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Überspannungsschutz-Schaltung In Stromversorgungsanlagen, insbesondere
für Nachrichtengeräte, die mit Halbleiterbauelementen ausgerüstet sind, wird vielfach
eine Regelschaltung verwendet, die die Ausgangsspannung weitgehend konstant halten
soll. Gerade Halbleiterbauelemente werden in der Praxis mit einer Betriebsspannung
betrieben, die in der Nähe ihrer Grenzspannung liegt, da sie in diesem Fall leistungsmäßig
besonders gut ausgenutzt werden können. überschreitet die Betriebsspannung jedoch
die Grenzspannung (z. B. die Sperrspannung bei Transistoren), so besteht die Gefahr,
daß alle oder zumindest ein größerer Teil der im Verbraucherkreis verwendeten Halbleiterbauteile
beschädigt oder gar zerstört wird. Bei Systemen, die mit einer zentralen Stromversorgung
arbeiten, kann dementsprechend der Schaden bei auch nur einmaligem überschreiten
der Betriebsspannung verhältnismäßig groß werden.
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Spannungsregelschaltungen müssen deshalb so gebaut werden, daß an
der Ausgangsseite eine gewisse Spannung nicht überschritten werden kann. Diese Gefahr
ist gerade bei Regelschaltungen verhältnismäßig groß, da am Eingang eine höhere
Spannung anliegt, als am Ausgang gewünscht wird. Bei einem Defekt in der Regelschaltung
selbst wird dann diese Eingangsspannung am Ausgang auftreten.
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Es ist an sich bekannt, in Reihe mit einem Verbraucher eine Schmelzsicherung
vorzusehen, die den Verbraucher bei Überspannungen vollständig von der Versorgungsspannung
abschaltet, da eine Erhöhung der Spannung auch zwangläufig eine Erhöhung des Stromes
zur Folge hat. Eine derartige Anordnung ist aber für elektronische Bauteile nicht
geeignet, da sie zunächst den Überstrom mit aufnehmen müssen.
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Eine andere bekannte Ausführungsform trennt mit Hilfe eines im Versorgungsstromkreis
liegenden Relais den Verbraucher von der Spannung ab. Um das Relais sicher zum Ansprechen
zu bringen, ist eine Glimmlampe parallel zum Verbraucher geschaltet, die zusätzlich
einen Parallelkreis einschaltet, um einen ausreichenden Ansprechstrom bei überspannung
zu garantieren. Diese Schaltung ist nur unter Verwendung eines Spezialüberstromschalters
einzusetzen, da mit einem einfachen Relais die Spannung nach dem Abschalten sofort
wieder angeschaltet würde.
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Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform wird als Stromindikator
eine den Ausgangsklemmen parallelgeschaltete Zenerdiode verwendet. Bei überschreiten
der Zenerspannung fließt Strom über einen vorgeschalteten Widerstand, der einen
zusätzlichen Spannungsabfall verursacht. Eine derartige Schaltung ist in F i g.
1 der Zeichnung wiedergegeben. über einen übertrager ü wird eine um etwa 40% höhere
Spannung als die Ausgangsspannung Ua eingespeist und mit Hilfe der Gleichrichterbrücke
G gleichgerichtet. Der Kondensator C dient zur Aussiebung von Oberwellen. Der Ausgangsstrom
fließt über den Widerstand R. Zwischen die Ausgangsklemmen ist die Zenerdiode ZD
geschaltet, über die ein vielfach nicht unerheblicher Dauerstrom 1z fließt, der
zusammen mit dem Verbraucherstrom Ja den gewünschten Spannungsabfall am Widerstand
R hervorruft. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der über die Diode fließende
Strom um so größer ist, je kleiner der Verbraucherstrom ist. Die Ausgangsspannung
Ua kann die Zenerspannung nicht überschreiten, auch wenn die Belastung an der Ausgangsklemme
sehr klein werden sollte.
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Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß insbesondere
im Leerlauf die Zenerdiode sehr stark belastet wird, so daß an dieser Stelle eine
Zenerdiode vorgesehen werden muß, die eine große Verlustleistung zuläßt. Derartige
Dioden sind aber zur Zeit nur bis zu 10W Verlustleistung auf dem Markt.
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Ein besonderer Nachteil dieser Schaltung besteht noch darin, daß bei
Zerstörung der hoch belasteten Zenerdiode an den Ausgangsklemmen die volle Spannung,
die je nach Regelbereich bis etwa 140% der gewünschten Ausgangsspannung betragen
kann, wirksam wird.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 kann im Ausgangskreis beispielsweise
vor oder hinter den Widerstand R eine Stromsicherung eingebaut werden, die den Stromkreis
bei übermäßigem Ansteigen des Ausgangsstromes unterbricht.
Die überspannungsschutz-Schaltung
nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie gibt die Gewähr, daß im Ausgangskreis
keine Überspannungen auftreten können, unabhängig davon, wie hoch die Belastung
des Anschlußgerätes ist.
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Dieser Schutz der Ausgangsschaltung wird ebenso wie bei der letztgenannten
bekannten Schaltung unter Verwendung eines- Vergleichsnormals in Form einer in Sperrichtung
zwischen die Ausgangsklemmen eingeschalteten Zenerdiode erreicht. Die Schutzschaltung
nach der Erfindung ist aber im Gegensatz zu bekannten Schaltungen dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Ausgangsklemmen eine flinke Schmelzsicherung in Reihe mit einem
Relais, dessen Kontakt den bzw. die angeschlossenen Verbraucher in abgefallenem
Zustand abtrennt, und parallel zur Relaiswicklung die in Sperrichtung belastete
Zenerdiode eingeschaltet sind.
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Einzelheiten der Schutzschaltung nach der Erfindung werden an Hand
des in der F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden
erläutert. In den Ausgangskreis eines Spannungsreglers SpR ist ein Arbeitskontakt
a des Relais A
geschaltet, dessen Wicklung mit der Schmelzsicherung
Si in Reihe an der Ausgangsspannung des Reglers SpR liegt. Parallel zu dem Relais
A liegt in Sperrichtung eine Zenerdiode ZD 1. Der Nennwert der Schmelzsicherung
ist so gewählt, daß der Relaisruhestrom möglichst in der Nähe, jedoch etwas unterhalb
des Sicherungswertes liegt. Die Zenerspannung der verwendeten ZenerdiodeZD 1 ist
so groß gewählt, daß diese kurz vor Erreichen des unzulässigen Grenzwertes der Ausgangsspannung
einen zusätzlichen Strom durch den Schmelzeinsatz Si treibt und die Schmelzsicherung
zum Abschmelzen bringt. Da die Sicherung ständig nahe dem Nennwert belastet war,
schmilzt sie sehr schnell durch. Da der über die Zenerdiode ZD 1 fließende Strom
nur kurzzeitig auftritt, kann eine Zenerdiode kleiner Verlustleistung verwendet
werden.
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Sobald der Schmelzeinsatz abgeschmolzen ist, wird das Relais A stromlos
und schaltet den Ausgangskreis durch Öffnen seines Kontaktes a ab.
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Bis zum Abschmelzen des Schmelzeinsatzes wird die Ausgangsspannung
durch die Zenerdiode ZD 1
begrenzt. Während des Abfalles des Relais tritt
an den Ausgangsklemmen kurzzeitig eine Überspannung auf, die aber wegen ihrer kurzen
Dauer kaum stören dürfte. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann
aber diese Überspannung mit Hilfe der Zenerdiode ZD 2 von dem eigentlichen Ausgangskreis
ferngehalten werden.
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Sobald die Sicherung einmal angesprochen hat, kann ein Stromversorgungsgerät
mit überspannungsschutz-Schaltung nach der Erfindung ohne Einsatz einer neuen Sicherung,
die von Hand ausgewechselt werden muß und nicht von Außen zugänglich ist, nicht
wieder in Betrieb genommen werden. Dies ist auch gar nicht erwünscht, da nach Ansprechen
der überspannungsüberwachung erst geprüft werden muß, welcher Umstand zum Ansprechen
geführt hat. In den meisten Fällen wird ein Fehler im eigentlichen Reglerteil vorliegen,
der beseitigt werden muß, ehe der Schmelzeinsatz erneuert wird.
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Es wurde erwähnt, daß die Schmelzsicherung Si möglichst nahe dem Nennwert
zu belasten ist. Kann dies mit dem Strom über die Wicklung des Relais A nicht erreicht
werden, so ist gegebenenfalls ein zur Relaiswicklung paralleler Widerstand vorgesehen,
damit über die Sicherung der gewünschte Strom fließen kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, die Eingangsspannung zu dem Regler
beim Auftreten einer Überspannung abzuschalten. Hierbei muß jedoch berücksichtigt
werden, daß durch die im Reglergerät vorhandenen Kapazitäten gegebenenfalls die
Ausgangsspannung auf dem überhöhten Wert noch weiter aufrechterhalten bleibt. Mit
Hilfe des Relais A kann der Verbraucher auch kurzgeschlossen werden.