DE102006056591A1 - Schaltung zur Spannungsbegrenzung - Google Patents

Schaltung zur Spannungsbegrenzung Download PDF

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    • 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

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Abstract

Es ist eine eine geringe Leistungsaufnahme aufweisende Schaltung zur Spannungsbegrenzung beschrieben, die dazu dient, eine daran anliegende Eingangsspannung (U<SUB>E</SUB>) auf eine Regelspannung zu begrenzen, mit einem ersten Eingang (E<SUB>1</SUB>) und einem zweiten Eingang (E<SUB>2</SUB>), zwischen denen die Eingangsspannung (U<SUB>E</SUB>) anlegbar ist, einem ersten und einem zweiten Ausgang (A<SUB>1</SUB>, A<SUB>2</SUB>), zwischen denen eine Ausgangsspannung (U<SUB>A</SUB>) abnehmbar ist, einem ersten Längszweig (L<SUB>1</SUB>), der vom ersten Eingang E<SUB>1</SUB>) zum ersten Ausgang (A<SUB>1</SUB>) führt, und einem zweiten Längszweig (L<SUB>2</SUB>), der vom zweiten Eingang (E<SUB>2</inem den ersten mit dem zweiten Längszweig (L<SUB>1</SUB>, L<SUB>2</SUB>) verbindenden ersten Querzweig (Q1), in dem ein Spannungsteiler angeordnet ist, einem den ersten mit dem zweiten Längszweig (L<SUB>1</SUB>, L<SUB>2</SUB>) verbindenden zweiten Querzweig (Q5), in dem ein Steuertransistor (ST) und eine Referenzdiode (Z) in Serie angeordnet sind, einem den ersten mit dem zweiten Längszweig (L<SUB>1</SUB>, L<SUB>2</SUB>) verbindenden dritten Querzweig (Q6), in dem ein Leistungstransistor (LT) angeordnet ist, dessen Basis mit einem im zweiten Querzweig (Q5) vor dem Steuertransistor (ST) und vor der Referenzdiode (Z) angeordneten Abgriff (P3) verbunden ist, und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Querzweig (Q1, Q5) angeordneten Operationsverstärker (OP), dessen erster Eingang mit einem Abgriff (P1) des Spannungsteilers verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einem zwischen dem Steuertransistor ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Spannungsbegrenzung.
  • In der industriellen Messtechnik werden eine Vielzahl elektronischer Geräte, insb. Messgeräte, eingesetzt. Diese werden über eine Spannungsquelle mit Energie versorgt und weisen einen internen Verbraucher auf, dem diese Energie zur Erfüllung seiner Funktion zugeführt wird. Der Verbraucher ist beispielsweise ein Sensor, eine Mess- und/oder Regelschaltung, oder eine Signalverarbeitung. Für den einwandfreien Betrieb dieser Verbraucher ist es in der Regel erforderlich, die diesen zugeführte Spannung zuverlässig auf eine vorgegebene Regelspannung zu beschränken, die nicht überschritten werden darf. Die Regelspannung ist beispielsweise durch die Art des Verbrauchers vorgegeben, sie kann aber auch durch am Einsatzort des Verbrauchers geltende Sicherheitsvorschriften vorgegeben sein. Ein Beispiel für eine von der Art des Verbrauchers vorgegeben Regelspannung ist ein Mikroprozessor als Verbraucher, dessen Eingangsspannung eine vorgegebene Obergrenze nicht überschreiten darf, um eine Beschädigung dieses Bauteils zu vermeiden. Beispiele für durch Sicherheitsvorschriften vorgegebene Regelspannungen sind z.B. in den in vielen Industriezweigen geltenden Vorschriften zum Explosionsschutz angeführt. Dabei gilt es eine Funkenbildung, die unter Umständen eine Explosion auslösen könnte, zu vermeiden. So ist z.B. gemäß der Europäischen Norm EN 50 020 aus dem Jahr 1994 Explosionsschutz gegeben, wenn Geräte gemäß der darin definierten Schutzklasse mit dem Namen 'Eigensicherheit' (Ex-i) ausgebildet sind. Gemäß dieser Schutzklasse haben die Werte für die elektrischen Größen Strom, Spannung und Leistung in einem Gerät zu jeder Zeit jeweils unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes zu liegen. Die drei Grenzwerte sind so gewählt, dass im Fehlerfall, z.B. durch einen Kurzschluss, die maximal frei werdende Energie nicht ausreicht, um einen Zündfunken oder eine Überhitzung zu erzeugen.
  • Eine Begrenzung der Spannung auf eine vorgegebene Regelspannung erfolgt typischer Weise durch eine Schaltung zur Spannungsbegrenzung, die dem Verbraucher vorgeschaltet wird. 1 zeigt eine hierfür häufig verwendete Schaltungsanordnung mit einer Spannungsquelle 1, einer Schaltung zur Spannungsbegrenzung 3 und einem dieser nachgeschalteten Verbraucher 5.
  • Die Schaltung zur Spannungsbegrenzung 3 ist im einfachsten Fall eine diskrete Zener-Diode, die parallel zur Spannungsquelle 1 geschaltet wird. Hierdurch ist jedoch nur eine für viele Anwendungen zu ungenaue Spannungsbegrenzung erzielbar, und die Stromableitfähigkeit dieser direkten Parallelspannungsbegrenzung ist oft zu gering.
  • Außerdem fließt über die Zener-Diode in der Regel auch im Sperrbereich ein mit ansteigender Spannung anwachsender Strom, der zur Folge hat, dass diese Ausführung der Schaltung zur Spannungsbegrenzung 3 auch unterhalb der Regelspannung Energie verbraucht, die dem Verbraucher 5 nicht mehr zur Verfügung steht.
  • Es gibt insb. in der Mess- und Regeltechnik eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen es sehr wichtig ist, den für die Spannungsbegrenzung erforderlichen Energiebedarf zu minimieren. Ein Beispiel hierfür sind so genannte 2-Draht Messgeräte. Dies sind Messgeräte, bei denen sowohl die Versorgung des Messgeräts als auch die Signalübertragung über ein einziges Leitungspaar erfolgt. Beispielsweise werden solche Messgeräte mit 12 V gespeist und das Messgerät steuert einen über das Leitungspaar fließenden Strom in Abhängigkeit von einem momentanen Messwert. Das Messsignal ist bei diesen Messgeräten ein Signalstrom. Gemäß einem in der Mess- und Regeltechnik üblichen Standard wird der Signalstrom in Abhängigkeit von dem momentanen Messwert auf Werte zwischen einem minimalen Signalstrom von 4 mA und einem maximalen Signalstrom von 20 mA eingestellt. Da über das Leitungspaar sowohl die Versorgung als auch die Signalübertragung erfolgt steht dem Messgerät bei einer Speisespannung von 12 V und einem Signalstrom von 4 mA nur eine Leistung von 48 mW zur Verfügung. Entsprechend ist es gerade bei diesen Messgeräten sehr wichtig, eine durch die in der Regel zwingend erforderlich Schaltung zur Spannungsbegrenzung bedingte Verlustleistung zu reduzieren.
  • 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Schaltung zur Spannungsbegrenzung. Es handelt sich hierbei um eine aktive Parallelspannungsbegrenzung. Die Schaltung umfasst einen ersten Eingang E1 und einen zweiten Eingang E2, zwischen denen eine Eingangspannung UE anlegbar ist. Die Schaltung dient dazu, eine anliegende Eingangsspannung UE auf eine Regelspannung zu begrenzen. Die Schaltung weist einen ersten und einen zweiten Ausgang A1, A2 auf, zwischen denen eine gegebenenfalls durch die Schaltung begrenzte Ausgangsspannung UA abnehmbar ist. Es ist ein erster vom ersten Eingang E1 zum ersten Ausgang A1 und ein zweiter vom zweiten Eingang E2 zum zweiten Ausgang A2 führender Längszweig L1, L2 vorgesehen. Weiter umfasst die Schaltung vier parallel zueinander hintereinander angeordnete Querzweige Q1, Q2, Q3 und Q4, die jeweils den ersten Längszweig L1 mit dem zweiten Längszweig L2 verbinden. Im ersten Querzweig Q1 ist ein Spannungsteiler angeordnet, der aus zwei in Serie geschalteten Widerständen R1 und R2 besteht. Im zweiten Querzweig Q2 sind ein Widerstand R3 und eine Referenzdiode Z in Serie angeordnet. Im dritten Querzweig Q3 sind ein Widerstand R4 und ein Steuertransistor ST in Serie angeordnet, und im vierten Querzweig Q4 ist ein Leistungstransistor LT angeordnet. Zwischen dem zweiten und dem dritten Querzweig Q2, Q3 ist ein Operationsverstärker OP angeordnet, dessen erster Eingang mit einem zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 des Spannungsteilers angeordneten Abgriff P1 verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers OP ist mit einem zwischen dem Widerstand R3 und der Referenzdiode Z im zweiten Querzweig angeordneten Abgriff P2 verbunden. Ein Ausgang des Operationsverstärkers OP ist über einen weiteren Widerstand R5 mit einer Basis des Steuertransistors ST verbunden. Eine Basis des Leistungstransistors LT ist über einen Widerstand R6 mit einem zwischen dem Steuertransistor ST und dem ersten Längszweig angeordneten Abgriff P3 verbunden.
  • Übersteigt die Eingangsspannung UE die vorgegebene Regelspannung, für die die Schaltung ausgelegt ist, so wird die Referenzdiode Z leitend und bewirkt einen Spannungsabfall am zweiten Eingang des Operationsverstärkers OP. Der Operationsverstärker OP verstärkt die Differenz der an seinen Eingängen anliegenden Spannungen und liefert aufgrund des vorgenannten Spannungsabfalls eine Ausgangsspannung, durch die der Steuertransistor leitend wird. Dies hat einen Spannungsabfall am Abgriff P3 zur Folge, der bewirkt, dass auch der Leistungstransistor LT leitend wird, und die Spannung durch einen im Wesentlichen über den vierten Querzweig Q4 fließenden Strom begrenzt wird. Diese Form der aktiven Parallelspannungsbegrenzung bietet den Vorteil, dass über den Leistungstransistor LT sehr hohe Ströme fließen können. Sie weist damit eine hohe Stromableitfähigkeit auf.
  • Für den Einsatz von Referenzdioden Z wird von deren Herstellern in der Regel in entsprechenden Datenblättern ein Mindestreferenzstrom vorgegeben, der über die Referenzdiode fließen muss. Dies lässt sich anhand von klassischen Strom-Spannungs-Kennlinien von Referenzdioden veranschaulichen, aus denen hervorgeht, dass durch Referenzdioden auch unterhalb von deren Durchbruchspannung ein mit steigender anliegender Spannung ansteigender Strom fließt. Der Mindestreferenzstrom fließt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im zweiten Querzweig Q2 über den Widerstand R3 und die Referenzdiode Z und führt damit zu einer ständigen Leistungsaufnahme durch die Schaltung.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Schaltung zur Spannungsbegrenzung anzugeben, die eine geringe Leistungsaufnahme aufweist.
  • Hierzu besteht die Erfindung in einer Schaltung zur Spannungsbegrenzung, die dazu dient eine daran anliegende Eingangsspannung auf eine Regelspannung zu begrenzen, mit
    • – einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang, zwischen denen die Eingangspannung anlegbar ist,
    • – einem ersten und einem zweiten Ausgang, zwischen denen eine Ausgangsspannung abnehmbar ist,
    • – einem ersten Längszweig, der vom ersten Eingang zum ersten Ausgang führt, und
    • – einem zweiten Längszweig, der vom zweiten Eingang zum zweiten Ausgang führt,
    • – einem den ersten mit dem zweiten Längszweig verbindenden ersten Querzweig, in dem ein Spannungsteiler angeordnet ist,
    • – einem den ersten mit dem zweiten Längszweig verbindenden zweiten Querzweig, in dem ein Steuertransistor und eine Referenzdiode in Serie angeordnet sind,
    • – einem den ersten mit dem zweiten Längszweig verbindenden dritten Querzweig, in dem ein Leistungstransistor angeordnet ist,
    • – dessen Basis mit einem im zweiten Querzweig vor dem Steuertransistor und vor der Referenzdiode angeordneten Abgriff verbunden ist, und
    • – einem zwischen dem ersten und dem zweiten Querzweig angeordneten Operationsverstärker,
    • – dessen erster Eingang mit einem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist,
    • – dessen zweiter Eingang mit einem zwischen dem Steuertransistor und der Referenzdiode im zweiten Querzweig angeordneten Abgriff verbunden ist, und
    • – dessen Ausgang mit einer Basis des Steuertransistors verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung weist der Spannungsteiler zwei in Serie geschaltete Widerstände auf, zwischen denen der Abgriff angeordnet ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird der Operationsverstärker über eine zweiteilige Versorgungsleitung mit Energie versorgt, deren erster Teil vom ersten Längszweig zum Operationsverstärker führt, und deren zweiter Teil vom Operationsverstärker über die Referenzdiode zum zweiten Längszweig führt.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird ein Versorgungsstrom für den Operationsverstärker über die Referenzdiode geleitet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und der Basis des Steuertransistors ein Widerstand angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist dem Steuertransistor und der Referenzdiode ein Widerstand vorgeschaltet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Basis des Leistungstransistors und dem im zweiten Querzweig angeordneten mit der Basis des Leistungstransistors verbundenen Abgriff ein Widerstand angeordnet.
  • Die erfindungsgemäßen Schaltungen zur Spannungsbegrenzung weisen den wesentlichen Vorteil auf, dass die Referenzdiode Z nur mit dem Mindestreferenzstrom versorgt wird, den die Schaltung tatsächlich für eine aktive Spannungsbegrenzung benötigt wird. Bei niedrigeren Eingangsspannungen, bei denen kein Regelungsbedarf besteht, wird weniger Energie verbraucht.
  • Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung mit einer Spannungsquelle, einer Schaltung zur Spannungsbegrenzung und einem dieser nachgeschalteten Verbraucher
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Spannungsbegrenzung;
  • 3 zeigt eine erste erfindungsgemäße Schaltung zur Spannungsbegrenzung; und
  • 4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Schaltung zur Spannungsbegrenzung.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsbegrenzung. Sie dient dazu eine an der Schaltung anliegende Eingangsspannung UE auf eine vorgegebene Regelspannung zu begrenzen, und liefert eine entsprechend begrenzte Ausgangsspannung UA. Es handelt sich hierbei um eine aktive Parallelspannungsbegrenzung. Die Schaltung umfasst einen ersten Eingang E1 und einen zweiten Eingang E2, zwischen denen die Eingangspannung UE anlegbar ist. Sie weist einen ersten und einen zweiten Ausgang A1, A2 auf, zwischen denen eine gegebenenfalls durch die Schaltung begrenzte Ausgangsspannung UA abnehmbar ist. Die erfindungsgemäße Schaltung wird typischerweise wie in 1 dargestellt verwendet. Dort wird die Schaltung zur Spannungsbegrenzung über die Eingänge E1 und E2 von der Spannungsquelle 1 gespeist und speist den nachgeschalteten Verbraucher 5 über die Ausgänge A1 und A2.
  • In der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsbegrenzung ist ein erster vom ersten Eingang E1 zum ersten Ausgang A1 und ein zweiter vom zweiten Eingang E2 zum zweiten Ausgang A2 führender Längszweig L1, L2 vorgesehen.
  • Weiter umfasst die Schaltung drei Querzweige Q1, Q5 und Q6, die jeweils den ersten Längszweig L1 mit dem zweiten Längszweig L2 verbinden. In dem ersten Querzweig Q1 ist ein Spannungsteiler angeordnet. Dieser weist zwei in Serie geschaltete Widerstände R1 und R2 auf, über die die an der Schaltung anliegende Eingangsspannung UE abfällt. Zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 befindet sich ein Abgriff P1, an dem eine von der Eingangsspannung UE abhängige Bezugsspannung UB abgegriffen werden kann. In dem zweiten Querzweig Q5 sind ein Widerstand R4, ein Steuertransistor ST und eine Referenzdiode Z in der angegebenen Reihenfolge in Serie angeordnet. In dem dritten Querzweig Q6 ist ein Leistungstransistor LT angeordnet, der über den Steuertransistor ST angesteuert wird. Hierzu ist eine Basis des Leistungstransistors LT über einen Widerstand R6 mit einem im zweiten Querzweig Q5 vor dem Steuertransistor ST und vor der Referenzdiode Z angeordneten Abgriff P3 verbunden. Der Abgriff P3 befindet sich zwischen dem Widerstand R4 und dem Steuertransistor ST.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Querzweig Q1 und Q5 ist ein Operationsverstärker OP angeordnet, dessen erster Eingang mit dem Abgriff P1 des Spannungsteilers verbunden ist, und dessen zweiter Eingang mit einem zwischen dem Steuertransistor ST und der Referenzdiode Z im zweiten Querzweig Q5 angeordneten Abgriff P4 verbunden ist. Der Operationsverstärker OP weist einen Ausgang auf, der über einen Widerstand R5 mit einer Basis des Steuertransistors ST verbunden ist.
  • Bei niedrigen Eingangsspannungen UE unterhalb der Regelspannung sperrt der Steuertransistor ST und es fließt kein Strom über den dritten Querzweig Q5. Entsprechend tritt über diesen Querzweig Q5 keine Leistungsaufnahme auf. Ein Anstieg der Eingangsspannung UE führt nun dazu, dass die am ersten Eingang des Operationsverstärkers OP über den Abgriff P1 am Spannungsteiler anliegende Spannung ansteigt. Die Differenz zwischen den an den Eingängen des Operationsverstärkers OP anliegenden Spannungen steigt mit ansteigender Eingangsspannung UE an. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP steigt entsprechend dieser Differenz an und führt zu einer von dieser Differenz abhängigen Öffnung des Steuertransistors ST. Hierdurch wird der Steuertransistor ST leitend und im dritten Querzweig Q5 fließt ein Strom über die Referenzdiode Z. Dies führt zu einer Absenkung der Spannung am Abgriff P4 und damit zu einer Vergrößerung der Differenz der an den Eingängen des Operationsverstärkers OP anliegenden Spannungen, die wiederum ein Ausgangssignal bewirkt, durch das der Steuertransistor ST weiter geöffnet wird. Sowie der über den dritten Querzweig Q5 fließende Strom den Mindeststrom für den Betrieb der Referenzdiode Z erreicht hat, ist die Referenzdiode Z voll funktionsfähig und liefert die gewünschte für die Spannungsregelung durch die Schaltung erforderliche Referenzspannung. Die ansteigende Eingangsspannung UE und der hierdurch aufgrund der Zusammenschaltung des Operationsverstärker OP, des Steuertransistors ST und der Referenzdiode Z bewirkte ansteigende Stromfluss durch den zweiten Querzweig Q5 bewirkt einen Spannungsabfall am Abgriff P3, der zur Folge hat, dass auch der Leistungstransistor LT leitend wird. Wird die vorgegebene Regelspannung überschritten, so ist der Leistungstransistor LT vollständig durchgeschaltet, und die Spannung wird durch einen im Wesentlichen über den dritten Querzweig Q6 fließenden Strom begrenzt. Diese Form der aktiven Parallelspannungsbegrenzung bietet den Vorteil, dass über den Leistungstransistor LT sehr hohe Ströme fließen können. Sie weist damit eine hohe Stromableitfähigkeit auf.
  • Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Referenzdiode Z bei der erfindungsgemäßen Schaltung in dem zweiten Querzweig Q5 angeordnet, in dem auch der Steuertransistor ST angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass der durch die Referenzdiode Z fließende Strom über den Steuertransistor ST bereitgestellt wird. Der im Datenblatt vorgesehene Mindest-Referenzstrom für die Referenzdiode Z wird hierüber nur dann bereitgestellt, wenn die Eingangsspannung UE soweit ansteigt, dass die Potentialdifferenz am Operationsverstärker OP ausreicht, um eine Öffnung des Steuertransistors ST auszulösen. Tut sie das nicht, tritt auch keine durch die Vorhaltung des Mindest-Referenzstromes für die Referenzdiode Z bedingte Leistungsaufnahme auf. Sobald die Potentialdifferenz hierzu ausreicht, wird der Mindest-Referenzstrom für den Betrieb der Referenzdiode Z automatisch über den nun leitenden Steuertransistor ST bereitgestellt. Dies bietet den Vorteil, dass der Mindest-Referenzstrom nur dann vorgehalten wird, wenn die Eingangsspannung UE so hoch ist, dass die Referenzdiode Z tatsächlich benötigt wird. Damit weist die erfindungsgemäße Schaltung solange die Eingangsspannung UE unterhalb der Regelspannung liegt eine sehr viel geringere Leistungsaufnahme auf, als die in 2 dargestellte Schaltung.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in der Schaltung unterschiedliche Referenzdioden Z eingesetzt werden können, ohne dass eine Anpassung der Schaltung erforderlich ist. Die Schaltung stellt im Bedarfsfall automatisch den erforderlichen Mindest-Referenzstrom zur Verfügung ohne das eine Umdimensionierung anderer Bauteile erforderlich ist.
  • Der Operationsverstärker OP benötigt Energie, die von der Schaltung bereit gestellt werden muss, und ebenfalls zur Leistungsaufnahme der Schaltung beiträgt. Die Energie wird üblicher Weise, wie in 2 und 3 dargestellt, über eine zweiteilige Versorgungsleitung bereit gestellt. Diese weist einen ersten Teil 7 auf, der vom ersten Längszweig L1 zum Operationsverstärker OP führt, und sie weist einen zweiten Teil auf, der vom Operationsverstärker OP zum zweiten Längszweig L2 führt. Bezogen auf den Verbraucher 5 ist die für den Betrieb des Operationsverstärkers OP benötigte Energie als Verlustleistung zu werten.
  • Die Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Schaltung lässt sich noch weiter reduzieren, indem ein Versorgungsstrom für den Operationsverstärker OP über die Referenzdiode Z geleitet wird. Dies geschieht bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem der Operationsverstärker OP über eine zweiteilige Versorgungsleitung mit Energie versorgt wird, deren erster Teil 11 vom ersten Längszweig L1 zu Operationsverstärker OP führt, und deren zweiter Teil 13 vom Operationsverstärker OP über die Referenzdiode Z zum zweiten Längszweig L2 führt. Hierdurch wird bewirkt, dass sich die in 4 dargestellte erfindungsgemäße Schaltung bei ansteigender Eingangsspannung UE selbsttätig in Betrieb nimmt. Liegt keine Eingangspannung UE an, so ist der Operationsverstärker OP unterversorgt und damit nicht einsatzbereit, und der Steuertransistor ST sperrt den zweiten Querzweig Q5. Ein Anstieg der Eingangsspannung UE bewirkt nun einen Anstieg der über den Operationsverstärker OP und die dazu in Reihe befindliche Referenzdiode Z. Hierdurch wird ein mit ansteigender Eingansspannung UE ansteigender Strom über die zweiteilige Versorgungsleitung und die Referenzdiode Z bewirkt. Sobald dieser Strom ausreicht, um den Operationsverstärker OP ausreichend zu versorgen, nimmt dieser seinen Betrieb auf, und liefert genau wie bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Ausgangssignal, dass von der an seinen Eingängen anliegen Spannungsdifferenz abhängt. Dies führt dann mit ansteigender Eingangsspannung UE zu einer Öffnung des Steuertransistors ST, über die dann automatisch eine ausreichende Stromversorgung für die Referenzdiode Z zur Verfügung steht. Dadurch, dass der Versorgungsstrom für den Operationsverstärker OP und der über den Steuertransistor ST geleitete Strom über die Referenzdiode Z fließen, wird der Mindestreferenzstrom für die Referenzdiode Z bereits bei niedrigeren durch den Steuertransistor ST fließenden Strömen erreicht. Dies führt zu einer weiteren Verringerung der Leistungsaufnahme der Schaltung unterhalb des Regelbereichs.
    1 Spannungsquelle
    3 Schaltung zur Spannungsgebrenzung
    5 Verbraucher
    7 erster Teil der Versorgungsleitung
    9 zweiter Teil der Versorgungsleitung
    11 erster Teil der Versorgungsleitung
    13 zweiter Teil der Versorgungsleitung
    UE Eingangsspannung
    UA Ausgangsspannung
    E1 erster Eingang
    E2 zweiter Eingang
    A1 erster Ausgang
    A2 zweiter Ausgang
    L1 erster Längszweig
    L2 zweiter Längszweig
    Q1 erster Querzweig
    Q2 zweiter Querzweig
    Q3 dritter Querzweig
    Q4 vierter Querzweig
    Q5 zweiter Querzweig
    Q6 dritter Querzweig
    R1 Widerstand
    R2 Widerstand
    R3 Widerstand
    R4 Widerstand
    R5 Widerstand
    R1 Widerstand
    Z Referenzdiode
    ST Steuertransistor
    LT Leistungstransistor
    OP Operationsverstärker
    P1 Abgriff
    P2 Abgriff
    P3 Abgriff

Claims (7)

  1. Schaltung zur Spannungsbegrenzung, die dazu dient eine daran anliegende Eingangsspannung auf eine Regelspannung zu begrenzen, mit – einem ersten Eingang (E1) und einem zweiten Eingang (E2), zwischen denen die Eingangspannung (UE) anlegbar ist, – einem ersten und einem zweiten Ausgang (A1, A2), zwischen denen eine Ausgangsspannung (UA) abnehmbar ist, – einem ersten Längszweig (L1), der vom ersten Eingang (E1) zum ersten Ausgang (A1) führt, und – einem zweiten Längszweig (L2), der vom zweiten Eingang (E2) zum zweiten Ausgang (A2) führt, – einem den ersten mit dem zweiten Längszweig (L1, L2) verbindenden ersten Querzweig (Q5), in dem ein Spannungsteiler angeordnet ist, – einem den ersten mit dem zweiten Längszweig (L1, L2) verbindenden zweiten Querzweig (Q6), in dem ein Steuertransistor (ST) und eine Referenzdiode (Z) in Serie angeordnet sind, – einem den ersten mit dem zweiten Längszweig (L1, L2) verbindenden dritten Querzweig (Q6), in dem ein Leistungstransistor (LT) angeordnet ist, – dessen Basis mit einem im zweiten Querzweig (Q5) vor dem Steuertransistor (ST) und vor der Referenzdiode (Z) angeordneten Abgriff (P3) verbunden ist, und – einem zwischen dem ersten und dem zweiten Querzweig (Q1, Q5) angeordneten Operationsverstärker (OP), – dessen erster Eingang mit einem Abgriff (P1) des Spannungsteilers verbunden ist, – dessen zweiter Eingang mit einem zwischen dem Steuertransistor (ST) und der Referenzdiode (Z) im zweiten Querzweig (Q5) angeordneten Abgriff (P3) verbunden ist, und – dessen Ausgang mit einer Basis des Steuertransistors (ST) verbunden ist.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Spannungsteiler zwei in Serie geschaltete Widerstände (R1, R2) aufweist, zwischen denen der Abgriff (P1) angeordnet ist.
  3. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Operationsverstärker über (OP) eine zweiteilige Versorgungsleitung mit Energie versorgt wird, deren erster Teil (11) vom ersten Längszweig (L1) zum Operationsverstärker (OP) führt, und deren zweiter Teil (13) vom Operationsverstärker (OP) über die Referenzdiode (Z) zum zweiten Längszweig (L2) führt.
  4. Schaltung nach Anspruch 1, bei der ein Versorgungsstrom für den Operationsverstärker (OP) über die Referenzdiode (Z) fließt.
  5. Schaltung nach Anspruch 1, bei der zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers (OP) und der Basis des Steuertransistors (ST) ein Widerstand (R5) angeordnet ist.
  6. Schaltung nach Anspruch 1, bei der dem Steuertransistor (ST) und der Referenzdiode (Z) ein Widerstand (R6) vorgeschaltet ist.
  7. Schaltung nach Anspruch 1, bei der zwischen der Basis des Leistungstransistors (LT) und dem im zweiten Querzweig (Q5) angeordneten mit der Basis des Leistungstransistors (LT) verbundenen Abgriff (P3) ein Widerstand (R4) angeordnet ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008056069A1 (de) * 2008-11-05 2010-05-06 Robert Bosch Gmbh Sicherheitsmodul
DE102019103798A1 (de) * 2019-02-14 2020-08-20 Krohne Messtechnik Gmbh Stromquelleneinrichtung zur Anordnung in einer Stromschleife
DE202022107046U1 (de) 2022-12-16 2023-04-20 Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg Spannungsbegrenzungsschaltung und Feldgerät mit einer solchen Spannungsbegrenzungsschaltung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1359247A (fr) * 1963-03-12 1964-04-24 Cit Alcatel Dispositif fournissant une tension électrique continue de grande stabilité
US4366432A (en) * 1978-08-18 1982-12-28 Stax Industries Limited Highly stable constant-voltage power source device
US5550411A (en) * 1992-11-12 1996-08-27 Westech Geophysical, Inc. Downhole instrument power supply system using shunt voltage regulation
EP1049994A1 (de) * 1998-01-28 2000-11-08 Unisys Corporation Methode zur sychronisierung von datenbankstrukturen mit ihrer darstellung in einer objektorientierten speicherumgebung
AT408155B (de) * 1999-02-17 2001-09-25 Egston Eggenburger Syst Elektr Schaltungsanordnung zur erzeugung einer versorgungsspannung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1359247A (fr) * 1963-03-12 1964-04-24 Cit Alcatel Dispositif fournissant une tension électrique continue de grande stabilité
US4366432A (en) * 1978-08-18 1982-12-28 Stax Industries Limited Highly stable constant-voltage power source device
US5550411A (en) * 1992-11-12 1996-08-27 Westech Geophysical, Inc. Downhole instrument power supply system using shunt voltage regulation
EP1049994A1 (de) * 1998-01-28 2000-11-08 Unisys Corporation Methode zur sychronisierung von datenbankstrukturen mit ihrer darstellung in einer objektorientierten speicherumgebung
AT408155B (de) * 1999-02-17 2001-09-25 Egston Eggenburger Syst Elektr Schaltungsanordnung zur erzeugung einer versorgungsspannung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008056069A1 (de) * 2008-11-05 2010-05-06 Robert Bosch Gmbh Sicherheitsmodul
DE102008056069B4 (de) * 2008-11-05 2020-12-24 Robert Bosch Gmbh Sicherheitsmodul und Automatisierungskomponente
DE102019103798A1 (de) * 2019-02-14 2020-08-20 Krohne Messtechnik Gmbh Stromquelleneinrichtung zur Anordnung in einer Stromschleife
DE202022107046U1 (de) 2022-12-16 2023-04-20 Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg Spannungsbegrenzungsschaltung und Feldgerät mit einer solchen Spannungsbegrenzungsschaltung
WO2024126581A1 (de) 2022-12-16 2024-06-20 Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg Spannungsbegrenzungsschaltung und feldgerät mit einer solchen spannungsbegrenzungsschaltung

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