DE1488885A1

DE1488885A1 - Schutzanordnung fuer eine stabilisierte Spannungsversorgung mit Transistoren

Info

Publication number: DE1488885A1
Application number: DE19661488885
Authority: DE
Inventors: Guy Arzul; Albert Burgert
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1965-02-08
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1969-04-10
Also published as: NL6601557A; BE675938A; GB1126951A; US3399338A; LU50397A1; FR1435900A

Description

DR. MÜLLER-BORfe DlPL.-lNG. GRALFS DR. MANlffc4 8 8 8 8 5

PATENTANWÄLTE

LiILl 8. Feb. 1966

M/Sv - O 666

Compagnie Generale d¹Electricity , rue La Boetie - PARIS (8eme) Frankreich

Schutzanordnung für eine stabilisierte Spannungsversorgung

mit Transistoren

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für einen Ballasttransistor in einer stabilisierten Spannungsversorgungsanordnung. Es ist bekannt, die Änderungen einer ungeglätteten Gleichspannung durch entgegengesetzte Änderungen des Innenwiderstandes eines Ballasttransistors zu kompensieren, der von einem in eine Belastung geschickten Strom durchflossen wird. Die Belastung wird somit von einer stabilisierten Spannung gespeist· Venn aus einem unerwarteten Grunde, z.B. wegen eines zufälligen Kurzschlusses, der Stromfluß einen übermäßig hohen Wert annimmt, kann der Ballasttransistor in einigen Millisekunden zerstört sein. Es ist also wichtig, den Transistor gegen Zerstörung zu schützen, und zwar aus Gründen der Bequemlichkeit, um den Ausfall der Speisung zu

909815/0564

vermeiden und aus wirtschaftlichen Gründen} die als Ballast verwendeten Transistoren sind nämlich im allgemeinen kostspielig.

Es sind Lösungen dieses Schutzproblemes bekannt. Die einen benutzen Relais, während andere rein elektronische Schaltungen verwenden, die im allgemeinen bevorzugt sind.

Die durch die Erfindung geschaffene Lösung ist durch ihre außerordentliche Einfachheit bemerkenswert. Ihre Wirksamkeit ist dabei wenigstens gleich der der bekannten Lösungen. Die Einfachheit der Schaltung verleiht ihr zugleich eine große Verlässlichkeit.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Stabilisatorschaltung mit einem Ballasttransistor, der an seinem Emitter eine ungeglättete Eingangsspannung aufnimmt und über seinen Kollektor eine stabilisierte Ausgangsspannung an eine Belastung abgibt, und mit einem Differentialverstärker mit zwei Transistoren, von denen einer an seiner Basis mit einem Abgriff eines von der stabilisierten Spannung gespeisten Spannungsteilers verbunden ist, während der andere an seinem Kollektor mit der Basis des Ballasttransistors und an seiner Basis mit einem Spannungs-Stabilisatorelement, z.B. einer Zener-Diode, verbunden ist, die von der ungeglätteten Spannung über einen

909815/0564

Widerstand gespeist wird, vorgesehen, daß die letztgenannte Basis mit der Ausgangsspannung über einen Widerstand verbunden ist.

Me Arbeitsweise der Schaltung gemäß der Erfindung ergibt sich im einzelnen aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung; in dieser zeigen:

Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer geschützten stabilisierten Spannungsversorgung und

Figur 2 ein Diagramm, welches zum Verständnis der Arbeitsweise beiträgt.

In Figur 1 aetefe- der Zeichnung ist eine ungeglättete Spannung mit dem Wert V^ an die Eingangsklemmen E E¹ der Speisung gelegt. Qx] ist ein Ballasttransistor, Q₂ u¹¹^ Qx sind zwei als DifferentialVerstärker geschaltete Transistoren, welche einen gemeinsamen Emitterwiderstand R^ haben. Der Transistor Qp empfängt an seiner Basis eine Bezugsspannung V. die von einem Stabilisatorelement, z.B. einer Zener-Diode, geliefert wird, die von der ungeglätteten Spannung über einen Widerstand Ro gespeist wird. Der Kollektor des Transistors Qp ist mit der Basis des Ballasttransistors Q^ verbunden. Der

909815/0564

Kollektor des Transistors Q, ist direkt mit der Klemme E der ungeglätteten Spannung verbunden. Seine Basis liegt am Mittelabgriff P eines Spannungsteilers aus den Widerständen E^, und E₁-, der an die Klemmen S S¹ der Ausgangsspannung mit dem Vert Vp geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Widerstand E₃, zwischen die Bads des Transistors Q₂ ^un<i die Klemme S gelegt. Bei den bekannten Schaltungen findet sich ein derartiger Widerstand nicht.

Im normalen Betrieb sind die drei Transistoren leitend. Die Spannung V an den Klemmen des Widerstandes E^ ist gleich der Bezugsspannung V vermindert um die Emitter-Basisspannung VV des Transistors Q₂. Der Strom I, welcher den Widerstand E^ durchfließt, d.h. die Summe der Ströme I₂ und I* der Transistoren Q₂ ¹^d Qz ist gleich:

I₊I- V/E,, - ^Vo " ^Vbe

d. O I B

Solange der Transistor Q₂ leitend ist, verändert sich V, wenig und bleibt gleich einem geringen Bruchteil der Spannung V . Die Summe I der Ströme I₀ und I₂ bleibt also im

O C. y

normalen Betrieb annähernd kaostant.

909815/0564

Im normalen Betrieb behält der Punkt P durch den Vorgang der Stabilisierung ein Potential, das annähernd gleich dem Bezugspotential V ist. Die stabilisierte Spannung V ist annähernd gleich V_n ^R4 * ^R5 .

Figur 2 zeigt die Beziehung der Ausgangsspannung Vg als Funktion des gelieferten Stromes I₂ mit dem Belastungswiderstand Hx als Parameter (Kurve a) sowie die Veränderung der in dem Ballasttransistor verbrauchten Leistung W (Kurve b).

Von einem unendlichen Widerstand (offener Kreis) und einem gelieferten Strom Null ausgehend bleibt die Ausgangsspannung annähernd konstant, wenn B- abnimmt, sofern der Transistor Q, leitend ist (Zweig AB der Kurve). Bei weiter abnehmendem Belastungswiderstand nähert sich der Transistor dem Sperrzustand, die Stabilisierung ist nicht mehr ausreichend und die Ausgangsspannung fällt geringfügig ab. Dies ist der Ast BG der Kurve. Am Punkt C sperrt der Transistor Q*. Der Strom in dem Transistor Qp, welcher ebenfalls der Basisstrom des Ballasttransistors ^₁ ist,

VV

V-V nimmt den größtmöglichen Wert an, d.h I « ~"^""g

Folglich führt der Transistor Q^ den größtmöglichen Strom, d.h.: I - b· IpM> wobei b der Stromverstärkungskoeffizient des Transistors Q₁ ist.

909815/0 5 64

Wenn der Belastungswiderstand weiter abnimmt, bleibt der gelieferte Strom bei den bekannten Schaltungen in Abwesenheit des Widerstandes IU nach Figur 1 konstant gleich I . Die Spannung an den Klemmen der Belastung nimmt ab; der Darstellungspunkt durchläuft die Linie -β* in Figur 2.

Der Energieverbrauch in dem Ballasttransistor Q^ beschreibt ausgehend von einem Wert Null bei offenem Kreis den Ast OF der Kurve bis zum Wert I des Stromes. Gemäß der Abnahme des Belastungswiderstandes nimmt dann, die Ausgangsspannung Vo ab, während die Spannung an den Klemmen des Transistors Qx] gleich V^ - Vp anwächst. Der Verbrauch in dem Ballasttransistor folgt der gestrichelten Geraden F und erreicht schnell einen verbotenen Wert, der zur Zerstörung des Transistors führt.

Wenn gemäß der Erfindung der Widerstand R, zwischen die Basis des Transistors Qp und eine Ausgangsklemme S der Speisung geschaltet wird, erniedrigt sich die Spannung am Punkt T gemäß der Abnahme des Belastungswiderstandes R-^; die Ausgangsspannung V^ nimmt ab. Daraus folgt, daß der Strom, welcher die Zener-Diode Z durchfließt, nicht mehr zur Aufrechterhaltung der Bezugsspannung an ihren Klemmen ausreicht. Unter diesen Umständen nimmt die Spannung an

15/056/,

der Basis des Transistors
den Transistor durchfließt, wird geringer und das gleiche gilt folglich für den vom Ballasttransistor gelieferten Strom, da diese beiden Ströme durch die Beziehung It ■ b· Ip verknüpft sind.

In Figur 2 kehrt in der Kurve a der Darstellungspunkt, welcher zuerst dem Ast ABC gefolgt ist (wie bei der bekannten Schaltung) zu den geringeren ßtromwerten zurück, wenn der Belastungswiderstand H^ weiter abnimmt. Er beschreibt den Ast CD. .

Der Energieverbrauch kehrt zu geringen Werten gemäß dem Ast FG zurück, nachdem er sich wie vorher gemäß der Kurve OF geändert hat.

Durch eine geeignete Wahl der Parameter gestattet es die Schaltung gemäß der Erfindung auf sichere Weise den Energieverbrauch auf einen nicht gefährlichen Wert zu begrenzen. Dieses Ergebnis wird durch Mittel von außerordentlicher Einfachheit erzielt.

- Patentanspruch 909815/0564

Claims

Patentanspruch.

Schutzschaltung für einen Ballasttraneistor In einer Spannungsversorgung zur Lieferung einer stabilisierten Spannung zwischen zwei Ausgangsklemmen aus einer zwei Eingangsklemmen speisenden ungeglatteten Eingangsspannung mit einem DIfferential-Eegelverstärker mit zwei Transistoren, die mit einem ihrer Eingänge mit einem von einem Strom durchflossenen und eine Bezugsspannung liefernden Element verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Element durch eine Abzapfung eines Spannungsteilers(Ep» B,) mit Strom versorgt wird, der zwischen eine der Eingangsklemmen und eine der Ausgangsklemmen geschaltet ist*

909815/0564