DE1588316A1 - Elektronische UEberstromsicherung - Google Patents

Description

• 'lektronische Überstromsicherung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Überstromsicherung. Aus der deutschen Auslegeschrift 1.232.246 ist eine elektronische Kurzschlußsicherung bekannt geworden, bei der in den Verbraucherstromkreis die Emitter-Kollektor-St-,recke eines Regeltransistors eingeschleift ist, an dessen Basis Huber einen Widerstand und eine Zenerdiode eine konstante Vergleichsspannung liegt. Zusätzlich zu diesem Transistor ist ein weite-"er Transistor vorgesehen, der mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke über den Basis-Emitteranschlüssen des Regeltransistors liegt und so geschaltet ist, daß er bei einem Kurzschluß leitend wird. Dadurch sperrt dann der Regeltransistor, so daß der Verbraucherstromkreis stromlos wird.
• Nachteilig bei dieser Schaltung ist, daß zur Stromversorgung des zweiten Transistors und zur Erzeugung der Basisvorspannung des Regeltransistors ein zweiter Stromkreis notwendig i--t und die Einrichtung den Verbraucher auch nur im Kurzschlußfall abschaltet, dieser also nicht auf einen beliebig wählbaren, ge-.0

  trkannten Stromwert eingestellt, werden

  kann,

  Darüber hinaus ist es bekannt, eine mit zwei Transistoren arbeitende bistabile Kippschaltung zur Bildung eines sog. Transistorrelais zu verwenden (deutsche Auslegeschrift 1-035.2o4). Diese Schaltung arbeitet int Grunde wie ein direkt gekoppelter, übersteuerter Verstärker mit'einem Gegenkopplungswiderstand vom Ausgang auf den Eingang. Durch eine von außen zugeführte Steuersp#z.z-.Ln-ung ist es möglich, die Schaltung in zwei definierten Zuständen zu halten; die Ausgangsgröße wird dabei am Kollektor des nicht direkt mit der Steuerspannung beaufschlagten Transistors abgenommen bzw. es kann auch der im Kollektorkreis sich befindende Widerstand, wie bei Verstärkers allgemein irolich, direkt als Verbraucher eingesetzt werden. Die Schaltung braucht eine von außen zuge'führte Steuerspannung, und kann nicht als selbständige Stromüberwachungsschaltung eingesetzt werden. Sie gibt deshalb auch keine Hinweise in Richtung auf die Erfindung C).t die von einer elektronischen Überstromsicherung ausgeht und darin besteht, daß in dem zu sichernden Stromkreis eine bistabile Kippschaltung eingeschaltet ist, in der der zu schützende Verbraucher als funktionsbestimmendes Schaltungsteil einbezogen ist und die Auslösung des Kippvorganges durch den von dem Verbraucher gezogenen Laststrom erfolgt., und der Verbraucher in einem Stromzweig der Kippschaltung liegt, der durch den Kippvorgang stromlos wird. Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz in explosionsgesdhützten Meßverstärkern, bei denen im Falle eines Kurzschlusses der Kurzschlußstrom auf einen vorgegebenen Wert begrenzt werden muß. Die Erfindung stellt eine vollautomatische Strombegrenzungseinrichtung dar, die in der Lage ist, selbständig beliebig frei wählbare Ströme abzuschalten, wobei dann anstelle des abgeschalteten Lastwiderstandes gleichzeitig ein anderer normalerweise höherohmiger konstanter W-2-derstand in den Stromkreis eingeschaltet wird. Weiterhin wird keine zusätzliche Spannungsquelle zur Speisung der verwendeten aktiven Elemente benötigt, da diese sich direkt in dem zu schaltenden Stromkreis befinden und von diesem gespeist werden. Je nach der Größe des den Lastkreis durchfließenden Stromes wird der Verbraucher dann selbsttätig und in weiten Grenzen frei einstellbar von der Speisespannungsquelle abgeschaltet. Da dafür gleichzeitig ein anderer Widerstand eingeschaltet wird, erfolgt kein Leerlauf der Speisespannungsquelle, was bei manchen Meßeingangsspannungen von Bedeutung ist. DarÜber hinaus wird der von dem Verbraucher während des Normalbetriebs gezogene Strom durch die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung praktisch nicht beeinflußt, so daß dieser bis zu einem frei wählbaren Wert eine reine Funktion des Belastungswiderstandes bleibt.
• Im Ausführungsbeispiel ist als bistabile Kippstufe ein Transistormultivibrator vorgesehen, wobei der Verbraucher im Kollektorkreis des einen Transistors liegt, während sich im Emit-

  t#2rkreis desselben Transistors ein weiterer Widerstan(-l# befin-

  i:#t, dessen Spannungsabfall über eine Diode a.-1-die Basis des

  ;gaderen Transistors geführt ist und das Kippen bewirkt. Wird

  bei diesem Ausführungsbeispiel einmal der zulässige Grenzstrow,

  bzw. Abschaltstrom des Verbrauchers überschr-.IL+%l-ten, so scnaltet

  die Anordnung ab und schaltet auch selbsttätig nicht mehr zu-

  .-dck, so daß stets eine zuverlässige Kontrolle über die Wir-

  h-ing der Anlage erhalten bleibt. Dazu ist die Basis des zwei-

  en Transistors außerdem noch über einen hochohmigen Wider-

  grand mit dem Kollektoranschluß des ersten Transistors v,3r-

  i.inden, so daß nur das Lösen der Speisespannungsanschlüsse

  #,4.eder die Inbetriebnahme des Verbraucherstromkreises er,-lög-

  iieht; im Zusammenhang damit kann dann auch gleich der die

  oscnaltung bewirke-i-de #e""--r beseitigt werden.

  !m folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbei-

  jpiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt:

  Fig. 1 die erf iiidun"sge;.i-."#*L",ie Scha14#-,un,_,

  Fig. 2 eine Modifikation der erfindungsgemäßen Scnaltung

  durch Hintereinanderschalten von zwei elektronischen

  Sicherungen, insbesondere zur Verwendung in explosions-

  geschützten Geräten,

  2ig. 3 eine Kennlinie, die den Absc.-.a.'*Ltstrom als Funktion ei-

  nes als Parameter wirkenden Schaltelementes zeigt.

  Der normalerweise variable Verbraucher B befindet sich im Hol-

  a l"

  lektorkreis des Transistors T 1 in der Schaltung --4%ig. 1

  Im Emitterkreis desselben Transistors befindet sich ein weite-

  rer Widerstand R 4' der gegenüber dem Verbraucherwiderstar.IJ,

  einen wesentlich geringeren Widerstandswert aufweist. Genaue Dimensionierungsangaben darüber werden später noch angegeben. Der mit dem Emitter des Transistors T 1 verbundene Anschluß des Widerstandes R ist über eine Diode D, mit dem Basisanschlu3 4 4. des anderen Transistors T 2 verbunden; die Anordnung der sonstigen Schaltelemente entspricht der bekannten Anordnung einer Multivibratorschaltung, d.h. die Basis des Transistors T 2 ist uber einen Widerstand R 2 mit dem Kollektoranschluß von T 2 ver-.-,unden und die Basis des Transistors T 1 über einen Widerstand i-,1,mit dem Kollektoranschluß des Transistors T 2- Zu beachten ist hierbei jedoch, daß der Widerstand R 2 wesentlich (mindedtens um 2 Größenordnungen) größer ist als de-r Widerstand Ri.. so daß grundsätzlich der Transistor T 1 bei Einschalten der Speisespannung leitend ist. So lange der vorgebbare Abschaltstrom noch nicht erreicht ist, bleibt der Transistor T 1 bei ausreichend hochohmiger Belastung durch den Lastwiderstand Z, a-i Gurch den über die Widerstände R L 4' R 1 und R 3 'ließenden Basisstrom voll durchgesteuert,.so daß an R a fast die gesamte Speisespannung abfällt. Der Spannungsabfall über dem Widerstand R 4 und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T 1 ist dabei im Betriebsfall praktisch zu vernachlässigen. Der Transi-.itor T 2 bleibt in gesperrtem Zustand, da seine. Basis über den Widerstand R 2 praktisch auf Emitterpotential liegt.

  111,111 Üer i#-csgc-#ngs-,#,ti?orn I a infolge einer Verringerung des.

  LaGtwiderstandes R a an. so wird schließlich auch an dem nieder-

  0 auftreten, die über dieollmlgeti Widerstand R 4 eine Spannung U4 Diode D 1 den Transistor T2 durchsteuert, falls U 4 #> U Dl + U EB2 ist.
• ,7«)ie Spannungen U, und U TA, sind dabei die konstanten Schwell-Dl EB2 spannungen von Diode D 1 und der Basis-Emitter-Strecke von T 2* l#;iiie Durohsteuerung von T Über den Widerstand R2 ist nicht mögj 2 lieh, das R 2 so hochohmig bemessen ist, daß durch ihn im BetrIebsfall nur ein sehr geringer Strom fließen kann, der keii#esfalls ausreicht, ein Kippen herbeizuführen.
• Der duroh das Du rchoteu,-;#n Jes T 2 am Widerstand R aufuretenuie Spannungsabfall sperrt dann den Transistor Ti.. so daß der Verbraucherstrompfad über R a praktisch stromlos wird; aer Transistor T 2 bleibt über den hochohmigen Widerstand R 2 Gurchgesteuert, da der Spannungsabfall an R a praktisch verschwindet und der Widerstand R somit an -U liegt. Diese Span-2 0 C> nung reicht aus, um durch den Widerstand H2 den nötigen Badsst'rom für T 2 zu treiben. Über den Widerstand Ra fließt daher zur noch der kleine Basisstrom des Transistors T2 und der Reststrom des Transistors Ti. Anstelle des Lasterwiderstandes Ra befindet sich nunmehr praktisch Widerstand R -3 im Stromkreis zwischen den Speisespannungsquellen +U 0 und -Uoo In dieser gekippten Lage bleibt die Schaltung so lange, bis durch

  Abschalten der Speisespannung und selbstverständlich m-egr##.--- -

  des Ausgangsstromes durch Ändern des Lastwiderstandes R

  a

  Betriebszustand wieder hergestellt wird. Der Abschalt- bzw.

  f.ippstrom ergibt sich dabei aus Formel 1) zu

  Da es sich, wie schon erwähnt, bei den Spannungen U Dl und U EB2

  um die konstanten Schwellspannungen von Diode D und m-rans-'-

  ,#tor T 2 handelt, ist der Abschalt- bzw. Kippstrom eine aus-

  schließliche Funktion des Widerstandes R 4 und kann d-urch ent-

  -iprechende Dimensionierung dieses Widerstandes über

  ('rößenordnungen hinweg mit hoher Genauigkeit praktisch

  big gewählt werden. Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Kipp-

  Stromes I a kipp von dem Widerstand R 4 im doppelt logarithr#i-"-

  schen Maßstab. Die Abhängigkeit ist praktisch linear mit Aus-

  nahme relativ hoher Ströme; in d.-Lesem Gebiet gewinnt schließ-

  lich auch der über den Widerstand R Dezogene, mit wachsenden

  2

  Ausgangsstrom ebenfalls ansteigende Basisstrom des Transistors

  7:, einen zusätzlichen Einfluß auf den Kippunkt.

  Zwischen die Basis und den Emitter des Transistors T 2 ist außer-

  dem noch ein Kondensator C geschaltet, der bei die beim E:L-i-

  gchalten der Anordnung möglicherweise auftretenden Spannun.:.-s-

  spitzen kurzschaltet und somit ein frühzeitiges Durchschalten

  des Transistors T2 verhinaert.

  Die in der folgenden Tabelle gemachten Dimensionierungshinweise C> beziehen sich auf einen Abschaltstrom von ca. 32 mA. Speisespannung U 0 24 Volt Widerstand R 1 = 2.92 Kohm Widerstand R 2 = 47o Kohm Widerstand R -3 = 12 Kohm Widerstand R 4 = _3_3 Ohm Die Diode und die Transistoren entsprechen handelsüblichen Werten. Beine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung, die insbesondere in eigensicheren Stromkreisen explosionsgeschützter Geräte Ver-.jndung findet, wird U-'urch die Reihenschalltung von zwei der in -i 'siehe Fig. 2). Der 1 dargestellten Sicherungen erreicht # Lastwiderstand R a liegt dabei in Reihe mit den Kollektor----:'m2L-L-ter-Strecken der beiden Transistoren T 1 ' und T 1 '' und der nie-1-erohmigen Widerstände R 4 ' und R 4 '' an der Speisespannung. Bei-Ja ir. Reihe geschalteten Einzelschaltungen können bei Überschreiten des jeweilig vorgegebenen maximalen Stromes den Verbraucher unabhängig voneinander von der Spannungsquelle abschalten, so daß eine hohe Sicherheit gegen Versagen gegeben ist.

Claims (1)

1. -#,atentansprüche: 1. Elektronische Überstromsicherungj dadurch gekennzeichneL-,.v daß in dem zu sichernden Stromkreis eine bistabile Kippschaltung eingeschaltet ist, in der der zu schützende Verbraucher - (R a ) als funktionsbestimmendes Schaltungsteil einbezogen ist und die Auslösung des Kippvorganges durch den von dem Verbraucher gezogenen Laststrom erfolgt, und der Verbraucher in einem Stromzweig der Kippschaltung liegt, der durch dern Kippvorgang stromlos wird. Elektronische Überstromsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bistabile Kippstufe ein Transistormultivibrator vorgesehen ist, und der Verbraucher (R a) im Kollektorkreis des einen Transistors (T1) liegt, während sich im Emitterkreis desselben Transistors ein weiterer Widerstand (R 4) befindet, dessen Spannungsabfall über eine Diode (D1) an die Basis des anderen Transistors (T 21 geführt ist und das Kippen bewirkt. Elektronische Überstromsicherung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten Transistors (T.) außerdem noch über einen hochohmigen Widerstand (R 2)# mit dem Kollektoranschluß des ersten Transistors (T1) verbunden ist, wodurch die Schaltung bis zum Lösen der Speisespannungsanschlüsse (+UC)" -U0) im gesperrten Zustand verharrt. 4, Elektronische Überstromsicherung nach einem der Ansprüche l* bis 3 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten Transistors (T 2 ) über einen Kondensator (C).mit dem Emitter verbunden ist. 5. E lektronische Überstromsicherung zur Verwendung in explosionsgeschützten Geräten zur Herstellung der Eigensicherheit, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Sicherungsschaltungen nach Anspruch 1 und folgende so geschaltet sind, daß sie in Bezug auf den Verbraucher (Ra) in Reihe liegen und diesen unabhängig voneinander abschalten.