DE3115214A1 - Circuit arrangement for protecting an electronic two-wire alternating-current switch against overload - Google Patents

Abstract

In this switch, the overload can come either from a load short circuit or from a continuously increased current. Overload protection is achieved by a special construction of a current-limiting stage which operates in such a manner that the short-circuit current is not applied to the components in the load circuit nor is an additional resistor required for limiting the short-circuit current.

Description

Schaltungsanordnung zum Schutze eines elektronischen Zwei-Circuit arrangement for the protection of an electronic two-

draht-Vechselstromschalters gegen Überlastung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutze eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters gegen Überlastung, mit einer Steuerelektronik, welche einen extern beeinflußbaren Oszillator mit einem nachgeschalteten Verstärker aufweist, mit einem in Reihe mit einem Fiihlerwiderstand zwischen den beiden Klemmen einer Spannungsversorgungseinrichtung angeordneten Thyristor, dessen Gate von der Steuerelektronik beaufschlagbar ist, und mit einer Strombegrenzungsstufe im Lastkreis.wire AC switch against overload the The invention relates to a circuit arrangement for protecting an electronic two-wire AC switch against overload, with control electronics that can be influenced externally Having an oscillator with a downstream amplifier, with one in series with a sensor resistor between the two terminals of a voltage supply device arranged thyristor, the gate of which can be acted upon by the control electronics, and with a current limiting stage in the load circuit.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 21 49 063 bekannt. Eine derartige Schaltungsanordnung ist jedoch nicht frei von Nachteilen. Wenn nämlich der Fühlerwiderstand niederohmig ausgebildet ist, liegt praktisch keine Begrenzung des Stromes bei einem Kurzschluß in der Last vor. Dies bedeutet, daß alle Schaltungselemente im Lastkreis so ausgelegt werden müssen, daß sie durch den sehr hohen Kurzschlußstrom nicht beschädigt oder zerstört werden können. Dies ist in der Praxis aus räumlichen Gründen kaum möglich.Such a circuit arrangement is known from DE-AS 21 49 063. However, such a circuit arrangement is not free from disadvantages. If namely the sensor resistance is designed to be low, there is practically no limit of the current in the event of a short circuit in the load. This means that all circuit elements in the load circuit must be designed in such a way that they are affected by the very high short-circuit current cannot be damaged or destroyed. In practice, this is due to spatial reasons Reasons hardly possible.

Wenn jedoch zur Vermeidung des oben dargelegten Nachteils ein zusätzlicher Widerstand vorgesehen wird, entsteht der empfindliche Nachteil, daß auch im normalen Betrieb der Schaltungsanordnung der Widerstand im Lastkreis zu einem entsprechend hohen Spannungsabfall und einer Verlustleistung an diesem Widerstand führt, die eine für die Praxis nicht tragbare Wälmeentwicklung hervorruft.If, however, to avoid the disadvantage set out above, an additional Resistance is provided, the delicate disadvantage arises that even in normal Operation of the circuit arrangement of the resistance in the load circuit becomes a corresponding high voltage drop and power loss at this resistor, which causes an unsustainable forest development.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Schutze eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters gegen Überlastung zu schaffen, welche auch bei einem niederohmigen Lastkreis die Notwendigkeit vermeidet, die Schaltungselemente im Lastkreis so zu dimensionieren, daß sie den Kurzschlußstrom aufnehmen könnten.The invention is based on the output, a circuit arrangement to protect an electronic two-wire AC switch against overload to create which, even with a low-resistance load circuit, avoids the need to to dimension the circuit elements in the load circuit so that they can handle the short-circuit current could absorb.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein Transistor zwischen dem Thyristor und dem Fühlerwiderstand, dessen Basis über einen Ansteuerwiderstand mit dem einen Pol der zur Versorgung der Steuerelektronik dienenden Spannungsversorgung verbunden ist, eine Zenerdiode, die zwischen der Basis des Transistors und dem anderen Pol der pannungs versorgung angeordnet ist, einen Begrenzungsthyristor, der zwischen dem Ansteuerwiderstand und dem anderen Pol der Spannungsversorgung angeordnet ist, dessen Gate über eine Zenerdiode und einen Reihenwiderstand mit dem Verbindungs punkt zwischen dem Thyristor und dem Transistor verbunden ist und dessen Anode mit der Basis des Transistors verbunden ist.To solve this problem, the invention provides that a transistor between the thyristor and the sensor resistor, the base of which is via a control resistor with one pole of the voltage supply used to supply the control electronics connected, a zener diode which is between the base of the transistor and the other Pole of the power supply is arranged a limiting thyristor, which is between the control resistor and the other pole of the power supply is arranged, its gate via a zener diode and a series resistor to the connection point between the thyristor and the transistor and its anode with connected to the base of the transistor.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Fühlerwiderstand und die Zenerdiode derart dimensioniert und aufeinander abgestimmt sind, daß die Strombegrenzung bei einem Kurzschluß im Lastkreis dann einsetzt, wenn der Spannungsabfall am Fühlerwiderstand größer wird als an der Zenerdiode, indem der Begrtnzungsthyristor gezündet und der Transistor gesperrt werden.It is preferably provided that the sensor resistor and the Zener diodes are dimensioned and coordinated in such a way that the current limit in the event of a short circuit in the load circuit occurs when the voltage drop across the sensor resistor becomes larger than on the Zener diode, in that the limiting thyristor is ignited and the Transistor are locked.

Gemäß der Erfindung ist der erhebliche Vorteil erreichbar, daß auch im Kurzschlußfall die Bauelemente im Lastkreis nicht mit dem Kurzschlußstrom beaufschlagt werden, und dieses Ergebnis wird erreicht, ohne daß ein hochohmiger Widerstand im Lastkreis vorhanden ist und die damit verbundene Verlustleistung abgeführt werden müßte.According to the invention, the considerable advantage can be achieved that also in the event of a short circuit, the components in the load circuit are not subjected to the short-circuit current and this result is achieved without a high resistance in the Load circuit is present and the associated power loss is dissipated would have to.

Nachdem ein Kurzschluß aufgetreten ist, fließt vielmehr im Lastkreis nur noch ein Strom, der um etwa zwei Größenordnungen geringer ist als der Nennstrom des Wechselstromschalters.Rather, after a short circuit has occurred, it flows in the load circuit only a current that is about two orders of magnitude less than the nominal current of the AC switch.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sieht vor, daß der Transistor als MOS-Feldeffekt-Transistor ausgebildet ist, dabei kann vorzugsweise die Anordnung derart getroffen sein, daß das Gate des Begrenzungsthyristors über zueinander in Reihe geschaltete Widerstände mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Fühlerwiderstand und der Source des MOS-Feldeffekt-Transistors verbunden ist und daß zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den zueinander in Reihe geschalteten Widepständen und dem anderen Pol der Versorgungsspannung ein Kondensator angeordnet ist.An advantageous development of the circuit arrangement according to the invention provides that the transistor is designed as a MOS field effect transistor, here The arrangement may preferably be such that the gate of the limiting thyristor via resistors connected in series with the connection point between the sensing resistor and the source of the MOS field effect transistor is connected and that between a connection point between those connected in series with one another Resistors and the other pole of the supply voltage, a capacitor is arranged is.

Durch diese vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird zusätzlich der Vorteil erreicht, daß nicht nur ein wirksamer Schutz gegen einen Kurzschluß gewährleistet ist, sondern daß der Wechselstromschalter auch gegen schädliche Einflüsse geschützt ist, die dadurch entstehen können, daß der Wechselstromschalter ständig mit einem überhöhten Strom betrieben wird, der zwar als Überlastung wirkt, jedoch noch nicht als Kurzschluß anzusprechen ist.Through this advantageous development of the circuit arrangement according to the invention is also achieved the advantage that not only effective protection against one Short circuit is guaranteed, but that the AC switch also against harmful Influences is protected that can arise from the fact that the AC switch is constantly operated with an excessive current, which acts as an overload, but is not yet to be addressed as a short circuit.

Die Verwendung eines MOS-Feldeffekt-Transistors bringt auch den Vorteil mich sich, daß die Ansteuerung nahezu leistungslos durchgeführt werden kann.The use of a MOS field effect transistor also has the advantage me that the control can be carried out with almost no power.

Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß zwischen dem Begrenzungsthyristor und dem Ansteuerwiderstand eine Diode angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei Weiterhin vorgesehen, daß die Diode als Licht emittierende Diode ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, einen Kurzschlußfall oder einen Uberlastfall anzuzeigen. Die Licht emittierende Diode leuchtet nur dann, wenn der Begrenzungsthyristor gezündet hat, und damit wird angezeigt, daß entweder eine Uberlastung des Wechselstromschalters oder ein Lastturbzschluß vorgelegen hat.Furthermore, it can preferably be provided that between the limiting thyristor and a diode is arranged on the control resistor. Furthermore, it is preferable provided that the diode is designed as a light-emitting diode. Through this it is possible to indicate a short circuit or an overload. The light emitting diode only lights up when the limiting thyristor has ignited, and this indicates that either an overload of the AC switch or there was a load turbo connection.

Es kann vorzugsweise auch vorgesehen sein, daß zwischen dem Verbindungspunkt von der Diode zu dem Begrenzungsthyristor eine Steuerleitung zu der Steuerelektronik angeordnet ist.It can preferably also be provided that between the connection point from the diode to the limiting thyristor a control line to the control electronics is arranged.

Über diese Meldeleitung kann der Steuerelektronik signalisiert werden daß der Begrenzungsthyristor durchgeschaltet wurde. Damit ist die Möglichkeit gegeben, nach dem Durchschalten des Begrenzungsthyristors die Steuerelektronik so zu beeinflussen, daß der Thyristor im Lastkreis abgeschaltet wird bzw. nach dem ersten Nulldurchgang des Stromes nicht mehr eingeschaltet wird.The control electronics can be signaled via this message line that the limiting thyristor was switched through. This gives the opportunity to influence the control electronics after the limiting thyristor has been switched through, that the thyristor in the load circuit is switched off or after the first zero crossing of the current is no longer switched on.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein weiteres Schaltschema, welches eine vorteilhafte Weiterbildung der in der Fig. 1 veranschaulichten Schaltungsanordnung darstellt, und Fig. 3 verschiedene Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Schaltungen.The invention is explained below, for example, with reference to the drawing described; 1 shows a circuit diagram of a preferred embodiment the circuit arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a further circuit diagram, which an advantageous further development of the circuit arrangement illustrated in FIG. 1 and FIG. 3 shows various diagrams for explaining the operation of the Circuits illustrated in Figures 1 and 2.

Nachfolgend wird anhand der Figur 1 der Aufbau einer bevorzarten Ausführungsform der erfindungsgemäßen SchaLtungsanordnung erläutert. Ein Pol einer Spannungsversorgun£Tsein richtung 1, die vorzugsweise als Wechselspannung-Versorgungseinrichtung ausgebildet ist, ist über einen Lastwiderstand 2 an eine Klemme 3 des elektronischen Wechselstromschalters gelegt. Der andere Pol der Spannungsversorgungs einrichtung 1 ist direkt an eine weitere Klemme 4 angeschlossen. Die Speisespannung wird über eine Gleichrichterbrücke 5 gleichgerichtet. Über eine Versorgungseinheit 6, die aus einem Vorwiderstand oder aus einem Stromregler oder auch aus einem Spannungsregler oder aber aus einer Kombination solcher Elemente bestehen kann, wird eine Steuerelektronik 7 mit Spannung versorgt. Ein Kondensator 8, der zwischen dem einen und dem anderen Pol der Versorgungsspannung angeordnet ist, dient zur Glättung der Spannung für die Steuerelektronik 7. Die Steuerelektronik 7 enthält einen (nicht dargestellten) von außen beeinflußbaren Transistor-Oszillator mit einer nchgeschalteten Verstärkereinrichtung zur Ansteuerung eines Thyristors 9 im Lastkreis. Die Anode des Thyristors 9 liegt direkt am positiven Pol des Brückengleichrichters 5. Die Kathode des Thyristors 9 ist über eine Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 10 und inem Fühlerwiderstand 11 mit dem negativen Pol des Brückengleichrichters 5 verbunden. Die Basis des Transistors 10 ist über einen Ansteuerwiderstand 13 mit dem positiven Pol der spannung zur Versorgung der Steuerelektronik 7 verbunden. Außerdem ist die Basis des Transistors 10 über eine Zenerdiode 12 mit dem negativen Pol der Gleichrichterbrücke 5 verbunden. Der negative Pol der Gleichrichterbrücke 5 ist identisch mit dem negativen Pol der Speisespannung für die Steuerelektronik 7.The structure of a preferred embodiment is shown below with reference to FIG the circuit arrangement according to the invention explained. One pole of a power supply direction 1, which is preferably designed as an AC voltage supply device is, is via a load resistor 2 to a terminal 3 of the electronic AC switch placed. The other pole of the voltage supply device 1 is directly connected to a another terminal 4 connected. The supply voltage is supplied via a rectifier bridge 5 rectified. Via a supply unit 6, which consists of a series resistor or from a current regulator or from a voltage regulator or from a combination such elements can exist, an electronic control unit 7 is supplied with voltage. A capacitor 8 between the one and the other pole of the supply voltage is arranged, is used to smooth the voltage for the control electronics 7. The Control electronics 7 contain a (not shown) influenceable from the outside Transistor oscillator with a downstream amplifier device for control a thyristor 9 in the load circuit. The anode of the thyristor 9 is directly on the positive Pole of the bridge rectifier 5. The cathode of the thyristor 9 is connected in series from the collector-emitter path of a transistor 10 and a sensor resistor 11 connected to the negative pole of the bridge rectifier 5. The base of the transistor 10 is via a control resistor 13 with the positive pole of the voltage for supply the control electronics 7 connected. Also, the base of transistor 10 is over a Zener diode 12 is connected to the negative pole of the rectifier bridge 5. Of the The negative pole of the rectifier bridge 5 is identical to the negative pole of the supply voltage for the control electronics 7.

Der Transistor 10, der Fühlerwiderstand 11 und die Zenerdiode 12 bilden zusammen mit dem Ansteuerwiderstand 1x eine Strombegrenzungsschaltung.The transistor 10, the sensor resistor 11 and the Zener diode 12 form together with the control resistor 1x a current limiting circuit.

Wenn durch eine externe Beeinflussina des (nicht dargestellten) Transistor-Oszillators in der Steuerelektronik 7 der Thyristor 9 gezündet wird, so wird die Speisespannung von der Spannungsversorgungseinrichtung 1 über den Thyristor 9 und den Transistor 10 sowie über den Fühlerwiderstand 11 an den Lastwider-2 durchgeschaltet.If by an external influence of the transistor oscillator (not shown) In the control electronics 7 the thyristor 9 is ignited, the supply voltage is from the voltage supply device 1 via the thyristor 9 and the transistor 10 as well as through the sensor resistor 11 to the load resistor-2.

Wenn der Laststrom in dem Lastwiderstand 2 kleiner als der oder gleich dem zugelassenen Nennstrom ist bzw. kleiner als der oder gleich dem zugelassenen Stoßstrom ist, bleibt der Transistor 10 durchgeschaltet. Wird die Last jedoch kurzgeschlossen, tritt sofort an dem Fühlerwiderstand 11 ein größerer Spannungsabfall auf. In demjenigen Augenblick, in welchem dieser Spannungsabfall am Fühlerwiderstand 11 größer ist als die Spannung der Zenerdiode 12, setzt die Strombegrenzung ein.When the load current in the load resistor 2 is less than or equal to the permitted nominal current is or less than or equal to the permitted Is surge current, the transistor 10 remains switched on. However, if the load is short-circuited, a larger voltage drop occurs immediately at the sensor resistor 11. In that one Moment at which this voltage drop across the sensor resistor 11 is greater than the voltage of the Zener diode 12, the current limitation begins.

Die Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 10 ist bei dieser vereinfachten Betrachtung außer acht gelassen worden. Sobald die Strombegrenzung des Transistors 10 einsetzt, tritt an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 10 ein Spannungsabfall auf. Übersteigt dieser Spannungsabfall zusammen mit dem Spannungsabfall am Fühlerwiderstand 11 die Spannung an einer Zenerdiode 14, die in Reihe mit einem Reihenwiderstand 15 zwischen dem Gate des Begrenzungsthyristors 16 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Thyristor 9 und dem Transistor 10 angeordnet ist, so wird über die Zenerdiode 14 und den Reihenwiderstand 15 das Gate des Begrenzungsthyristors 16 angesteuert, so daß der Begrenzungsthyristor 16 zündet. Da die Anode des Begrenzungsthyristors 16 direkt mit der Basis des Transistors 10 verbunden ist und die Kathode des Begrenzungsthyristors 16 direkt mit dem negativen Pol der Speisespannung verbunden ist, wird bei gezündetem Begrenzungsthyristor 16 der Transistor 10 vollständig gesperrt. Der Basisstrom des Transistors 10 durch den Ansteuerwiderstand 13 wird über den Begrenzungsthyristor 16 an den negativen Pol der Gleichrichterbrücke 5 abgeleitet.The base-emitter threshold voltage of transistor 10 is at this simplified consideration has been disregarded. Once the current limit of the transistor 10 occurs, occurs at the collector-emitter path of the transistor 10 a voltage drop. If this voltage drop exceeds together with the voltage drop at the sensor resistor 11, the voltage across a Zener diode 14, which is in series with a Series resistor 15 between the gate of the limiting thyristor 16 and the connection point is arranged between the thyristor 9 and the transistor 10, it is via the Zener diode 14 and series resistor 15, the gate of limiting thyristor 16 driven so that the limiting thyristor 16 ignites. As the anode of the limiting thyristor 16 is connected directly to the base of transistor 10 and the cathode of the limiting thyristor 16 is connected directly to the negative pole of the supply voltage, is activated when the Limiting thyristor 16 of transistor 10 is completely blocked. The base stream of the Transistor 10 through the control resistor 13 is via the limiting thyristor 16 derived to the negative pole of the rectifier bridge 5.

Nach dem Auftreten eines Kurzschlusses in dem Lastwiderstand 2 stellt sich sofort folgender Betriebszustand der Schaltung ein: Der Begrenzungsthyristor 16 ist durchgeschaltet, und damit ist der Transistor 10 vollständig gesperrt. Die Gesamtschaltung nimmt in diesem Betriebszustand nur noch einen Rest strom auf, der sich aus dem Eigenverbrauch der Steuerelektronik 7, dem Strom durch den Ansteuerwiderstand 13 und den Begrenzungsthyristor 16 sowie aus dem Strom durch den Thyristor Q und die Reihenschaltung aus der 7.t nerdiode 14 mit dem hochohmigen Xeihenwiderstend 15 und der Zündstrecke des Begrenzungstransistors 1f zusammensetzt. Dieser Reststrom liegt um etwa zwei Gräßenordnungen geringer als der Nennstrom des Wechse'st omschaltens.After the occurrence of a short circuit in the load resistor 2 provides The following operating state of the circuit occurs immediately: The limiting thyristor 16 is switched through, and thus the transistor 10 is completely blocked. the In this operating state, the overall circuit only consumes a residual current, the from the self-consumption of Control electronics 7, the current through the control resistor 13 and the limiting thyristor 16 and from the current through the thyristor Q and the series connection from the 7.t ner diode 14 with the high-resistance Xeihenwiderstend 15 and the ignition gap of the limiting transistor 1f composed. This residual current is about two orders of magnitude lower than the nominal current of the Change over.

Dieser Betriebszustand bleibt auch dann bestehen, wenn zwischen zeitlich der Kurzschluß an Lastwiderstand 2 beseitir;t wurde. Das Verhalten des Wechselstromschalters wird daher maßgeblich durch die Tatsache bestimmt, daß der Begrenzungsthyristorn 1 durchgeschaltet ist. Dieser Begrenzungsthyristor 16 bleibt so lange durchgeschaltet, bis sein Haltestrom unterschritten wird. Dies kann jedoch nur dann geschehen, wenn die Schaltung mindestens so lange, bis der Kondensator 8 praktisch entladen ist, einpolig für kurze Zeit von der Speisespannung abgetrennt wird, die durch die Spannungsversorgungseinrichtung 1 geliefert wird. Wenn daher einmal ein Lastkurzschluß aufgetreten ist, bleibt der Wechselstromschalter so lange gesperrt, bis eine Quittierung erfolgt, die ein einpoliges oder zweipoliges Abtrennen des Wechselstromschalters von der Speisespannung bedeutet.This operating state remains even if in between the short circuit at load resistor 2 has been eliminated. The behavior of the AC switch is therefore largely determined by the fact that the limiting thyristor 1 is switched through. This limiting thyristor 16 remains switched on as long as until its holding current is undershot. However, this can only happen if the circuit at least until the capacitor 8 is practically discharged, is single-pole disconnected for a short time from the supply voltage that is generated by the voltage supply device 1 is delivered. Therefore, once a load short circuit has occurred, the remains AC switch locked until an acknowledgment is made, which is a single-pole or two-pole disconnection of the AC switch from the supply voltage.

Die heute allgemein üblichen technischen Daten für einen Zweidraht-Wechselstromschalter nach de. Fig. 1 sind folgende Speisespennungsbereich: 20 bis 250 V, Dauernennstr!m: Etwa 0,5 A und zugelassener Stoßstrom: Etwa 3,5 A Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung kann bei einem Widerstandswertvon 1 Ohm für den Fühlerwiderstand 11 folgende Dimensionierung aufweisen: Die Zenerspannung der Zenerdiode 12 beträgt ungefähr 3 V. Hierbei ist berücksichtigt, daß die Schwellenspannung des Traxasistors 10 etwa 0,5 V beträgt. Bei dieser Dimensionierung del Zenerdiode 12 wird die Strombegrenzung des Transistors 10 erst dann wirksam, wenn der Stoßstrom von 3,5 A überschritten wird. Die Zenerspannung der Zenerdiode 14 beträgt ungefähr 5 V. Sobald die Strombegrenzung durch den Transistor 10 einsetzt, wird dann der Begrenzungsthyristor 16 gezündet, und es erfolgt die oben beschriebene Abschaltung.The technical data commonly used today for a two-wire AC switch after de. Fig. 1 are the following supply voltage ranges: 20 to 250 V, continuous rated current: About 0.5 A and permitted surge current: About 3.5 A A preferred embodiment the circuit according to the invention can with a resistance value of 1 ohm for the Sensor resistor 11 have the following dimensions: The Zener voltage of the Zener diode 12 is approximately 3 V. This takes into account that the threshold voltage of the Traxasistors 10 is about 0.5V. With this dimensioning del Zener diode 12th the current limitation of the transistor 10 is only effective when the surge current of 3.5 A is exceeded. The Zener voltage of the Zener diode 14 is approximately 5 V. As soon as the current is limited by the transistor 10, the Limiting thyristor 16 ignited, and the shutdown described above takes place.

Bei dieser angegebenen Dimensionierung der elektrischen Bauteile ist es möglich, daß der Wechselstromschalter ständig mit einem Strom bis zu etwa 3,5 A betrieben wird, ohne daß eine Abschaltung erfolgt. Deshalb ist ein wirksamer Schutz gegen eine ständige Überlast noch nicht vorhanden. Um auch diesen Schutz zu erreichen, wird der Wechselstromschalter in der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 2 ausgebildet.With this specified dimensioning of the electrical components it is possible that the AC switch is constantly supplied with a current up to about 3.5 A is operated without a shutdown. That is why there is an effective protection against a constant overload not yet available. To achieve this protection too, the AC switch is formed in the preferred embodiment according to FIG.

Die in der Fig. 2 dargestellte Schaltung weist anstelle des Transistors 10 einen MOS-Feldeffekt-Transistor 100 auf. Das Gate G dieses MOS-FET 100 entspricht der Basis des Transistors 10, die Drain D entspricht dem Kollektor, und die Source S entspricht dem Emitter des Transistors 10. Die Verwendung eines l0S-FET führt dazu, daß die Ansteuerung nahezu leistungslos durchgeführt werden kann. Der Ansteuerwiderstand 13 kann also relativ hochohmig gewählt werden. Die Zenerdiode 42 kann entfallen, wenn die Speisespannung für die Steuerelektronik 7 eine konstante Spannung ist. Die Gate-Source-Spannung des MOS-FEP 100, die über den Ansteuerwiderstand 13 an das Gate G gelegt wird, ist positiv und bleibt auch so lange positiv, bis der Spannungsabfall am Fühlerwiderstand 11 einen Wert erreicht, der gleich der oder größer als die Versorgungsspannung der Steuerelektronik 7 ist. Bei positiver Gate-Source-Spannung ist die Drain-Source-Strecke des MOS-FET 100 durchgeschaltet. Wenn die Gate-Source-Spanung gleich null oder negativ ist, wird die Drain-Source-Strecke des MOS-FET 100 gesperrt. Die Wirkungsweise der Strombegrenzung ist bei der Verwendung des MOS-FET 100 prak -tisch mit der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 identisch.The circuit shown in FIG. 2 has instead of the transistor 10 a MOS field effect transistor 100. The gate G of this MOS-FET 100 corresponds the base of transistor 10, the drain D corresponds to the collector, and the source S corresponds to the emitter of transistor 10. The use of a 10S-FET leads in addition, that the control can be carried out with almost no power. The control resistor 13 can therefore be selected to have a relatively high resistance. The Zener diode 42 can be omitted, when the supply voltage for the control electronics 7 is a constant voltage. The gate-source voltage of the MOS-FEP 100, which is applied via the control resistor 13 the gate G is placed is positive and remains positive until the voltage drop reaches a value at the sensor resistor 11 which is equal to or greater than the supply voltage the control electronics 7 is. If the gate-source voltage is positive, the drain-source path is of the MOS-FET 100 switched through. When the gate-source voltage is zero or negative is, the drain-source path of the MOS-FET 100 is blocked. How the Current limitation is practical with the operation of the circuit when using the MOS-FET 100 identical to FIG. 1.

Um zusätzlich einen Überlastschutz zu erreichen, d.h. einen Schutz des Wechselstromschalters gegen solche Ströme, die zwar verhältnismäßig hoch sind, jedoch noch nicht als Kuzschlußstrom zu bezeichnen sind, wird das Gate des Berenzunsthyristors 16 über in Reihe zueinander geschaltete Widerstände 17 und 49 mit dem Fühlerwiderstand 1n und zugleich mit der Source S des MOS-FET 100 verbunden. Weiterhin wird zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 19 einerseits und dem negativen Pol der Gleichrichterbrücke 5 ein Kondensator 18 angeordnet. Aus dieser Schaltungsanordnung ergibt sich eine Wirkungsweise, die anhand der Diagramme der Fig. 7 näher erläutet wird.To additionally achieve overload protection, i.e. protection the AC switch against currents that are relatively high, but are not yet to be referred to as a short-circuit current, the gate of the Berenzunsthyristor 16 via resistors 17 and 49 connected in series to one another with the sensor resistor 1n and at the same time connected to the source S of the MOS-FET 100. Furthermore, between the connection point of the resistors 17 and 19 on the one hand and the negative pole the rectifier bridge 5, a capacitor 18 is arranged. From this circuit arrangement the result is a mode of operation which is explained in more detail with the aid of the diagrams in FIG. 7 will.

Bei den Diagrammen nach der Fig. 3 sind jeweils der Strom 111 im Fühlerwiderstand 11, der Spannungsabfall U11 am Fühlerwiderstand 11, die Spannung U18 am Kondensator 18 und die Spannung U100 an der Drain und der Source des MOS-FET 100 über der Zeit dargestellt.In the diagrams according to FIG. 3, the current 111 is in each case in the sensor resistance 11, the voltage drop U11 across the sensor resistor 11, the voltage U18 across the capacitor 18 and the voltage U100 at the drain and the source of the MOS-FET 100 over time shown.

Wenn zum Zeitpunkt t1 der Thyristor 9 gezündet wird, fließt durch den Fühlerwiderstand 11 der Laststrom 111 von beispielsweise 0,5 A Nennstrom. Am Fühlerwiderstand 11 tritt ein proportionaler Spannungsabfall U11 auf. Mit dieser Spannung U11 wird der Kondensator 18 über den Widerstand 17 mit einer Zeitkonstante von zu = R17 x C18 aufgeladen. Bei einem Betrieb mit dem Nennstrom ist die Ladespannung am Kondensator 18 gerade so groß, daß sie etwas unterhalb der Zündschwelle des Begrenzungsthyristors 16 liegt. Eine Zündung dieses Begrenzungsthyristors erfolgt also auch nach beliebig langer Stromflußzeit nicht. An der Drain D und der Source S des MOS-FET 100 steht nur die normale Durchlaßspannung U100 zur Verfüung.If the thyristor 9 is ignited at time t1, flows through the sensor resistor 11 the load current 111 of, for example, 0.5 A rated current. At the Sensor resistor 11 causes a proportional voltage drop U11. With this Voltage U11 is applied to capacitor 18 via resistor 17 with a time constant charged by zu = R17 x C18. When operating with the nominal current, the charging voltage is at the capacitor 18 just so large that it is slightly below the ignition threshold of the limiting thyristor 16 lies. Ignition of this limiting thyristor also takes place at will long current flow time not. At the drain D and the source S of the MOS-FET 100 is only the normal forward voltage U100 is available.

Wenn zum Zeitpunkt t2 der Wechselstromschalter beispielsweise mit dem doppelten Nennstrom belastet wird, so tritt auch am Fühlerwiderstand 14 die doppelte Spannung U11 auf.If at time t2 the AC switch is, for example, with the double nominal current is loaded, so occurs also at the sensor resistor 14 the double voltage U11.

Der Kondensator 18 wird wiSerum über den Vorwidepstand mit der Zeitkonstanten X auf diese Spannung aufgeladen. Nach der Zeit t2/1 hat der Kondensator 18 jedoch eine Ladespannung erreicht, die gleich der Zündspannung des Begrenzun:sthyristors 16 ist. In diesem Augenblick wird der Begrenzungsthyristor 1G gezündet, und es wird dadurch gemäß der obigen Erläuterung der MOS-FET 100 gesperrt. Der Laststrom wird bis auf den geringen Reststrom zurückgeführt. Die Spannung am MOS-FET 100 steigt bis auf den Nennwert der Speisespannung schlagartig an. Dieser Betriebszustand wird so lange aufrechterhalten, bis durch eine einpolige oder zweipolige Unterbrechung der Speisespannung der Wechselstromschalter wieder betriebsbereit wird.The capacitor 18 is wiSerum over the series resistor with the time constant X charged to this voltage. After the time t2 / 1, however, the capacitor 18 has reaches a charging voltage which is equal to the ignition voltage of the limiting thyristor 16 is. At that moment the limiting thyristor 1G is fired and it will thereby blocked according to the above explanation of the MOS-FET 100. The load current will down to the small residual current. The voltage at the MOS-FET 100 increases except for the nominal value of the supply voltage. This operating state is maintained until a single-pole or two-pole interruption the supply voltage of the AC switch becomes operational again.

Die Zeit t2/1, in welcher der Kondensator 18 eine Ladespannung erreicht, die gleich der Zündspannung des Begrenzungsthyristors.16 ist hängt von der Größe des Stromes I<1 bzw.The time t2 / 1 in which the capacitor 18 reaches a charging voltage, which is equal to the ignition voltage of the limiting thyristor. 16 depends on the size of the current I <1 or

von dar Größe des Spannungsabfalls U11 ab. Daraus ergibt sich, daß die Abschaltzeit für den gesamten Wechselstromschalter von der Größe des Überlaststromes abhängig ist. Ist der Überlaststrom nur gering, so ist die Zeit t2/1 sehr groß.on the size of the voltage drop U11. It follows that the switch-off time for the entire AC switch of the size of the overload current is dependent. If the overload current is only low, the time t2 / 1 is very long.

Ist der UbeLalaststrom groß, so wird die Zeit t2/1 entsprechend kürzer.If the Ube load current is high, the time t2 / 1 is correspondingly shorter.

Wenn im Zeitpunkt t3 ein Lastkurzschluß auftritt oder eine so hohe Überlastung eintritt, daß die Strombegrenzung des MOS-FET 100 sofort einsetzt, so tritt gemäß der obigen Erläuterung am MOS-FET 100 ein entsprechender Spannungsabfall auf. Sobald dieser Spannungsabfall einen Wert erreicht, der dazu ausreicht, über die Zenerdiode 14 und den Reihenwiderstand 15 den Begrenzungsthyristor 16 zu zünden, erfolgt eine sofortige Abschaltung. Daraus ergibt sich, daß bei einem Kurzschluß in dem Lastwiderstand 2 oder bei einer Überlastung, die durch einen Strom hervorgerufen wird, der höher ist als der zugelassene Stoßstrom, eine sofortige AbschaltunFr des Wechselstromschalters herbeigeführt wird. Eine Verlustleistung an dem MOS-FET 100 tritt nicht auf. Sofern keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, liegt die Abschaltzeit in einer Größenordnung, die den Eigenzeiten der verwendeten Bauelemente entspricht. Dies bedeutet, daß die Abschaltzeit im Nanosekunden-Bereich liegt und maximal wenige Mikrosekunden beträgt.If a load short circuit occurs at time t3 or such a high one Overload occurs that the current limitation of the MOS-FET 100 starts immediately, see above According to the above explanation, a corresponding voltage drop occurs at the MOS-FET 100 on. As soon as this voltage drop reaches a value that is sufficient to over the Zener diode 14 and the series resistor 15 to ignite the limiting thyristor 16, an immediate shutdown occurs. It follows that with one Short circuit in the load resistor 2 or in the event of an overload caused by a current higher than the permitted surge current, an immediate shutdown is required AC switch is brought about. A power loss on the MOS-FET 100 does not occur. Unless special measures are taken, the switch-off time is in an order of magnitude that corresponds to the proper times of the components used. This means that the switch-off time is in the nanosecond range and a maximum of a few Microseconds.

In der Schaltung nach der Fig. 2 ist in den Anodenkreis des Begrenzungsthyristors 16 eine Diode 20 eingeschaltet. Diese Diode 20 ist vorzugsweise eine Licht emittierende Diode. Damit ist es möglich, einen Kurzschlußfall oder einen tberlastfall anzuzeigen. Die Diode 20 leuchtet dann auf, wenn der Begrenzungsthyristor 16 gezündet hat Dies bedeutet gemäß den obigen Erläuterungen, daß zwangsläufig entweder eine Überlastung durch einen erhöhten Strom oder ein Lastkurzschluß vorhanden sein mußte.In the circuit of FIG. 2 is in the anode circuit of the limiting thyristor 16 a diode 20 switched on. This diode 20 is preferably a light emitting one Diode. This makes it possible to indicate a short circuit or an overload. The diode 20 lights up when the limiting thyristor 16 has triggered means according to the above explanations that inevitably either an overload had to be present due to an increased current or a load short circuit.

Weiterhin ist in der Fig. 2 eine Meldeleitung von der Anode des Begrenzungsthyristors 16 zu der Steuerelektronik 7 geführt.Furthermore, in Fig. 2 is a message line from the anode of the limiting thyristor 16 led to the control electronics 7.

Über diese Meldeleitung kann der Steuerelektronik 7 gemeldet werden, daß der Begrenzungsthyristor 16 durchgeschaltet wurde.The control electronics 7 can be reported via this message line, that the limiting thyristor 16 was turned on.

Somit ist die Möglichkeit gegeben, nach dem Durchschalten des Begrenzungsthyristors 16 auf Grund einer entsprechenden Überlastung oder eines Lastkurzschlusses die Steuerelektronik 7 so zu beeinflussen, daß der Thyristor 9 abgeschaltet wird bzw. nach dem ersten Nulldurchgang des Stromes nichtmmehr eingeschaltet wird.This gives the possibility after the limiting thyristor has been switched on 16 the control electronics due to a corresponding overload or a load short circuit To influence 7 so that the thyristor 9 is switched off or after the first Zero crossing of the current is no longer switched on.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist gemäß der obigen Beschreibung in ihrer am meisten bevorzugten Ausführungsform in der Lage, eine Abschaltung nicht nur bei einem Lastkurzschluß außerordentlich kurzzeitig herbeizuführen, sondern auch eine Abschaltung dann zu bewirken, wenn der Strom über eine bestimmte Zeit einen vorgebbaren Strompegel überschritten hat.The circuit arrangement according to the invention is in accordance with the description above in their most preferred embodiment able to have a Not only to bring about an extremely brief shutdown in the event of a load short circuit, but also to cause a shutdown when the current is above a certain level Time has exceeded a specifiable current level.

Claims (8)

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Schutze eines elektronischen Zweidraht-Wechselstromschalters gegen Uberlastung, mit einer Steuerelektronik, welche einen extern beeinflußbaren Oszillator mit einem nachgeschalteten Verstärker aufweist, mit einem in Reihe mit einem Fühlerwiderstand zwischen den beiden Klemmen einer Spannungsversorgungseinrichtung angeordneten Thyristor, dessen Gate von der Steuerelektronik beaufschlagbar ist, und mit einer Strombegrenzunsstufe in Lastkreis, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Strombegrenzungsstufe folgende Schaltungselemente aufweist: 1.1 Einen Transistor (10,100) zwischen dem Thyristor (9) und dem Fühlerwiderstand (11), dessen Basis über einen Ansteuerwiderstand (13) mit dem einen Pol der zur Versorgung der Steuerelektronik (7) dienenden Spannungsversorgung verbunden ist, 1.2 eine Zenerdiode (12), die zwischen der Basis des Transistors (10, 100) und dem anderen Pol der Spannungsversorgung angeordnet ist, 1.3 einen Begrenzungsthyristor (16), der zwischen dem Ansteuerwiderstand (13) und dem anderen Pol der Spannungsversorgung angeordnet'ist, dessen Gate über eine Zenerdiode (14) und einen Reihenwiderstand (15) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Thyristor (9) und dem Transistor (10, 100) verbunden ist und dessen Anode mit der Basis des Transistors (10, 100) verbunden ist. Claims 1. Circuit arrangement for the protection of an electronic Two-wire alternating current switch against overload, with control electronics, which has an externally controllable oscillator with a downstream amplifier, with one in series with a sensor resistor between the two terminals one Power supply device arranged thyristor, the gate of the control electronics can be acted upon, and with a current limiting stage in the load circuit, thereby g e it is not possible to state that the current limiting stage has the following circuit elements has: 1.1 a transistor (10,100) between the thyristor (9) and the sensor resistor (11), the base of which is connected to one pole of the for via a control resistor (13) Supply of the control electronics (7) serving voltage supply is connected, 1.2 a Zener diode (12) between the base of the transistor (10, 100) and the the other pole of the power supply is arranged, 1.3 a limiting thyristor (16) between the control resistor (13) and the other pole of the power supply arranged'ist, the gate of which via a Zener diode (14) and a series resistor (15) with the connection point between the thyristor (9) and the transistor (10, 100) is connected and its anode is connected to the base of the transistor (10, 100) is. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Fühlerwiderstand (11) und die Zenerdiode (12) derart dimensioniert und aufeinander abgestimmt abgestimmt sind, daß die Strombegrenzung bei einem Kurzschluß im Lastkreis dann einsetzt, wenn der Spannung;sAbfR1.1 am Fühlerwiderstand (11) größer wird als an der Zenerdiode (12), indem der Begrenzungsthyristor (16) gezündet und der Transistor (10, 100) gesperrt werden.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the sensor resistor (11) and the Zener diode (12) are dimensioned in such a way and coordinated are matched that the current limit in the event of a short circuit in the load circuit occurs when the voltage; sAbfR1.1 at the sensor resistance (11) becomes larger than on the Zener diode (12), in that the limiting thyristor (16) ignited and the transistor (10, 100) are blocked. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Transistor als MOS-Feldeffekt-Transistor (100) ausgebildet ist.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the transistor is designed as a MOS field effect transistor (100) is. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Gate des Begrenzungsthyristors (<6) über zueinander in Reihe geschaltete Widerstände (17, 19) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Fühlerwiderstand (11) und der Source (S) des MOS-Feldeffekt-Transistors (100) verbunden ist und daß zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den zueinander in Reihe geschalteten Widerständen (17, 19) und dem anderen Pol der Versorgungsspannung ein Kondensator (18) angeordnet ist.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the gate of the limiting thyristor (<6) across to each other in series switched resistors (17, 19) with the connection point between the sensor resistor (11) and the source (S) of the MOS field effect transistor (100) is connected and that between a connection point between the resistors connected in series with one another (17, 19) and the other pole of the supply voltage, a capacitor (18) is arranged is. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Begrenzungsthyristor (16) und dem Ansteuerwiderstand (13) eine Diode (20) angeordnet ist.5. Circuit arrangement according to one of claims 3 or 4, characterized G e k e n n n z e i c h n e t that between the limiting thyristor (16) and the Control resistor (13) a diode (20) is arranged. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Diode (20) als Licht emittierende Diode ausgebildet ist.6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the diode (20) is designed as a light-emitting diode. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Verbindungspunkt von der Diode (20) zu dem Begrenzungsthyristor (<6) eine Steuerleitung zu der Steuerelektronik (7) angeordnet ist.7. Circuit arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that between the connection point from the diode (20) to the limiting thyristor (<6) a control line to the control electronics (7) is arranged. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß von der Steuerelektronik (7) nach dem Durchschalten des Begrenzungsthyristors (16) der Thyristor (9) durch die Steuerelektronik (7) abschaltbar bzw. nach dem ersten Nulldurchgang des Stromes nicht mehr einschaltbar ist.8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t that from the control electronics (7) after switching through the limiting thyristor (16) the thyristor (9) can be switched off by the control electronics (7) or after first zero crossing of the current can no longer be switched on.