DE2323183C2 - Überspannungsschutzschaltung für geregelte Stromversorgungsanlagen - Google Patents

Description

55

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überspannungsschutzschaltung für geregelte Stromversorgungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Überspannungsschutzschaltung der vorstehend bezeichneten Art ist bereits bekannt (DE-AS 14 38 701). Bei dieser bekannten Überspannungsschutzschaltung sind die Emitter eines Steuertransistors und eines Meßtransistors gemeinsam mit einer Lastschaltung und außerdem mit einem Spannungsfeststellpotentiometer verbunden. Die Basis des Steuertransistors ist über einen Widerstand an einer durch eine ZENER-Diode gebildeten Bezugsspannungsquelle angeschlossen. Die Basis des Meßtransistors ist über eine Diode mit der ZENER-Diode verbunden. Da die Rasen und die Emitter der beiden Transistoren in entsprechender Weise miteinander verbunden sind, arbeiten diese beiden Transistoren auch in derselben Art und Weise, d. h. gleichsinnig. Steigt beispielsweise der Ausgangsspannungspegel an, so nimmt demgemäß die Leitfähigkeit beider Transistoren entsprechend zu. Um zu verhindern, daß beide Transistoren gleichzeitig arbeiten, wird bei der bekannten Schaltungsanordnung die erwähnte Diode verwendet. Durch diese Diode wird nämlich dem Meßtransistor ein höherer Einschaltpegel gegeben als dem Steuertransistor. Dennoch ist festzuhalten, daß bei Ansteigen des Ausgangsspannungspegel die Leitfähigkeit des Steuertransistors so weit ansteigt, bis auch der Meßtransistor in den leitenden Zustand gesteuert wird. Damit tritt aber bei der bekannten Schaltungsanordnung die Gefahr auf, daß die »Überspannung«, die erforderlich ist, um dem Meßtransistor zunächst in den leitenden Zustand zu steuern, den Steuertransistor beschädigen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überspannungsschutzschaltung, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, so auszubilden, daß ohne eine zusätzliche Sperrschaltung ein sicherer Betrieb des Meßtransistors und des Steuertransistors stets gewährleistet ist

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache Weise und ohne zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise die beim zuvor betrachteten Stand der Technik vorhandene Diode, ausgekommen werden kann, um sowohl den Meßtransistor als auch den Steuertransistor stets ohne Beschädigung arbeiten zu lassen.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Überspannungsschutzschaltung;

Fig.2 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Schutzschaltung zum Gebrauch in Verbindung mit dem Waagerechtablenkteil eines Fernsehempfängers; und

F i g. 3 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer Schutzschaltung.

In F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße automatische Spannungsregelschaltung der Reihenschaltungsbauart dargestellt. Die Eingangsklemme 1 wird an den Ausgang einer nicht dargestellten Stromquelle bzw. eines Netzteils angeschlossen. Diese Eingangsklemme ist über eine Stromkreisunterbrechungsvorrichtung, z. B. eine Sicherung 2 mit dem Kollektor eines Schalttransistors 3 verbunden. Der Emitter des Transistors 3 ist über eine Drossel 5 an eine Ausgangsklemme 7 angeschlossen. Ferner ist eine Diode 4 vorhanden, deren Kathode mit dem Emitter des Transistors 3 verbunden ist, während ihre Anode an Masse liegt. Ferner ist ein Kondensator 6 vorhanden, der zwischen der Ausgangsklemme 7 und Masse liegt. Die Drossel 5 und der Kondensator 6 bilden ein Tiefpaßfilter. Die Basis des Transistors 3 ist mit dem Ausgang einer Impulsbrcitenmodulationsschal-

tung 12 verbunden. Der Eingang der Modulationsschaltung 12 ist über einen Widerstand 12a an die Ausgangsklemme 7 angeschlossen. Weiterhin ist ein Widerstand 8 vorhanden, der zwischen der Ausgangskiemme 7 und der Kathode einer Zenerdiode 9 liegt, deren Anode an Masse liegt Die Kathode der Zenerdiode 9 liefert eine Bezugsspannung.

Zwischen der Ausgangsklemme 7 und Masse ist ein Potentiometer 11 mit einem Verbraucherkreis 13 parallelgeschalre*. Der Schleifkontakt 11a des Potentiometers 11 ist mit der Basis eines ersten PNP-Transistors 10 verbunden, dessen Kollektor an einen Eingang der Modulationsschaltung 12 angeschlossen ist Der Emitter des Transistors 10 ist mit der Kathode der Zenerdiode 9 verbunden. Ferner ist ein zweiter PNP-Transistor 14 vorhanden, dessen Emitter an den Schleifkontakt 11a angeschlossen ist, während seine Basis mit der Kathode der Zenerdiode 9 verbunden ist

Der Kollektor des Transistors 14 ist mit der Steuerelektrode eines steuerbaren SiliziumgJeichrichters 16 verbunden. Die Steuerelektrode dieses Gleichrichters ist außerdem über einen Widerstand 15 geerdet Die Anode des Gleichrichters 16 ist über einen Widerstand 17 mit dem Kollektor des Transistors 3 verbunden.

Während des Betriebs der Schaltung nach F i g. 1 wird ein dem Schleifkontakt lla des Potentiometers 11 entnommenes Spannungssignal der Basis des Transistors 10 zugeführt Auf diese Weise wird am Kollektor des Transistors 10 ein Fehlersignal erzeugt das den Unterschied zwischen dem dem Schleifkontakt entnommenen Signal und der Bezugsspannung an der Kathode der Zenerdiode 9 repräsentiert Dieses Fehlersignal wird dem Eingang der Modulationsschaltung 12 zugeführt, um die Impulsbreite eines am Ausgang der Modulationsschaltung erscheinenden Treibersignals zu regeln. Dieses Treibersignal wird der Basis des Transistors 3 zugeführt um das Tastverhältnis zu regeln.

Wenn die das Fehlersignal bildende Spannung zunimmt, verringert sich die Impulsbreite des Treibersignals. Infolgedessen verkürzt sich die Periode, während welcher der Schalttransistor 3 leitfähig ist, so daß sich auch die an der Klemme 7 erscheinende Ausgangsspannung verringert. Nimmt die Spannung an der Ausgangsklemme 7 ab, kommt die Schaltung nach F i g. 1 im entgegengesetzten Sinne zur Wirkung.

Der Pegel der an der Ausgangskiemme 7 erscheinenden Gleichspannung wird durch Ändern der Stellung des Schleifkontaktes lla des Potentiometers U eingestellt Wird der Schleifkontakt lla in Richtung auf den Knotenpunkt zwischen dem Potentiometer 11 und der Ausgangsklemme 7 bewegt, nimmt die Kollektorspannung des Transistors 10 zu, und die Impulsbreite des der Basis des Transistors 3 zugeführten Treiber signals verringert sich, wodurch die an der Ausgangrklemme 7 erscheinende Spannung herabgesetzt wird. Bewegt man dagegen den Schleifkontakt Ha in Richtung auf das an Masse liegende Ende des Potentiometers 11, nimmt die an der Klemme 7 erscheinende Ausgangsgleichspannung zu.

Mit Ausnahme des Transistors 14, des steuerbaren Siliziumgleichrichters 16 sowie der Widerstände 15 und 17 ähnelt die Schaltung nach F i g. 1 bekannten Schaltungen dieser allgemeinen Art. Bei diesen Schaltungen besteht ein Nachteil darin, daß dann, wenn der Transistor 3 zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter kurzgeschlossen wird, z. B. infolge einer Störung bei der Impulsbreitenmodulationsschaltung 12 oder als Folge der Zerstörung des Transistors 3 selbst, wird die etwa 300 V betragende Eingangsspannung, die erheblich höher ist als die gewünschte Ausgangsspannung von 100 V, an den Verbraucherkreis 13 angelegt, so daß Schaltungselemente wie Transistoren, Dioden usw. beschädigt werden.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil in der im folgenden beschriebenen Weise vermieden. Wenn die an dem Schleifkontakt Ha erscheinende Spannung niedriger ist als die Bezugsspannung an der Kathode der Zenerdiode 9, ist der Transistor 14 nicht leitfähig, so daß an dem Widerstand 15 keine Spannung erscheint und der steuerbare Siliziumgleichrichter 16 nicht eingeschaltet wird. Sobald die Spannung an dem Schleifkontakt 1 la höher wird als die Bezugsspannung an der Zenerdiode 9, wird der Fühltransistor 14 leitfähig, so daß an dem Widerstand 15 eine Spannung erscheint, um den Gleichrichter 16 leitfähig zu machen. Sobald dies geschehen ist hält der Gleichrichter 16 als Nebenschluß einen starken Strom von der Verbindung zwischen der Sicherung 2 und dem Transistor 3 fern, d. h. der Gleichrichter läßt diesen starken Strom über die Sicherung 2 zum Masseanschluß fließen, was zur Folge hat, daß die Sicherung durchbrennt und der Verbraucherkreis 13 daher gegen eine Zerstörung durch die Überspannung geschützt wird.

Da das Potentiometer 11 gleichzeitig dazu dient, die Ausgangsspannung der automatischen Spannungsregelschaltung einzustellen sowie dazu, das Auftreten von Oberspannungen nachzuweisen, bietet die Schaltung nach F i g. 1 insbesondere Vorteile. Wird die an der Ausgangskiemme 7 erscheinende Gleichspannung dadurch erhöht, daß der Schleifkontakt lla in Richtung auf den Masseanschluß des Potentiometers 11 verschoben wird, erscheint an dem Schleifkontakt eine niedrigere Spannung. Somit ist die Spannung, die von dem Schleifkontakt lla abgenommen und dem Emitter des Überspannungsfühltransistors 14 zugeführt wird, ein kleiner Teil einer erhöhten Ausgangsspannung, so daß die beschriebene Wirkungsweise im wesentlichen unverändert bleibt d. h. wenn die Spannung an der Ausgangsklemme 7 den vorbestimmten, mit Hilfe der Zenerdiode 9 eingestellten Wert überschreitet, wird der Transistor 14 leitfähig, und hierdurch wird bewirkt daß der gesteuerte Siliziumgleichrichter 16 einen leitfähigen Nebenschluß zwischen dem Kollektor des Transistors 3 und Masse herstellt.

F i g. 2 zeigt als weiteres Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit der Horizontalablenkschaltung eines Fernsehempfängers. In F i g. 2 sind Teile, die in F i g. 1 dargestellten Teilen entsprechen, jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. An die Ausgangsklemme 7 sind weitere Verbraucherkreise 39 angeschlossen, und von dieser Klemme aus führt eine Leitung zur Primärwicklung 31 eines Rücklauftransformators 30.

Die andere Klemme der Primärwicklung 31 ist mit der Anode eines mittels einer Steuerelektrode steuerbaren Schalters 25 verbunden, dessen Kathode 25 an Masse liegt. Ferner ist eine Dämpfungsdiode 26 vorhanden, deren Anode geerdet ist, während ihre Kathode mit der Anode des Schalters 25 verbunden ist. Mit der Dämpfungsdiode 26 ist ein Kondensator 27 parallelgeschaltet. Dieser Kondensator ist durch eine mit einem Kondensator 29 in Reihe geschaltete Ablenkspule 28 überbrückt.

Die Sekundärwicklung 32 des Rücklauftransformators 30 ist an ihrem einen Ende an Masse gelegt, während ihr anderes Ende an eine insgesamt mit 33 bezeichnete Hochspannungs-Gleichrichterschaltung ange-

schlossen ist Die Tertiärwicklung 34 ist mit einem Ende geerdet und mit ihrem anderen Ende an eine insgesamt mit 35 bezeichnete Niederspannungs-Gleichrichterschaltung angeschlossen. Der Ausgang der Gleichrichterschaltung 35 ist über eine Gegenstromschutzdiode 36 s mit einer Vorspannleitung 42 verbunden, der die niedrige als Vorspannung wirkende Gleichspannung für eine Multivibratorschaltung 18, eine Treiberschaltung 19, eine Oszillatorschaltung 23 und eine Treiberschaltung 24 entnommen wird. Die in der Vorspannleitung 42 erscheinende Gleichspannung wird der Tertiärwicklung 34 des Rücklauftransformators 30 und nicht etwa direkt der Ausgangsklemme 7 entnommen, um den Stromverbrauch zu verringern.

Die Steuerelektrode des Schalters 25 ist mit dem Ausgang der Treiberschaltung 24 verbunden, deren Eingang das Ausgangssignal des Oszillatorskreises 23 zugeführt wird. Der Ausgang des Oszillatorkreises 23 ist außerdem mit einem Masseanschluß über einen Kondensator

21 und einem damit in Reihe geschalteten Widerstand

22 sowie an den Kollektor eines NPN-Transistors 20 angeschlossen, dessen Emitter geerdet ist Die Basis des Transistors 20 ist über einen Widerstand 15 an Masse gelegt und außerdem direkt mit dem Kollektor des PNP-Transistors 14 verbunden. Der Emitter des Transistors 14 liegt an der Basis des Transistors 10 und dem Schleifkontakt 11a des Potentiometers 11. Die Basis des Transistors 14 ist mit der Anode der Zenerdiode 9 und dem Emitter des Transistors 10 verbunden. Der Emitter des Transistors 10 ist über den Widerstand 8 an die Vorspannleitung 42 angeschlossen.

Der Kollektor des Transistors 10 ist mit dem Eingang eines insgesamt mit 18 bezeichneten monostabilen Multivibrators verbunden, dessen Ausgangssignal der Treiberschaltung 19 zugeführt wird, deren Ausgänge mit der Basis bzw. dem Emitter des Transistors 3 verbunden sind.

Der Kondensator T\ und der Widerstand 22 bilden eine Differenzierungsschaltung, die das Ausgangssignal des Oszillatorkreises 23 differenziert, um ein Triggersigna! zu erzeugen, das einem zweiten Eingang des monostabilen Multivibrators 18 zugeführt wird. Das dem Multivibrator 18 vom Kollektor des Transistors 10 aus zugeführte Eingangssignal regelt die Impulsbreite des der Treiberschaltung 19 zugeführten Treibersignals.

Zwischen dem Kollektor des Transistors 3 und der Kathode der Diode 38 liegt ein Kondensator 37. Die Anode der Diode 38 ist geerdet Außerdem ist die Kathode der Diode 38 mit der Niederspannungs-Vorspannleitung 42 verbunden. Wird der Fernsehempfän- ger eingeschaltet so daß der Schaltung nach F i g. 2 über die Eingangsklemme 1 ein Strom zugeführt wird, erhält der Rücklauftransformator 30 keine Spannung, da der Transistor 3 anfänglich nicht leitfähig ist Infolgedessen führt die Gleichrichterschaltung 35 der Vorspannleitung 42 keine niedrige Vorspannung zum Betätigen der Schaltkreise 18 und 19 zu, die anderenfalls bewirken würden, daß der Transistor 3 leitfähig wird. Um diese unerwünschte Wirkungsweise zu vermeiden, ist der Kondensator 37 vorhanden, der dazu dient, anfänglich einen Spannungsimpuls zu der Vorspannleitung 42 gelangen zu lassen, um zu bewirken, daß die Schaltkreise 18 und 19 den Transistor 3 kurzzeitig leitfähig machen. Sobald der Transistor 3 leitfähig ist fahren der Rücklauftransformator 30 und die Niederspannungs-Gleich- richterschaltung 35 fort der Vorspannleitung 42 eine niedrige Gleichspannung zuzuführen, so daß die gesamte Schaltung in Tätigkeit tritt Die Diode 38 dient dazu, den Kondensator 37 zu entladen, sobald der Fernsehempfänger abgeschaltet wird. Bezüglich der Maßnahmen zur automatischen Spannungsregelung arbeitet die Schaltung nach F i g. 2 im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Schaltung nach Fig. 1. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 zum Schutz gegen Überspannungen wird nachstehend beschrieben.

Wenn die an der Ausgangsklemme 7 erscheinende Gleichspannung niedriger ist als eine vorbestimmte Überspannung, wird der Transistor 14 abgeschaltet, so daß auch der Transistor 20 in den Sperrzustand gebracht wird. Daher wird das durch den Widerstand 22 und den Kondensator 21 differenzierte Ausgangssignal des Oszillatorkreises 23 dem monostabilen Multivibrator 18 zugeführt der in der beschriebenen Weise arbeitet Wenn jedoch die Gleichspannung an der Ausgangsklemme 7 die vorbestimmte Überspannung überschreitet, wird der Transistor 14 leitfähig, so daß er den Transistor 20 leitfähig macht um das Ausgangssignal des Oszillatorkreises 23 an Masse zu legen. Wenn dafür gesorgt ist daß sich der Ausgangsimpuls des Oszillatorkreises 23 in Gegenphase zu dem leitfähigen bzw. dem nicht leitfähigen Zustand des Schalters 25 ist wird der Schalter 25 dann, wenn das Ausgangssignal des Oszillatorkreises gleich Null wird, leitfähig, und er verbleibt in seinem leitfähigen Zustand. Infolgedessen fließt der durch die Überspannung hervorgerufene starke Strom durch eine Schleife, in der die Eingangsklemme 1, die Sicherung 2, der Transistor 3, die Drossel 5, die Ausgangsklemme 7, die Primärwicklung 31 des Rücklauftransformators 30 und der Schalter 25 in Reihe geschaltet sind, zur Masse, so daß die Sicherung 2 durchbrennt und die Verbraucherkreise 39 gegen eine Überlastung schützt Da der starke Strom dem Transistor 3 und dem Schalter 25 nur während einer kurzen Zeitspanne zugeführt wird, werden diese Schaltungselemente nicht zerstört Somit erfüllt bei der Ausführungsform nach F i g. 2 die Horizontalablenk-Schaltvorrichtung 25 insofern eine zweite Aufgabe, als sie auch beim Auftreten einer Überspannung als Schaltvorrichtung zur Wirkung kommt

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Gestalt einer automatischen Spannungsregelschaltung, bei der die mit der Eingangsklemme und der Ausgangsklemme in Reihe geschaltete Halbleitervorrichtung nicht als Schalter, sondern als Schaltungselement mit einem veränderlichen Widerstand zur Wirkung kommt In F i g. 3 sind Teile, die in Fi g. 1 dargestellten Teilen entsprechen, jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet Die Sicherung 2 ist mit dem Kollektor-Emitter-Übergang eines NPN-Transistors 40 und der Ausgangsklemme 7 in Reihe geschaltet Die Basis des Transistors 40 ist mit dem Kollektor dieses Transistors über einen Widerstand 41 verbunden. Der Kollektor des Transistors 10 ist an die Basis des Transistors 40 angeschlossen. In allen übrigen Punkten entspricht die Schaltung nach F i g. 3 im wesentlichen derjenigen nach F i g. 1. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 3 entspricht ebenfalls weitgehend der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1, denn die Ausgangsspannung wird an dem Schleifkontakt Ha des Potentiometers 11 abgefragt und über den Transistor 10 weitergeleitet, um den Leitfähigkeitszustand des Kollektor-Emitter-Übergangs des Transistors 40 zu bestimmen. Wenn eine Überspannung an dem Schleifkontakt 1 la erscheint, veranlaßt der Transistor 14 den steuerbaren Siliziumgleichrichter 16, einen Nebenschluß herzustellen, um die Überspannung abzuleiten.

Zwar wurde bezüglich der Ausführungsformen nach F i g. 1 und 3 davon gesprochen, daß es sich bei der Vorrichtung 16 um einen steuerbaren Siliziumgleichrichter handele, doch liegt es für jeden Fachmann auf der Hand, daß man diesen Gleichrichter auch durch einen mit Hilfe einer Steuerelektrode steuerbaren Schalter oder sogar durch einen gewöhnlichen Transistor ersetzen könnte, der mit einem genügend starken Strom belastet werden kann. Ferner ist es möglich, anstelle der beschriebenen Sicherung 2 eine beliebige andere Stromkreisunterbrechungsvorrichtung vorzusehen.

Die Schaltkreise 12,18,19,23 und 24 wurden nicht im einzelnen beschrieben, da der Aufbau solcher Schaltkreise jedem Fachmann geläufig ist. is

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Überspannungsschutzschaltung für geregelte Stromversorgungsanlagen mit einer Schaltungsan-Ordnung zur Abgabe einer stabilisierten Ausgangsspannung auf eine von einer Spannungsquelle bzw. einem Netzteil her zugeführte Eingangsspannung,

mit einem Transistor (3), dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe zwischen einem Stromunterbrechungselement (2) und einem Lastkreis (13) liegt,
mit einem Spannungsdetektor (11), der an dem Schaltungsanordnungsausgang angeschlossen ist und der die an den Lastkreis (13) abgegebene Ausgangsspannung festzustellen gestattet, mit einem Steuertransistor (10), dessen Basis mit dem Spannungsdetektor (11) verbunden ist, dessen Emitter mit einer Bezugsspannungsquelle (9) verbunden ist und dessen Kollektor so geschaltet ist, daß der Transistor (3) in Abhängigkeit von der Basis-Emitter-Spannung des Steüertransistors (10) gesteuert wird,

mit einem Meßtransistor (14), der mit dem Spannungsdetektor (U) und der Bezugsspannungsquelle (9) verbunden ist, und mit einer durch den Meßtransistor (14) steuerbaren Schutzschaltung(15,16,17), dadurch gekennzeichnet, daß die Basis und der Emitter des Steuertransistors (10) mit dem Emitter bzw. der Basis des Meßtransistors (14) derart verbunden sind, daß der Steuertransistor (10) und der Meßtransistor (14) gegensinnig zueinander derart betrieben sind, daß bei Abnahme der Größe der Ausgangsspannung in bezug auf die Bezugsspannung der Steuertransistor (10) stärker leitend wird und der Meßtransistor (14) in den nichtleitenden Zustand steuerbar ist, während in dem Fall, daß die Größe der Ausgangsspannung in bezug auf die Bezugsspannung zunimmt, der Steuertransistor (10) in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird und der Meßtransistor (14) stärker leitend wird und dadurch die Schutzschaltung (15, 16,17) zum Ansprechen bringt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung auf der die Eingangsspannung aufnehmenden Schaltungsanordnungs-Eingangsseite vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (15, 16, 17) ein vom Kollektor des Meßtransistors (14) her derart steuerbares Halbleiter-Nebenschlußglied (16) enthält, daß durch dessen Überführen in den leitenden Zustand ein den Strom von dem Lastkreis (13) wegleitender Nebenschluß hergestellt ist.