DE2211828A1 - Statische Gleichstromschalter-Anordnung - Google Patents
Statische Gleichstromschalter-AnordnungInfo
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- DE2211828A1 DE2211828A1 DE19722211828 DE2211828A DE2211828A1 DE 2211828 A1 DE2211828 A1 DE 2211828A1 DE 19722211828 DE19722211828 DE 19722211828 DE 2211828 A DE2211828 A DE 2211828A DE 2211828 A1 DE2211828 A1 DE 2211828A1
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Description
Die vorliegende Erfindung Dezieht sich auf eine statische Gleichstromschalter-Anordnung,
die zur Regelung der Leistung in elektrischen Systemen verwendbar ist.
Statische Schalter, beispielsweise Halbleiter-Schalter sind für
Flugzeug-Versorgungssysteme ebenso wie für andere Anwendrags zwecke
von Interesse, um die anerkannten Vorteile von Festkörper-Elementen gegenüber elektromechanischen Sohaltungs-Unterbreohereinrichtungen
auszunützen. Eine statische Schalter-Anordnung weist viele Arbeitskennwerte auf, die besonders günstig und optimal
sind. In der Grundfunktion dient der Schalter als fernge steuerter Leistungsregler, d.h., mit ihm kann die Leistung an einen
Verbraucher von einer entfernt liegenden Stelle geschaltet werden. Bei einer Schalter-Anordnung besteht eine zusätzliche
Funktionsanforderung darin, eine Einrichtung für eine Regler-Strömbegrenzung
zu schaffen, um Einshaltstroinstöße zu beseitigen, den Verbraucher und die zugehörige Verdrahtung vor hohen Stö rungsströmen
zu schützen, Überspannungs-EinsehaltStromstöße in
dem System zu absorbieren, und nicht an den Verbraucher durchzulassen.
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Üblicherweise beträgt der Strombegrenzungs-Pegel 140 % + 10 %
des Nennverbraucherstroms. Wenn eine Störung auftritt und eine
vorbestimmte Zeitdauer anliegt, während der sich die Schalt-Anordnung
im Strombegrenzungs-Zustand befindet, kann eine zusätzliche Schaltung in dem Leistungsregler verwendet werden, um die
Leistungsregler auszulösen und zu "entriegeln"» Der Verbraucher und die Störung werden dann von der Leistungssammelschiene getrennt
und bleiben solange getrennt, bis der Leistungsregler zurückgestellt ist. Eine geeignete Auslöseschaltung für einen statischen
Schalter in einer Leistungsregeleinrichtung ist in einer0
gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung P (W.E.case 42,463) im einzelnen beschrieben.
Während der Zeitdauer, während der von dem Regler eine Strombegrenzung
durchgeführt wird, muß der statische Schalter in dem Leistungsregler eine Leistung verbrauchen, die gleich dem Spannungsabfall
am Schalter mal dem 1,4-fachen Nennverbraucherstrom ist. Die maximale Leistung, die von dem Leistungsregler verbraucht
werden muß, ergibt sich b6i einem Verbraucher mit der Impedanz Null (d.h. einem kurzgeschlossenen Verbraucher oder einer geerdeten
Verdrahtung), Für ein 28V-System mit einem Nennverbraucherr strom von 1OA und einem Strombegrenzungspegel mit dem 1,4-fachen
Nennverbraucherstrom kann der Belastbarkeits- bzw. Verlustleistungspegel
bei nominellen EingangsSpannung-Bedingungen bis zu 392W hoch sein. Dieser Wert wird während Spannungs-Einschalt stoßen
noch überschritten.
Wie beispielsweise in einem Artikel von Dickey in der Zeitschrift "IEEE Spectrum^1 November 1970, S,73 bis 79 beschrieben ist, werden
zur Zeit Schaltungen verwendet, in denen die gesamte Leistung
in einem einzigen großen Transistor oder einer Reihe kleinerer Transistoren in komplizierten, parallelwgeschalteten Schaltungen
verbraucht wird. Zusätzlich wird der Pegel der geregelten Strombegrenzung
für Einsehalt-Überspannungen erniedrigt, damit die Leistungsstufe nicht überdimensioniert zu werden braucht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen statischen Gleichstromschalter
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mit einer verbesserten Strombegrenzung zu schaffen, bei dem verhältnismäßig
kleine und preiswerte Transistoren verwendet werden können.
Zur Lösung dLeser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Regelung der
Gleichstromleistung von einer Gleichstromquelle zu einem Ver braucher mit einer ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung
mit ersten und zweiten Elektroden, die in einem ersten Schaltungszweig zwischen die Gleichstromquelle und dem von der
Gleichstromquelle zu versorgenden Verbraucher geschaltet sind, Und mit einer dritten Steuerelektrode, sowie mit einer Einrichtung
zur Ansteuerung der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung mit einem Lei^tungsstrompegel, der von dem an der
Gleichstromquelle herrschenden Verbraucherstrompegel bestimmt ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungs-Teilerschaltung
parallel zu der ersten statischen Schalt- und Verstär— kereinrichtung zwischen die. Gleichstromquelle und den Verbraucher
geschaltet ist, daß die Leistungsteilerschaltung Leistung bei einem ersten niedrigen Pegel verbraucht, solange dB Spannung an
der Stromquelle unter einem vorbestimmten Pegel liegt, und Leistung bei einem zweiten höheren Pegel verbraucht, solange die
Spannung an der Spannungsquelle über einem vorbestimmten Pegel liegt, daß die Leistungsteilerschaltung mindestens eine zusätzlix
ehe statische Schalt- und Verstärkereinrichtung und mindestens ein Widerstandselement mit einer ohmschen Impedan^aufweist, die
wesentlich größer ist als eine olimsche Impedanz in Reihe mit
der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung in dem ersten Schaltungszweig, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die
zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung in gesättigtem, 1 eitungsfähigem Zustand zu hatlten, wenn die Spannung unter
dem vorbestimmten Spannungspegel liegt, und um die zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung bei dem vorbestimmten Spannungspegel aus der Sättigung zu bringen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erläutert. Darin
zeigen:
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Fig.l eine schematische Schaltungsanordnung gemäß dem oben angeführten
Stand -äer Technik;
Fig.2 zwei Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig.i
dargestellten Schaltung, in denen die Belastbarkeit über der Speisespannung aufgetragen ist;
Fig.3 eine Schaltungsanordnung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig,h Kurven für Schaltungen gemäß der Erfindung, beispielsweise
der in Fig.3 dargestellten Schaltung, wobei ebenfalls die Belastbarkeit
über der Speisespannung aufgetragen ist; Fig.5 Kurven, in denen der Nennstrom (in Ampere) über der Speisespannung
aufgetragen ist, um die Strombegrenzung zu vergleichen, die mit den in den Figuren 1 und 3 dargestellten Schaltungen erreichbar
ist; und
Fig.6 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer ausführlicher
dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
In Fig.i ist ein typisches Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Der Transistor 10 ist
der Hauptleistungs-Schalttransistor, dessen Kollektor-Emitter strecke zwischen eine Gleichstromquelle 12 und einen Verbraucher
Ik geschaltet ist. Die Basis des Transistors 10 ist mit einer Transistor-Ansteuer-Schaltung
15 verbunden. Die Ansteuer-Schaltung ist auch an die Spannungsquelle 12 und an einen Transistor 16 angeschlossen,
an dessen Basis Ein - AUs -Signale angelegt werden. Der Teil 18 der Schaltung stellt eine Einrichtung zur Strombe grenzungsregelung
dar, d.h., um den Betrieb der Ansteuer-Schaltung 15 entsprechend dem Verbraucherstrom zu regeln , (der durch
einige nicht dargestellte Sensorftn gefühlt wird).
Bei Betrieb der in Fig.i dargestellten Schaltung wird ein Basis-Ansteuerstrom
an den Transistor 16 angelegt und dadurch über die Ansteuerschaltung 15 eine Sättigung des Transistors 10 erreicht.
Der Strom wird dann an den Verbraucher lh abgegeben« Der Nenn — Strompegel wird durch eine Einrichtung in dem RegW*' 18 mit einem
Bezugspegel verglichen. Der Regler 18 spricht auf Unterschiede zwischen dem Nennstrompegel und dem Bezugspegel an und ändert die ··.
Transistor-Ansteuer-Schaltung. Wenn die Verbraucher-Impedanz so
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niedrig ist, daß der Verbraucherstrom versucht, den Bezugspegel zu überschreiten, dann verringert der Regler 18 den Basis-Ansteuerstrom
am Transistor 10 bis auf einen festen Grenzwert. Bei einem kurzgeschlossenen Verbraucher liegt die gesamte Speisespannung
über den Transistor 10 mit dem 1,4-fachen über ihn fließenden Nennstrom an, wodurch an den Transistor 10 erhebliche Anforderungen
hinsichtlich der Verlustleistung gestellt werden.
Die Bedeutung der Transistorverlustleistung wird anhand der Fig. 2
erläutert. Ein Schalter für einen lOA-Nennstrom hat einen ηormalerweise
bei Transistoren geforderten Verlustleistungswert für eine kurzgeschlossene Last, wie das in Fig. 2 mit der Kurve A dargestellt
ist. Die Dauer einer Störung ist typischerweise durch die vorbeschriebene Auslöse-Schaltung auf maximal 3 see begrenzt. Die
Verlustleistungswerte der Fig. 2 sind für Spannungen bis zu 80Vdargestellt. Die Spannungen über 35V - wenn die Nenn-Speisespannung
28V beträgt - sind Einschalt-Überspannungen.
Hit Fig. 2, Kurve B ist die Verlustleistung eines der größten im
Handel befindlichen Transistoren 2N2117 (Westinghouse Typ 125) dargestellt. Die Zunahme der Transistor-Belastbarkeit über 45V beruht
darauf, daß es sich bei diesen Spannungan um Übergangswerte handelt. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, kann der Transistor 2N2117 die
geforderte Verlustleistung für Spannungswerte über ungefähr 30V nicht zuverlässig verarbeiten.
Da keine Transistoren verfügbar sind, die die sonst verlangte Belastbarkeit
verarbeiten, ist der Strombegrenzungspegel notwendigerweise gesenkt worden. Das heißt, der Strombegrenzungsregler 18
muß Elemente aufweisen, die den maximalen Strompegel für tjberspannungszustände
erniedrigen, um die erforderliche Verlustleistung des Trans jet or s lo zu begrenzen. Das Ergebnis ist eine zwar betriebefähige
Schaltung, die jedoch bei einer Störung früher als erwünscht ausschaltet, nur, um den Leistungstransistor zu
schützen. In Fig. 5, Kurve C ist der maximale Verbraucherstrom
(in Ampere) über der Speisespannung für bekannte Schaltungen dargestellt, aus der der notwendige Stromabfall bei
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Spannungen über 30V zu ersehen ist. Die Schaltungen, "beispielsweise die in Pigol dargestellten sind dann in ihrer Leistungsfähigkeit
begrenzt, trötzden sind aber große, teuere Leistungs transistoren erforderlich.
In Pig,3 ist eine Schaltungsanordnung gemäß derErfindung dargestellt.
Eine statische Schalt-und Verstärkungseinrichtung, der Transistor Ql, der in dem Ausführungsbeispiel ein NPN-Transistor
ist, ist der Hauptleistungstransistor zwischen der Gleichstromquelle
12 und dem Verbraucher 14; der Kollektor des; Transistors
Ql ist über einen Widerstand Ri mit einem an die Gleichstromquelle angeschlossenen Schaltungspunkt 40 und sein Emitter ist. mit einem
Verbraucher-Schal tungspunlct 41 verbunden. Mit einem Schaltungspunkt
42 auf der Verbraucherseite des Widerstands Ri iat eine Gruppe von Elementen angeschlossen, die ein Paar zu einem Darlington-Verstärker
geschaltete NPN-Transistoren Q2 und Q3 aufweisen, deren Kollektoren gemeinsam über einen Widerstand R6 mit
dem Schaltungspunkt 42 verbunden sind. Die Basis des Transistors Q3 1st über einen Widerstand RIO, die Basis des Transistors Q2
(und der Emitter des Transistors Q3) über einen Widerstand RIl und zusätzlich der Emitter des Transistors Q2 mit einer Leitung
43 verbunden. Die Basis des Transistors Q3 ist über eine in Sperrrichtung
geschaltete Zener-Diode CR3 mit dem Verbraucherschal tungspunkt 41 verbunden. Ein Widerstand R7 ist zwischen den Verbrauchers
chaitungspunkt 41 und die Leitung 43 geschaltet. Aus Bequemlichkeit
werden diese Elemente innerhalb der geschlossenen gestrichelten Linie 44 manchmal als L'eistungs-Teilungsnetzwerk
bezeichnet.
Eine Transistor-Ansteuer-Sehaltung 15 besitzt einen Ausgang, der mit der Basis des Transistors Ql verbunden ist, und einen weiteren
Ausgang, der mit dem Kollektor eines Transistors Q14 vorbundoi
ist, der ein NPNJ-Transistor zur Ein - Aus - Regelung ist. Die
Ansteuerschaltung 15 kann, und ist es vorzugsweise auch, gemäß
der Anmeldung Serial No, (T/.E,case 42,462) ausgeführt .
sein. Die Ansteuersjclialtung 15 hat einen weiteren Ausgang, der
über einen 1/iderstand 118 mit der Basis dos Transistors Q3 verbunden
ist; sie besitzt Eingänge von dom Speisospannungspunlct 40,
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von dem Leistungs-Teilungs-Netzwerk 44 auf der Leitung 43 und von einem Schaltungsteil 28, der als Strombegrenzungsreglia? zu bezeichen
ist.
Der Strom-Begrenzungsregler 28 weist einen OfMfettionsverstärker Zl
auf, dessen Ausgang mit der Ansteur-Schaltung über einen Widerstand
R9 verbunden ist. Der Verstärker Zl wird von dem Schalt punkt 40 versorgt und ist auf seiner Niederspannungsseite über
einen Widerstand R5 mit Erde verbunden. Der Verstärker Zl hat einen
positiven Eingang, der über einen veränderlichen Widerstand R2 mit dem Schaltungspunkt 40 verbunden ist, und einen negativen
Eingang, der mit dem Schaltungspunkt 42 verbunden ist» Der Schaltungszweig
mit dem Widerstand R2 weist eine Serienschaltung aus den Widerständen R3, R4 und R5 auf. Eine Zener-Diode CRl ist in
Sperrichtung zwischen den Schaitungspunkt 40 und einen Schaltungspunkt zwischen den Widerständen R3 und R4 geschaltet. Eine weitere
Zener-Diode CR2 ist in Sperrichtung zwischen den Schaltungspunkt 40 und einen Schaltungspunkt zwischen den Widerständen R4
und R5 geschaltet.
Wenn im Betrieh der Transistor Q14 angeschaltet ist, wird der Basis—Ansteuerstrom
dem Transistor Ql zugeführt. Der Basis-Ansteuerstrom an den Transistor Ql wird von der Strombegrenzungsregelung
28 im allgemeinen auf dieselbe Weise geregelt, wie vorher in Verbindung mit Fig.l beschrieben. Eine genauere Beschreibung der Arbeitsweise
von bevorzugten Ausführungsformen des Reglers 28 erfolgt später.
Die Ansteuer-Schaltung 15 ist demgemäß so angeordnet, daß ein fester
Basis—Ansteuer—Strom über den Widerstand R8 an der Basis des
Transistors Q3 anliegt, um die zu einem Darlington-Verstärker zusammeiigeschaltetoii Transistoren Q2 und Q3 normalerweise in Sättigung
zu halten. Während des Strombegrenzungs-Betriebs befindet
sich der Transistor Ql nicht in Sättigung; die Spannung an dem Transistor Ql erscheint an den Widerständen R6 und R7. Die Werte
der Widerstände R6 und 117 können ohne weiteres so gewählt werden,
daß eine wesentliche Verringerung der Verlustleistung in dem Transistor
Ql verwirklicht worden. Wenn aber die Transistoren Q2 und
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Q3 nicht vorhanden sind und wenn die Werte der Widerstände R<6>
vn&
V-
R7 so gewählt sind, daß der volle Verhraueherstrom (d.h. der £,5—
fache Nennverbrauclierstrom) bei einer tatsächlichen Übersp«BmiiQg
am Eingang von 80V anliegt, würde die Verringerung der Verlustleistung in dem Transistor Ql bei de« nominellen Eingangs—Spa»-
nungspegelri nicht wesentlich sein» Mit Hilfe der in Figi3 dargestellten
Sciialtungsaiiordnungen kommen die Transistoren Q2 und Q3
aber für den schlimmsten; FaIl^ wenni die Verbrameher—Impedanz SPaIl
ist, bei einem E£ngangs-S pannwtgspegel Vl aus der Sättiigiu^^ sa
daß sie einige Leistung verbrauchen «ad eine günstigere Wa&JL öieärrigerer
Widerstandswerte für die Widerstände R6 und Rt möglicli ist.
Eine Regelung des Pegels Vl dler Überspannung, bei dem due transistoren Q2 und Q3 aus der Sättigung kommen, erfolgt mittels derZe—
ner-Diode CR3 und des Widerstands R?.
Die Schaltung ist also so ausgelegt, daß sie eine Änderung der
Zustände über und unter einer ausgewählten Spannung Vi bewirkt.
Für Eingangs-Spannungszustände über dem Spannungspegel Vi wird die geschlossene Stromftegrenzungsschleife von dem Verstärker Zl
und dem Transistor Qi geregelt. Für Eingangs-Spanmmgspegel über dem Spannungspegel Vi wird die geschlossene Strombegrenzungsschleife
durch die Zener-Diode CR3, die Widerstände ß6, R7 und die Transistoren
Ql und Q2 geregelt.
Für die Fälle ,in denen der Verbraucher injOer Schaltung keine NuIl-Inpedanz
ist (d.h. ein kurzgeschlossener Verbraucher), kann die tatsächliche Speisespannung den Spannungswert Vl übersteigen, da
einige Spannung an dem Verbraucher liegt, bevor die Transistoren Q2 und Q3 aus der Sättigung kommen. Der größte Teil der Beschreibung
sowie die Kurven in den Figuren 2, h und 5 betreffen den
schlimmsten Fall eines Null-Impedanz-Verbrauchers.
In den Figuren h und 5 ist die Ausführung von Schaltungen gemäß
der Erfiiümg dargestellt. Wenn der Spannungswert Vl so gewählt ist,
daß er bei 50V liegt, und wann der Gesamtwert der Widerstände R6 plus R7 so gewählt ist, daß or bei dem 1,2-fachen dos Nennwlderstandswcrtcs
des Verbrauchers liegt, dann sind die Werte der Wi-
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derstände R6 und WJ in einem 10A/28V"—System gleich 28v,/lQa, mal
1,2.oder 3,4 Ohm» Für eine solche Schaltung sind die Verlust-Tjzw.
Be^lastbarkeitspegel in Fig.4 dargestellt. In der Kurve D ist
die geforderte Transistor-Belastbarkeit dargestält, die gut mit
2113773-Transistoren, wie in Kurve E dargestellt, oder mit ähnlichen preiswerten Einrichtungen erreichbar ist. In Fig.Λ, Kurve D links von den 1/erten 50V ist die Belastbarkeit bzxyr. die Verlustleistung wiedergegeben, die von dem Transistor Ql gefordert wird, während rechts von den Werten 50V die Belastbarkeit wiedergegeben ist, die von den Transistoren Q2 und Q3 erx/artet wird. Der Unterschied in den Belastbarkeits—bzxf. Verlustleistungswerten. derKur-.... ve D in Fig.4 imü der Kurve A in.Fig,2 ergibt sieh daraus, daß die Verlustleistung von den Widerständen R6 und R7 verarbeitet wird.. Die in Fig.3 dargestellte Schaltung erfordert keine Beschneidung der Strombegrenzung bei hohen Spannungen. Die Strombegrenzung kann auf dem 1,4-fachen Nennstrom bis zu und sogar über einen Eingang von 80V hinaus bewahrt werden, wie durch Kurve F in Fig,5 dargestellt, die der in Fig,.5 dargestellten Kurve C der Belastbarkeit bekannter Schaltungen gegenübergestellt ist; eine der Kurve C
ähnliche Kurve ist auch in dem vorerwähnten Artikel von Dickey
wiedergegeben·, .
2113773-Transistoren, wie in Kurve E dargestellt, oder mit ähnlichen preiswerten Einrichtungen erreichbar ist. In Fig.Λ, Kurve D links von den 1/erten 50V ist die Belastbarkeit bzxyr. die Verlustleistung wiedergegeben, die von dem Transistor Ql gefordert wird, während rechts von den Werten 50V die Belastbarkeit wiedergegeben ist, die von den Transistoren Q2 und Q3 erx/artet wird. Der Unterschied in den Belastbarkeits—bzxf. Verlustleistungswerten. derKur-.... ve D in Fig.4 imü der Kurve A in.Fig,2 ergibt sieh daraus, daß die Verlustleistung von den Widerständen R6 und R7 verarbeitet wird.. Die in Fig.3 dargestellte Schaltung erfordert keine Beschneidung der Strombegrenzung bei hohen Spannungen. Die Strombegrenzung kann auf dem 1,4-fachen Nennstrom bis zu und sogar über einen Eingang von 80V hinaus bewahrt werden, wie durch Kurve F in Fig,5 dargestellt, die der in Fig,.5 dargestellten Kurve C der Belastbarkeit bekannter Schaltungen gegenübergestellt ist; eine der Kurve C
ähnliche Kurve ist auch in dem vorerwähnten Artikel von Dickey
wiedergegeben·, .
Eine tatsächliche Schaltuiigsausführung gemäß der Erfindung, öie
mit Erfolg betrieben worden ist, ist in Fig.6 dargestellt. Diese Schaltung ist für optimalen Betrieb mit ohne weiteres verfügbaren, sparsamen Elementen aufgebaut, Wenn möglich, sind dieselben Bezugszeichen und/oder Bezugsbuchstaben wie in Fig,3 verwen*- det, obwohl zusätzliche Elemente dargestellt sind.
mit Erfolg betrieben worden ist, ist in Fig.6 dargestellt. Diese Schaltung ist für optimalen Betrieb mit ohne weiteres verfügbaren, sparsamen Elementen aufgebaut, Wenn möglich, sind dieselben Bezugszeichen und/oder Bezugsbuchstaben wie in Fig,3 verwen*- det, obwohl zusätzliche Elemente dargestellt sind.
In der folgenden Tabelle sind die einzelnen verwendeten Elemente
aufgeführt.
Widerstand Bl 0,005 Ohm
Speisespannung + 28V, Gleichspannung (Nenn)
Transistoren Ql und Q2 " 2N3773
Transistor Q3 2N3441
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22TT828
Zener-Diode CR3 | 5,6V Durchbruchspannung |
Widerstand R6 | 3,0 Ohm |
Widerstand R7 | 0,4 Olim |
Widerstand R8 | 15 Ohm |
Widerstand RIO | 1000 Olim |
Widerstand RIl | 100 OhEi |
Dioden CR8 und CR9 | 1N4001 |
Transistor-Ansteuersidialtung 15 | |
Transistor Q4 | 2N379O |
Transistor Q5 | 2N3441 |
Transistor Q6 | 2N4928 |
Transistor Q7 und
Transformator Tl
Dioden CR'i, CR5, CR6 und CR7
Zener-Dioden CRIl und GR12
Qprft tioiisverstärker
Zener-Diode CRl Zener-Diode CR2 Widerstand R2 Widerstand R3
Widerstände ΓΛ und-115
Widerstand R9 Widerstand Rl7
11:1 Wicklungsvorliältnis, Core
Magnetics Inc. Typ 5056-ID
62V Durchbruchsspannung
Kondensator C2 | 100 juF |
Widerstand R21 | 100 Ohm |
Widerstand R22 | 560 0hm |
Widerstand R23 | 1000 Ohm |
Widerstand R24 | 47 Ohm |
Widerstände RIl und R12 | 5100 Olim |
Kondensator C4 | 5,6 pF |
Ein - Aus - Regelschaltung 16 | |
Transistoren Q9 und QlO | 2N3020 |
Widerstand R21 | 1 k.Ohiii |
Widerstände 1122 und R24 | 20 lc.Oliiii |
Widerstand R23 | 80 Ohm |
Stroin-Be^renzungsregeler 28 |
Typ 101Λ
6t lkV Durchbruclispamiung
i oV Durchbruchs paimung
200 Olim, veränderlich 10 Ic.Olim
1 k.Ohm
2fh k.Olim
200 Ohm
2098 40/0720
Widerstand 1118 10 K Olim
¥iderstand R2C " 2000 Ohm
Zener-Diode CR4 3,3V Durchbroiehspannung
Kondensator Cl 5,6
Kondensator C5 5 pF
Kondensator C3 0,i «P
Die Schaltung arbeitet wie vorb es einleben und ist in der Kxirve D
der Pig.4 (innerhall) der Belastbarkeit der 2II3773 Transistoren)
uiic in der Kurve P der Fig. 5 dargestellt (gld. climäßige Strombegrenzung
hei dem 1,4-fachen Nennstrom über einem Versorgungs-Spannungsbereich
von 10V bis 80V ). Bie Figuren gelten für einen kurzgeschlossenen Verbraucher.
Die vorbeschriebenen Schaltungen führen zu einer Kostenersparnis in Material von 60 bis 70 $ hei einem lOA-Schalter oder einer
Tirgpaniis von ungefähr 50 fo der Materialkosten verglichen mit den
bisher hekannten Schaltungen, die noch dazu nicht so gut arbeiten. Schalter für höhere IJennströme (beispielsweise 30A) für ferngesteuerte
Leistungsregler sind dann ebenfalls wirtschaftlich herstellbar. Die Gesaintsehaltung ist in Eybrid-Techiiik ausführbar
und hat auf Grund der größeren Anzahl und des größeren Dbrrflä—
chenbereichs der leistungsverbrauchenden Elemente eine bessere yämeunterdrückharkeit gebracht.
Der in den Figuren 3 und 5 dargestellte Strombegrenzungsregler
stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, die gegenüber dem
Stand der Technik gewisse Vorteile aufweist. In Fig.3 ist eine Grundausführungsform wiedergegeben, während Fig.6 bereits weitere
in der Praxis angewandte Feinheiten aufweist.
Der in Fig.6 dargestellte Regler . 28 arbeitet mit einem Verbraucherstromsignal,
das auf Leitungen 70 und 71 hervorgebracht ist, die mit den Schultuiigspunkten 40 bzw. 42 verbunden sind. Von verschiedenen,
allgemein bekannton Verfahren, den Strom zu fühlen,
stellt der üobeiischlußwiderstand die einfachste unä leichteste
(Gowichtr;—)/inn;lhcruiiR dar» Dor Spannungsabfall an dom Ncuen-
2O98A0/072Q
schlußwiderstand III kann kleinjgemig gemacht werden (beispielsweise
50eiV bis lOOmV), so daß ein Wirkungsgrad erhalten wird, der
mit anderen Strom-Fühltechniken einschließlich der Bimetallschalter oder- magnetischer Einrichtungen vergleichbar ist.
Die Funktion des Reglers 28 beim Vergleich der äch aus dem gefühlten
Verbraucherstrom ergebenden Spannung mit einer (von der Zener-Diode CRl erzeugten) Bezugsspannung entspricht im wesentlichen den bekannten Anwendungen von Funfctionsverstärkern„ insbesondere
von Funktionsverstärkern in integrierter Schaltung»—
technik. Die Leistungsfähigkeit der in Fig,6 dargestellten Gesatatschaltung
wird eindeutig durch die Lage des Nebenschlußwi—
derstands beeinflußt. Im Unterschied zu der vorerwähnten, in dem Artikel von Dickey beschriebenen Schaltung, in der ein solcher
Hebenschlußwiderstand auf der Belastungseite des Hauptlei— stungs-Transistors angeordnet ist, hat sich herausgestellt, daß
es vid vorteilhafter ist, den Nebenschluß ( den Widerstand Rl
und die Leitungen 70 und 71) auf der Versorgungseite des Lei stungs-Transistors anzubringen. Dies beruht darauf, daß ein Nebenschluß,
der auf der Verbraucherseite angeordnet ist, auf irgendeinem Spannungspegel zwischen der Gleichstromquelle und der
Erde in Abhängigkeit von der Verbraucher-Impedanz liegen kann. Wenn der Nebenschluß auf diese Weise "schwimmend" ist, muß die
Schaltung, um die Spannung an dem Nebenschluß zu fühlen, eine hohe Gleichtakt—Spannungsunterdrüclcung besitzen, die nur bei
größeren Aufwand , größerer KomplizieiÜieit und höheren Kosten erhalten
werdim kann.
rat entausprUclie:
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Claims (1)
- Pa~t ent anspräche;Vorrichtung zur Regelung der Gleichstromleistung von einer Gleichstromquelle zu einem Verbraucher, mit einer ersten sta— * "tischen Schalt- und Verstärker einrichtung mit ersten und zweiten Elektroden, die in einem ersten Schaltungszweig zwischen die Gleichstromquelle und dem von der Gleichstromquelle zu versorgenden Verbraucher geschalte-fc sind, und mit einer dritten Steuerelektrode sowie mit einer Einrichtung zur Ansteuerung der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinriehtung mit einem Leitungsstrompegel, der von dem an der Gleichstromquelle herrschenden Verbraucherstrompegel be stimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungs-Teilerschaltung (44) parallel zu der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql) zwischen die Gleichstromquelle (12) und den Verbraucher (14) geschaltet ist, daß die Leistungsteilerschaltung (44) Leistung bei einem ersten niedrigen Pegel verbraucht, solange die Spannung an der Stromquelle unter einem vorbestimmten Pegel liegt, und Leistung bei einem zweiten höheren Pegel verbraucht, wenn die Spannung an der Spannungsquelle (12) über einem vorbestimmten Pegel liegt, daß die Leistungsteilerschaltung (44) mindestens eine zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql bzw.Q2) und mindestens ein Widerstandselement (r6 bzw.R7) mit einer ohmschen Impedanz aufweist, die wesentlich großer als eine ohmsche Impedanz in Reihe mit der ersten statischen Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql) in dem ersten Schaltungszweig, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die zusätzliche statische Schalt— und Ver stärkereinrichtung in gesättigtem, Ieitungsfähigem Zustand zu halten, wenn die Spannung unter dem vorbestimmten Spannungspegel liegt, und um die zusätzliche statische Schalt- und Vorstärkereinrichtung bei einem vorbestimmten Spannungspegel aus der Sättigung zu bringen.2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Schalt- und Verstärkeroinrichtuiigon Transistoren209840/0720sind, daß mindestens eine zusätzliche statische Schalt- und Verstärkereinrichtung ein Paar Transistoren (Ql,Q2) aufweist, die zu einem Darlington-Verstärker geschaltet sind, daß mindestens ein tfiderstandselement einen ersten i/iderstand (ll6) auf der Seite (2±2) der Gleichspannungsciuelle der Leistungsteilerschal tung (hh) und einen zweiten Widerstand (R7) auf der.Verbraucherseite (41) der Leistungsteilerschaltung (hh) aufweist,3. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ansteuerung der ersten statischen Schalt- und Verstärlcereinrichtung (Ql) eine Strombegrenzungs-Regeleinrichtung (28) aufweist, durch die sichergestellt ist, daß der Leitungspegel der Schalteinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Maximalpeä&s bleibt, und daß eine Einrichtung (Bl) zum Fühlen des Leitungsstrompegels vorgesehen ist.4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fühlen des Leitungsstromnegels einen Nebenschlußwiderstand (ßl) aufweist, derfin den ersten Schaltungszweig zwischen die Gleichstromquelle (12) und die erste statische Schalt- und Verstärkereinrichtung (Ql) geschaltet ist, wobei der Nebenschlußwidefstand (ill) und das einzige Impe danzelement in lieihe mit der Vorrichtung (1^t) in den ersten Schaltungszweig liegt. *5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieStronregeMnrichtxmg (28) einen Operationsverstärker (Zl) zumx)Vergleich einer Spanning aufweist, die sich aus dem Strom ergibt, der von der Einrichtung zum Fühlen einer Bezugsspannung gefühlt wird, und der, wenn die gefühlte Spannung einen vorbestimmten Wert bezüglich der Bezugsspannung überschreitet, das Signal für die Steuerelektrode der zu ändernden statischen Schalt- und Verstärlceninrichtiiiig (hh) auslöst.x) einer Bezugsspannung mit209840/0720L e e r s e i t e
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