DE3402222A1

DE3402222A1 - Schaltungsanordnung zum begrenzen von ueberspannungen

Info

Publication number: DE3402222A1
Application number: DE19843402222
Authority: DE
Inventors: Herbert 7750 Konstanz Wolff
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Atm Computer 78467 Konstanz De GmbH
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1985-07-25
Also published as: DE3402222C2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Sar/lh Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/I7I

D-6000 Frankfurt 70 Beschreibung Schaltungsanordnung gum Begrenzen von Überspannungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen an einem Gerat mit zw<?i Stromversorgungsleitungen.

Der Betriebspannung von Gleichstrom-Bordnetzen sind bisweilen Spannungsspitzen im μβ- und ms-Bereich überlagert. Diese können zur Zerstörung von Bauteilen eines ange schlossenen Gerätes und damit zum Ausfall des Gerätes führen. Während Spannungsspitzen im ps-Bereich mit Zenor- oder Transzorb-Dioden abgekappt werden können, sind bei Spannungsspitzen im ms-Bereich wegen ihrer hohen Leistung großvolumige Spannungsbegrenzer oder Thyristor-Kurz schließer erforderlich. Dies hat jedoch wegen des hohen

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Ableitstromes den Nachteil, daß die Eingangssicherung häufig ausgelöst wird und dadurch unerwünschte Betriebsunterbrechungen eintreten.

Eine andere Lösung zur Vermeidung der Zerstörung des angeschlossenen Gerätes besteht darin, die Gerätekomponenten für die maximale zu erwartende Spitzenspannung zu dimensionieren, was zu einer erheblichen Verteuerung des Gerätes führen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll eine einfache und preiswerte Lösung angegeben worden.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Dadurch, daß durch einen steuerbaren Schalter die Spannungsspitzen vom Gerät abgehalten werden, kann das Gerät für die Nennbetriebsspannung ausgelegt werden und erfordert dadurch keine kostspieligen oder voluminösen Bauelemente. Betriebsunterbrechungen infolge Überspannungsspitzen werden mit Sicherheit vermieden. Anspruch 2 gibt eine einfache mit bipolaren Transistoren realisierbare Lösung für einen vorteilhaften Komparator, mit dem sich in einfacher Weise ein Transistor als steuerbarer Schalter gemäß Anspruch 3 steuern läßt. Mittels eines Kondensators gemäß Anspruch 4 läßt sich zusäztlich eine einfache Begrenzung des Einschaltstromes erreichen.

Die Erfindung wird nun anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispieleiinäher erläutert. Es zeigen im öinzelj? en:

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FIG. 1 Prinzipschaltung

FIG. 2 ein erstes Ausiünrungsbeispiel in bipolarer Technik

FIG. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem MOS-Leistungstransistor als steuerbarer Schalter.

In FIG. 1 ist das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen an einem Gerät mit zwei Stromversorgungsleitungen, die in FIG. * mit 1 und 2 bezeichnet sind, dargestellt. Mit El und E2 sind die Eingangsklemmen der Begrenzungsschaltung und mit Al und A2 die Ausgangsklemmen bezeichnet. Zwischen der Einjrangsklemme El und der Ausgangsklemme Al ist in die Stromversorgungsleitung 1 ein steuerbarer Schalter 3 zwischengeschaltet. Das dadurch zwischen der Eingangsklemme El und dem Eingang 32 des steuerbaren Schalters 3 liegende Leitungsstück ist mit 11 bezeichnet. Ferner ist ein Komparator k vorgesehen, dessen Ausgang 43 mit dem Steueranschluß 31 dos steuerbaren Schalters 3 verbunden ist. Desweiteren ist sein erster Eingang kl über eine Konstantspannungsquelle 5 mit dem Ausgang 33 des steuerbaren Schalters 3 und sein zweiter Eingang 42 mit der anderen Stromversorgungsleitung 2 verbunden.

Sobald die Spannung zwischen den Stromvorsorgungslöitungen 1 und 2 die Spannung der Konstantspannungsquelle 5 überschreitet, gibt der Komparator k ein den Schalter 3 öffnendes Signal ab. Um eine störspannungsfreie Ausgangsspannung an den Klemmen Al und A2 für die Zeit der Überspannungen zu haben, muß zwischen den Ausgangsklemmen Al und A2 ein Kondensator C2 geschaltet sein, der jedoch in der

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Regel im an den Ausgangsklemmen Al und A2 angeschlossenen Gerät (Verbraucher) vorgesehen wird.

In FIG. 2 ist ein erstes AusfUhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Komparator k aus zwei Transistoren Tl und T2 unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut, wobei die Basis des Transistors Tl der eine Eingang kl und der Emitter des Transistors Tl der andere Eingang k2 dos {Comparators ist. Der Kollektor des ersten Transistors Tl ist mit der Basis des Transistors T2 und der Emitter des Transistors T2 mit der Stromversorgungslöitung 11 verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 bildet den Ausgang dot. {"Comparators und steuert den steuerbaren Schalter an seiner Steuerelektrode 31.

Als steuerbarer Schalter ist in FIG. 2 ein weiterer Transistor T3 vorgesehen, dessen Basis als Steuerelektrode 31 mit dem Kollektor des zweiten Transistors T2 und über einen Widerstand Rl mit der Stromversorgungsleitung 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T3 ist mit 4jer Eingangsklemme El und somit auch mit dem Emitter des zweiten Transistors T2 verbunden.

Als Konstantspannungsquelle dient eine über einen Widerstand R2 von der Versorgungsleitung 2 gespeiste Zenerdiode Zl.

Im normalen Betrieb liegt die Betriebsspannung zwischen den Klemmen El und E2 unterhalb der Zenerspannung der Diode Zl. Wird jedoch infolge einer Überspannung die Summe aus Zenerspannung und Basis-Emitter"Spannung des

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Transistors Tl überschritten, so wird der Transistor Tl und damit auch der Transistor T2 leitend gesteuert. Die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T2 sinkt dabei unter der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T3 die erforderlich ist, um diesen leitend zu halten. Der Transistor T3 wird also gesperrt und trennt damit die Ausgangsklemme Al von der Eingangsklemme El. Ein zwischen den Ausgangsklemmen Al und A2 geschalteter Kondensator C2 des angeschlossenen Gerätes verhindert ein intermetierendes Schalten des Transistors T3.

Bei normalerweise an den Ausgangsklemmen Al und A2 liegenden Kondensatoren hoher Kapazität entsteht beim Einschalten der in FIG. 2 gezeigten Schaltung ein hoher Einsohaltstrom. Um diesen zu vermeiden, ist zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T2 ein Kondensator Cl geschaltet. In Verbindung mit dem Widerstand Rl, der, zwischen Stromversorgungsleitung 2 und Basis des Transistors T3 geschaltet, den Transistor T3 im Norsia!betrieb in leitendem Zustand hält, wird dio Basis-Emitter-Strocke des Transistors T3 beim Einschalten nur längsten? entsprechend der Zeitkonstante V = C1*R1 aufgesteuert und dadurch der Einschaltstrom begrenzt.

In Fällen, in denen nach Ansprechen der Begrenzungsschaltung die Ausgangsklemme Al von der Eingangsklemme El getrennt bleiben soll, kann in vorteilhafter Weise der Transistor T2 durch einen Thyristor oder Unijunction-Transistor ersetzt werden.

Selbstverständlich kann anstelle eines einzelnen Transistors T3 als steuerbarer Schalter auch eine Kombination mehrerer Transistoren z.B. eine Darlington-Schaltung vorwendet werden.

FIG. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin- · dung, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der FIG. 2 ähneli. Gleiche Schaltungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Als steuerbarer Schalter ist hier ein MOS-Leistungstransistor T3 vorgesehen, dessen Steuerstrecke in Vorteilhafter Weise durch eine Zenerdiode Z2 geschützt ist. Ferner sind zur Begrenzung der Basisströme der Transistoren Tl und T2 Widerstände R3 und R4 in die jeweilige Basisleitung geschaltet, die zum Schutz der genannten Transistoren dienen sollen. Diese Widerstand«? R3 und Rk können auch durch einen einzigen niederohmigen Widerstand R5 in der Emitterleitung des Transistors Tl ersetzt werden. Die Figur zeigt außerdem das Ersatzschaltbild des an die Anschlußklemmen Al und A2 anzuschließenden Gerätes mit Siebkondensator C.. und dem stromverbranchonden Teil, der hier durch einen Widerstand R_v symbolisiert ist.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-ÜL/Sar/lh Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/I7I

D-6OOO Frankfurt 70

Patentansprüche

1,1 Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen an einem Gerät mit zwei Stromversorgungeleitungen (1,2), dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer Schalter (3)t der in der einen Stromversorgungsleitung (11,1) zwischen geschaltet ist, und ein Komparator (4) vorgesehen sind, ' dessen Ausgang (43) mit dem Steueranschluß (31) des steuerbaren Schalters (3)· dessen erster Eingang (4l) über eine Konstantspannungsquelle (5) mit dem Ausgang (33) des steuerbaren Schalters (3) und dessen zweiter Eingang (42) mit der anderen Stromversorgungeleitung (2) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (4) aus zwei Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut ist, wobei die Basis des ersten Transistors (Tl) der eine Eingang (kl) und der

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Emitter des ersten Transistors (Tl) der andere Eingang (42) .des Komparators ist, der Kollektor des ersten Transistors (Tl) mit der Basis des zweiten Transistors (T2) und der Emitter des zweiten Transistors mit der einen Stromversorgungsleitung (11) verbunden ist, und der Kollektor des zweiton Transistors (T2) der Ausgang des Komparators ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter «in Transistor (T3) ist, dessen Basis als Steuerelektrode mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) und über einen Widerstand (Rl) mit der anderen Stromversorgungsleitung (2) und dessen Emitter mit dem Emitter des zweiten Transistors (T2) verbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß z/fischen Kollektor und Emitter des zweiten Transistors (T2) ein Kondensator (Cl) geschaltet ist.