DE3310242C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den Überspannungsschutz mit automatischer Rücksetzung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch das Patentdokument GB 20 85 246 A ist eine Schutzschaltung gegen Überspannung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bekannt­ geworden.

Überspannungsschutzschaltungen sind üblicherweise nach Auslösen des Überspannungsschutzes blockiert und werden danach durch Aus- und anschließendes Wiedereinschalten in den Betriebszustand zurückgesetzt.

Solche manuell zurückgesetzten Überspannungsschutzeinrichtungen erfordern Personaleinsatz, was auch bei besetzten Stationen lästig ist. Unbesetzte Stationen können u. U. sehr langen außer Betrieb sein, beispielsweise nach einem Gewitter, Hochstrom- bzw. Hochspannungs-Schaltvorgängen usw., ohne daß ein echter Gerätedefekt vorliegt.

Durch die DE-PS 24 59 260 ist eine automatisch ab- und wiedereinschaltende Schutzeinrichtung für ein Stromversorgungsgerät bekanntgeworden, die bei einem auftretenden Überstrom abschaltet und wieder automatisch einschaltet, und zwar nach so kurzer Zeit, daß die vorübergehende Betriebsstörung als solche kaum registriert wird. Diese Schutzeinrichtung enthält einen Reed- Kontaktsatz in der Nähe des Luftspaltes einer Ladedrossel, deren bei Überstrom entstehendes verstärktes Magnetfeld den in Reihe zur Ladedrossel geschalteten Reed-Kontaktsatz derart beeinflußt, daß er öffnet.

In der deutschen Offenlegungsschrift 20 10 208 ist eine selbsttätig rückstellende Kurzzeitschutzeinrichtung beschrieben, bei der ein Zweipol parallel zum zu schützenden Schaltkreis geschaltet ist, der bei Überspannung niederohmig wird und eine Überspannungsspitze abkappt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine unaufwendige Schaltungsanordnung für den Überspannungsschutz mit automatischer Rücksetzung der obigen Art mit rein elektronischen Schaltmitteln anzugeben, die in einfacher Weise an das Überspannungsschutzorgan oder an die Klemmen der Speisespannung angeschaltet wird.

Die Lösung erfolgt mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Mitteln.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erbringt die Vorteile, daß sie in unaufwendiger Weise automatisch eine Blockade des Überspannungsschutzes nach erfolgter Auslösung desselben wieder aufhebt, wobei rein elektronische Schaltmittel verwendet werden und wobei diese Zusatzeinrichtung in einfacher Weise parallel zum Überspannungsschutzorgan geschaltet wird. Die Rücksetzung des Überspannungsschutzorgans erfolgt nach einer fest einstellbaren Zeit, deren Bemessung beispielsweise nach der mittleren Dauer der Überspannungsspitzen erfolgt. Grundsätzlich kann diese Zeit sogar sehr kurz eingestellt werden, was zur Folge hat, daß kurze Spannungseinbrüche fast gar nicht wahrgenommen werden und daß bei längerer Überspannungsdauer nach erfolgter erster Rücksetzung eine zweite Blockade mit anschließender zweiter Rücksetzung oder gegebenenfalls mehrmals sich anschließen, solange bis die Überspannungsspitze beendet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Unteransprüche.

Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figur.

Die Figur zeigt das Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Rechts ist ein Thyristor Th eines Stromversorgungs­ gerätes erkennbar, an dessen Ausgangsklemmen die Betriebs­ spannung U _A anliegt und an denen der sich linksseitig erstrec­ kende Zweipol angeschlossen ist. Die drei Kondensatoren C 1, C 2 und C 3 werden über entkoppelnde Gleichrichterstrecken Gr 2, Gr 3 bzw. Gr 5 etwa auf die Betriebsspannung U _A aufgeladen. Es ist ein erster elektronischer Schalter (Ts 1), ein Feldeffekt- Transistor erkennbar, an dessen Gate über einen Widerstand R 2 und einen dritten elektronischen Schalter Ts 2 der Pluspol des zweiten Kondensators C 2 anschaltbar ist, dessen negativer Pol über einen vierten elektronischen Schalter Ts 3 mit dem Pluspol des ersten Kondensators C 1 verbindbar ist und wobei der Minuspol des ersten Kondensators C 1 mit dem Source-Anschluß des Feldef­ fekt-Transistors Ts 1 verbunden ist. Der erste elektronische Schalter Ts 1 liegt mit seinen Drain- und Source-Anschlüssen parallel am Plus- bzw. Minuspol der Betriebsspannung U _A . Die Minuspole der drei Kondensatoren C 1, C 2 und C 3 liegen gemeinsam am negativen Pol der Betriebsspannung U _A , während die Pluspole der Kondensatoren jeweils durch die genannten Gleichrichter­ strecken vom Pluspol der Betriebsspannung U _A entkoppelt sind. Der dritte elektronische Schalter Ts 2 ist an seiner Basis über einen Spannungsteiler R 3, R 4, der zwischen den Pluspolen der ersten beiden Kondensatoren C 1 und C 2 angeschaltet ist, an­ steuerbar. Der vierte elektronische Schalter Ts 3 ist an seiner Basis ebenfalls über einen Spannungsteiler R 7, R 9, der zwi­ schen dem Pluspol des ersten Kondensators C 1 und dem Kollek­ tor des zweiten elektronischen Schalters Ts 5 liegt, ansteuer­ bar. Parallel zum dritten Gleichrichter Gr 5 liegt ein Entlade- Widerstand R 11. Der Emitter des zweiten elektronischen Schalters Ts 5 und seine Basis sind über einen Spannungsteiler R 8, R 10, der zwischen dem Pluspol des ersten Kondensators C 1 und dem gemeinsamen Minuspol liegt, ansteuerbar. Der Pluspol des dritten Kondensators C 3 ist über einen Widerstand R 12 und ei­ nen fünften elektronischen Schalter Ts 4 mit dem gemeinsamen Minuspol verbindbar, wobei die Basis des letzteren über einen Spannungsteiler R 5, R 6, der zwischen dem Kollektor des vierten elektronischen Schalters Ts 3 (liegt gleichzeitig am Minuspol des zweiten Kondensators C 2) und dem gemeinsamen Minuspol ge­ schaltet ist, ansteuerbar ist.

Die Schaltung funktioniert wie folgt:

Stellt sich die Betriebsspannung U _A ein, so laden sich die Kon­ densatoren C 1 bis C 3 auf einen Spannungswert von nahezu U _A auf, und sämtliche Transistoren sind gesperrt. Bei Überspannung wird der Thyristor Th der Stromversorgung gezündet, und die Ausgangs­ spannung U _A bricht sehr schnell auf die Durchlaßspannung des Thyristors von etwa 1 Volt zusammen. Während die ersten beiden Kondensatoren C 1 und C 2 die Ausgangsspannung weiterhin speichern, entlädt sich der dritte Kondensator C 3 über den Widerstand R 11. Wenn nun die Spannung des dritten Kondensators C 3 auf einen Wert von der an Widerstand R 10 anliegenden Spannung vermindert um die Basis-Emitterspannung des zweiten elektronischen Schal­ ters Ts 5 abgesunken ist, beginnt dieser letztere leitend zu werden. Durch den zweiten elektronischen Schalter Ts 5 wird der vierte elektronische Schalter Ts 3 angesteuert, der sei­ nerseits den fünften elektronischen Schalter Ts 4 leitend steu­ ert. Durch letzteren wird der dritte Kondensator C 3 schnell entladen, was eine Rückkopplung beim Leitendwerden der Tran­ sistoren Ts 3, Ts 4 und Ts 5 zur Folge hat. Nach dem Leitendwer­ den des vierten elektronischen Schalters Ts 3 wird auch der dritte elektronische Schalter Ts 2 leitend, sein Kollektorpo­ tential beträgt dann etwa die Summe der Ladespannungen des ersten und zweiten Kondensators, das sind etwa zwei mal U _A . Diese Spannungsverdopplung des Ansteuerimpulses für den er­ sten elektronischen Schalter Ts 1 ist notwendig, um auch bei einer niedrigen Ausgangsspannung von beispielsweise 5 Volt eine Gate-Ansteuerspannung in erforderlicher Höhe von etwa 10 Volt für den Leistungs-MOS-FET Ts 1 zur Verfügung zu haben, so daß dieser Feldeffekt-Transistor vollständig leitend ge­ steuert werden kann. Die Zeitdauer des Ansteuerimpulses des letzteren wird vorwiegend durch die Werte des zweiten Konden­ sators C 2 und des Widerstandes R 3 bestimmt. Der leitende Tran­ sistor Ts 1 weist eine Durchlaßspannung U _DS auf, die kleiner als die Durchlaßspannung des Thyristors Th ist, so daß der Thyri­ stor nahezu stromlos und dadurch gelöscht wird. Wenn nunmehr der zweite Kondensator C 2 entladen ist, wird der dritte elek­ tronische Schalter Ts 2 und damit auch der erste Ts 1 gesperrt. Dadurch wird der Kurzschluß aufgehoben, und die Ausgangsspan­ nung kann sich wieder einstellen, sofern keine Überspannung mehr vorhanden ist. Ist die Überspannung weiterhin vorhanden, so zündet der Überspannungsschutz-Thyristor wieder und wird nach einer bestimmten Zeit, die abhängig ist von dem Wert des dritten Kondensators C 3 und dem des Widerstandes R 11, wie wei­ ter oben geschildert, wieder gelöscht. Gegebenfalls können sich periodisch weitere solcher Löschungen und Zündungen an­ schließen.

Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nicht auf das Anführungsbeispiel der Figur beschränkt.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für den Überspannungsschutz mit automatischer Rücksetzung des Überspannungs-Schutzorgans nach einer erfolgten Auslösung des Überspannungsschutzes, wobei das Überspannungsschutzorgan ein Thyristor ist, der als Querglied zwischen die die Betriebsspannung führenden Leitungen geschaltet ist, wobei parallel zum Thyristor ein erster elektronischer Schalter geschaltet ist, der bei normalen Betriebsspannungswerten einen hochohmigen Zustand einnimmt und der nach dem Zünden des Thyristors so niederohmig gesteuert wird, daß der Strom durch den Thyristor unter den Wert seines Kurzschlußhaltestroms absinkt, so daß der Thyristor gelöscht wird, wobei anschließend der erste elektronische Schalter wieder in seinen hochohmigen Zustand überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektronische Schalter (Ts 1) Bestandteil eines Zweipols ist, daß der Zweipol einen Speicher für die Betriebsspannung im Nennwertebereich enthält, daß weiterhin ein Komparator vorgesehen ist zum Vergleich der aktuellen Betriebsspannungswerte mit dem eingespeicherten Wert, daß der erste elektronische Schalter (Ts 1) vom Komparator in den niederohmigen Zustand gesteuert wird, wenn der aktuelle Betriebsspannungswert (U _A ) unter die Nennwertschwelle absinkt, und daß ein erstes Zeitglied vorgesehen ist, das nach einer bestimmten Zeit den ersten elektronischen Schalter (Ts 1) wieder öffnet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher erste, zweite und dritte Kondensatoren (C 1, C 2 und C 3) enthält, die über entkoppelnde erste, zweite und dritte Diodenstrecken (Gr 2, 3 und 5) von der Betriebsspannung aufgeladen werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur dritten entkoppelnden Diodenstrecke (Gr 3) ein erster Entladewiderstand (R 11) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator einen zweiten elektronischen Schalter (Ts 5) enthält, der nach Unterschreiten der Ladespannung des dritten Kondensators (C 3) unter einen von der Ladespannung des ersten Kondensators (C 1) abgeleiteten Wert leitend wird und den ersten elektronischen Schalter (Ts 1) leitend steuert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeleitete Spannungswert mittels Spannungsteiler (R 8/R 10) von der Ladespannung des ersten Kondensators (C 1) gebildet wird und etwa die Hälfte der Nennspannung beträgt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitglied ein RC-Glied aus zweitem Kondensator (C 2) und einem zweiten Entladewiderstand (R 3) ist, dessen Ladespannung einen dritten elektronischen Schalter (Ts 2) über einen vierten elektronischen Schalter (Ts 3) ansteuert, welch letzterer vom zweiten elektronischen, leitenden Schalter (Ts 5) leitend gesteuert ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter elektronischer Schalter (Ts 4) vorgesehen ist, der durch den leitenden vierten elektronischen Schalter (Ts 3) leitend gesteuert wird und der über einen dritten Entladewiderstand (R 12) den dritten Kondensator (C 3) schnell entlädt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überspannungs- Schutzorgan in einem Stromversorgungsgerät enthalten ist.