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DE29808365U1 - High voltage protection circuit with low input impedance - Google Patents

High voltage protection circuit with low input impedance

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Publication number
DE29808365U1
DE29808365U1 DE29808365U DE29808365U DE29808365U1 DE 29808365 U1 DE29808365 U1 DE 29808365U1 DE 29808365 U DE29808365 U DE 29808365U DE 29808365 U DE29808365 U DE 29808365U DE 29808365 U1 DE29808365 U1 DE 29808365U1
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DE
Germany
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voltage
thermal resistor
resistor
var
current
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Application number
DE29808365U
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German (de)
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Brymen Technology Corp
Original Assignee
Brymen Technology Corp
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Publication date
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Publication of DE29808365U1 publication Critical patent/DE29808365U1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/026Current limitation using PTC resistors, i.e. resistors with a large positive temperature coefficient

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  • Amplifiers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

1
Hochspannungsschutzschaltkreis mit niedriger Eingangsimpedanz
1
High voltage protection circuit with low input impedance

Die Erfindung betrifft einen Schutzschaltkreis für ein elektrisches Meßgerät, bei dem das Meßgerät eine niedrige Eingangsimpedanz aufweisen kann, wenn dies für die Messung benötigt wird, und mit dem der interne Schaltkreis des elektrischen Meßgerätes vor Beschädigung durch Signale mit hoher Spannung geschützt werden kann.The invention relates to a protection circuit for an electrical measuring device, in which the measuring device can have a low input impedance when this is required for the measurement and with which the internal circuit of the electrical measuring device can be protected from damage by high voltage signals.

Im allgemeinen kann ein elektrisches Meßgerät nicht auf einen Eingangsanschluß mit niedriger Impedanz umgeschaltet werden, wenn eine hohe Spannung gemessen wird, weil dadurch der ' Schaltkreis des elektrischen Meßgerätes beschädigt werden kann. Alternativ kann das elektrische Meßgerät aus Sicherheitsgründen mit einem Hochspannungsschutzschaltkreis ausgestattet werden, für den Fall, daß ein Eingangsanschluß mit niedriger Impedanz· zum Messen einer hohen Spannung ausgewählt wird. Fig. 3 stellt das Schaltbild eines herkömmlichen Hochspannungsschutzschaltkreises dar. Der Hochspannungsschutzschaltkreis weist einen thermischen Widerstand PTC und einen Klemmtransistor Q auf. Der Aktivierungsstrom des thermischen Widerstands PTC ist mit Is bezeichnet (bei Überschreiten des Aktivierungsstroms wird der Widerstandswert des PTC erhöht), der Klemmstrom des Klemmtransistors Q mit IQ und die maximal zulässige.Spannung des thermischen Widerstands PTC ist mit VA bezeichnet, wie in Fig. 3a dargestellt. Fig. 3b stellt den äquivalenten Schaltkreis der Schaltung nach Fig. 3a dar. Wenn eine außergewöhnlich hohe Spannung, die VA übersteigt, an den Schaltkreis nach Fig. 3a angelegt wird, so wirkt der Klemmtransistor Q wie eine Zenerdiode. Der Klemmtransistor Q wird von einen Strom durchflossen, der größer als der Aktivierungsstrom des thermischen Widerstands PTC ist. Dadurch ist der thermische Widerstand PTC in hochohmigem Zustand, um die Schutzfunktion auszuführen. Zu diesem Zeitpunkt ist 5 Vin=VPTC+VQ+VR und Vin^VPTC=VA, da VPTC> >VQ+VR. Daher kann der Schutzschaltkreis nur eine Eingangsspannung bis zu VA ertragen.In general, an electrical meter cannot be switched to a low impedance input terminal when measuring a high voltage because this may damage the circuit of the electrical meter. Alternatively, the electrical meter may be equipped with a high voltage protection circuit for safety reasons in case a low impedance input terminal is selected for measuring a high voltage. Fig. 3 shows the circuit diagram of a conventional high voltage protection circuit. The high voltage protection circuit comprises a thermal resistor PTC and a clamping transistor Q. The activation current of the thermal resistor PTC is denoted by I s (if the activation current is exceeded, the resistance value of the PTC is increased), the clamping current of the clamping transistor Q is denoted by I Q and the maximum allowable voltage of the thermal resistor PTC is denoted by V A as shown in Fig. 3a. Fig. 3b shows the equivalent circuit of the circuit of Fig. 3a. When an exceptionally high voltage exceeding V A is applied to the circuit of Fig. 3a, the clamping transistor Q acts like a Zener diode. The clamping transistor Q is passed through a current which is greater than the activation current of the thermal resistor PTC. As a result, the thermal resistor PTC is in a high-resistance state to perform the protection function. At this time, 5 V in =V PTC +V Q +V R and V in ^V PTC =V A , since V PTC >>V Q +V R . Therefore, the protection circuit can only bear an input voltage up to V A .

Es ist schwierig den oben genannten Schutzschaltkreis derart zuIt is difficult to design the above-mentioned protection circuit in such a way

gestalten, daß er eine Eingangsspannung bis zu 2VA ertragen kann. Wird der Schutzschaltkreis derart angelegt, daß er hohe Eingangs spannungen bis zu 2VA ertragen kann, so ist er groß und teuer.
5
designed so that it can withstand an input voltage of up to 2V A. If the protection circuit is designed so that it can withstand high input voltages of up to 2V A , it will be large and expensive.
5

Fig. 4a stellt ein Schaltbild eines anderen herkömmlichen Hochspannungsschutzschaltkreises dar. Der Hochspannungsschutzschaltkreis weist eine Sicherung FS, einen thermischen Widerstand PTC und einen Varistor VAR auf, wobei: Is: den Aktivierungsstrom des thermischen Widerstands PTC, IQ: den Klemmstrom des Klemmtransistors Q, undFig. 4a shows a circuit diagram of another conventional high-voltage protection circuit. The high-voltage protection circuit comprises a fuse FS, a thermal resistor PTC and a varistor VAR, where: I s : the activation current of the thermal resistor PTC, I Q : the clamping current of the clamping transistor Q, and

VA: die maximal zulässige Spannung des thermischen Widerstands PTC bezeichnet.V A : the maximum permissible voltage of the thermal resistor PTC.

Der Varistor VAR hat die folgenden Eigenschaften:The varistor VAR has the following properties:

1. der Varistor kann die ansteigende Spannung, die VA übersteigt, schnell aufnehmen,1. the varistor can quickly absorb the rising voltage that exceeds V A ,

2. die größte Klemmspannung des Varistors VAR hängt von der maximal zulässigen Spannung des thermischen Widerstands PTC ab,2. the maximum clamping voltage of the varistor VAR depends on the maximum permissible voltage of the thermal resistance PTC,

3. IVAR ist der Klemmstrom des Varistors VAR, und3. I VAR is the clamping current of the varistor VAR, and

4. ILEAKAGE ist der Verluststrom, der auftritt, wenn der Varistor nicht die Klemmfunktion ausführt.4. I LEAKAGE is the leakage current that occurs when the varistor does not perform the clamping function.

Fig. 4b erläutert den Betrieb des obigen Schaltkreises. Die maximale Eingangsspannung kann die maximal zulässige Spannung des thermischen Widerstands PTC nicht übersteigen. Der thermische Widerstand wird beschädigt, wenn die Klemmspannung die maximal zulässige Spannung VA des thermischen WiderstandsFig. 4b explains the operation of the above circuit. The maximum input voltage cannot exceed the maximum allowable voltage of the thermal resistor PTC. The thermal resistor will be damaged if the clamping voltage exceeds the maximum allowable voltage V A of the thermal resistor

PTC übersteigt.PTC exceeds.

Wenn die Eingangsspannung die Klemmspannung VQ des . Klemmtransistors Q übersteigt, dann wirkt dieser als Zenerdiode und leitet den Klemmstrom I0. Der thermische Widerstand PTC ist in hochohmigem Zustand, wenn der Klemmstrom IQ den 5 Aktivierungsstrom I's' des thermischen Widerstands PTC übersteigt. Darum kann der thermische Widerstand PTC eine Strombegrenzungsfunktion ausführen. Zu diesem Zeitpunkt ist VI/P=VPTC+VQ (V0/p) . Wenn VP1.C+VQ>VVAR, dann ist der Varistor inWhen the input voltage exceeds the clamping voltage V Q of the clamping transistor Q, the latter acts as a zener diode and conducts the clamping current I 0 . The thermal resistor PTC is in a high-resistance state when the clamping current I Q exceeds the activation current I' s ' of the thermal resistor PTC. Therefore, the thermal resistor PTC can perform a current limiting function. At this time, V I/P =V PTC +V Q (V 0/p ) . If V P1 . C +V Q >V VAR , the varistor is in

niederohmigem Zustand und begrenzt die Spannung auf VVAR (wie die Zenerdiode) . Der Klemmstrom IVAR des Varistors VAR ist größer als der Nennstrom.der Sicherung FS. Die Sicherung FS wird zum Schutz durchbrennen.
low-resistance state and limits the voltage to V VAR (like the Zener diode). The clamping current I VAR of the varistor VAR is greater than the rated current of the fuse FS. The fuse FS will blow for protection.

Der oben beschriebene Schaltkreis weist jedoch folgende Probleme auf:However, the circuit described above has the following problems:

1. Die maximale Eingangsspannung wird durch^die maximal zulässige Spannung des thermischen Widerstands PTC begrenzt (vvar mu& kleiner als VA sein) .1. The maximum input voltage is limited by the maximum permissible voltage of the thermal resistor PTC ( v var mu & must be less than V A ).

2. Der hohe Verluststrom des VAR beeinflußt die Meßergebnisse bei hochohmigen Messungen.2. The high leakage current of the VAR influences the measurement results in high-impedance measurements.

3. Das Auswechseln der Sicherung ist schwierig.3. Replacing the fuse is difficult.

Fig. 5a stellt einen verbesserten Schaltkreis gegenüber dem Schaltkreis nach Fig. 4a dar. Die. Bezeichnungen sind folgende: Q: KlemmtransistorFig. 5a shows an improved circuit compared to the circuit in Fig. 4a. The designations are as follows: Q: clamp transistor

R: aufheizbarer (inflammable) Strombegrenzungswiderstand PTC: thermischer WiderstandR: heatable (inflammable) current limiting resistor PTC: thermal resistance

0 Is: der Aktivierungsstrom des thermischen Widerstands0 I s : the activation current of the thermal resistance

PTC,PTCs,

VVAR: ' die Klemmspannung des Varistors VAR, IVAR: der Klemmstrom des Varistors VAR, ^ leakage : der Verluststrom, der auftritt, wenn der Varistors VAR nicht die Klemmfunktion ausführt.V VAR : ' the clamping voltage of the varistor VAR, I VAR : the clamping current of the varistor VAR, ^ leakage : the leakage current that occurs when the varistor VAR does not perform the clamping function.

Fig. 5b erläutert den Betrieb des Schaltkreises nach Fig. 5a. Der Strombegrenzungswiderstand R ist aufheizbar und ersetzt die Sicherung FS in der Schaltung nach Fig. 4a. Der Strom-0 begrenzungswiderstand R hat einen kleinen Widerstandswert und kann die Spannung VA und den Klemmstrom IVAR ertragen. Da der IPTC sehr klein ist, ist Ir=IVAr- Außerdem ist VR=Vin-VVAR, woraus folgt, daß die an dem Widerstand R abfallende Spannung sehr hoch ist, wenn eine hohe Eingangsspannung angelegt wird. Daher soll der Widerstand R eine hohe Nennspannung und eine hohe Nennleistung haben.Fig. 5b explains the operation of the circuit of Fig. 5a. The current limiting resistor R is heatable and replaces the fuse FS in the circuit of Fig. 4a. The current limiting resistor R has a small resistance and can withstand the voltage V A and the clamping current I VAR . Since the I PTC is very small, I r =I VA r- Furthermore, V R =V in -V VAR , from which it follows that the voltage dropped across the resistor R is very high when a high input voltage is applied. Therefore, the resistor R should have a high voltage rating and a high power rating.

Übersteigt die Eingangsspannung die Klemmspannung VQ desIf the input voltage exceeds the terminal voltage V Q of the

Klemmtransistors Q, dann wirkt dieser wie eine Zenerdiode und leitet den Klemmstrom IQ. Der thermische Widerstand PTC ist in hochohmigem Zustand, wenn der Klemmstrom IQ den Aktivierungsstrom Is des thermischen Widerstands PTC übersteigt. Daher kann der thermische Widerstand PTC eine Strombegrenzungfunktion ausführen. Zu diesem Zeitpunkt ist Vin=VPTC+VQ. Wenn VPTC+VQ>VVAR, ist der Varistor VAR in niederohmigem Zustand und begrenzt, die Spannung VPTC+VQ auf VA (wie die Zenerdiode) . Der VAR leitet einen Strom IVAR, wodurch die Spannung an dem Widerstand R ansteigt. Die Spannung ist VR=Vin-VA, da vVAR=VPTC=VA ist. VR=VA wenn Vin=2VA. Daher kann der Schaltkreis 2VA Eingangsspannung ertragen.clamping transistor Q, then it acts like a Zener diode and conducts the clamping current I Q . The thermal resistor PTC is in high resistance state when the clamping current I Q exceeds the activation current I s of the thermal resistor PTC. Therefore, the thermal resistor PTC can perform a current limiting function. At this time, V in =V PTC +V Q . When V PTC +V Q >V VAR , the varistor VAR is in low resistance state and limits the voltage V PTC +V Q to V A (like the Zener diode). The VAR conducts a current I VAR , causing the voltage across the resistor R to rise. The voltage is V R =V in -V A , since v VAR =V PTC =V A. V R =V A when V in =2V A . Therefore, the circuit can withstand 2V A input voltage.

Der oben beschriebene Schaltkreis weist jedoch folgende Probleme auf:However, the circuit described above has the following problems:

1. Der Strombegrenzungswiderstand R soll einen kleinen Widerstandswert haben und hohe Leistung und Spannung ertragen können. Daher ist der Strombegrenzungswiderstand R von seinen Abmessungen her groß. Der Strombegrenzungswiderstand R brennt durch, wenn seine Nennleistung nicht groß genug ist.1. The current limiting resistor R should have a small resistance value and be able to withstand high power and voltage. Therefore, the current limiting resistor R is large in size. The current limiting resistor R will burn out if its rated power is not large enough.

2. Der hohe Verluststrom des VAR beeinflußt die Meßergebnisse bei hochohmigen Messungen.2. The high leakage current of the VAR influences the measurement results in high-impedance measurements.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die oben beschriebenen Probleme zu beseitigen und ein Meßgerät zu schaffen, das eine höhere Spannung ertragen kann. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Schutzschaltkreis für ein elektrisches Meßgerät erreicht, der einen ersten thermischen Widerstand, einen zweiten thermischen Widerstand, einen Varistor, einen ersten Klemmtransistor, einen zweiten Klemmtransistor, einen Strombegrenzungswiderstand und einen Pufferwiderstand aufweist. Der Strombegrenzungswiderstand ist mit seinem einen Anschluß an den ersten thermischen Widerstand angeschlossen. Der erste thermische Widerstand ist dem Pufferwiderstand parallelgeschaltet. Der eine Anschluß des ersten thermischen Widerstands ist an den zweiten thermischen Widerstand angeschlossen. Der Varistor ist an den Knotenpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten thermischen WiderstandThe invention solves the problem of eliminating the problems described above and of creating a measuring device that can withstand a higher voltage. This is achieved according to the invention with a protection circuit for an electrical measuring device, which has a first thermal resistor, a second thermal resistor, a varistor, a first clamping transistor, a second clamping transistor, a current limiting resistor and a buffer resistor. The current limiting resistor is connected with one connection to the first thermal resistor. The first thermal resistor is connected in parallel to the buffer resistor. One connection of the first thermal resistor is connected to the second thermal resistor. The varistor is connected to the node between the first and second thermal resistors.

angeschlossen, um den Verluststrom zu unterdrücken, wenn der Varistor nicht wirkt. Der Emitter des ersten Klemmtransistors ist an den Varistor angeschlossen und der Kollektor sowie die Basis des ersten Klemmtransistors sind an Masse angeschlossen. Der Aktivierungsstrom des zweiten thermischen Widerstands ist kleiner als der des ersten thermischen Widerstands (der interne Widerstand des zweiten thermischen Widerstands ist größer als der des ersten thermischen Widerstands). Der andere Anschluß des zweiten thermischen Widerstands ist an den Emitter des zweiten Klemmtransistors angeschlossen. Durch diesen Schutzschaltkreis kann der interne Schaltkreis des elektrischen Meßgeräts vor Beschädigung durch hohe Eingangsspannung geschützt werden.connected to suppress the leakage current when the varistor is not working. The emitter of the first clamp transistor is connected to the varistor, and the collector and base of the first clamp transistor are connected to the ground. The activation current of the second thermal resistor is smaller than that of the first thermal resistor (the internal resistance of the second thermal resistor is larger than that of the first thermal resistor). The other terminal of the second thermal resistor is connected to the emitter of the second clamp transistor. Through this protection circuit, the internal circuit of the electrical measuring instrument can be protected from damage caused by high input voltage.

Die Erfindung wird in der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in welcher:The invention is explained in more detail in the following detailed description with reference to the accompanying drawing, in which:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zeigt, das die Anwendung des Schutzschaltkreis mit niedriger Eingangsimpedanz an einem elektrischen Meßgerät darstellt;Fig. 1 is a block diagram illustrating the application of the low input impedance protection circuit to an electrical measuring instrument;

Fig. 2ä das Schaltbild des Schutzschaltkreises gemäß der Erfindung zeigt;Fig. 2ä shows the circuit diagram of the protection circuit according to the invention;

Fig. 2b einen äquivalenten Schaltkreis zu dem Schaltkreis nach Fig. 2a zeigt;Fig. 2b shows an equivalent circuit to the circuit of Fig. 2a;

Fig. 3a das Schaltbild eines herkömmlichen Schutzschaltkreises für elektrische Meßgeräte zeigt;Fig. 3a shows the circuit diagram of a conventional protection circuit for electrical measuring instruments;

Fig. 3b einen äquivalenten Schaltkreis zu dem Schaltkreis nach Fig. 3a zeigt;
Fig. 4a ein Schaltbild eines herkömmlichen Schutzschaltkreises zeigt, in dem eine Sicherung für das elektrische Meßgerät verwendet wird.
Fig. 3b shows an equivalent circuit to the circuit of Fig. 3a;
Fig. 4a shows a circuit diagram of a conventional protection circuit in which a fuse is used for the electrical measuring instrument.

Fig. 4b einen äquivalenten Schaltkreis zu dem Schaltkreis nach Fig. 4a zeigt.
5 Fig. 5a das Schaltbild eines im Vergleich zu dem Schutzschaltkreis nach Fig. 4a verbesserten Schaltkreises zeigt; und
Fig. 4b shows an equivalent circuit to the circuit of Fig. 4a.
5 Fig. 5a shows the circuit diagram of an improved circuit compared to the protection circuit according to Fig. 4a; and

Fig. 5b einen äquivalenten Schaltkreis zu dem Schaltkreis nachFig. 5b shows an equivalent circuit to the circuit according to

I ft ft · · ft · · · · · · ·I ft ft · · ft · · · · · · ·

&igr;*·· ·· · · ft I&igr;*·· ·· · · ft I

Fig. 5a zeigt.Fig. 5a shows.

Im folgenden werden folgende Bezeichnungen verwendet:The following terms are used below:

PTCl PTC2 VAR: Qi =PTCl PTC2 VAR: Qi =

R1: R1 :

R2: R2 :

VAR ·VARS ·

PTClPTCl

PTC2PTC2

QlQl

Q2Q2

RlRl

C02 C02

S2S2

erster thermischer Widerstandfirst thermal resistance

zweiter thermischer Widerstandsecond thermal resistance

VaristorVaristor

erster Klemmtransistorfirst clamp transistor

zweiter Klemmtransistorsecond clamping transistor

Strombegrenzungswiderstand mit kleinemCurrent limiting resistor with small

WiderstandswertResistance value

Widerstand mit hohem WiderstandswertResistor with high resistance value

Klemmspannung des Varistors VARClamping voltage of the varistor VAR

Spannung· des ersten thermischen Widerstands PTClVoltage of the first thermal resistance PTCl

Spannung des zweiten thermischen Widerstands PTC2Voltage of the second thermal resistor PTC2

Emitterspannung des ersten Klemmtransistors QlEmitter voltage of the first clamping transistor Ql

Emitterspannung des zweiten Klemmtransistors Q2Emitter voltage of the second clamping transistor Q2

Spannung über dem Widerstand RVoltage across resistor R

Klemmstrom des ersten Klemmtransistors QlClamping current of the first clamping transistor Ql

Klemmstrom des zweiten Klemmtransistors Q2Clamping current of the second clamping transistor Q2

Aktivierungsstrom des PTClActivation current of PTCl

Aktivierungsstrom des PTC2Activation current of PTC2

Fig. 2a zeigt das Schaltbild des Schutzschaltkreis gemäß der Erfindung und Fig. 2b stellt einen äquivalenten Schaltkreis dazu dar. Der Schutzschaltkreis kann Beschädigung des elektrischen Meßgerätes, die durch dessen falsche Bedienung verursacht werden, verhindern. Eine solche falsche Bedienung ist zum Beispiel, wenn der Benutzer fälschlicherweise, eine hohe Spannung (z.B. IkV) an den Widerstands-, Strom- oder anderen 0 niederohmigen Eingängen zu messen versucht. Der Schutzschaltkreis weist einen ersten thermischen Widerstand PTCl, einen zweiten thermischen Widerstand PTC2, einen Varistor VAR, einen ersten Klemmtransistor Q1, einen zweiten Klemmtransistor Q2, einen Strombegrenzungswiderstand R1 und einen Pufferwi'derstand R2 auf. Dabei haben der erste thermische Widerstand PTCl und der zweite thermische Widerstand PTC2 die folgende Eigenschaften: 1. Der interne Widerstand des PTCl ist kleiner als der desFig. 2a shows the circuit diagram of the protection circuit according to the invention and Fig. 2b shows an equivalent circuit. The protection circuit can prevent damage to the electrical measuring device caused by its incorrect operation. Such incorrect operation is, for example, when the user mistakenly tries to measure a high voltage (e.g. IkV) at the resistance, current or other low-resistance inputs. The protection circuit has a first thermal resistor PTCl, a second thermal resistor PTC2, a varistor VAR, a first clamping transistor Q 1 , a second clamping transistor Q 2 , a current limiting resistor R 1 and a buffer resistor R 2 . The first thermal resistor PTCl and the second thermal resistor PTC2 have the following properties: 1. The internal resistance of the PTCl is smaller than that of the

PTC2.PTC2.

2. Der Aktivierungsstrom des PTCl ist größer als der Aktivierungsstrom des PTC2.2. The activation current of the PTCl is greater than the activation current of the PTC2.

3. PTCl und PTC2 haben beide eine maximal zulässige Spannung VA.3. PTCl and PTC2 both have a maximum allowable voltage V A .

4. PTCl und PTC2 weisen eine niedrige Impedanz, wenn sie nicht aktiviert sind und eine hohe Impedanz auf, wenn sie aktiviert sind.4. PTCl and PTC2 have low impedance when not activated and high impedance when activated.

Der eine Anschluß des Strombegrenzungswiderstands R1 ist an den PTCl angeschlossen. Der PTCl hat eine maximal zulässige Spannung VA und einen positiven Temperaturkoeffizienten. Der PTCl ist mit seinem einen Anschluß an den Pufferwiderstand R2 und mit seinem anderen Anschluß an den einen Anschluß des VAR sowie an den einen Anschluß des PTC2 angeschlossen. Der andere Anschluß des VAR ist an den Emitter des ersten Klemmtransistors Q1 angeschlossen, um so den Verluststrom zu unterdücken, der auftritt, wenn der VAR nicht in Betrieb ist. Die Basis des ersten Klemmtransistors Q1 ist an Masse angeschlossen.One terminal of the current limiting resistor R 1 is connected to the PTCl. The PTCl has a maximum allowable voltage V A and a positive temperature coefficient. The PTCl is connected with one terminal to the buffer resistor R 2 and with its other terminal to one terminal of the VAR and one terminal of the PTC2. The other terminal of the VAR is connected to the emitter of the first clamp transistor Q 1 to suppress the leakage current that occurs when the VAR is not in operation. The base of the first clamp transistor Q 1 is connected to ground.

Der zweite thermische Widerstand PTC2 hat einen kleineren Aktivierungsstrom als der erste thermische Widerstand PTCl und die gleiche maximal zulässige Spannung VA. Außerdem hat der zweite thermische Widerstand ebenso einen positiven Temperaturkoeffizienten. Der andere Anschluß des PTC2 ist an den Emitter des zweiten Klemmtransistors Q2 angeschlossen. Die Basis sowie der Kollektor des zweiten Klemmtransistors sind an Masse angeschlossen.The second thermal resistor PTC2 has a smaller activation current than the first thermal resistor PTCl and the same maximum permissible voltage V A . In addition, the second thermal resistor also has a positive temperature coefficient. The other terminal of the PTC2 is connected to the emitter of the second clamping transistor Q 2 . The base and the collector of the second clamping transistor are connected to ground.

0 Übersteigt die Eingangsspannung die Klemmspannung VQ2 des zweiten Klemmtransistors Q2, dann wirkt der zweite Klemmtransistor Q2 als Zenerdiode und leitet den zweiten Klemmstrom 1Q2. Der zweite thermische Widerstand PTC2 ist in hochohmigem Zustand, wenn der Klemmstrom IQ2 den Aktivierungsstrom I32 des zweiten thermischen Widerstands PTC2 übersteigt. Der zweite thermische Widerstand PTC2 hat einen kleineren Aktivierungsstrom als der erste thermische Widerstand PTCl, daher wirkt der zweite thermische Widerstand PTC2 zuerst.0 If the input voltage exceeds the clamping voltage V Q2 of the second clamping transistor Q 2 , the second clamping transistor Q 2 acts as a Zener diode and conducts the second clamping current I Q2 . The second thermal resistor PTC2 is in a high-resistance state when the clamping current I Q2 exceeds the activation current I 32 of the second thermal resistor PTC2. The second thermal resistor PTC2 has a smaller activation current than the first thermal resistor PTCl, so the second thermal resistor PTC2 acts first.

Zu diesem Zeitpunkt liegt die Eingangsspannung über dem zweiten thermischen Widerstand PTC2 und dem zweiten Klemmtransistor Q2 an (Vin=VPTC2+VQ2) . Wenn VPTC2+VQ2>VVAR+VQ1, dann wirken der Varistor VAR und der erste Klemmtransistor Q1 gemeinsam als Zenerdiode und begrenzen die Spannung über dem zweiten thermischen Widerstand PTC2 und dem zweiten Klemmtransistor Q2 auf VVAR+VQ1. Übersteigt der Strom IVAR den Aktivierungsstrom I51 des PTCl, dann ist der PTCl in hochohmigem Zustand, um Schutzfunktionen auszuführen. Die Eingangsspannung liegt entsprechend über R1, PTCl, PTC2 und Q2 an.At this time, the input voltage is applied across the second thermal resistor PTC2 and the second clamping transistor Q 2 (V in =V PTC2 +V Q2 ). If V PTC2 +V Q2 >V VAR +V Q1 , then the varistor VAR and the first clamping transistor Q 1 act together as a Zener diode and limit the voltage across the second thermal resistor PTC2 and the second clamping transistor Q 2 to V VAR +V Q1 . If the current I VAR exceeds the activation current I 51 of the PTCl, then the PTCl is in a high-impedance state to perform protective functions. The input voltage is applied accordingly across R 1 , PTCl, PTC2 and Q 2 .

Zu diesem Zeitpunkt ist Vin=VR1+VPTC1+VPTC2+VQ2. Da R1 sehr klein ist und Q2 eine kleine Klemmspannung hat, können die Spannungen VR1 und VQ2 vernachlässigt werden. Daher:At this time, V in =V R1 +V PTC1 +V PTC2 +V Q2 . Since R 1 is very small and Q 2 has a small clamping voltage, the voltages V R1 and V Q2 can be neglected. Therefore:

Vin=VPTC1+VPTC2 (1)V in = V PTC1 + V PTC2 (1)

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß die Schutzspannung nach der Erfindung zweimal der Spannung des herkömmlichen Schutzschaltkreises ist.From this equation it can be seen that the protection voltage according to the invention is twice the voltage of the conventional protection circuit.

Der Puff erwiderstand R2 ist dem PTCl parallelgeschaltet, um zu verhindern, daß die Ströme IQ2 und IVAR infolge der ansteigenden Impedanz des PTCl extrem klein werden. Wenn IQ2<IS2/ dann hört der PTC2 auf zu wirken und sein Widerstandswert nimmt dadurch ab. Zu diesem Zeitpunkt ist Vp1101=V1n und der PTCl könnte durch die an ihm anliegende hohe Eingangsspannung beschädigt werden. Daher haben die parallelgeschalteten Widerstände R2 und PTCl solche Werte, daß der Strom IQ2 den Strom IS2 übersteigen kann.The buffer resistor R 2 is connected in parallel with the PTCl to prevent the currents I Q2 and I VAR from becoming extremely small due to the increasing impedance of the PTCl. If I Q2 <I S 2/ then the PTC2 stops working and its resistance value decreases. At this time Vp 1101 =V 1n and the PTCl could be damaged by the high input voltage applied to it. Therefore, the parallel resistors R 2 and PTCl have values such that the current I Q2 can exceed the current I S2 .

0 Darum kann der PTC2 in hochohmigem Zustand bleiben, so daß die Eingangsspannung über PTCl, PTC2 und VAR anliegt.0 Therefore, the PTC2 can remain in a high-resistance state so that the input voltage is applied across PTCl, PTC2 and VAR.

Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm eines elektrischen Meßgerätes für Widerstands- und Kapazitätsmessung. Das elektrische Meßgerät weist einen Schutzschaltkreis 1, eine niederohmige Stromquelle oder Signalquelle 2, eine Mikrocomputer-Steuerung 3, einen Strombegrenzungschaltkreis für hohe Spannung 4, einen A/D-Wandler mit hoher Eingangsimpedanz 5 und eine numerischeFig. 1 shows the block diagram of an electrical measuring device for resistance and capacitance measurement. The electrical measuring device has a protection circuit 1, a low-impedance current source or signal source 2, a microcomputer controller 3, a high-voltage current limiting circuit 4, an A/D converter with high input impedance 5 and a numerical

9
Anzeige 6 auf.
9
Display 6 on.

Wird der Eingang zur Widerstandsmessung normal verwendet, so wird von der Steuerung 3 die Stromquelle 2 derart gesteuert, daß ein Messtrom über den Schutzschaltkreis 1 zu dem zu messende Bauelement fließt. Dadurch wird eine Spannung über dem zu messenden Bauelement erzeugt. Die erzeugte Spannung wird über den Strombegrenzungsschaltkreis 4 an den A/D Wandler 5 angelegt und in ein digitales Signal umgewandelt. Die Mikrocomputer-Steuerung 3 sendet das digitale Signal an die numerische Anzeige 6.If the input for resistance measurement is used normally, the controller 3 controls the current source 2 in such a way that a measuring current flows through the protection circuit 1 to the component to be measured. This generates a voltage across the component to be measured. The generated voltage is applied to the A/D converter 5 via the current limiting circuit 4 and converted into a digital signal. The microcomputer controller 3 sends the digital signal to the numerical display 6.

Wird an den Eingang zur Widerstandmessung mit der niedrigen Eingangsimpedanz fälschlicherweise eine Hochspannungsquelle angeschlossen, so wird die hohe Eingangsspannung an den Schutzschaltkreis 1 und den Strombegrenzungsschaltkreis 4 angelegt. In diesem Moment wird durch die hohe Eingangsspannung die Schutzfunktion des Schutzschaltkreises 1 aktiviert, von der die Spannung am internen Schaltkreis auf einen, niedrigeren Wert begrenzt wird.If a high voltage source is mistakenly connected to the resistance measurement input with the low input impedance, the high input voltage is applied to the protection circuit 1 and the current limiting circuit 4. At this moment, the high input voltage activates the protection function of the protection circuit 1, which limits the voltage on the internal circuit to a lower value.

Der Schutzschaltkreis kann in zwei Stufen zum Schutz vor hoher Eingangsspannung eingeteilt werden. Die erste Stufe weist den PTCl und den zu diesem parallelgeschalteten R2 sowie den VAR 5 und den mit diesem in Reihe geschalteten Q1 auf. Die zweite Stufe weist den PTC2 und den Q2 auf.The protection circuit can be divided into two stages for protection against high input voltage. The first stage has the PTCl and R 2 connected in parallel with it and the VAR 5 and Q 1 connected in series with it. The second stage has the PTC2 and Q 2 .

Claims (3)

10 Ansprüche10 Claims 1. Schutzschaltkreis mit:1. Protection circuit with: einem Strombegrenzungswiderstand (R1) ; einem ersten thermischen Widerstand (PTCl) mit maximal zulässiger Spannung VA, der mit seinem einen Anschluß an den Strombegrenzungswiderstand (R1) angeschlossen ist; einem Pufferwiderstand (R2) ;a current limiting resistor (R 1 ); a first thermal resistor (PTCl) with a maximum permissible voltage V A , which is connected with one terminal to the current limiting resistor (R 1 ); a buffer resistor (R 2 ); einem zweiten thermischen Widerstand (PTC2) mit maximaler Spannung VA, der mit seinem einen Anschluß an den ersten thermischen Widerstand (PTCl) angeschlossen ist und einen größeren internen Widerstandswert als der des .ersten thermischen Widerstands (PTCl) aufweist;a second thermal resistor (PTC2) with maximum voltage V A , which is connected by one terminal to the first thermal resistor (PTCl) and has a larger internal resistance value than that of the first thermal resistor (PTCl); einem Varistor (VAR), der mit seinem einen Anschluß an den Knotenpunkt zwischen dem ersten thermischen Widerstand (PTCl) und dem zweiten thermischen Widerstand (PTC2) umd mit seinem anderen Anschluß an einen ersten Klemmtransistor (Q1) angeschlossen ist, um den Verluststrom zu unterdrücken, wobei der zweite thermische Widerstand (PTC2) mit seinem anderen Anschluß an den zweiten Klemmtransistor (Q2) angeschlossen ist;a varistor (VAR) having one terminal connected to the junction between the first thermal resistor (PTCl) and the second thermal resistor (PTC2) and the other terminal connected to a first clamping transistor (Q 1 ) to suppress the leakage current, the second thermal resistor (PTC2) having its other terminal connected to the second clamping transistor (Q 2 ); 2. Schutzschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der Emitter des ersten Klemmtransistors (Q1) an den Varistor (VAR) angeschlossen ist, und der Kollektor sowie die Basis des ersten Klemmtransistors (Q1) an Masse angeschlossen sind.2. Protection circuit according to claim 1, wherein the emitter of the first clamping transistor (Q 1 ) is connected to the varistor (VAR), and the collector and the base of the first clamping transistor (Q 1 ) are connected to ground. 3. Schutzschaltkreis nach Anspruch 1, der zwei Stufen aufweist, wobei die erste Stufe den ersten thermischen Widerstand (PTCl) und den zu diesem parallelgeschalteten Pufferwiderstand (R2) 0 sowie den Varistor (VAR) und den an diesen in Reihe geschalteten ersten Klemmtransistor (Q1) aufweist, und die zweite Stufe den zweiten thermischen Widerstand (PTC2) und den zweiten Klemmtransistor (Q2) aufweist.3. Protection circuit according to claim 1, which has two stages, the first stage comprising the first thermal resistor (PTCl) and the buffer resistor (R 2 ) 0 connected in parallel thereto and the varistor (VAR) and the first clamping transistor (Q 1 ) connected in series thereto, and the second stage comprising the second thermal resistor (PTC2) and the second clamping transistor (Q 2 ).
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