DE2049532A1 - Uberstromschutzeinnchtung - Google Patents

Description

DR. ELISABETH 3UNG DR. VOLKER VO3SIUS DR. JÖRGEN SCKIKDSWAHN

PATENTANWÄLTE

• München 23, CJanenHtr. IO

Telefon- 345067

U.Z.: P 577 M Lo 8. Oktoberl970

Matsushita Electric Industrial Company, Ltd. 1006, Oaza-Kadoma, Kadoma City, Osaka/Japan

Überstromschutzeinrichtung

Prioritäten: Anmeldetag : Land : Aktenzeichen :

8. Okt. 1969 Japan Μ-8Ο9Ί2(809^2/1969)

IH. Okt. 1969 Japan ^4-82^53(82^53/1969)

Gebrauchsm.Anm.8. Okt. I969 Japan M-96555(96555/1969)

Die Erfindung betrifft eine Überstromschutzeinrichtung mit einem Transistor zur Steuerung eines Laststroms und mit einem Thyristor, der bei einem Überstrom in der Last eingeschaltet wird und den Stromsteuertransistor abschaltet.

Es sind Überstromschutzeinrichtungen bekannt, die Energiequellen mit konstanter Spannung und relativ geringem Strom schützen. Bei einer Überstromschutzeinrichtung für eine Energiequelle mit grossem Strom können derartige Strombegrenzungsschutzeinrichtungen nicht verwendet werden, da, wenn ein grosser Strom flieset, ins-

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besondere bei einem Kurzschluss der Last für längere Zeit die Kollektorverlustloistung dos Strombegrenzungstransistors stark ansteigt, so dass der Transistor durch Wärme beschädigt wird. Zum Schutz einer Spannungsquelle mit einem grossen Strom ist daher eine Schaltungsanordnung vorzuziehen, die eine Schalteinrichtung aufweist, die den Stromsteuertransistor beim Auftreten eines Überstroms abschaltet. Wegen der einfachen Schaltungsanordnung ist als Schalteinrichtung ein Thyristor besonders geeignet. Wenn ein Thyristor als Schalteinrichtung verwendet wird, um nach dem Auftreten und dem Beseitigen eines Überstroms den Thyristor in den abgeschalteten Zustand zu bringen, ist es erforderlich, besondere Massnahmen zu treffen, um den Thyristor beispielsweise durch Kurzschluss zwischen Anode und Kathode des Thyristors oder durch Unterbrechung des Anoden- oder Kathodenkreises abzuschalten und den Strom des Thyristors zu unterbrechen. Üblicherweise werden diese Massnahmen nach jedem Einschalten des Transistors mittels eines Handschalters vorgenommen.

Die Betätigung eines Handschalters zur Zurückstellung der Überstromschutzeinrichtung in den normalen Zustand ist unzweckmässig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überstromschutzeinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der nach Beseitigung des Überstroms automatisch mittels einer Schalteinrichtung der Thyristor abgeschaltet und der Stromsteuertransistor wieder in den leitenden Zustand gebracht werden kann.

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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine im leitenden Zustand den Thyristor kurzschliessende Halbleiterschalteinrichtung, die mit einer Wechselspannungsquelle und mit einem Vorspannungsnetzwerk verbunden ist, dessen Vorspannung so gewählt ist, dass sio im normalen Zustand der Uberstromschutzeinrichtung die Spitzenspannüng der Wechselspannungsquelle übersteigt und die Schalteinrichtung im nichtleitenden Zustand hält, und dass beim Abschalten des" Stromsteuertransistors die Vorspannung des Vorspannungsnetzwerks unter die Spitzenspannung der Wechselspannungsquelle fällt, so dass diese die Halbleiterschalteinrichtung in den leitenden Zustand bringt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis ^i beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Uberstromschutzeinrichtung mit einem Handrückstellschalter,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Uberstroinschutzeinrichtuug gemäss der Erfindung in einer grundlegenden Ausführungsform,

Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Uberstromschutzeinrichtung gemäss der Erfindung, bei der eine übliche Energiequelle zur Erzeugung eines Rückstellsignals verwendet ist, und

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Fig. k ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung getnäss der Erfindung, bei der ein Eingangssignal eines als Last an die Überstromschutzeinrichtung angeschlossenen Verstärkers als Rückstellsignal verwendet ist.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer üblichen Überstromschutzeinrichtung. Der Anschluss 2 der Primärwicklung eines Transformators 1 ist mit einer üblichen, nicht gezeigten Energiequelle verbunden. Die beiden Anschlüsse der Sekundärwicklung sind über Gleichrichterdioden 3 bzw. h mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators verbunden. Der Mittelabgriff der». Sekundärwicklung ist mit dem negativen Anschluss des Glättungskondensators verbunden. Die Kollektorelektrode eines Strornsteuertransistors 6 ist mit dem positiven Anschluss des Kondensators 5» seine Emitterelektrode mit dem positiven Ausgangsanschluss 15 und seine Basiselektrode mit der Kollektorelektrode eines Spannungsprüftransistors 7 verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 7 ist über eine Zenerdiode 8 mit dem negativen Ausgangsanschluss 15* ^und seine Basiselektrode ist mit einem Teileranschluss 9' des Potentiometers verbunden, das, zwischen den positiven Ausgangsanschluss 15 und den negativen Ausgangsanschluss 15* geschaltet ist. Ein Widerstand 10 ist zwischen den positiven Ausgangsanschluss 15 und den positiven Anschluss der Zenerdiode 8 geschaltet. Ein Lastwiderstand 11 des Spannungsprüftransistors 7 ist zwischen den positiven Anschluss des Kondensators 5 und die Kollektorelektrode des Transietors 7 geschaltet. Die positive Elektrode eines Thyri-

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an der Primärwicklung Np und der damit gekoppelten Sekundärwicklung Nf nimmt ab, sodaß der Transistor Q 1 rasch gesperrt wird.

Wenn mit I der in der Wicklung Np während der Leitungsphase des TransistorsQ 1 erreichte Stromhöchstwert und mit L die Induktanz der Wicklung Np bezeichnet wird, so ist die im Kern

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des Transformators Tr gespeicherte Energie ^-L χ Ι"",

Beim Sperren des Transistors Q 1 wird die Energie über die Tertiärwicklung NL des Rückkopplungstransformators und die Dioden D 3 und D 5 auf den Kondensator C ¹I übertragen. Wenn die Verluste vernachlässigt bleiben, ist die elektrostatische Energie der Kondensatorladung gleich der vorher im Rückkopplungstransformator Tr gespeicherten induktiven Energie. Diese Energie entsteht sofort an den Enden der Primärwicklung des Zündtransformators TUT, wenn die gesteuerte Diode D h leitend wird.

Der Widerstand R H dient zur Begrenzung des Basisstroms des Transistors Q 1. Der Widerstand R 3 und die Diode D 2 bilden ein Begrenzungsglied, durch welches der Transistor Q 1 gegen zu hohe Sperrspannungen in der Basis- Emitter-Strecke geschützt wird. Die Zündung der gesteuerten Diode D^ erfolgt über den Kondensator C 2 mit dem gleichen Impuls, der den Transistor Q 1 zum Leiten bringt. Der Widerstand R 7 gewährleistet während der Leitungsphase des Transistors Q 1 zwi-

109816/1625 " ^6/~

Fig. 2 zeigt das grundlegende Auaführungsbeispiel der Erfindung. Die Anschlüsse 2 der Primärwicklung eines Transformators 1 sind mit einer üblichen, nicht gezeigten Energiequelle verbunden. Beide Anschlüsse der Sekundärwicklung sind über Gleichrichterdioden 3 und h mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators 5 verbunden. 'Der Mittelabgriff der Sekundärwicklung ist mit dem negativen Anschluss des Glättungskondensators 5 verbunden. Die Kollektorelektrode eines Stromsteuertransistors 6 ist mit dem positiven Anschluss des Kondensators 5» seine Emitterelektrode ist mit dem positiven Ausgangeanschluss und seine Basiselektrode ist mit der Kollektorelektrode eines Spannungsprüftransistors 7 verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 7 ist über eine .Zenerdiode 8 mit dem negativen Ausgangsanschluss 15» seine Basiselektrode mit einem Teileranschluss 9¹ des zwischen den positiven Ausgangsanschluss 15 und den negativen Ausgangsanschluss 15' geschalteten Potentiometers verbunden. Ein Widerstand 10 ist zwischen den positiven Ausgangsanschluss 15 und den positiven Anschluss der Zenerdiode 8 geschaltet. Ein Lastwiderstand 11 des Spannungsprüftransistors 7 ist zwischen den positiven Anschluss des Kondensators 5 und die Kollektorelektrode des Transistors 7 geschaltet. Die positive Elektrode eines Thyristors 12 ist mit der Basiselektrode des Stromsteuertransistors 6, seine negative Elektrode ist mit dem negativen Anschluss des Kondensators 5 und seine Steuerelektrode ist mit dem negativen Ausgangsanschluss 15' verbunden. Ein Überstromprüfwiderstand 13 ist zwischen die negative Elektrode und die Steuerelektrode des Thyristors 12 geschaltot.

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Bei diesem Ausführungsbeispiol ist ein Schalttransistor

17 vorgesehen, dessen Kollektoreloktrode mit dem positiven Anschluss des Thyristors 12 und dessen Emitterelektrode über den Widerstand 21 mit dem negativen Anschluss des Thyristors 12 verbunden ist. Ein Überbrückungskondensator 22 ist parallel zu dem Widerstand 21 geschaltet und 'ein Widerstand 23 ist zwischen die Emitterelektrode des Schalttransistors 17 und den positiven Ausgangsanschluss I5 geschaltet. Ein Widerstand

18 ist zwischen die Basiselektrode des Schalttransistors 17 und die negative Elektrode des Thyristors 12" geschaltet. Eine Wechselspannungsquelle 20, z.B. ein Oszillator, ist über einen Kondensator I9 an den Widerstand 18 angeschlossen. ν

Dieses Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung arbeitet wie folgt:

Im normalen Zustand, wenn der Laststrom unterhalb eines zulässigen Wertes liegt, bringt das WechseiSpannungsausgangs signal der Quelle 20 den Schalttransistor 17 nicht in den leitenden Zustand, da die Gleichvorspannung, die über Widerstände 23 und 21 der Emitterelektrode des Transistors I7 aufgeprägt wird, so eingestellt ist, dass sie die Spitzenspannung des Wechselspannungsausgangssignals übersteigt.

Wenn in die an die Ausgangsanschlüsse 15 und I5¹ angeschlossene Last 16 ein Überstrom fliesst, erreicht der Spannungsabfall über dem Überstromprüfwiderstand I3 einen bestimmten Wert, wodurch der Thyristor 12 dadurch eingeschaltet wird, dass seiner Steuerelektrode ein

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Triggersignal zugeführt wird. Beim Einschalten des Thyristors nimmt der Strom, der durch den Widerstand

11 flieset, ab, da der Thyristor 12 den Transistor kurzschliesst. Dadurch wird die Basiselektrode des Stromsteuertransistors 6 durch das Einschalten des Thyristors 12 geerdet und der Transistor 6 wird sofort gesperrt. Auf diese Weise werden die Last 16 und der Transistor 6 selbst geschützt. Wegen des Sperrzustands des Stromsteuertransistors 6 fällt die Spannung des positiven Ausgangsanschlusses 15 auf Null und damit fällt auch die Vorspannung, die der Emitterelektrode des Schalttransistors 17 aufgeprägt wird, auf Null. Wenn diese Vorspannung fällt, bringt das Wechselspannungsausgangs signal der Quel'le 20 den Schalttransistor 17 in den leitenden Zustand, wodurch der Kollektor-Emitter-Widerstand des Transistors 17 stark vermindert wird. Da die Emitterelektrode des Transistors über den Kondensator 22 mit der negativen Elektrode des Thyristors 12 verbunden ist, wird der Thyristor

12 in der Übergangsperiode, unmittelbar nachdem der Schalttransistor 17 in den leitenden Zustand gebracht wird, kurzgeschlossen, wobei der gesamte Strom durch den Widerstand 11 über den Transistor 17 fliessen kann. Dadurch wird der Thyristor 12 abgeschaltet.

Wenn der Überstrom, der in die Last 16 fliesst, vor dem Abschalten des Thyristors 12 aufhört, bleibt dieser Abschaltzustand und wird zu dem zurückgestellten normalen Zustand. Wenn jedoch der Grund des Überstroms nach dem Abschalten des Thyristors 12 weiterhin vorhanden ist, fliesst der Überstrom wieder und der Thyristor 12 wird

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wieder eingeschaltet. Daher wird der Thyristor mit der Frequenz des Ausgangssignals der Wechselspannungsquelle 20 wiederholt ein- und ausgeschaltet und der Laststroni in der Last 16 wird auf einen vernachlässigbaren Wert vermindert.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. An der Sekundärwicklung des Transformators 1 ist ausser dem Mittelabgriff ein zweiter Abgriff 24 vorhanden, der anstelle der Wechselspannungsquelle 20 der Fig. 2 über den Kondensator 19 mit dem Schalttransistor 17 verbunden Ip⁺:. Die übrigen Teile mit Ausnahme des Abgriffs 24 sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Überstromschutzeinrichtung gemäss der Erfindung wird ein Wechselspaiinungssignal von dem Abgriff zu der Basiselektrode des Schalttransistors 17 übertragen, um den Schalttransistor 17 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 in den leitenden Zustand zu bringen, wenn der Stromsteuertransistor 6 gesperrt ist.

In weiterer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels kann ein Vorspannungsnetzwerk als Einrichtung zur Abnahme eines Teils der üblichen Spannung verwendet werden. Es kann auch eine unabhängige dritte Wicklung in dem Transformator 1 als derartige Einrichtung verwendet werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Last 16 ist ein Verstärker, z.B. ein NF-Verstärker und der Eingangsanschluss 26 des Verstärkers 16 ist mit dem

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Eingangsanschluss 28 einer Schalteinrichtung, wie dem Schalttransistor 17 der Überstromschutzeinrichtung verbunden, die in der gleichen Weise wie die der Figuren 2 und 3» jedoch ohne die Wechselspannungsquelle 20 oder den zweiten Abgriff 2k aufgebaut ist.

Bei diesem Beispiel wird ein Eingangssignal von dem Eingangsanschluss 26 geteilt und zu dem Eingangsanschluss 28 des Schalttransistors 17 der Überstromschutzeinrichtung 25 übertragen, um den Schalttransistor 17 in den leitenden Zustand zu bringen, wenn die Vorspannung dieses irtunsistors 17 fällt. Ein beliebiges Signal, z.B. ein NF-Signal, kann als Eingangssignal verwendet werden, da es üblicherweise nicht notwendig ist, den Thyristor 12 in einer bestimmten kurzen Zeit abzuschalten. Eine Begrenzerschaltung zur Begrenzung der Amplitude des Eingangssignals an dem Anschluss 28 kann verwendet werden, um ein ungenaues Arbeiten zu vermeiden.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   ill Überstrotnschutzeinrichtung mit einem Transistor zur Steuerung eines Laststroms und mit einem Thyristor, der bei einem Überstrom in der Last eingeschaltet wird und den Stromsteuertransistor abschaltet, gekennzeichnet durch eine im leitenden Zustand den Thyristor (12) kurzschliessende Halbleiterschalteinrichtung, die mit einer WechselSpannungsquelle und mit einem Vorspannungsnetzwerk (21,23) verbunden ist, dessen Vorsnp .-rung so gewählt ist, dass sie im normalen Zustand der Überstromschutzeinrichtung die Spitzenspannung der Wechselspannungsquelle übersteigt und die Schalteinrichtung im nichtleitenden Zustand hält, und dass beim Abschalten des Stromsteuertransistors (6) die Vorspannung des Vorspannung snetzwerks (21,23) unter die Spitzenspannung der WechselSpannungsquelle fällt, so dass diese die Halbleiterschalteinrichtung in den leitenden Zustand bringt.
2. 2. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsquelle eine Einrichtung (2h, Fig. 3) ist, die einen Teil der üblichen Speisespannung abnimmt,
3. 3. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsquelle eine Einrichtung ist, die einen Teil eines Eingangssignals eines als Last an die Schutzeinrichtung angeschlossenen Verstärkers (i6, Fig. k) abnimmt.

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   Überstromschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3f dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Transistor (12) mit geerdetem Emitter ist, dessen Basiselektrode das Wechselspannungssignal zugeführt wird und dessen Emitterelektrode mit dem Vorspannungsnetzwerk (21,23) verbunden ist.

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