DE102006054354A1

DE102006054354A1 - Selbstschützende Crowbar

Info

Publication number: DE102006054354A1
Application number: DE102006054354A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Weinert
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2026-11-18
Also published as: US20090262473A1; DE102006054354B4; US7924538B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ein insbesondere in einem explosionsgefährdeten Bereich betriebenes Elektrogerät, mit einer einem Eingangsklemmenpaar (1, 2) nachgeordneten Begrenzungsschaltung zur Begrenzung einer an einem Ausgangsklemmenpaar (3, 4) anliegenden Ausgangsspanung (U<SUB>A</SUB>) und/oder eines an den Ausgangsklemmen (3, 4) abgegebenen Ausgangsstroms (I<SUB>A</SUB>) unterhalb eines Schwellwertes und einer Kurzschließschaltung (K), die die Ausgangs- oder Eingangsklemmen (1, 2; 3, 4) bei einer Schwellwertüberschreitung kurzschließt. Um Maßnahmen anzugeben, mit denen die Differenz zwischen garantierter Ausgangsspannung und Sicherheitsspannung minimiert werden kann, wird vorgeschlagen, dass das die Begrenzung steuerende Steuersignal (S, S') ursprungsgleich mit dem die Kurzschließschaltung (K) auslösenden Signal ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ein insbesondere in einem explosionsgefährdeten Bereich betriebenes Elektrogerät, mit einer einem Eingangsklemmenpaar nachgeordneten Begrenzungsschaltung zur Begrenzung einer an einem Ausgangsklemmenpaar anliegenden Ausgangsspannung und/oder eines an den Ausgangsklemmen abgegebenen Ausgangsstroms unterhalb eines Schwellwertes und einer Kurzschließschaltung, die die Ausgangs- oder Eingangsklemmen bei einer Schwellwertüberschreitung kurzschließt.
Eine Kurzschließschaltung beschreibt die DE 10 2004 025 420 A1 . Dort ist eine Sicherung zwischen Eingangsklemmenpaar und Ausgangsklemmenpaar vorgesehen. In Stromrichtung hinter der Sicherung befindet sich zwischen Ausgangsklemme und Eingangsklemme ein Thyristor. Dieser wird gezündet, wenn entweder die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom einen zulässigen Schwellwert überschreitet. Mit dem Zünden des Thyristors werden die Ausgangsklemmen kurzgeschlossen. Der sich dadurch schlagartig erhöhende Strom führt zu einem Durchbrennen der Sicherung.
Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2006 003 620 beschreibt eine ähnliche Leistungsbegrenzungsschaltung. Die Schwellwertspannung wird hier durch die Durchbruchspannung einer ZENER-Diode definiert, die mit einem Widerstand eine Spannungsteilerbrücke ausbildet, an welcher die Zündspannung für einen Thyristor abgegriffen wird, welcher im Falle des Überschreiten eines Schwellstromes oder einer Schwellspannung an einem Messwiderstand zündet und damit einen Kurzschluss verursacht, der das Durchbrennen der Sicherung zur Folge hat.
Zur Vermeidung eines reversiblen oder irreversiblen Auslösens dieser oben genannten Crowbar-Schaltung sind im Stand der Technik Regelvorrichtungen der Crowbar-Schaltung vorgeschaltet. Typischerweise wird eine elektronische Spannungs- oder Strombegrenzung oder Spannungs-Stromregelung vor die Crowbar geschaltet, um die überwachte Spannung oder den überwachten Strom auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes der Crowbar zu begrenzen. Es soll damit die an der Crowbar anliegende Spannung bzw. der durch die Crowbar fließende Strom auf Werte begrenzt werden, die unterhalb des Schwellwertes der Crowbar liegen.
Der Schwellwert der Crowbar unterliegt Toleranzen, die beispielsweise von der Durchbruchspannung der verwendeten ZENER-Diode abhängen. Die Schaltschwelle der Regel- bzw. Begrenzungsschaltung muss unterhalb des minimalen Toleranzwertes liegen, um sicherzustellen, dass die überwachte Spannung den Crowbar-Schwellwert nie erreichen kann. Die Schaltschwelle der Regelung unterliegt ebenfalls Bauteiltoleranzen. Auch hier bietet sich als schwellwertdefinierendes Bauteil eine ZENER-Diode an. Die beiden Toleranzen von Begrenzungsschaltung und Kurzschließschaltung sind unabhängig voneinander. Dies hat zur Folge, dass der gesamte Toleranzbereich der Begrenzungsschaltung einen Abstand besitzen muss, zum Toleranzbereich der Kurzschließschaltung. Dies hat wiederum zur Folge, dass die garantierte Ausgangsspannung, die an den Ausgangsklemmen einer Schutzschaltung gemäß Stand der Technik anliegt, deutlich tiefer ist als die zulässige Sicherheitsspannung, die als Ausgangsspannung nicht überschritten werden darf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Differenz zwischen garantierter Ausgangsspannung und Sicherheitsspannung minimiert werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt und mit jedem anderen Anspruch kombinierbar ist.
Das die Begrenzung bewirkende Steuersignal ist ursprungsgleich mit dem die Kurzschließschaltung auslösenden Signal. Die erfinderische Lösung zeichnet sich durch ein Eingangsklemmenpaar und ein Ausgangsklemmenpaar aus, zwischen denen nicht nur eine Begrenzungsschaltung und eine Kurzschließschaltung angeordnet ist, sondern zusätzlich noch eine Messschaltung, die aus der Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom ein Steuersignal liefert. Dieses Steuersignal dient nicht nur zum Betrieb der Begrenzungsschaltung, sondern auch zum Betrieb der Kurzschließschaltung. Es wird einerseits einem Stellglied zur Reduzierung der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes zugeleitet, wenn sich der Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsspannung dem jeweiligen Schwellwert nähert. Andererseits wird dieses Steuersignal an die Kurzschließschaltung weitergeleitet, die auslöst, wenn die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsstrom den Schwellwert überschreitet. Auch hier kann die Messschaltung eine ZENER-Diode und/oder einen Messwiderstand aufweisen. Die ZENER-Diode dient der Bestimmung der Ausgangsspannung bzw. dem Festlegen deren Schwellwertes. Der Messwiderstand dient zur Bestimmung des Ausgangsstromes. Er ist vorzugsweise in den Ausgangsstromkreis in Reihe geschaltet. An ihm wird die dort abfallende Spannung gemessen. Diese kann das Steuersignal erzeugen. Die Messschaltung kann einen Impendanzwandler oder Transistorverstärker ausbilden. Die Eingangsspannung für die Messschaltung kann an einer Spannungsteilerbrücke abgegriffen werden, welche aus einem Widerstand und einer ZENER-Diode besteht. Die Impendanzwandlung bzw. Verstärkung erfolgt über einen stromverstärkend oder spannungsverstärkend geschalteten Transistor. Die Kollektorspannung dieses Transistors liefert die Gate-Spannung eines das Stellglied ausbildenden selbstleitenden Feldeffekttransistors. Die Gate/Source-Schwelle dieses Transistors liegt je nach verwendetem Transistortyp üblicherweise zwischen –1 Volt und –10 Volt. Der das Stellglied ausbildende Regeltransistor sperrt somit bereits dann, wenn die Durchbruchspannung der ZENER-Diode der Messschaltung geringfügig überschritten ist. Es ist vorzugsweise ein Zündspannungsgenerator vorgesehen, mit dem die Kurzschließschaltung, die einen Thyristor aufweisen kann, mit einem Zündstrom versorgt wird, wenn das am dortigen Eingang anliegende Steuersignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Der Zündspannungsgenerator ist zwischen Ausgangsspannung des Stellgliedes, also des selbstleitenden Feldeffekttransistors und Ausgangsklemmenpaar geschaltet. Er liefert nur dann eine Zündspannung, wenn das Steuersignal einen von dieser durch das Stellglied reduzierten Eingangsspannung abgeleiteten Schwellwert überschreitet. Auch hier wird der Schwellwert durch eine dem Zündspannungsgenerator zugeordnete ZENER-Diode bestimmt. Hierdurch ist sichergestellt, dass zumindest im statischen Fall Begrenzungseinrichtung und Kurzschließschaltung nicht gleichzeitig in Wirkung treten. Zur Verhinderung eines Auslösens der Kurzschließschaltung bei pulsartigem Überschreiten des Schwellstromes bzw. der Schwellspannung sind Verzögerungsglieder vorgesehen. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Tiefpassfilter, die von einem RC-Glied ausgebildet werden. Ein derartiges RC-Glied kann zwischen Messschaltung und Zündspannungsgenerator aber auch zwischen Zündspannungsgenerator und Kurzschließschaltung angeordnet sein. Eine steil ansteigende Flanke des Steuersignals wird somit geglättet dem Zündspannungsgenerator zugeleitet. Spannungsspitzen des Steuersignals werden dabei abgeschnitten. Ebenso werden steil ansteigende Zündspannungen geglättet, so dass die Kurzschließschaltung nur dann auslöst, wenn ein Defekt in der Begrenzungsschaltung auftritt. In diesem Fall zündet wie beim Stand der Technik ein zwischen den beiden Ausgangsklemmen angeordneter Thyristor zufolge der dann eine entsprechende Höhe erreichenden, von dem Zündspannungsgenerator erzeugten Zündspannung. Der Kurzschluss hat das Durchbrennen einer Sicherung zur Folge. Bei einer Schmelzsicherung geht die Schutzschaltung irreversibel in den Schutzzustand. Bei einer beispielsweise elektromagnetischen Sicherung geht die Schutzschaltung reversibel in die Schutzstellung. Bei der zuvor beschriebenen Lösung der Aufgabe war das Steuersignal zumeist ein verstärktes Messsig nal. Als Messsignal kommt insbesondere die an einem an der ZENER-Diode in Reihe geschalteten Widerstand abfallende Spannung in Betracht. Diese Spannung hat nur dann einen von Null verschiedenen Betrag, wenn die an den Ausgangsklemmen anliegende Spannung größer ist als die ZENER-Spannung der ZENER-Diode. In einer Variante der Erfindung wird diese Spannung als Steuersignal verwendet. Auch bei dieser Variante ist vorgesehen, dass das Stellglied, also der Feldeffekttransistor von einem verstärkten Steuersignal angesteuert wird. Das unverstärkte Steuersignal wird nicht nur vom Eingang der Verstärkerschaltung abgegriffen. Mit dem Steuersignal wird auch eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode beaufschlagt. Die Diode ist Teil des Zündgenerators. Überschreitet die an den Ausgangsklemmen anliegende Spannung die Summe der ZENER-Spannung und der Spannung des PN-Übergangs der Diode, so liegt an einem in Reihe mit der Diode geschalteten Widerstand eine Spannung an, deren Betrag von Null verschieden ist. Erreicht diese Spannung die Zündspannung des die Kurzschließschaltung bildenden Thyristors, so erfolgt der Kurzschluss. Auch bei dieser Lösung ist eine einzige ZENER-Diode die Lieferantin eines Wertes, der sowohl die Kurzschließspannung als auch die Begrenzungsspannung bestimmt. Der Betrag der Kurzschließspannung ist um die Spannung größer als der Betrag der Begrenzungsschaltung, die an der Diode abfällt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels.
2 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels und
3 das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels.
Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind der Eingang jeweils mit Eingangsklemmen 1 und 2 und der Ausgang mit Ausgangsklemmen 3 und 4 bezeichnet. An den Eingangsklemmen 1, 2 liegt eine Eingangsspannung U_I an. Zur Glättung der Eingangsgleichspannung ist zwischen die Eingangsklemmen 1, 2 ein Kondensator C1 geschaltet. Unmittelbar in Stromrichtung hinter dem Kondensator C1 ist eine Schmelzsicherung F1 oder eine Automatiksicherung geschaltet, die bei Überschreiten eines Grenzstromes durchbrennt. Zur Begrenzung der an den Ausgangsklemmen 3, 4 abgegebenen Ausgangsspannung U_A bzw. des dort fließenden Ausgangsstromes I_A dient ein Stellglied, welches von einem selbstleitenden Feldeffekttransistor T1 ausgebildet ist. Solange die Gate-Spannung am Transistor T1 Null ist, leitet der Transistor T1. Unterschreitet die Gate-Spannung des Transistors T1 eine Gate/Source-Schwelle, die typischerweise zwischen –1 und –10 Volt liegt, so sperrt der Transistor T1.
In Stromflussrichtung nachgeordnet besitzt die Schutzschaltung eine Messschaltung M. Diese Messschaltung dient der Ermittlung eines Steuersignals S. Das Steuersignal S soll bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vom Wert der Ausgangsspannung U_A und bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich vom Wert des Ausgangsstromes I_A abhängen.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt zwischen den Ausgangsklemmen 3, 4, dem Transistor T1 nachgeordnet, eine aus einem Widerstand R2 und einer ZENER-Diode D1 gebildete Brücke. Die Brückenspannung liegt an der Basis eines Transistors T2, in dessen Kollektorschaltkreis ein Widerstand R3 geschaltet ist. Der Emitter des Transistors T2 liegt an dem die Eingangsklemme 2 mit der Ausgangsklemme 4 verbindenden Strang, der das negative Potential besitzt. Der Kollektor des Transistors T2 ist über den Widerstand R3 mit dem das positive Potential aufweisenden anderen Strang verbunden. Am Kollektor des Transistors T2 liegt ein verstärktes Signal an. Liegt die Ausgangsspannung U_A unterhalb der Durchbruchspannung der ZENER-Diode D1, so liegt das Potential der Basis des Transistors T2 auf dem Potential des Emitters. Der Transistor T2 sperrt. Das Steuersignal S ist gleich Null. Der Transistor T1 leitet. Sobald die Ausgangsspannung U_A die Durchbruchspannung der ZENER-Diode D1 zuzüglich der Basisemitterspannung von T2 überschreitet, wird der Transistor T2 leitend mit der Folge, dass das Steuersignal S von Null verschieden ist. Dieses liegt über dem Widerstand R1 am Gate des Transistor T1 an. Die sich verändernde Gate-Spannung führt dazu, dass der Regeltransistor T1 zu sperren beginnt. Die an den Ausgangsklemmen 3, 4 anliegende Spannung U_A bzw. der dort abgezogene Strom I_A sinkt.
Der leitend werdende Transistor T2 steuert über den Widerstand R4 den Transistor T3 eines Zündspannungsgenerators Z an. Hat das Steuersignal S den Wert Null, so sperrt der Transistor T3, so dass das Potential des Kollektors des Transistors T3 auf dem Potential des Strangs zwischen Eingangsklemme 2 und Ausgangsklemme 4 liegt. Zwischen Emitter des Transistors T3 und dem Strang zwischen Regeltransistor T1 und Ausgangsklemme 3 befindet sich eine in Sperrrichtung geschaltete weitere ZENER-Diode D2. Der Transistor T3 wird erst leitend, wenn das Steuersignal S die Durchbruchspannung der ZENER-Diode D2 überschreitet, also die Steuerspannung einen entsprechend negativen Wert annimmt. Erst dann wird der Betrag der vom Kollektor des Transistors T3 gelieferte Zündspannung größer als das Potential, welches am Strang 2, 4 anliegt.
Die beiden Ausgangsklemmen 3, 4 werden mit einem Glättungskondensator C4 verbunden. Parallel zum Glättungskondensator befindet sich ein normalerweise sperrender Thyristor T4. Der Thyristor T4 liegt zwischen Regeltransistor T1 und Eingangsklemme 2. Überschreitet die vom Zündspannungsgenerator Z gelieferte Zündspannung die zum Zünden des Thyristors erforderliche Spannung, so wird der Thyristor T4 augenblicklich leitend. Durch ihn fließt ein sehr hoher Strom, was zum Durchbrennen der Sicherung F1 führt.
Die Dimensionierung der zuvor beschriebenen elektronischen Bauteile ist so gewählt, dass bei ordnungsgemäß funktionierender Messschaltung M und Regeltransistor T1 die am Zündspannungsgenerator Z und insbesondere an der Basis des dortigen Transistors T3 anliegende Steuerspannung S immer kleiner ist als die Durchbruchspannung der ZENER-Diode D2. Die Dimensionierung ist also derartig vorgenommen, dass die Ausgangsspannung U_A durch das Stellglied D1 immer auf Werte geregelt wird, bei denen die Steuerspannung S geringer ist als die Durchbruchspannung der ZENER-Diode D2. Bei einem Defekt des Stellgliedes T1 kann aber die Kurzschlussschaltung K ausgelöst werden. Wird nämlich der Transistor T2 bei einer Ausgangsspannungsüberschreitung leitend, steuert er wiederum den Transistor T3 an. Der Transistor T3 wird somit ebenfalls leitend. Die Spannung am Widerstand R5 bzw. am Gate des Thyristors T4 steigt an. Sobald diese Spannung die Zündspannung von typischerweise 0,8 Volt überschreitet, wird der Thyristor gezündet. Durch die Verstärkungsfaktoren von dem Transistor T2 und dem Transistor T3 erfolgt das Durchschalten des Transistors T3 zündend.
Im Normalfall erfolgt die Ansteuerung des begrenzenden Transistors T1 grundsätzlich ähnlich wie die Auslösung des Schaltvorgangs der Kurzschließschaltung K, die einer klassischen Crowbar-Schaltung entspricht, nämlich durch das Durchschalten des Transistors T2. Dieses wird durch Überschreiten der Durchbruchspannung der ZENER-Diode D1 ausgelöst. Sobald der Transistor T2 durchschaltet, fällt die Gate/Source-Spannung am Regeltransistor T1 unter 0 Volt. Da es sich bei diesem Transistor um einem Feldeffekttransistor mit Enhancement-Charakteristik handelt, beginnt der ursprünglich leitende Transistor T1 bei Unterschreiten seiner Gate/Source-Schwelle zu sperren. Da diese Gate/Source-Schwelle typischerweise zwischen –1 und –10 Volt liegt, sperrt der Transistor T1 bereits vor dem Überschreiten der Durchbruchspannung der ZENER-Diode D2 und somit vor dem Zünden des Thyristors T4.
Um zu verhindern, dass der Thyristor T4 der Crowbar-Schaltung auslöst, obwohl die elektronische Spannungsregelung T1 und M in Funktion ist, muss sichergestellt sein, dass die Spannung an der ZENER-Diode D2 des Zündspannungsgenerators Z sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen niemals die Durchbruchspannung von D2 überschreitet. Denn nur bei Überschreiten der Durchbruchspannung von D2 kann es zu einem hinreichenden Stromfluss durch den Widerstand R5 kommen, so dass dort die zum Zünden des Thyristors T4 erforderliche Zündspannung anliegt. Unter statischen Bedingungen, also bei sich langsam ändernden Ausgangsströmen bzw. Ausgangsspannungen muss die an der ZENER-Diode 2 anliegende Spannung somit immer unter deren Durchbruchspannung liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass die ZENER-Diode D2 so gewählt ist, dass ihre Durchbruchspannung deutlich größer ist als die zum Sperren des Regeltransistors T1 erforderliche Gate-Threshold-Spannung ist. Denn dann ist dieser Transistor T1 bei einem Anstieg der an der ZENER-Diode D2 ansteigenden Spannung bereits voll gesperrt, noch bevor die Durchbruchspannung der ZENER-Diode D2 erreicht wird und es somit zu einem Stromfluss durch R5 kommen kann infolge eines Leitendwerdens des Transistors T3.
Unter dynamischen Bedingungen, also während des Regelvorganges bei Eingangsspannungs- und/oder Lastschwankungen muss die Spannungsregelung immer schneller sein als der Ansteuermechanismus des Thyristors T4. Spannungsspitzen dürfen nicht zur Zündung der Crowbar führen. Der Transistor T2 muss immer sperren, bevor der Strom durch D2 bzw. R5 so weit ansteigt, dass die Gate-Spannung am Thyristor den zum Zünden erforderlichen Wert erreichen kann.
Um dies zu vermeiden, sind zwischen Messschaltung M und Zündspannungsgenerator Z bzw. zwischen Zündspannungsgenerator Z und urzschließschaltung K Tiefpassfilter vorgesehen. Diese bewirken eine Verzögerung bzw. eine Glättung des Steuersignales S bzw. der Zündspannung. Im Detail bestehen diese Tiefpassfilter aus dem Widerstand R4 und dem Kondensator C2, welcher zwischen Basis des Transistors T3 und ZENER-Diode D2 geschaltet ist. Der Kondensator C2 wirkt somit glättend.
Der zweite Tiefpassfilter befindet sich zwischen Kollektor des Transistors T3, welcher die Zündspannung liefert und dem Gate des Thyristors T4. Die Gate-Spannung des Thyristors T4 wird somit erst erreicht, wenn der Kondensator C3 aufgeladen ist.
Die in der 2 dargestellte Variante entspricht im Wesentlichen der zuvor erörterten, in 1 dargestellten Schaltung. Diese Schaltung wirkt aber nicht nur spannungsbegrenzend, sondern auch strombegrenzend. In den Ausgangskreis ist ein Messwiderstand R8 geschaltet. Über den Widerstand R7, der im Wesentlichen der Impedanzerhöhung dient, wird die am Messwiderstand R8 abfallende, dem Ausgangsstrom I_A proportionale Messspannung abgegriffen. Diese liegt an der Basis des Transistors T2 an. Die Kollektorspannung des Transistors T2, die das Steuersignal S ausbildet, ist somit abhängig von der am Messwiderstand R8 abgegriffenen Spannung. Mit dieser Schaltung wird also nicht nur ein Überschreiten der maximal zulässigen Spannung dadurch erkannt, dass die Spannung nach Überschreiten der Durchbruchspannung von D1 an R2 ansteigt. Das Schaltungskonzept kann auch zur Strombegrenzung verwendet werden. Auch hier wird der Spannungsanstieg an R2 genutzt. In diesem Falle wird dieser Spannungsanstieg aber nicht durch den Stromfluss durch D1, sondern durch den Spannungsabfall am Messwiderstand R8 erzeugt. Das weitere Funktionsprinzip entspricht dann demjenigen, wie es oben bereits betreffend die Spannungsbegrenzung erläutert wurde. Der Anstieg der Kollek torspannung des Transistors T2 führt zu einem Anstieg der Gate-Spannung des Stellgliedes T1 mit der Folge, dass die Ausgangsspannung U_A bzw. der Ausgangsstrom I_A reduziert wird. Auch hier erfolgt die Strombegrenzung vor dem Auslösen der Crowbar.
Als wesentlicher Erfolg der erfindungsgemäßen Weiterbildung einer Schutzschaltung des Standes der Technik wird angesehen, dass sowohl die Schwellspannung der Begrenzungsschaltung als auch die Schwellspannung der Kurzschließschaltung von einem einzigen Bauelement, also der ZENER-Diode D1 definiert wird. Es sind keine zwei in Reihe geschalteten toleranzbehafteten Bauteile erforderlich. Die Verwendung eines gemeinsam benutzten, den Schwellwert bestimmenden Bauteils für sowohl das Stell- bzw. Riegelglied T1 als auch für die Kurzschließschaltung K hat zur Folge, dass die garantierte Ausgangsspannung enger an die Sicherheitsspannung, bei der die Crowbar auslöst, angenähert werden kann.
Die in 3 dargestellte Variante entspricht im Wesentlichen der in 1 dargestellten Schaltung. Das Steuersignal S', mit welchem der Feldeffekttransistor T1 bzw. der Zündgenerator Z angesteuert wird, ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine unverstärkte Spannung, nämlich die Spannung, die am Widerstand R2 abfällt. Der Widerstand R2 ist mit der ZENER-Diode D1 in Reihe geschaltet. Liegt an den Ausgangsklemmen 3, 4 eine Spannung an, die größer ist als die ZENER-Spannung der ZENER-Diode D1, so fällt am Widerstand R2 eine Spannung ab. Diese Spannung stellt das Steuersignal S' dar.
Das Steuersignal S' wird über den Widerstand R4 an die Basis des Transistors T2 geleitet. Die Emitterspannung des Transistors T2 wird, wie es bereits zur Schaltung 1 beschrieben wurde, über den Widerstand R1 an das Gate des Feldeffekttransistors T1 gebracht. Das Gate des Feldeffekttransistors T1 wird elektronisch identisch angesteuert wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1.
Anders als bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird dem Zündgenerator Z aber jetzt die unmittelbar an der ZENER-Diode D1 abfallende Spannung, die dem Steuersignal S' entspricht, zugeleitet. Eine Diode D2' ist in Stromrichtung gepolt, so dass der Schwellwert der Kurzschließspannung um die Spannung des PN-Übergangs der Diode D2' höher ist als die Begrenzungsspannung, welche der ZENER-Spannung D1 entspricht. Diese Schaltung enthält weniger Bauelemente als die beiden zuvor erörterten Schaltungen.
Die Zündspannung fällt auch bei dieser Schaltung am Widerstand R5 ab. Dort fällt nur dann eine Spannung ab, wenn die zwischen den Ausgangsklemmen 3, 4 anliegende Spannung höher ist als die Summe der ZENER-Spannung der ZENER-Diode D1 und dem Spannungsabfall an der Diode D2'.
Zur Dämpfung und zur Vermeidung von Fehlschaltungen ist auch hier ein Dämpfungskondensator C3 zwischen Gate des Tyristors T4 und Ausgangsklemme 4 vorgesehen. Auch bei dieser Schaltung kann das Dämpfungsglied als RC-Glied verwirklicht werden.
Der von der Diode D2' verwirklichte Schaltabstand stellt sicher, dass vor dem Auslösen des Zündgenerators eine elektronische Spannungsbegrenzung stattfinden kann und der Zündgenerator erst auslöst, wenn die elektronische Spannungsbegrenzung versagt.
Die in 3 dargestellte Schaltung kann auch durch zusätzliche Widerstände R7 und R8, wie sie aus der 2 her bekannt sind, ergänzt werden, damit auch eine Strombegrenzung verwirklicht ist.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehö rigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

Schutzschaltung für ein insbesondere in einem explosionsgefährdeten Bereich betriebenes Elektrogerät, mit einer einem Eingangsklemmenpaar (1, 2) nachgeordneten Begrenzungsschaltung zur Begrenzung einer an einem Ausgangsklemmenpaar (3, 4) anliegenden Ausgangsspannung (U_A) und/oder eines an den Ausgangsklemmen (3, 4) abgegebenen Ausgangsstroms (I_A) unterhalb eines Schwellwertes und einer Kurzschließschaltung (K), die die Ausgangs- oder Eingangsklemmen (1, 2; 3, 4) bei einer Schwellwertüberschreitung kurzschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das die Begrenzung steuernde Steuersignal (S, S') ursprungsgleich mit dem die Kurzschließschaltung (K) auslösenden Signals ist.
Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Messschaltung (M), die aus der Ausgangsspannung (U_A) oder dem Ausgangsstrom (I_A) ein Steuersignal (S, S') liefert, welches einerseits einem Stellglied (T1) zur Reduzierung der Ausgangsspannung (U_A) oder des Ausgangsstromes (I_A) und andererseits der Kurzschließschaltung (K) zugeführt wird.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorbezeichneten Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (M) eine ZENER-Diode (D1) und/oder einen Messwiderstand (R8) aufweist.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) eine insbesondere transistorverstärkte oder impendanzgewandelte Spannung ist.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (T1) ein selbstleitender Feldeffekttransistor ist, an dessen Gate das Steuersignal (S) anliegt.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen Zündspannungsgenerator (Z) zur Versorgung der Kurzschließschaltung (K) mit einer Zündspannung, wenn das am Eingang des Zündspannungsgenerators (Z) anliegende Steuersignal (S) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert von einer dem Zündgenerator (Z) zugeordneten ZENER-Diode (D2) mitbestimmt wird.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch mindestens ein elektronisches Verzögerungsglied (R4, C2; R6, C3) zwischen Messschaltung (M) und Kurzschließschaltung (K).
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsglied ein RC-Glied ist.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch ein zwischen Messschaltung (M) und Zündspannungsgenerator (Z) angeordnetes Verzögerungsglied.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch ein zwischen Zündspannungsgenerator (Z) und Kurzschlißschaltung (K) angeordnetes Verzögerungsglied.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschließschaltung (K) einen Thyristor (T4) aufweist.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine bei Kurzschluss durchbrennende Sicherung (F1).
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate/Source-Schwellwert des das Stellglied ausbildenden Feldeffekttransistors (T1) kleiner ist als das zur Erzeugung einer die Kurzschlussschaltung (K) auslösenden Zündspannung erforderliche, am Zündspannungsgenerator (Z) anliegende Steuersignal (S).
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Zündspannungsgenerator (Z) zugeordnete ZENER-Diode (D2) eine Durchbruchspannung aufweist, die deutlich größer ist als die zum Sperren des Feldeffekttransistors (T1) erforderliche Gate-Threshold-Spannung.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer signal (S') eine an einem mit einer ZENER-Diode (D1) in Reihe geschalteten Widerstand (R2) abfallende Spannung ist.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Verstärkerschaltung (V), mit welcher das Steuersignal (S') zur Erzeugung einer Ansteuerspannung für das Stellglied (T1) verstärkt wird.
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine in Durchlassrichtung mit dem Steuersignal (S') beaufschlagte Diode (D2') des Zündgenerators (Z).
Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Zündgenerators die Summe der an der ZENER-Diode (D1) der Messschaltung (M) und der Diode (D2') des Zündgenerators (Z) abfallenden Spannungen ist.