, aus der ungeregelten Eingangsspannung des Netzgerätes gewinnen.The additional constant voltage is used for both shutdown as well as used for reclosing. They can be used in the preferred embodiment of the invention using voltage stabilizing circuit elements such as Zener diodes, gain from the unregulated input voltage of the power supply unit.
Durch die beschriebene Schaltungsanordnung ist ein Schutz für geregelte Netzgeräte gegen überlastung geschaffen, der mit Sicherheit innerhalb sehr kurzer Zeit anspricht und automatisch eine Wiedereinschaltung des Gerätes bewirkt, sobald die Belastung auf einen durch geeignete Dimensionierung der Schaltungselemente vorbestimmbären, unkritischen Wert gesunken ist.The circuit arrangement described provides protection for regulated Network devices against overload created, which with security within a very short time Time responds and automatically switches the device on again as soon as the load on a predetermined by suitable dimensioning of the circuit elements, uncritical value has decreased.
Zweckmäßigerweise sind zum Abgriff der Steuerspannung für den ersten elektronischen Schalter, also für den die Abschaltung bewirkenden Schalter, in eine Verbindungsleitung zwischen Ausgang des Netzgerätes und Quelle der Vergleichsspannung Gleichrichter in erforderlicher Anzahl und in solcher Polung geschaltet, daß sie nur dann einen Strom führen, wenn die geregelte Ausgangsspannung des Netzgerätes kleiner als die Vergleichsspannung geworden ist. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Abschaltung nur dann erfolgt, wenn die Ausgangsspannung unter einen durch die gewählte Größe der Vergleichsspannung gegebenen Wert gesunken ist.Appropriately, to tap the control voltage for the first electronic switch, so for the one causing the shutdown Switch, in a connection line between the output of the power supply unit and the source the equivalent voltage rectifier in the required number and with the same polarity switched so that they only carry a current when the regulated output voltage of the power supply has become smaller than the comparison voltage. This ensures that the shutdown only takes place when the output voltage falls below a through the selected magnitude of the equivalent stress given value has decreased.
Man wird den ersten elektronischen Schalter aus zwei Transistoren aufbauen, nämlich einem den eigentlichen Schalter bildenden ersten Transistor und einem diesen steuernden zweiten Transistor. Dem letztgenannten Transistor wird die abgegriffene Steuerspannung im ihn bei drohender überlastung des Netzgerätes schließenden Sinn zugeführt, und der Steuerelektrode des ersten Transistors wird das Potential an einem Arbeitswiderstand des zweiten Transistors zugeführL Im einzelnen kann eine entsprechende Schaltung so aussehen, daß die obenerwähnten Gleichrichter zum Abgriff der Steuerspannung zwischen Emitter und Basis des zweiten Transistors dieses ersten Schalters liegen und der erste Transistor desselben mit Basis und Emitter die Spannung an einem Kollektorwiderstand des zweiten Transistors abgreift. Nur in dem Fall, daß der zweite Transistor leitet, steht an dem erwähnten Kollektorwiderstand eine den Schalttransistor betätigende Spannung. Dies ist nur dann der Fall, wenn die geregelte Ausgangsspannung, des Netzgerätes kleiner als die Vergleichsspannung geworden ist, also eine überlastung des Netzgerätes droht, Der erste elektronische Schalter kann nun in der Weise eine Abschaltung des Netzgerätes bewirken, daß er bei seiner Betätigung die Stellgröße des Regelkreises des Netzgerätes unterdrückt. Hierdurch wird bei mit Transistoren bestückten Netzgeräten der Längstransistor hochohmig, so daß das Gerät abgeschaltet ist.It becomes the first electronic switch made from two transistors build, namely a first transistor forming the actual switch and a second transistor controlling this. The latter transistor becomes the tapped control voltage in the closing it in the event of an imminent overload of the power supply unit Sense supplied, and the control electrode of the first transistor is the potential at a load resistor of the second transistor corresponding circuit look so that the above-mentioned rectifier for tapping the control voltage between the emitter and base of the second transistor of this first Switch and the first transistor of the same with base and emitter the voltage taps off at a collector resistor of the second transistor. Just in case that the second transistor conducts, there is a on the mentioned collector resistor voltage operating the switching transistor. This is only the case if the regulated output voltage of the power supply unit has become smaller than the reference voltage the first electronic switch can now cause a shutdown of the power supply in such a way that he at his Operation suppresses the manipulated variable of the control circuit of the power supply unit. Through this If the power supply units are equipped with transistors, the series transistor becomes highly resistive, so that the device is switched off.
Dem zweiten elektronischen Schalter liegt nun die entgegengesetzte g Aufgabe zugrunde, nämlich das Netzgerät nach Abklingen der überlastung auf einen unkritischen Wert wieder einzuschalten. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geschieht dies in der Weise, aß der zweite elektronische Schalter bei seiner Betätigung die Wirkung der Steuerspannung des ersten elektronischen Schalters auf diesen aufhebt. Man kann dies schaltungstechnisch dadurch erreichen, daß der zweite elektronische Schalter bei seiner Betätigung, d. h. sobald die Belastung des Netzgerätes wieder einen zulässigen Wert angenommen hat, den Arbeitswiderstand des zweiten Transistors des ersten elektronischen Schalters kurzschließt. Da ' wie oben bemerkt, die Spannung an diesem Arbeitswiderstand die unmittelbare Betätigungsspannung für den den eigentlichen Schalter darstellenden ersten Transistors des ersten Schalters ist, bedeutet das Kurzschließen dieses Arbeitswiderstandes, daß der erste Transistor des ersten Schalters wieder in seinen Ruhezustand zurückkehrt. Zu diesem Zweck kann der zweite elektronische Schalter einen mit seiner Emitter-Kollekor-Strecke parallel zum Arbeitswiderstand des zweiten Transistors des ersten elektronischen Schalters liegenden Transistor enthalten.The second electronic switch is now based on the opposite task, namely to switch the power supply unit back on after the overload has subsided to an uncritical value. In the preferred embodiment of the invention, this is done in such a way that the second electronic switch, when actuated, cancels the effect of the control voltage on the first electronic switch. This can be achieved in terms of circuit technology in that the second electronic switch when it is actuated, i. H. as soon as the load on the power supply has assumed a permissible value again, the operating resistance of the second transistor of the first electronic switch short-circuits. Since ' as noted above, the voltage across this working resistor is the direct actuation voltage for the first transistor of the first switch, which is the actual switch, the short-circuiting of this working resistor means that the first transistor of the first switch returns to its idle state. For this purpose, the second electronic switch can contain a transistor with its emitter-collector path parallel to the load resistance of the second transistor of the first electronic switch.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird also praktisch das von dem die Steuerung bewirkenden zweiten Transistor des ersten Schalters abgegebene Steuersignal durch den Kurzschluß seines Arbeitswiderstandes beseitigt.In the embodiment described, this is practically the case output by the control effecting the second transistor of the first switch Control signal eliminated by the short circuit of its working resistance.
Im folgenden sollen noch weitere Einzelheiten bezüglich der Wirkungsweise und Ausgestaltung' des zweiten Schalters angegeben werden. Es ist zweckmäßig, zum Abgriff der Steuerspannung für den zweiten elektronischen Schalter in Reihe mit den Gleichrichtern, die zum Abgriff der Steuerspannung für den ersten elektronischen Schalter dienen, einen Widerstand solcher Dimensionierung zu legen, daß nach Verringerung der Belastung auf den zulässigen Wert die Steuerspannung den zur Betätigung des zweiten Schalters erforderlichen Wert besitzt. Durch Änderung des Widerstandswertes dieses zum Abgriff der Steuerspannung des zweiten Schalters dienenden Widerstandes ist es also möglich, den Ansprech-, wert dieses zweiten Schalters zu verändern, d. h. verschiedene zulässige Belastungen einzustellen, bei denen die Wiedereinschaltung des Netzgerätes erfolgen soll.In the following, further details with regard to the mode of operation and configuration of the second switch are to be given. It is useful to tap the control voltage for the second electronic switch in series with the rectifiers, which are used to tap the control voltage for the first electronic switch, to put a resistor such that after reducing the load to the permissible value, the control voltage has the value required to operate the second switch. By changing the resistance value of this resistor, which is used to tap the control voltage of the second switch, it is possible to change the response value of this second switch, ie. H. set various permissible loads at which the power supply unit should be switched on again.
Da man den Ansprechwert des zweiten Schalters unabhängig von demjenigen des ersten Schalters wählen kann, ist es zweckmäßig, zusätzliche Schaltungsmittel dem zweiten elektronischen Schalter zuzuordnen, die sicherstellen, daß während des Abschaltvorganges des Netzgerätes nicht durch den zweiten Schalter ein erneutes Einschalten des Gerätes erfolgt. Zweckmäßigerweise werden diese Schaltun-Smittel von der geregelten Ausgangsspannung des Netzgerätes gesteuert. Sie enthalten beispielsweise eine parallel zum Steuereingang des zweiten elektronischen Schalters geschaltete Vierschichtdiode, die bei endlicher geregelter Ausgangsspannung niederohmig, bei verschwindender Ausgangsspannung hochohmig gesteuert ist. Diese Eigenschaften der Vierschichtdiode drücken sich in ihrer später an Hand F i g. 5 zu erläuternden Kennlinie aus. Solange das Netzgerät eine geregelte Ausgangsspannung endlichen Wertes abgibt, ist die Vierschichtdiode niederohmig, so daß der Eingang des zweiten elektronischen Schalters durch sie kurzgeschlossen und eine Betätigung desselben, d. h. das Wiedereinschalten des Netzgerätes, unterbunden ist, während bei verschwindender Ausgangsspannung, d. h. bei abaeschaltetem Netzgerät, die Vierschichtdiode einen hohen Widerstand darstellt und das Steuersignal an den Eingang des zweiten elektroaischen Schalters gelangen kann.Since the response value of the second switch can be selected independently of that of the first switch, it is useful to assign additional circuit means to the second electronic switch, which ensure that the device is not switched on again by the second switch when the power supply is switched off. These switching devices are expediently controlled by the regulated output voltage of the power supply unit. They contain, for example, a four-layer diode connected in parallel to the control input of the second electronic switch, which is controlled with low resistance when the regulated output voltage is finite and with high resistance when the output voltage disappears. These properties of the four-layer diode are expressed later on in FIG. 5 characteristic curve to be explained. As long as the power supply unit delivers a regulated output voltage of finite value, the four-layer diode has a low resistance, so that the input of the second electronic switch is short-circuited by it and an actuation of the same, i. H. restarting of the power supply is prevented, while when the output voltage disappears, d. H. when the power supply is switched off, the four-layer diode represents a high resistance and the control signal can reach the input of the second electroaic switch.
Man kann zu diesem Zweck aber auch eine parallel zum Steuereingang des zweiten Schalters geschaltete, beispielsweise bistabile Kippstufe verwenden, die bei endlicher Ausgangsspannung wiederum den Eingang dieses Schalters kurzschließt, bei verschwindender Ausgangsspannung, also im abgeschalteten Zustand des Netzgerätes, dagegen einen hochohmigen Widerstand darstellt.For this purpose, one can also use one parallel to the control input of the second switch, for example use a bistable multivibrator, which in turn short-circuits the input of this switch when the output voltage is finite, when the output voltage disappears, i.e. when the power supply unit is switched off, on the other hand represents a high resistance.
Damit die Schutzschaltung nicht bei impulsartigen, d. h. kurzzeitigen Überlastungen des Netzgerätes anspricht, die dieses ohne weiteres aushält, sind zweckmäßigerweise dem ersten elektronischen Schalter Kondensatoren zum Verhindern seiner Betätigung bei Impulsbelastung zugeordnet.So that the protective circuit does not occur in the case of impulsive, i. H. responds to short-term overloads of the power supply unit which it can withstand without further ado, capacitors are expediently assigned to the first electronic switch to prevent it from being actuated in the event of a pulse load.
Zeitkonstantenglieder können ferner vorgesehen sein, die die Freigabe des zweiten elektronischen Schalters bis nach Beendigung des Alyschaltvorganges verzögern.Time constant members can also be provided that enable the release of the second electronic switch until the end of the Aly switching process delay.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren erläutert. Dabei stellen die F i g. 1 und 2 die Kennlinien bekannter Netzgeräte dar, während in F i g. 3 der als erster Schalter bezeichnete und in F i g. 4 der als zweiter Schalter bezeichnete Teil der erfindungsgemäßcn Schaltungsanordnung, jeweils zusammen mit den zur Erzeugung der Steuerspannungen erforderlichen Schaltungselementen, wiedergegeben ist; F i g. 5 zeigt die Kennlinie einer Vierschichtdiode, die zur Verhinderung des Ansprechens des zweiten Schalters vor dem Zeitpunkt dient, in dem die Belastung des Netzgerätes wieder auf einen zulässigen Wert gesunken ist; F i g. 6 schließlich zeigt die gesamte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum überlastungsschutz eines geregelten Netzgerätes einschließlich einer schematischen Darstellung des Netzgerätes selbst.The invention is explained below with reference to the figures. The F i g. 1 and 2 show the characteristics of known power supply units, while in FIG. 3 the designated as the first switch and shown in FIG. 4 shows the part of the circuit arrangement according to the invention, referred to as the second switch, in each case together with the circuit elements required for generating the control voltages; F i g. 5 shows the characteristic curve of a four-layer diode which is used to prevent the second switch from responding before the point in time at which the load on the power supply unit has fallen back to a permissible value; F i g. Finally, FIG. 6 shows the entire circuit arrangement according to the invention for overload protection of a regulated power supply unit, including a schematic representation of the power supply unit itself.
Die F i g. 1 und 2 gegen die Spannungs-Strom-Kennlinie bekannter Netzgeräte wieder. Man erkennt, daß die geregelte Ausgangsspannung Ul innerhalb eines relativ großen Bereiches des Stromes I konstant gehalten ist. Erst oberhalb eines Stromwertes 1 ..... sinkt die Ausgangsspannung, und zwar im Fall der Fig. 1 relativ langsam, dagegen im Fall der für ein Netzgerät mit dem Innenwiderstand Null und Mitteln zur Strombegrenzung geltenden F i g. 2 fast sofort auf den Wert Null. Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltung wird nun derjenige Abfall der Spannung U 1 um den Wert AU 1 zur Gewinnung eines Auslösekriteriums für die Schutzschaltung verwendet, der bei einer bestimmten Belastung des Netzgerätes auftritt. Diese Belastung braucht noch nicht notwendigerweise eine kritische Belastung, d. h. eine überlastung, darzustellen, kann jedoch bereits so hoch sein, daß eine weitere Erhöhung der Belastung zu der Gefahr der Zerstörung von Schaltungselementen, insbesondere Halbleiterelementen, wie Transistoren, in dem Netzgerät führen kann.The F i g. 1 and 2 against the voltage-current characteristic of known power supply units. It can be seen that the regulated output voltage Ul is kept constant within a relatively large range of the current I. Only above a current value 1 ..... does the output voltage decrease, and indeed relatively slowly in the case of FIG. 1 , but in the case of FIG. 2 almost immediately to the value zero. In the protective circuit according to the invention, that drop in voltage U 1 by the value AU 1 is used to obtain a triggering criterion for the protective circuit that occurs when the power supply unit is subjected to a certain load. This load does not necessarily have to be a critical load, i. H. An overload, however, can already be so high that a further increase in the load can lead to the risk of destroying circuit elements, in particular semiconductor elements such as transistors, in the power supply unit.
In F i g. 3, die den zum Abschalten des Netzgerätes bei überlastungsgefahr dienenden ersten elektronischen Schalter wiedergibt, ist, wie auch in den weiteren Figuren, das eigentliche Netzgerät mit N bezeichnet. Es ist hier im einzelnen nicht dargestellt, da entsprechende Netzgeräte an sich dem Fachmann bekannt sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Schutz transistorisierter Netzgeräte, da Transistoren bekanntlich besonders empfindlich gegen überlastung sind.In Fig. 3, which shows the first electronic switch used to switch off the power supply unit when there is a risk of overload, the actual power supply unit is denoted by N, as is also the case in the other figures. It is not shown here in detail, since corresponding network devices are known per se to the person skilled in the art. In particular, the invention relates to the protection of transistorized power supply units, since transistors are known to be particularly sensitive to overload.
Dieser erste elektronische Schalter enthält zwei Transistoren, von denen der Transistor Tl die eigentliche Schaltfunktion ausübt, während der zweite Transistor T2 den steuernden Transistor bildet. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 ist an den durch eine Diode gebildeten Gleichrichter D 1 angeschaltet, greift also die Spannung an diesem Gleichrichter ab. Verständlicherweise können auch andere gleichgerichtete Elemente bzw. mehrere Elemente dieser Art, wie in F i g. 6, Verwendung finden.This first electronic switch contains two transistors, of which the transistor Tl performs the actual switching function, while the second transistor T2 forms the controlling transistor. The base-emitter path of the transistor T2 is connected to the rectifier D 1 formed by a diode, so it picks up the voltage at this rectifier. Understandably, other rectified elements or several elements of this type, as shown in FIG. 6, find use.
Dieser Gleichrichter D 1 liegt in der Verbindung zwischen dem die geregelte Ausgangsspannung Ul abgebenden Ausgang des Netzgerätes N einerseits und der Quelle für die Vergleichsspannung U2 andererseits. Die Quelle für die konstante Gleichspannung U2 kann durch irgendeine zusätzliche Spannungsquelle gebildet sein; diese Spannung kann aber auch, wie im Fall des Ausführungsbeispiels der F i g. 6, unter Verwendung stabilisierender Schaltungselemente, wie Zenerdioden, aus der zu stabilisierenden Spannung am Eingang des Netzgerätes N gewonnen sein.This rectifier D 1 is in the connection between the output of the power supply unit N which emits the regulated output voltage Ul on the one hand and the source for the comparison voltage U2 on the other hand. The source for the constant direct voltage U2 can be formed by any additional voltage source; however, this voltage can also, as in the case of the exemplary embodiment in FIG. 6, can be obtained from the voltage to be stabilized at the input of the power supply N using stabilizing circuit elements such as Zener diodes.
Wie F i g. 3 erkennen läßt, steht an dem Widerstand R 1, dessen Funktion noch zu erläutern ist, und dem Gleichrichter D 1 die aus der Vergleichsspannung U2 einerseits und der an dem Belastungswiderstand RL stehenden geregelten Ausgangsspannung U 1 andererseits gebildete Differenzspannung. Im normalen Betriebsfall, d. h. sofern keine überlastung des Netzgerätes N vorliegt, ist der Belastungswiderstand RL so groß, d. h. die Belastung so klein, daß die Spannung Ul innerhalb des Bereichs konstanter Spannung gemäß den F ig. 1 und 2 liegt. Dann ist die Spannung Ul infolge entsprechender Wahl der Vergleichsspannung U2 größer als die Vergleichsspannung, so daß die Diode D 1 stromlos ist. Sobald aber infolge ein-er vergrößerten Belastung des Netzgerätes N ein Spannungsabfall A U 1 auftritt, der so groß ist, daß die Spannung Ul kleiner wird als die Vergleichsspannung, kann ein Strom durch den Gleichrichter D 1, den Widerstand R 1 und den Lastwiderstand RL fließen, der an dem Gleichrichter D 1 einen von dessen Durchlaßwiderstand abhängigen Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall wird den Steuerelektroden des Transistors T2, in diesem Ausführungsbeispiel der Basis und dem Emitter, zugeführt, so daß nunmehr eine den Transistor T2 leitend machende Steuerspannung vorliegt. Das hat zur Folge, daß dieser Transistor einen Kollektorstrom durch die beiden Arbeitswiderstände R 2 und R 3 in seinem Kollektorkreis fließen läßt, d. h. das Potential des mit der Basis des den eigentlichen Schalter darstellenden Transistors Tl verbundenen# Punktes A zum Steigen bringt. Es wird also durch den eigentlichen Schalttransistor Tl die Spannung am Widerstand R 3 abgegriffen. Das Potential des Punktes A war während des nichtleitenden Zustandes des zweiten Transistors T2 Null. Beim Vorliegen eines derartigen Steuerpotentials im Punkt A wird nunmehr auch der Transistor T 1 leitend, so daß er bei geeigneter Verbindung seines Kollektors mit Teilen des Netzgerätes N dieses abschalten kann. 1-Iierüber wird bei der Erläuterung des Ausführungsbeispiels nach E i g. 6 noch zu sprechen sein.Like F i g. 3 shows, the resistor R 1, the function of which is still to be explained, and the rectifier D 1 show the differential voltage formed from the comparison voltage U2 on the one hand and the regulated output voltage U 1 across the load resistor RL on the other hand. In normal operation, i. H. as long as there is no overload of the power supply unit N , the load resistance RL is so large, i. H. the load so small that the voltage U1 is within the constant voltage range according to FIGS. 1 and 2 lies. Then the voltage Ul is greater than the comparison voltage as a result of a corresponding choice of the comparison voltage U2 , so that the diode D 1 is de-energized. But as soon as a voltage drop A U 1 occurs as a result of an increased load on the power supply unit N , which is so great that the voltage Ul is smaller than the comparison voltage, a current can flow through the rectifier D 1, the resistor R 1 and the load resistor RL flow, which generates a voltage drop at the rectifier D 1 that is dependent on its forward resistance. This voltage drop is fed to the control electrodes of the transistor T2, in this embodiment the base and the emitter, so that there is now a control voltage which makes the transistor T2 conductive. This has the consequence that this transistor allows a collector current to flow through the two load resistors R 2 and R 3 in its collector circuit, d. H. brings the potential of the # point A connected to the base of the transistor T1, which is the actual switch, to rise. The voltage at the resistor R 3 is therefore tapped by the actual switching transistor T1. The potential of the point A was zero during the non-conductive state of the second transistor T2. When such a control potential is present at point A , the transistor T 1 also becomes conductive, so that it can switch off the power supply unit N with a suitable connection of its collector to parts of the power supply unit. 1-Iierüber is in the explanation of the embodiment according to E i g. 6 still to be spoken.
Man erkennt in der Schaltung nach F i g. 3 ferner den Kondensator Cl. Er dient dazu, ein Ansprechen des ersten elektronischen Schalters, d. h. das Leitendwerden des Transistors T1, zu verhindern, wenn eine überlastung lediglich impulsweise auftritt. Dabei wird also die Speichereigenschaft des Kondensators ausgenutzt.One recognizes in the circuit according to FIG. 3 also the capacitor Cl. It is used to respond to the first electronic switch, d. H. to prevent the transistor T1 from becoming conductive if an overload only occurs in pulses. The storage property of the capacitor is used here.
Im folgenden soll nun der in F i g. 4 beispielsweise dargestellte zweite elektronische Schalter, der zum Wiedereinschalten des Netzgerätes N bei einem zulässigen Wert der Belastung RL dient, beschrieben werden. Es sei hier eingeschoben, daß in allen Schaltungen die Belastung RL des Netzgerätes N nicht im einzelnen dargestellt ist, da diese Belastung verständlicherweise je nach der Art der gespeisten elektrischen Geräte unterschiedlich aussieht.In the following, the in F i g. 4, for example, illustrated second electronic switch, which is used to switch the power supply unit N on again at a permissible value of the load RL, can be described. It should be inserted here that the load RL of the power supply unit N is not shown in detail in any of the circuits, since this load, understandably , looks different depending on the type of electrical device being fed.
Auch dieser zweite elektronische Schalter ist in diesem Ausführungsbeispiel transistorisiert aufgebaut. Der Transistor T3 wird über die Widerstände R 1, R 4 sowie die VierschichtdiodeD2 von der Vergleichsspannung U2 gespeist. Als Kriterium für die Betätigung des zweiten Schalters dient nicht, wie beim ersten Schalter, der Wert der geregelten Ausgangsspannung UI des Netzgerätes N, da diese Spannung jetzt abgeschaltet ist, sondern die Größe des Stromes durch den Belastungswiderstand RL. Dieser Strom ist um so größer, je größer die Belastung ist, und umgekehrt, stellt daher unmittelbar ein Maß für die Belastung des Netzgerätes N dar. Dieser Strom wird mittels des WiderstandesR1 so definiert, daß bei zulässiger Belastung die erforderliche Steuerspannung für den zweiten elektronischen Schalter erreicht wird.This second electronic switch is also transistorized in this exemplary embodiment. The transistor T3 is fed by the comparison voltage U2 via the resistors R 1, R 4 and the four-layer diode D2. The criterion for actuating the second switch is not, as with the first switch, the value of the regulated output voltage UI of the power supply unit N, since this voltage is now switched off, but the magnitude of the current through the load resistor RL. The greater the load, the greater the current, and vice versa, and therefore directly represents a measure of the load on the power supply unit N. This current is defined by means of the resistor R1 so that the required control voltage for the second electronic switch is obtained when the load is permissible is achieved.
Wie bereits bemerkt, ist die die Steuerelektrode darstellende Basis des Transistors T3 über den aus dem Widerstand R 4 und der Vierschichtdiode D 2 gebildeten Spannungsteiler an die Spannung am Widerstand Rl angeschlossen. Dieser Spannungsteiler hat die ' Aufgabe, das Ansprechen des zweiten elektronischen Schalters während des normalen Betriebes zu verhindern. Diese Eigenschaft verleiht dem Spannungsteiler die in F i g. 5 wiedergegebene Kennlinie einer Vierschichtdiode. Bei normaler Belastung des Netzgerätes ist die von ihm abgegebene geregelte Spannung Ul größer als die in dem Diagramm der F i g. 5 angegebene Spannung U#. Demgemäß ist die Vierschichtdiode bei diesem Betriebsfall sehr niederohmig und schließt daher den Eingang des Transistors T3 kurz, so daß an diesen kein den Transistor betätigendes Steuersignal gelangen kann. Die dann an ihr abfallende Spannung U,#'reicht zum Durchsteuern des Transistors T3 nicht aus. Anders ist es aber in dem Fall, in dem die geregelte Ausgangsspannung Ul des Netzgerätes N infolge Wirksamwerdens des in F i g. 3 dargestellten ersten elektronischen Schalters verschwindet. Jetzt ist die Diode D 2 sehr hochohmig geworden, so daß das Steuersignal an der Basis des Transistors T3 nicht kurzgeschlossen wird und der Transistor wirksam werden kann, Dieser Transistor bewirkt, wie später an Hand F i g. 6 im einzelnen erläutert wird, ein. Unwirks-,mwerden des dem ersten Transistor T 1 in dem ersten elektronischen Schalter zugeführten Stenersignals.As already noted, the control electrode performing base of the transistor T3 is connected via formed from the resistor R 4 and the four-layer diode D2 voltage divider to the voltage across the resistor Rl. This voltage divider is to prevent 'task, the response of the second electronic switch during normal operation. This property gives the voltage divider the properties shown in FIG. 5 reproduced characteristic curve of a four-layer diode. With normal load on the power supply unit, the regulated voltage U1 it emits is greater than that in the diagram in FIG. 5 specified voltage U #. Accordingly, the four-layer diode has a very low resistance in this operating case and therefore short-circuits the input of the transistor T3 , so that no control signal which actuates the transistor can reach it. The voltage U, # 'then dropping across it is not sufficient to turn on the transistor T3. However, it is different in the case in which the regulated output voltage U1 of the power supply unit N as a result of the activation of the in FIG. 3 first electronic switch shown disappears. Now the diode D 2 has become very high resistance, so that the control signal at the base of the transistor T3 is not short-circuited and the transistor can take effect . 6 will be explained in detail. The star signal supplied to the first transistor T 1 in the first electronic switch becomes ineffective.
Es muß sichergestellt werden, daß ein Ansprechen des zweiten elektronischen Schalters (F i g. 4) auch während des Abschaltens des Netzgerätes N nicht auftritt. Zu diesem Zweck ist dem Transistor T3 das aus dem Widerstand R 5 und dem Kondensator C 2 gebildete Zeitkonstantenglied zugeordnet, das ein unerwünscht rasches Ansprechen dieses Transistors verhindert.It must be ensured that the second electronic switch ( FIG. 4) does not respond while the power supply unit N is switched off. For this purpose, the transistor T3 is assigned the time constant element formed from the resistor R 5 and the capacitor C 2, which prevents this transistor from responding too quickly.
F i g. 6 gibt ein übcrsichtsschaltbild für ein mit der erfindungsgemäßen Schutzschaltung versehenes Netzt-erät N wieder. Die zu regelnde Spannung ist im linken Teil des Schaltbildes mit U bezeichnet; das Netzge,rät N, dessen Aufbau an sich bekannt sein dürfte, gibt an seinen Ausgang#klemmen die geregelte Ausgang spannung Ul ab.F i g. 6 shows an overview circuit diagram for a network device N provided with the protective circuit according to the invention. The voltage to be regulated is labeled U in the left part of the circuit diagram; the Netzge, advises N, whose structure should be known per se, outputs the regulated output voltage Ul at its output # clamp.
Die einzelnen Schaltungselemente der Schutzschaltung , S sind mit denselben Bezugszeichen wie in den vorhergeganorenen Schaltungen versehen.The individual circuit elements of the protective circuit , S are provided with the same reference numerals as in the previous circuits.
Man erkennt, daß die Vergleichsspannung U2 in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht einer zusätzlichen Spannungsquelle entnommen, sondern aus der ungeregelten Eingangsspannung U des Netzgerätes N unter Verwendung der Zenerdiode D 3 und des Transistors T7 zur Stabilisierung abgeleitet ist. Sobald die Differenzspannung aus Vergleichsspannung U2 und geregelter Ausgangsspannung UI einen solchen Wert und eine solche Polarität besitzt, daß der erste Schalter anspricht, d. h. der Transistor TI leitend wi.rd, bewirkt dieser einen Kurzschluß der Kollektor-Emitter-Strecke des die Stellgröße de,# Regelkreises des Netzgerätes N liefernden Transistors T6. Dies hat zur Folge, daß der Längstransistor T4 im Netzgerät hochohmig und damit das Netzgerät abgeschaltet wird.It can be seen that the comparison voltage U2 in this embodiment of the invention is not taken from an additional voltage source, but is derived from the unregulated input voltage U of the power supply unit N using the Zener diode D 3 and the transistor T7 for stabilization. As soon as the differential voltage from the comparison voltage U2 and the regulated output voltage UI has such a value and polarity that the first switch responds, i. H. the transistor TI is conductive, this causes a short circuit in the collector-emitter path of the transistor T6 which supplies the manipulated variable de, # control circuit of the power supply unit N. This has the consequence that the series transistor T4 in the power supply unit has a high resistance and thus the power supply unit is switched off.
Der Transistor T3 des zweiten elektronischen Schalters, der eine Aufhebung der Abschaltung des Netzgerätes N dann bewirken soll, wenn die Belastunc, auf einen erträglichen Wert gesunken ist, ist mit seinem durch den Kollektor gebildeten Ausgang mit dem Punkt A verbunden, an dem das Betäti,-imospotential für den den eigentlichen Schalter darstellenden ersten Transistor Tl des ersten elektronischen Schalters abgegriffen wird. Das bedeutet, daß, sobald die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3, leitend wird, d. h. sobald der zulässige Wert dJ Belastung wieder erreicht ist, das Betätigungsp#ät#ntial für den Transistor Tl kurzgeschlossen und demgemäß der Transistor wieder gesperrt wird. Dam4 wird aber der Kurzschluß für den das Stellglied des Regelkreises des Netzge-rätes N liefernden TransistorT6 aufgehoben, so daß unabhängig von dem Zustand des zweiten Transistors T2 des ersten Schalters das NetzgerätN wieder eingeschaltet wird.The transistor T3 of the second electronic switch, which is intended to cancel the disconnection of the power supply unit N when the load has fallen to a tolerable value, is connected with its output formed by the collector to point A , at which the actuator, -imospotential for the actual switch representing the first transistor Tl of the first electronic switch is tapped. This means that as soon as the collector-emitter path of the transistor T3 becomes conductive, i. H. as soon as the admissible value dJ load is reached again, the actuation pulse for the transistor T1 is short-circuited and accordingly the transistor is blocked again. Dam4, however, the short circuit for the transistor T6 supplying the actuator of the control circuit of the power supply unit N is canceled, so that the power supply unit N is switched on again regardless of the state of the second transistor T2 of the first switch.
T5 ist ein zur Strombegrenzung gemäß der Kennlinie nach Fig. 2 vorgesehener Transistor. Seine Funktion kann auch vom TransistorT1 mit übernommen werden. T5 is a transistor provided for current limitation in accordance with the characteristic curve according to FIG. 2. Its function can also be taken over by the transistor T1.
Der Widerstand R5 bildet zusammen mit dem Kondensator C2 ein Zeitkonstantenglied, desseli: Zeitkonstante größer ist als die Zeitdauer der Ab- schaltung, so daß mit Sicherheit ein Ansprechen des den dritten Transistor T3 enthaltenden zweiten Schalters während der Abs#chaltung des Netzgerätes N vermieden ist.The resistor R5, together with the capacitor C2, forms a time constant element, the time constant of which is greater than the duration of the disconnection , so that the second switch containing the third transistor T3 will definitely not respond while the power supply unit N is disconnected.
Durch das erfindungsgemäße Prinzip der Heranziehung des Abfalls AU1 der geregelten Ausgangsspannung Ul zum Abschalten des Netzgerätes N und des von der Vergleichsspannung U2 durch die BelastungRL getriebenen Stromes zur Wiederüinschaltung des Netzgerätes ist eine Schutzschaltung geschaffen, die vollautomatisch sowohl den Schatz des Netzgerätes als auch die Wiedereinschaltung vornimmt. Dabei sind irgendwelche Nachteile im Sinn einer zeitlichen Verzögerung des Schutzes oder einer Belastung der Schaltungselemente des züi schützenden Netzgerätes vermieden.The inventive principle of using the drop AU1 of the regulated output voltage Ul to switch off the power supply unit N and the current driven by the comparison voltage U2 through the load RL to switch on the power supply unit again creates a protective circuit which fully automatically takes care of both the power supply unit and its restart . Any disadvantages in the sense of a time delay in the protection or a load on the circuit elements of the power supply unit to be protected are avoided.
Verständlicherweise sind inannigfache Abänderun' gen der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich. So kann beispielsweise die Vierschichtdiode durch eine Isüppschaltung, beispielsweise einen bistabilen Multivibrator, ersetzt werden. Im Prinzip ist es auch möglich, die Schutzschaltung mit Röhren aufzubauen, ohne #daßAcr Erfindungsgedanke verlassen wird.Understandably, there are many changes to those in the figures illustrated embodiments of the invention possible. For example the four-layer diode by an isolating circuit, for example a bistable Multivibrator. In principle it is also possible to use the protective circuit to be built with tubes without leaving Acr's inventive idea.
Claims (2)
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ID=7520676
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|---|---|
| AT257730B (en) | 1967-10-25 |
| JPS4523464B1 (en) | 1970-08-06 |
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