DE3305183C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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- H02H3/06—Details with automatic reconnection
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- Protection Of Static Devices (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen insbesondere in
folge eines Kurzschlusses auftretenden Überstrom, bei mit mindestens
einem Leistungstransistor ausgerüsteten elektrischen Steuergeräten,
wobei der zu überwachende Strom des Leistungstransistors über einen
Meßwiderstand geführt ist.
Eine derartige Schaltung ist aus der DE-AS 22 074 791 bekannt.
Der Erfindung liet die Aufgabe zugrunde, mit einer Schutzschaltung
einen zuverlässigen Überstrom-Schutz zu erzielen, bei welchem jeweils
nach kurzen Zeitabständen der im Verbraucher fließende Strom darauf
hin überprüft wird, ob noch Betriebsverhältnisse vorliegen, die für
einen Überstrom ursächlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Pa
tentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen. Diese Lösung be
ruht auf dem Prinzip, daß ein monostabiles Kippgerät ausgelöst wird,
sobald sich der Verbraucherstrom seinem zulässigen Maximalwert nä
hert und daß dann der bzw. die zu schützenden Transistoren für eine
durch die Kippzeit des Kippgeräts festgelegte, längere Zeit zur Ab
kühlung stromlos geschaltet werden. Durch wiederholtes, probeweises
Einschalten besteht der Schutz effektiv bis zur
Aufhebung der den Überstrom verursachenden Betriebsverhält
nisse.
Eine besonders wirkungsvolle Anordnung ergibt sich in wei
terer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der invertierende
Eingang des ersten Komparators über eine erste Zenerdiode
mit einer an Plusspannung führenden Gleichstromleitung,
über einen Widerstand mit dem Pluspol einer die Betriebs
spannung des Steuergeräts liefernden Batterie und über ei
nen ersten Reihenwiderstand mit Minus- oder Massepotential
verbunden ist. In diesem Falle kann der nichtinvertierende
Eingang des ersten Komparators über eine zweite Zenerdiode
mit dieser Gleichstromleitung und über einen - vorzugs
weise einstellbaren - zweiten Reihenwiderstand mit Minus-
oder Massepotential sowie über einen vierten Widerstand mit
dem lastseitigen Ende des Meßwiderstandes verbunden sein.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Patentansprü
chen 3 und 4.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
in seinem Schaltbild dargestellt und nachstehend näher be
schrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung mit
symbolisch angedeutetem Steuergerät S und
mit einem als induktive Last vorgesehenen
Elektromotor und
Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild einer solchen
Schaltungsanordnung im Zusammenwirken mit
einer Brücke aus Leistungstransistoren zur
Steuerung des Elektromotors.
Die dargestellte Schutzschaltung dient dazu, den in einem
elektrischen Steuergerät S verwendeten Leistungstransistor
T gegen Zerstörung zu schützen, wenn in dem als Last des
Steuergerätes S dienenden Stellmotor M ein Kurzschluß oder
dergleichen auftritt, der einen unzulässig hohen Strom im
Leistungstransistor T hervorrufen würde.
Der Motor M und der zu schützende Leistungstransistor T
liegen in Reihe miteinander über einen Meßwiderstand R1 an
einer Plusleitung 10, die mit dem nicht dargestellten Plus
pol einer Kraftfahrzeug-Sammlerbatterie verbunden ist, wel
che eine Nennspannung von 14,6 V aufweist. Der dem Motor M
zufließende Betriebsstrom I ruft an dem Meßwiderstand R1
einen Spannungsabfall hervor, welcher den beiden Eingängen
eines ersten Komparators K1 zugeführt ist. Der invertierende
(Minus-) Eingang des ersten Komparators ist einerseits über
eine Zenerdiode D2 mit einer ersten Hilfsspannungsleitung 11
verbunden, welche eine Gleichspannung U1 von etwa 10 V führt.
Über einen Widerstand R3 ist dieser Eingang des Komparators
K1 mit der gemeinsamen Minus- bzw. Masseleitung verbunden,
an welcher der Minuspol der Sammlerbatterie liegt. Der an
dere, nichtinvertierende (Plus-) Eingang des Komparators
K1 ist über einen Begrenzungswiderstand R4 an das last
seitige Ende des Meßwiderstandes R1 angeschlossen und steht
mit der gemeinsamen Masse über einen einstellbaren Wider
stand R5 in Verbindung. Er ist außerdem über eine zweite
Zenerdiode D3 an die gemeinsame, erste Hilfsspannungslei
tung 11 angeschlossen. Der Ausgang des ersten Komparators
K1 liegt an einem mit der Masseleitung verbundenen Konden
sator C1 und ist außerdem mit dem Minus-Eingang eines zwei
ten Komparators K2 verbunden.
Steigt der durch den Meßwiderstand R1 fließende Verbraucher
strom I an, so verringert sich die Spannung am nichtinver
tierenden Eingang des Komparators K1, während die Spannung
am invertierenden Eingang des Komparators K1 konstant bleibt.
Mit Hilfe des Widerstandes R5 wird in stromlosem Zustand
(I=0) am nichtinvertierenden Eingang eine um einen gerin
geren Wert höhere Spannung abgeglichen als am invertieren
den Eingang. Daher kann beim Erreichen eines bestimmten Wer
tes des Verbraucherstromes I der Ausgang des Komparators K1
niederohmig werden und dann den Kondensator C1 entladen.
Gleichzeitig wird die Spannung am invertierenden Eingang
des Komparators K2 tiefer als die konstante Spannung an
seinem nichtinvertierenden Eingang, der an der zweiten
Hilfsspannungsleitung 12 (ca. 5 V) liegt. Sobald der Aus
gang des ersten Komparators K1 niederohmig wird und den
Kondensator C1 sehr rasch entlädt, wird eine Abschaltspan
nung am Ausgang des zweiten Komparators K2 erzeugt. Mit
dem Abschaltsignal AS, das am Ausgang des zweiten Kompa
rators K2 entsteht, dann das Steuergerät S und der
in diesem enthaltene Leistungstransistor T1 gesperrt.
Die Wiederaufladung des Kondensators C1 wird durch einen
Widerstand R7 erreicht, wobei mit einem weiteren Widerstand
R6 und einer Diode D1 ein um eine Diodenstrecke höhere
Spannung als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang
des Komparators K2 erzeugt wird. Dies bringt den Vorteil
mit sich, daß einerseits lange Ausschaltzeiten erreicht
werden können und andererseits bei der Entladung des Kon
densators C1 ein schnelles Ansprechen gewährleistet wird.
Wenn der Kondensator C1 wieder so weit aufgeladen worden
ist, daß die Spannungen an den Eingängen des Komparators
K2 gleich sind, wird der Verbraucherstrom I wieder einge
schaltet. Besteht jedoch der Kurzschluß noch weiterhin, so
wird der Strom sofort wieder unterbrochen und bleibt für
die durch den Kondensator C1 festgelegte, längere Zeitdauer
ausgeschaltet. Dieses Wechselspiel wiederholt sich bis zur
Aufhebung des Kurzschlusses.
Durch einen Kondensator C2, der zwischen den beiden Ein
gängen des ersten Komparators angeordnet ist, können sehr
kurze Überströme unterdrückt und dabei ein Ansprechen der
Schutzschaltung verhindert werden. Die Dioden D2 und D3
schützen die Eingänge des Komparators K1 vor positiven
und negativen Spannungsspitzen und verhindern dabei eben
falls, daß die Schutzschaltung ansprechen kann.
Fig. 2 zeigt in einem ausführlicheren Schaltplan, wie die
erfindungsgemäße Schutzschaltung verwendet werden kann,
wenn der Motor M über eine Leistungsbrücke betrieben wird,
die aus vier Leistungstransistoren T1 bis T4 aufgebaut
ist und abwechslungsweise den durch den Motor fließenden
Strom I umzukehren und gleichzeitig die Drehrichtung des
Motors umzukehren gestattet. Dort ist an den Ausgang des
zweiten Komparators K2 ein Inverter-Gatter 15 angeschlos
sen, das mit dem Ausgang eines dritten Komparators K3 und
eines vierten Komparators K4 in Verbindung steht. Der Kom
parator K3 ist mit der Basis eines Steuertransistors T5
verbunden, welcher auf den Leistungstransistor T3 sperrend
einwirken kann, und der Komparator K4 ist mit der Basis ei
nes zweiten Steuertransistors T6 verbunden, welcher auf den
vierten Leistungstransistor T4 sperrend einzuwirken gestat
tet. Wenn am Ausgang des zweiten Komparators K2 ein Abschalt
signal anliegt, werden beide Leistungstransistoren T3 und
T4 gesperrt, derart, daß durch den Motor M kein Stromfluß I
möglich ist.
Die erfindungsgemäße Schutzschaltung ist sehr einfach auf
gebaut und kann wie in Fig. 2 dargestellt besonders günstig
bei transistorisierten Leistungsbrücken eingesetzt werden.
In der dargestellten Anordnung werden die Leistungstransi
storen T1 bis T4 sowohl bei einem in der geschalteten Last
M auftretenden Kurschluß als auch bei einem Kurzschluß gegen
Massepotential geschützt, da der der Leistungsbrücke zufließende
Strom I immer über den Meßwiderstand R1 fließen muß.
Claims (4)
1. Schutzschaltung gegen insbesondere infolge eines Kurzschlusses
auftretenden Überstrom, bei mit mindestens einem Leistungstransistor
(T) ausgerüsteten elektrischen Steuergeräten (S), wobei der zu über
wachende Strom des Leistungstransistors über einen Meßwiderstand
(R1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der am Meßwiderstand
entstehende Spannungsabfall den beiden Eingängen eines ersten Kompa
rators (K1) zugeführt ist und diese Eingänge an konstante Ver
gleichsspannungen mit einer zum maximal zulässigen Stromwert propor
tionalen Spannungsdifferenz gelegt sind, daß an den Ausgang des er
sten Komparators ein im ungestörten Betriebsfall geladener Kondensa
tor (C1) und der Steuereingang eines zweiten Komparators (K2) ange
schlossen ist, dessen anderer Eingang auf einem Referenzpotential
(U2) liegt, und daß das monostabile Kippverhalten zeigende Ausgangs
signal des zweiten Komparators (K2) dem Leistungstransistor (T) zu
geführt ist und diesen für die Dauer der Entlade- und Wiederauflade
phase des Kondensators (C1) sperrt, sobald der Strom durch den Lei
stungstransistor (T) den eingestellten Maximalwert überschreitet.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der invertierende Eingang des ersten Komparators
über eine erste Zenerdiode (D2) mit einer Plusspannung
(U1) führenden Gleichstromleitung (11), über einen Wider
stand (R2) mit dem Pluspol einer die Betriebsspannung
(Ubatt) des Steuergerät liefernden Batterie und über ei
nen ersten Reihenwiderstand (R3) mit Minus- oder Massepo
tential verbunden ist, während der nichtinvertierende Ein
gang des ersten Komparators (K1) über eine zweite Zener
diode (D3) mit der ersten Gleichstromleitung (11) und über einen
vorzugsweise einstellbaren zweiten Reihenwiderstand (R5)
mit Minus- oder Massepotential sowie über einen vierten
Widerstand (R4) mit dem lastseitigen Ende des Meßwider
standes (R1) verbunden ist.
3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der nichtinvertierende Eingang des zweiten
Komparators (K2) mit einer zweiten Gleichstromleitung (12)
verbunden ist, deren Spannung etwa um den Schwellspannungs
wert einer Diode (D1) niedriger ist als die Spannung (U1)
der ersten Gleichstromleitung (11).
4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen der ersten Gleichstromleitung (11) und
dem invertierenden Eingang des zweiten Komparators (K2)
ein aus einem sechsten Widerstand (R6) und einem siebten
Widerstand (R7) gebildeter Spannungsteiler angeordnet
ist, von dessen Abgriff eine in Durchlaßrichtung gepolte
Diode (D1) zum nichtinvertierenden Eingang des zweiten
Komparators (K2) und zur zweiten Gleichstromleitung (12) führt.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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DE19600073A1 (de) * | 1996-01-03 | 1997-08-07 | Aeg Energietechnik Gmbh | Anordnung zum gesteuerten Ein- und/oder Ausschalten von induktiven und/oder kapazitiven Elementen in Wechselspannungsnetzen hoher Spannung |
DE10204039A1 (de) * | 2002-02-01 | 2003-08-14 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zur Fehlerdiagnose an gesteuerten elektrischen Antrieben |
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DE2207791C2 (de) * | 1972-02-18 | 1974-01-03 | Siemens Ag, 1000 Berlin U. 8000 Muenchen | Elektronische, automatisch wiedereinschaltende Sicherung |
-
1983
- 1983-02-15 DE DE19833305183 patent/DE3305183A1/de active Granted
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Also Published As
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