DE2411633C3

DE2411633C3 - Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung

Info

Publication number: DE2411633C3
Application number: DE19742411633
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 6930 Eberbach Lüttich
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1981-06-19
Also published as: GB1491522A; DE2411633A1; DE2411633B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie findet ^tiwending bei der Herstellung eigensicherer Stromkreise (Ex)iG5 für explosionsgeschützte Räume in ChemiebetrieS<;n und Ölraffinerien. In derartigen Räumen darf bei elektrischen Kreisen weniger Energie zur Verfügung stehen als zur Zündung eines explosionsfähigen Gas-Luft-Gemisches notwendig ist Die kritische Zündenergie, beispielsweise beim zündwilligsten Gas Wasserstoff-Knallgas von 20 μWs muß unbedingt unterschritten bleiben.

Die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 12 93 307 bekannt. Hier wird der Überlastungsschutz eines Leistungstransistors, der zwischen Spannungsquelle und Verbraucher angeordnet ist, mittels einer Bauelementengruppe vorgenommen. Die Spannungskonstanthaltung von Netzgeräten ist allgemein bekannt (z. B, DE-AS 14 13 242, DE-OS 21 43 908). Dabei ist es auch üblich einen Überlastungsschutz vorzunehmen.

Bekannt sind auch Strombegrenzungsschaltungen (DE-OS 15 88 316 und DE-AS 18 16 553), bei denen die am Ausgang von eigensicheren Stromkreisen auftretende Leistung im Strom-Spannungs-Diagramm einer Hyperbel angenähert ist und unterhalb des maximal zulässigen Stromgrenzwertes bleibt (grundsätzliche Forderung für eigensichere Stromkreise). Allerdings sind hier die im eigensicheren Kreis zur Verfügung stehenden Nutzleistungen relativ klein.

Da die elektrische Energie in explosionsgeschützten Riumen den Wert von 20 μΥ/s nicht übersehreiten darf; bei den angestrebten Werten von U = 25 V und dem Kurzschlußstrom von 150 mA aber eine Abschaltzeit von 5,3 μί erzielt werden muß, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung aufzuzeigen, die innerhalb der o. a. Abschaltzeit den Ausgang vom Eingang trennt und trotzdem in ungestörtem Zustand eine hohe Leistung am Ausgang abgeben kann. Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Der Längstransistor erhält über eine Konstantstromquelle Basisstrom und wird dadurch leitend geschaltet. Der programmierbare Unijunction-Transistor wird bei Erreichen der Stromgrenze am Ausgang leitend und sperrt den Längstransistor. Der Längstransistor und der Unijunction-Transistor wirken derart zusammen, daß

ίο die am Ausgang auftretende Energie begrenzt rt. Der Reihenwiderstand bestimmt die Ausgangsstromgrenze. Die Diode ist zum Abblocken der Anoden-Kathoden-Restspannung des Unijunction-Transistors im Basisstromkreis des Längstransistors angeordnet. Der

H Schutzwiderstand ist vorgesehen, um ein Löschen des Unijunction-Transistors zu verhindern.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Unijunction-Transistor durch eine Zusammenschaltung zweier Transistoren, die wie ein Thyristor wirkt, oder einen Thyristor oder eine Komparatorschaltung mit nachgeschaltetem Speicher mit Rücksetzeingang ersetzbar.

Vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist besonders die wesentlich stärkere Belastbarkeit des eigensicheren Stromkreises. In vorteilhafter Weise kann dem Verbraucher bei 24 V Speisespannung noch 100 mA Laststrom angeboten werden. Die Abschaltung der Anlage bei höhereq Lastströmen erfoigt dabei in der extrem schnellen Zeit von kleiner 1 μ5. Gemäß der vorteilhaften Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in eigensicheren Kreisen erübrigt sich der kostspielige Einsatz von Leistungstransistoren im Längsstromkreis.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

J5 Schaltungsanordnung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

An einem Eingang A liegt eine Spannung + U. Zwischen dem Eingang A und einem Ausgang B ist ein Längstransistor V2 angeordnet Zwischen dem Emitter dieses Transistors und den Eingang A ist ein Widerstand R\ geschaltet. Die Basis des Längstra/isistors V7 führt über eine Diode K₃ und einen Feldeffekttransistor K₄ auf Massepotential. Der Feldeffekttransistor K₄ wirkt als Strombegrenzer. Die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors V* ist mit der Source-Elektrode verbunden. Zwischen dem Eingang A und dem Feldeffekttransistor K4 ist ein programmierbarer Unijunction-Transistor K₁ geschaltet. Dieser Unijunction-Transistor liegt mit seiner Kathode an der Kathode der Diode V₃ bzw. am

so Drain des Feldeffekttransistors V*. Die Steuerelektrode des Unijunction-Transistors Ki ist über einen Widerstand /?2 an die Verbindung des Widerstandes R] mit dem Emitter des Längstransistors K₂ gelegt. In den Ausgang ist eine Diode Ks mit ihrer Anode an Massepotential und mit ihrer Kathode an den Ausgang S geschaltet.

Die Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel arbeitet folgendermaßen:
Im ungestörten Zustand fließt durch die Basis des

«J Längstransistors Vi, durch die Diode K₃ und den Feldeffekttransistor K₄ ein Strom. Dieser Strom schaltet den Längstransistor Vj dureh_; d_; h, der Eingang A ist mit dem Ausgang B verbunden. Der Feldeffekttransistor K₄ arbeitet im Konstantstrom-Betrieb, d. h. er arbeitet in

μ weiten Spannungsbereichen mit konstantem Strom und liefert den Basisstrom für die Durchschaltung des Längstransistors Vi.

Bei erhöhtem Laststrom I_K am Ausgang B tritt an

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Widerstand R\ ein Spannungsabfall auf, der als spannung für den programmierbaren Unijunc-•ansistor Vi wirkt. Wenn dieser Spannungsabfall ■forderliche Höhe erreicht hat, zündet der iction-Transistor Vi durch und übernimmt den der bisher in die Basis des Längstransistors Vi ien ist, d. h. der Längstransistor V₂ wird gesperrt, und Vj dienen zur internen Anschaltung des iction-Transistors V₁. Aufgrund der Restspan nungdes Unijunction-Transistors V_t ist es nicht möglich, den Längstransistor V₂ ganz abzuschalten. Die in Durchlaßrichtung betriebene Diode Vi verhindert, daß die Anoden-Kathoden-Restspannung des Unijunction-Transistors Vi von ungefähr I V den Längstransistor V₂ leitend schaltet. Die Diode V₅ dient als Freilaufdiode und soll beim Abschalten induktiver Lasten negative Spannungsspitzen begrenzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 24 Π 633

1. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung, bei der ein von einem Halbleiterbauelement steuerbarer Längstransistor in Reihe mit einem Widerstand zwischen Eingang und Ausgang einer Stromversorgungsleitung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Längstransistors (Vt) über eine Diode (Kj) an eine auf Bezugspotential (O) gelegte Konstantstromquelle (Feldeffekttransistor K₄) geführt ist und dadurch leitend schaltbar ist, daß ein programmierbarer Unijunction-Transistor (V\) zwischen den Eingang (A) und die Verbindung der Diode (Vj) mit der Konstantstromquelle (Feldeffekttransistor K₄) geschaltet ist, wobei der Unijunction-Transistor (Ki) über einen Schutzwiderstand (Widerstand Rt) ansteuerbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unijunction-Transistor (Ki) durch eine wie ein Thyristor wirkende Zusammensetzung zwej ei Transistoren ersetzbar ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Unijunction-Transistor (Kj) durch einen Thyristor oder eine Komparators.'haltung mit nachgcsehaltetem Speicher mit Rücksetzeingang ersetzbar ist.