DE2713310C3 - Schutzanordnung für eine Niederspannungs-Steuerschaltung - Google Patents
Schutzanordnung für eine Niederspannungs-SteuerschaltungInfo
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Description
gcncuii^cu-iinci, uau uiv. L/iuui.iiaiiui uuuug V1'/ uuo
einer Zenerdiode (22) besteht.
25
Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung für eine Niederspannungs-Steuerschaltung, die ein Schaltelement
steuert, um einen Lastkreis an eine Gleichstromquelle hoher Spannung anzuschalten und die Stromzufuhr
von der Gleichstromquelle zum Lastkreis zu Heuern, mit einer parallel zum Ausgang der Niederspannungs-Steuerschaltung
geschalteten, in Richtung des Steuerstromes gepolten Dioden-Anordnung.
Aus der Zeitschrift »Wireless 'λ orld« Juni 1968, Seite
154 ist bereits eine Schutzanordnung bei Auftreten von Spilzenströmen bekannt Auch bei dieser bekannten
Schutzanordnung ist ein Lastkreis an eine Gleichstromquelle mit hoher Spannung angeschlossen und es ist in
Reihe mit der Last des Lastkreises ein Transistor geschaltet. Dem Steusranschluß bzw. der Basis dieses
Transistors wird ein Steuerstrom zugeführt und es ist ferner parallel zum Eingang dieses Transistors eine
Dioden-Anordnung geschaltet, die in Richtung des Steuerstromes gepolt ist.
Diese bekannte Schutzanordnung bietet jedoch dann keinen Schutz für eine Steuerschaltung, wenn die
Dioden-Anordnung zerstört ist.
Darüber hinaus ist es beispielsweise aus der DE-AS 11 93 594 bekannt. Sicherungen am Ausgang von
Steuerkreisen vorzusehen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einer Schutzanordnung für eine Niederspannungs-Steuerschaltung
der eingangs definierten Art die Niederspannungs-Steuerschaltung auch bei einer Zer-
»törung des Schaltelementes des Lastkreises sowohl gegen einen Überstrom als auch gegen eine Überspannung
wirksam mit einfachsten Mitteln zu schützen.
Ausgehend von der Schutzanordnung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß in die Steuerleitung von der Niederspannungs-Steuerschaltung. zu dem Schaltelement
zwischen diesem und dem Anschluß der Diodenänordnung ein Selbstunterbfechereiement zwischengeschaltet
ist, welches derart bemessen ist, daß es bei Durchbruch der hohen Gleichspannung auf die
Niederspannung der Steuerschaltung anspricht
Erfindungsgemäß wird somit im Falle einer Zcrstö=
rung des Schaltelementes im Lastkreis die dabei entstehende Überspannung über das Selbstunterbrecherelement
zur Diodenanordnung geleitet, die dadurch in den niederohmigen Zustand gelangt, so daß
über die Diodenanordnung und über das Selbstiinterbrecherelement
ein vergleichsweise hoher Strom fließt, der erst dann zur Unterbrechung des Selbstunterbrecherelements
führt, so daß effektiv sowohl ein wirksamer Überspannungsschutz als auch ein wirksamer
Überstromschutz für die Niederspannungs-Steuerschaltung realisiert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Erfindung dadurch noch eine Weiterbildung erfahren,
daß die Dioden-Anordnung aus einer Zenerdiode besteht
Im folgenden sind bevorzugte Ausfühmngsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer Schutzanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig.2 ein Schsltbild einer Servovorrichtung, bei
welcher die Vorrichtung gemäß F i g. 1 angewandt wird,
Fig.3 ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß einer
abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Darlington-Brückenschaltung vorgesehen
ist.
Fig.4 ein Schaltbild einer weiter abgewandelten
Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Zener-Diode an eine Schutzschaltung angeschlossen ist,
und
F i g. 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Bypaß-Schutzschaltung
als Schutzschaltung vorgesehen ist.
Gemäß Fig. 1 ist eine Reihenschaltung aus einer Gleichstromversorgung 12 und einer Last 13 in Reihe an
die Kollektor-Emitterstrecke eines Hochieistungstransistors 11 angeschlossen, bei dem die Kollekto:-Basis-Spannung
Vcbo 600 V, die Kollektor-Emitter-Spannung
Vce 450 V, die Emitter-Bas'S-Spa..nung VCeo 5 V, der
Kollektorstrom lc 50 A. der Kollektor-Spitzenstrom
Icpfak 100 A (1 ms), der Basisitrom lB 3 A und der
Stromverstärkungsfaktor AZe=IOOO betragen. Eine
Schutzdiode 14 ist in Rückwärts- bzw. Sperrichtung zwischen Basis und Emitter des Hochleistungstransistors
11, im foit-enden auch einfach als »Transistor«
bezeichnet, geschaltet. Die Basis des Transistors 11 ist mit einer positiven bzw. Plus-Ausgangsklemme Ti einer
Basissteuerschaltung 16 über ein selbstabschaltendes Element (15), beispielsweise einen in einem Gehäuse
vergossenen Schutzschalter oder eine Schmelzsicherung, verbunden. Eine Diodenanordnung 17 aus einer
Anzahl von in Reihe geschalteten Dioden ist in Sperrichtung zwischen positive und negative Ausgangsklemmen
7Ϊ bzw. T2 der Basissteuerschaltung 16
eingeschaltet, welche ihrerseits eine äußere Steuersignalquelle 16a. einen durch ein Steuersignal von der
Steuersignalquelle 16a angesteuerten Optoisolator 166 und einen durch ein Ausgangssignal vom Optoisolator
16 gesteuerten Transistor 16cumfaßt. Der Kollektor des Optoisolators 16c ist mit der Basis eines Transistors 16c
und außerdem mit der Pluskiemme einer Hilfs-Gleich^
stromquelle 18 über einen Widerstand 16d/Verbunden. Der Kollektor des Transistors 16c liegt über die positive
Aüsgärigsklemrrie T) und die Sicherung an der Basis des
Transistors Ii und außerdem über einen Widerstand
i6ean der Pfusklemme der Hilfs-Gleichstromquelle 18.
Der Emitter des Transistors 16c ist mit dem Emitter des
Optoisolators 166 und außerdem mit der Minüsklemrne
4 O η 4 Λ
IJJlU
der Gleichstromquelle 18 und weiterhin über die
negative Ausgangsklemme Ti mit dem Emitter des Transistors 11 verbunden.
Wenn der Optoisolator \6b bei der beschriebenen
Schalterkreisvorrichtung durch ein Steuersignal von der äußeren Steuerschaltung 16a durchgeschaltet wird,
sperrt der Transistor 16a Infolgedessen wird der positiven Ausgangsklemme 71 der Basissteuerschaltung
16 eine pcjkive Spannung aufgeprägt, so daß der
Transistor 11 durchschaltet und mithin die Last 13 mit
Strom von der Gleichstromquelle 12 beschickt wird. Wenn dagegen der Optoisolator 16b sperrt und dadurch
der Transistor 16c durchgeschaltet wird, wird der Transistor 11 negativ bzw. in Gegenrichtung vorgespannt,
so daß er sperrt Der Transistor 11 wird somit
durch ein Ausgangssignal der Basissteuerschaltung 16 angesteuert wodurch die Stromzufuhr zur Last 13
gesteuert wird.
Die in F i g. 2 dargestellte Servovorrichtung weist vier
Schalterkreise 5Ci — SQ auf, die jeweils auf die in F i g. 1
dargestellte Weise angeordnet und züsarnmcngeschaltet
sind, und sie enthält einen als Lasi dienenden Gleichstrommotor M. Wenn in den Schalterkreisen SQ.
SCj vorgesehene Hochleistungstransistoren TRi, TRi
durchschalten, fließt Strom über eine Reihenschaltung aus dem Transistor TR 1, dem Gleichstrommotor Mund
dem Transistor TR 4, so daß der Motor M in Normalrichtung angetrieben, d. h. in Drehung versetzt
wird. Wenn die Transistoren TRi. TR 4 sperren und die
Transistoren TR 2, TR 3 durchschalten, fließt der Strom über eine Reihenschaltung aus dem Transistor TR 3,
dem Gleichstrommotor M und dem Transistor TR 2, so daß der Motor Mm Gegenrichtung läuft
Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 erläutert Mit // ist dabei der
Strom bezeichnet, der im Normalbetrieb des Schaltkreises über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
Il durch die Last 13 fließt Der Basistrom /;, des Transistors 11 läßt sich in diesem Fall durch fo'gende
Gleichung ausdrucken:
(D
in welcher β O den Stromverstärkungsfaktor des
Transistors 11 bezeichnet Im folgenden sei angenommen, daß bei nicht vorgesehener Schutzdioden-Reihen-
»chaltung 17 eine Störung auftritt bei welcher der Transistor 11 zerstört, die Kollektor-Basis-Strecke des
Transistors 11 voll durchgeschaltet und auch seine Kollektor-Emitter-Strecke geöffnet wird. Der Strom
fließt dabei von der Gleichstromquelle 12 über die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 11 zur Sieherung
15, zur Basissteuerschaltung 16 und zur Last 13. Hierbei wird der positiven Ausgangsklemme Ti der
Basissteuerschaltung 16 von der Gleichstromquelle 12 cine Spannung (normalerweise etwa 300 V) aufgeprägt.
Die Basissteuerschaltung 16 besteht jedoch aus einem 6e
Niederspannüng'Schaitkreiselement, das von der
Gleichstromversorgung 18 durch eine Spannung von z. B. 6 V erregt wird, nämlich aus einem Öptoisolator
16i und einem Transistor 16c Wenn daher die positive
Ausgangsklemrnc Ti mit der hohen Spannung von
300 V beaufschlagt wird, werden die Schaltkreiselemen'
te 16b und 16c wegen-ihres ungenügenden Spannungs-Widerstands
durch diese unzulässige höhe Spannung zerstört Ein über die Basissteuerschaltung 16 fließender
Stör- bzw. Fehlerstrom Is läßt sich hierbei durch die Gleichung
Vt - V1
ίο ausdrucken, in welcher
Vc die Kollektorspannung des Transistors 11 entsprechend
dem Spannungspegel der Gleichstromquelle 12,
Ve die Emitterspannung des Transistors 11 und
Ve die Emitterspannung des Transistors 11 und
Z0 die Ausgangsimpedanz der Basissteuerschaltung 16
bedeuten.
Der über die Basissteuerschaltung 16 fließende Strom besitzt im allgemeinen etwa den [.'.. ichen Pegel wie der
Basissirorn & des Transistors 11. !niulf «dessen läßt sich
die Ausgangsimpedanz Za der Basissteuerschaltung 16
ausdrucken als
£2
(mit £2= Spannung der Gleichstromquelle 18).
Wenn der Transitor 11 ausfällt erhält die Basisteuerschaltung
16 einen Stör- oder Fehlerstrom Is entsprechend
V' ~ l'
gemäß Gleichung(2).
Bei Substitution von Gleichung (3) in Gleichung (2) erhält man
[V, = V1)I, E2
Infolgedessen erhält die Basissteuerschaltung 16 einen Stör- oder Fehlerstrom Is, der um das
(Ve— vy/£rfache größer ist als der Sirom lb und
entgegengesetzt zu letzterem fließt Beim Hießen eines so großen Fehlerstroms würde die Basissteuerschaltung
16 zerstört werden. Ein andauernder Fluß dieses Störoder Fehlerstroms würde zu einem Durchbrennen der
Basissteuerschaltung 16 führen.
Der Schalterkreis gemäß der Erfindung ist jedoch mit einer Schutzschaltung versehen, die aus der zwischen
der Basis des Transistors 11 und der positiven Ausgangsklemme Ti der Basissteuerschaltung 16
liegenden (Schmelz-)Sicherung 15 und der zwischen die
Ausgangsklemmen 7*1 und T2 der Basissteuerschaltung
16 eingeschaltet^ Diodenreihenschaltung 17 besteht Wenn somit der Transistor 11 ausfällt und seine Basis
die Kollektorspannung von etwa 300 V erhält fließt daher der größte Teil des Fehlerstroms über dia
Diodenreihenscl.altung 17. wodurch eine über die Ausgangsklemmen 7*1 und T2 der Basissteuerschaltung
16 anliegende Spannung auf einen niedrigeren als den vorgeschriebenen Pegel beschränkt wird. Die Diodenreihenschaltung
17 wirkt als Dioden-Bezugsschaltung, welche in Durchlaßrichtung einer niedrigen Spannung
einen hohen Widerstand und einer hohen Spannung einen niedrigen Widerstand bietet und dadurch die
Spannung an den Ausgangsklemmen Ti und T2 der Bäsissteuerschältüng 16 auf einen niedrigeren als den
vorgeschriebenen Pegel begrenzt. Die in der Basissteuerschaltung 16 enthaltenen Transistoren werden folglich
vor einer Zerstörung aufgrund eines zu geringen Widerstands gegenüber einen höhen Spannung geschützt.
Falls eine noch wesentlich höhere Spannung auftritt, schmilzt die Sicherung 15 durch, so daß der
Fehlerstrom augenblicklich unterbrochen und dadurch die Basissteuerschaltung 16 vor einer Zerstörung durch
Brand bzw. Durchbrennen geschützt wird. Die (Schmelz-)Sicherung 15 wird mit einer Nennstromstärke
entsprechend dem l,5fachen eines Mindesl-Basisstroms
1
I + lh
I + lh
15
gewählt, der für die Sättigung des Emitterpotentials des Hochleistungstransistors 11 erforderlich ist.
Bei einem Ausfall des Transistors 12 wird der Basissteuerschaltung der Schalterkreisvorrichtung, wie
erwähnt, weder eine unzulässig hohe Spannung, noch ein übermäßig großer Strom aufgeprägt, so daß die
Basissteuerschaltung vor Zerstörung oder Durchbrennen geschützt ist.
Gemäß Fig.3 die eine Schalterkreisvorrichtung
gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist eine Hochleistungstransistorschaltung 21 für
eine Last aus einer in Darlington-Brückenschaltung jo
angeordneten Transistorschaltung gebildet Dabei ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors
21a mit der Gleichstromquelle 12 und einem Lastkreis 13 verbunden. Die Basis des ersten Transistors 21a liegt
an seinem Kollektor, der seinerseits über die Emitter-Basis-Strecke eines zweiten Transistors 216 an die
positive bzw. Plus-Ausgangsklemme der Gleichstromquelle 12 angeschlossen ist Die Basis des zweiten
Transistors Hb ist über die Sicherung 15 mit der positiven Ausgangsklemme Γ1 der Basissteuerschaltung
16 und außerdem über in Reihe geschaltete Widerstände 21c und 21c/ mit dem Emitter des ersten Transistors
21a verbunden. Die Verzweigung zwischen den Widerständen 21c und 21c/ ist an die Verzweigung
zwischen der Basis des ersten Transistors 21 a und dem Emitter des zweiten Transistors 21ύ angeschlossen. Die
beschriebene Daritngton-Transistorscnaltung ermöglicht
die Steuerung eines großen Laststroms mittels eines annehmbar niedrigen Steuerstroms. Bei der
Darlingtön-Brückenschaltürig muß daher eine Schutzschaltung
speziell für die Basissteuerschaltung 16 vorgesehen sein. Aus diesem örund enthält die zweite
Ausführungsform gemäß Fig.3, ebenso wie in Fig.2,
eine Schutzschaltung aus einer (Schmelz-)Sicherung 15
und einer Diodenreihenschaltung 17.
Bei der weiter abgewandelten Ausführüngsform der erfindungsgemäßen Schalterkreisvorrichtung gemäß
Fig.4 ist die in der Schutzschaltung von Fig. 3 vorgesehene Diodenreihenschaltung 17 durch eine
Zener-Diode 22 ersetzt, die zwischen die Ausgangsklemmen Ti und T2 der Basissteuerschaltung 16
geschaltet ist. Die Zener-Diode 22 begrenzt ebenfalls eine an den Ausgangsklemmen Π und T2 der
Basissteuerschaltung 16 liegende Spannung auf einen niedrigeren als den vorgeschriebenen Pegel, so daß die
Basissteuerschallung 16 vor Zerstörung oder Durchbrennen geschützt ist
Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform der SchaltL'kreisvorrichtung gemäß Fig.5 ist stellvertretend
für die Schutzdiode 17 oder 22 eine Diode 23 in Durchlaßrichtung von der Verzweigung zwischen der
Sicherung 15 und der positiven Ausgangsklemme Π der Basissteuerschaltung 16 zu«· positiven Ausgangsklemme
einer Hilfs-GIeichstromquelle 18 geschaltet.
Wenn der Transistor 11 ausfällt und sich die Spannung an seiner Basis auf einen erheblichen Wen erhöht, wirkt
die Diode 23 der Schutzschaltung gemäß Fig.5 als B>paß bzw. Nebenweg. Ein Fehlerstrom umgeht dabei
die Elemente über die Diode 23 so daß die Basissteuerschaltung 16 vor Zerstörung oder Durchbrennen
geschützt ist.
Die Schutzschaltungen gemäß Fig.4 und 5 können
auch hei der ersten Ausführunesform Eemäß Fig. 1 angewandt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Schutzanordnung für eine Niederspannungs-Steuerschaltung,
die ein Schaltelement steuert, um einen Lastkreis an eine Gleichstromquelle hoher
Spannung anzuschalten und die Stromzufuhr von der Gleichstromquelle zum Lastkreis zu steuern, mit
einer parallel zum Ausgang der Niederspannungs-Steuerschaltung geschalteten, in Richtung des to
Steuerstroms gepolten Dioden-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Steuerleitung
von der Niederspannungs-Steuerschaltung (16) zu dem Schaltelement (11) zwischen diesem und dem
Anschluß der Diodenanordnung (17) ein Selbstun- η
terbrecherelement (Sicherung 15) zwischengeschaltet ist, welches derart bemessen ist, daß es bei
Durchbruch der hohen Gleichspannung auf die Niederspannung der Steuerschaltung (16) anspricht
2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3286476A JPS52116054A (en) | 1976-03-25 | 1976-03-25 | Amplifier circuit |
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DE2713310B2 DE2713310B2 (de) | 1980-05-22 |
DE2713310C3 true DE2713310C3 (de) | 1981-01-22 |
Family
ID=12370707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (2)
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JP (1) | JPS52116054A (de) |
DE (1) | DE2713310C3 (de) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
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FR2496362A1 (fr) * | 1980-12-12 | 1982-06-18 | Thomson Brandt | Circuit de commande d'un transistor de commutation de puissance et dispositif le comportant |
DE102022208825A1 (de) * | 2022-08-25 | 2024-03-07 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Vorrichtung, Herstellungsverfahren und Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einem Gatetreiber und zumindest einem angebundenen Leistungshalbleiter |
-
1976
- 1976-03-25 JP JP3286476A patent/JPS52116054A/ja active Pending
-
1977
- 1977-03-25 DE DE19772713310 patent/DE2713310C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS52116054A (en) | 1977-09-29 |
DE2713310B2 (de) | 1980-05-22 |
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