DE29822765U1

DE29822765U1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung

Info

Publication number: DE29822765U1
Application number: DE29822765U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2008-12-22
Also published as: WO2000038293A1

Description

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Beschreibung

Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus dem Buch "Das große Werkbuch Elektronik" von Dieter Nührmann, Band 1, 6. Auflage, Franzis-Verlag GmbH, 1994, Seiten 1197 und 1198, bekannt. Als Schaltung zur Spannungsstabilisierung wird dort ein Brückengleichrichter beschrieben, in welchen Zenerdioden als Gleichrichterelemente eingesetzt sind. Die während einer Gleichrichterphase leitenden Dioden arbeiten mit einer Durchlaßspannung von 0,6 V. Die beiden in dieser Zeit nicht am Gleichrichtervorgang beteiligten Dioden sind in Sperrichtung geschaltet. Die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters wird durch die Zenerdioden auf einen Wert begrenzt, welcher der Differenz aus der Diodendurchbruchspannung und der Durchlaßspannung entspricht. Durch diese Anordnung der Zenerdioden ergibt sich bereits eine stabilisierte Ausgangsspannung. Die Dioden sollen dazu die gleiche Durchbruchspannung aufweisen.

Für den Einsatz elektronischer Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen ist eine oft verwendete Schutzart die sogenannte "Eigensicherheit" der elektronischen Betriebsmittel. Ein Stromkreis ist eigensicher, wenn durch ihn ein explosionsfähiges Gemisch weder betriebsmäßig noch im Fehlerfall durch elektrische Funken oder thermische Einflüsse unter festgelegten Prüfbedingungen entzündet werden kann. Grundlegende Maßnahmen bei der Eigensicherheit sind somit die Begrenzung von Spannung, Strom, Leistung und Temperatur auf sichere Werte im Betrieb sowie unter definierten Fehlerbedingungen. Beispielsweise aus dem Buch "Explosionsschutz durch Eigensicherheit" von Wolf-Dieter Dose, Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesell-

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schaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1993, Seiten 55 bis 58, ist die Begrenzung der Spannung mit redundant ausgeführten Zenerdioden bekannt, die zwischen die beiden potentialführenden Leitungen geschaltet werden. Diese Anordnung wird auch "Zenerdioden-Barriere" bezeichnet. Für elektrische Betriebsmittel der Kategorie "ia" werden drei Dioden, d. h. zweifache Redundanz, verwendet. Für elektrische Betriebsmittel der Kategorie "ib" genügen zwei Dioden.

Zur Bereitstellung einer zum Betrieb eines elektronischen Geräts in eigensicheren Bereichen erforderlichen Gleichspannung aus einer Wechselspannung wird üblicherweise ein Brückengleichrichter, in dessen Brückenzweigen einfache Dioden angeordnet sind, verwendet. Durch eine nachgeschaltete Zenerdioden-Barriere wird verhindert, daß die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters einen in einem eigensicheren Stromkreis vorgegebenen Maximalwert nicht übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung für eigensichere Betriebsmittel zu schaffen, die mit geringem Aufwand realisierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß zum Aufbau einer Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung in eigensicheren Stromkreisen nur wenige Bauelemente benötigt werden. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß bereits mit einem Brückengleichrichter, der in den vier Brückenzweigen jeweils eine Zenerdiode aufweist, deren Zenerspannung derart bemessen ist, daß die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters einen in einem eigensicheren Stromkreis vorgegebenen Maximalwert

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nicht übersteigt, eine einfache Redundanz der Begrenzungselemente gegeben ist. Die einfache Redundanz genügt bei elektronischen Betriebsmitteln mit Eigensicherheit der Kategorie "ib".
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Durch die geringere Zahl der verwendeten Bauelemente wird zudem weniger Platz zum Aufbau der Schaltungsanordnung in einem elektronischen Gerät benötigt, so daß das elektronische Gerät kompakter aufgebaut werden kann oder mehr Platz für weitere Schaltungsteile zur Verfügung steht.

Die Schaltungsanordnung ermöglicht bereits bei Verwendung von insgesamt nur fünf Zenerdioden eine Spannungsgleichrichtung und Spannungsbegrenzung mit zweifacher Redundanz der Begrenzungsdioden, wenn der Brückengleichrichter mit vier Zenerdioden versehen und zur Begrenzung der Ausgangsspannung des Brückengleichrichters eine weitere Zenerdiode verwendet wird.

Um bei zweifacher Redundanz die Ausgangsspannung sowohl in positiver als auch in negativer Polarität auf einen zulässigen Maximalwert zu beschränken, war bisher eine Zenerdioden-Barriere mit sechs Zenerdioden, die in drei Zweigen jeweils paarweise gegeneinander geschaltet werden, erforderlich. Zur Gleichrichtung mit einem Brückengleichrichter wurden weitere vier Dioden benötigt. In vorteilhafter Weise genügen bei der neuen Schaltungsanordnung hierzu bereits sechs Zenerdioden, von welchen vier im Brückengleichrichter verwendet und zwei zwischen den potentialführenden Leitern der Ausgangsseite gegeneinander geschaltet werden.
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Vorteilhaft kann zur Stabilisierung der Ausgangsspannung des Brückengleichrichters ein Kondensator vorgesehen werden.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

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Es zeigen:

Figur 1 eine Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung in eigensicheren Stromkreisen mit einfacher Redundanz,
Figur 2 eine Schaltungsanordnung mit zweifacher Redundanz und

Figur 3 eine Schaltungsanordnung mit zweifacher Redundanz und bipolarer Spannungsbegrenzung.

Eine Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung besteht gemäß Figur 1 aus einem Brückengleichrichter, der in seinen vier Brückenzweigen jeweils eine Zenerdiode 1, 2, 3 bzw. 4 aufweist. Dieser Brückengleichrichter wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Transformator 5 mit Wechselspannung gespeist. In der positiven Halbwelle, d. h. in der Phase, wenn das Potential auf einer Leitung 6 oberhalb des Potentials einer Leitung 7 liegt, werden die Zenerdioden 2 und 3 in Durchlaßrichtung, die Zenerdioden 1 und 4 in Sperrichtung betrieben. Die positive Halbwelle wird somit auf die Ausgangsseite des Brückengleichrichters, die durch zwei Leitungen 8 und 9 gebildet wird, Übertragen. Übersteigt die Ausgangsspannung zwischen den Leitungen 8 und 9 die um die Durchlaßspannung der Dioden 2 oder 3 verminderte Zenerspannung der Zenerdiode 1 bzw. 4, so wird die Zenerdiode 1 bzw. die Zenerdiode 4 leitend und verhindert ein weiteres Ansteigen der Spannung. Bei geeigneter Wahl der Zenerspannungen ist damit sichergestellt, daß die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters einen in einem .eigensicheren Stromkreis vorgegebenen Maximalwert nicht übersteigt. Fällt eine der beiden Zenerdioden 1 oder 4 aus, so wird die Ausgangsspannung noch durch die verbleibende Zenerdiode 4 bzw. 1 begrenzt. Es liegt also eine einfache Redundanz der Spannungsbegrenzung vor, die für Eigensicherheit der Kategorie "ib" ausreicht. In bekannter Weise wird durch den Brückengleichrichter auch eine negative Halbwelle zwischen den Leitungen 6 und 7 als positive Halbwelle auf die Leitungen 8 und 9 der Ausgangsseite übertragen. Für eine zuver-

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lässige Begrenzung der Ausgangsspannung sorgen nun die Zenerdioden 2 und 3, und zwar wiederum mit einfacher Redundanz. Zur Stabilisierung der Ausgangsspannung dient ein Kondensator 10, der zwischen die Leitungen 8 und 9 geschaltet ist. 5

In Figur 2 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zwischen die Leitungen 8 und 9 auf der Ausgangsseite des Brückengleichrichters ist zusätzlich eine Zenerdiode 11 geschaltet, die zur Begrenzung der Ausgangsspannung auf den vorgegebenen Maximalwert in Sperrichtung betrieben wird. Dadurch wird eine zweifache Redundanz der Begrenzungselemente erreicht. Die Zenerspannung der Zenerdiode 11 kann um die Durchlaßspannung der Zenerdioden 1 ... 4 niedriger als deren Zenerspannung sein. Dadurch sprechen alle Begrenzungsdioden bei derselben Überspannung an.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 ist der Ausgang des Brückengleichrichters mit zwei gegeneinandergeschalteten Zenerdioden 12 und 13 versehen. Damit wird eine bipolare Begrenzung der Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Maximalwert sichergestellt. Auch hier liegt zweifache Redundanz vor, wie sie für Eigensicherheit der Kategorie "ia" gefordert wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Spannungsgleichrichtung und -begrenzung mit einem Brückengleichrichter, der in den Brückenzweigen jeweils eine Zenerdiode (1 . . . 4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerspannung der Zenerdioden (1 . . . 4) derart bemessen ist, daß die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters einen in einem eigensicheren Stromkreis vorgegebenen Maximalwert nicht übersteigt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters durch eine weitere Zenerdiode (11) begrenzt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters durch eine Reihenschaltung zweier entgegengesetzt gepolter Zenerdioden (12, 13) begrenzt ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Ausgangsspannung des Brückengleichrichters ein Kondensator (10) vorgesehen ist.