DE3424040C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Über­ lastungsschutz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus der CA-PS 7 44 452 bekannt. Dabei ist zum Zwecke des Überlastungs­ schutzes eine Anordnung vorgesehen, die den Stromkreis im Überlastungsfall unterbricht. Zu diesem Zweck ist der Ausgang der Schaltungsanordnung über die gesteuerte Strecke eines Thyristors an den Steuereingang eines im Längszweig liegenden Transistors geführt. Die Steuerstrecke des Thyristors ist an einen als Stromsensor dienenden Widerstand angeschlossen. Übersteigt der Laststrom und damit die Spannung am Strom­ sensor einen vorgegebenen Wert, so wird der Thyristor gezündet und sperrt den im Längszweig liegenden Transistor. In diesem Betriebszustand fließt kein Strom durch den Stromsensor. Zum Wiedereinschalten ist es erforderlich, den Stromkreis zu unterbrechen, so daß der Thyristor gelöscht wird.

Stabilisierungsschaltungen zur Erzeugung von Ausgangsspan­ nungen, die bei wechselnden Eingangsspannungen und bei wech­ selnden Lasten eine möglichst konstante Ausgangsspannung ab­ geben, sind ferner aus Martin Kulp "Elektronenröhren und ihre Schaltungen", Göttingen 1958, Seiten 87 bis 93 bekannt.

Solche Stabilisierungsschaltungen besitzen zweckmäßigerweise eine Vorrichtung, die die Bauelemente gegen Überlastung schützt, wenn der Ausgangsstrom einen maximal zulässigen Wert überschreitet.

Es ist üblich, eine solche Strombegrenzung durch einen ein­ fachen Vorwiderstand zu realisieren. Damit die Strombegrenzung hinreichend wirksam ist, muß dieser Widerstand einen ver­ gleichsweise großen Wert haben. Damit wird aber auch die an ihm entstehende Verlustleistung relativ groß. Außerdem ist es erforderlich, den entsprechenden Spannungsabfall auszuregeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stabi­ lisierungsschaltung der gattungsgemäßen Art eine Strombe­ grenzung vorzusehen, die eine möglichst abrupte Absenkung der Ausgangsspannung bewirkt, sobald der Ausgangsstrom den maximal zulässigen Wert überschreitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches gelöst.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung arbeitet in fol­ gender Weise: Da der Gegenkopplungswiderstand vom Ausgangs­ strom durchflossen ist, fällt an ihm eine Spannung ab, die als Gegenkopplungsspannung im Steuerkreis des Feldeffekttransi­ stors wirksam ist. Wenn der Ausgangsstrom größer wird, steigt auch die Gegenkopplungsspannung an. Die mit der Erhöhung des Ausgangsstromes verbundene Verringerung der Ausgangsspannung läßt das Steuerpotential des zweiten steuerbaren Schaltele­ mentes absinken, so daß der Widerstand seiner gesteuerten Strecke größer wird. Damit steigt jedoch das Steuerpotential am gate des Feldeffekttransistors, so daß dessen gesteuerte Strecke niederohmiger wird, wodurch die Erhöhung des Spannungsabfalles an dem Gegenkopplungswiderstand (teilweise) wieder ausgeglichen wird.

Wenn der Ausgangsstrom seinen zulässigen Maximalwert erreicht, hat die Gegenkopplungsspannung einen Wert, die zuzüglich der Spannung zwischen source und gate des Feldeffekttransistors der Schwellenspannung des Schwellwertelementes entspricht. Da dieses Element zur Reihenschaltung der source-gate-Strecke und des Gegenkopplungswiderstandes parallel liegt, begrenzt seine Schwellenspannung mithin das Steuerpotential am gate des Feldeffekttransistors.

Bei einer weiteren Erhöhung des Ausgangsstroms bleibt das gate auf diesem Potential fixiert, so daß der Feldeffekttransistor in seinen nichtleitenden Zustand gesteuert wird, wenn der Spannungsabfall am Gegenkopplungswiderstand weiter ansteigt. Dadurch wird die angestrebte abrupte Strombegrenzung erreicht. Sinkt der Ausgangsstrom daraufhin unter den zulässigen Maxi­ malwert ab, ist die Strombegrenzung nicht mehr wirksam.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Aus­ gangsstrom der Schaltung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung dient zur Ableitung einer hochkonstanten Ausgangsspannung U_H aus einer Schwan­ kungen unterworfenen Eingangsspannung U_V. In den Längs­ zweig, der die (postive) Eingangsklemme der Schaltung mit ihrer Ausgangsklemme verbindet, ist die gesteuerte Strecke (source-drain) eines Feldeffekttransistors TS1 in Reihe mit einem Widerstand R₂ eingefügt. Dieser mit der source-Elek­ trode des Feldeffekttransistors TS1 verbundene Widerstand bildet einen Gegenkopplungswiderstand. Parallel zu den Aus­ gangsklemmen ist ein aus drei Widerständen R₄, R₅ und R₆ bestehender Spannungsteiler angeordnet. Der Verbindungs­ punkt zwischen den Widerständen R₄ und R₅ ist mit der Basis eines Transistors TS2 verbunden, dessen Emitter mit einem als Zenerdiode ausgebildeten Referenzspannungselement D₂ in Verbindung steht, dessen zweiter Anschluß mit dem Bezugspo­ tential verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Basis des Transistors TS2 und der Zenerdiode D₂ steht außer­ dem über einen Widerstand R₃ mit der Ausgangsklemme in Ver­ bindung. Das gate des Feldeffekttransistors TS1 ist über einen (hochohmigen) Widerstand mit dem Eingang und über eine als spannungsbegrenzendes Schwellwertelement dienende Zenerdiode D₁ mit der Ausgang verbunden. Ferner ist paral­ lel zum Ausgang ein Kondensator C₁ angeordnet.

Im folgenden sei die Funktion der dargestellten Schaltung kurz erläutert: Wenn die Eingangsspannung U_V anliegt, führt der Widerstand R₁ dem gate des Feldeffekttransistors TS1 eine Vorspannung zu, durch welche dieser in seinen leiten­ den Zustand gesteuert wird. Infolgedessen wird der Konden­ sator C₁ aufgeladen. Bei steigender Ladespannung erreicht die Spannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors TS2 einen solchen Wert, daß seine Emitter- Kollektor-Strecke leitend wird. Dadurch wird das Potential an den mit dem Kollektor des Transistors TS2 verbundenen gate des Feldeffekttransistors TS1 festgelegt. Bei gegebe­ ner Eingangsspannung U_v und gegebener Belastung stellt sich ein stabiler Zustand ein. Abweichungen von diesem stabilen Zustand werden durch den über den Transistor TS2 verlaufen­ den Regelkreis ausgeregelt. So bewirkt eine Erhöhung der Eingangsspannung U_V, daß auch das Potential an der Basis und damit der Steuerstrom des Transistors TS2 ansteigen. Dies hat eine Erhöhung des Emitter-Kollektorstromes zur Folge, wodurch das Potential am gate des Feldeffekttransi­ stors TS1 erniedrigt und damit der Widerstand seiner ge­ steuerten Strecke (source-drain) vergrößert wird, was wie­ derum zur Folge hat, daß die Ausgangsspannung nicht weiter ansteigt. Bei einer Verringerung der Eingangsspannung U_V erniedrigt sich das Steuerpotential an der Basis des Tran­ sistors TS2, so daß das Potential am gate des Feldeffekt­ transistors TS1 ansteigt und seine source-drain Strecke niederohmiger wird. Die Änderung der Eingangsspannung U_V teilt sich daher der Ausgangsspannung U_H nicht mit. Ver­ ringerungen bzw. Vergrößerungen des Ausgangsstromes durch Änderung des Belastungswiderstandes haben eine entsprechen­ de Wirkung. Die Regelung wird unterstützt durch den im Steu­ erkreis des Feldeffekttransistors TS1 wirksamen Gegenkopp­ lungswiderstand R₂.

Wenn der Ausgangsstrom I_H seinen zulässigen Maximalwert erreicht, ist der Spannungsabfall am Gegenkopplungswider­ stand R₂ zuzüglich der für diesen Strom erforderlichen Steuerspannung zwischen gate und source des Feldeeffekt­ transistors TS2 ebenso groß wie die Zenerspannung der Zenerdiode D₁. Das bedeutet, daß eine weitere Potential­ erhöhung am gate des Feldeffekttransistors TS1 nicht mög­ lich ist. Eine weitere Vergrößerung des Spannungsabfalles am Gegenkopplungswiderstand R₂ durch weitere Erhöhung des Ausgangsstromes hat daher zur Folge, daß die wirksame Steu­ erspannung des Feldeffekttransistors TS1 kleiner wird. Da­ mit sinkt die Ausgangsspannung U_H bei weiterwachsender Be­ lastung sehr schnell ab (Fig. 2).

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz für eine Schaltung zur Ableitung einer hochkonstanten Ausgangsspannung aus einer Schwankungen unterworfenen Eingangsspannung

   • - mit einem ersten als Stellglied wirkenden kontinuierlich steuerbaren Schaltelement (TS1), dessen gesteuerte Strecke in den Längszweig der Schaltung eingefügt ist, wobei die der gesteuerten Strecke und der Steuerstrecke gemeinsame Elektrode dem Ausgang der Schaltung zugewandt ist,
   • - sowie mit einem zweiten als Regler wirkenden kontinuierlich steuerbaren Schaltelement (TS2), dessen Steuerelektrode (Basis) mit einem Spannungsteiler (R₄, R₅, R₆) verbunden ist, an welchem die Ausgangsspannung (U_H) anliegt, dessen der gesteuerten Strecke und dem Steuerkreis gemeinsame Elektrode (Emitter) über ein als Sollwertgeber dienendes Referenzspannungselement (D₂) mit dem Bezugspotential der Schaltung verbunden ist und dessen dritte Elektrode (Kollektor) mit der Steuerelektrode des erstgenannten kontinuierlich steuerbaren Schaltelementes (TS1) in Ver­ bindung steht, derart daß bei einer Erhöhung der Ausgangs­ spannung (U_H) der Stromfluß durch das zweite steuerbare Schaltelement (TS2) vergrößert und damit die Steuerspannung des ersten steuerbaren Schaltelementes (TS1) verringert wird und umgekehrt,
   • - wobei die Steuerelektrode (gate) des erstgenannten steuer­ baren Schaltelementes (TS1) über einen hochohmigen Wider­ stand (R₁) mit dem Eingang der Schaltung verbunden ist und in die Verbindung zwischen der dem Ausgang der Schaltung zugewandten Elektrode (source) des erstgenannten steuerbaren Schaltelementes (TS1) und dem Ausgang ein Gegenkopplungs­ widerstand (R₂) eingefügt ist,
2. dadurch gekennzeichnet,

   • - daß das erstgenannte steuerbare Schaltelement (TS1) ein Feldeffekttransistor ist, dessen Steuerelektrode (gate) über ein spannungsbegrenzendes Schwellwertelement (D₁) mit dem dem Ausgang der Schaltung zugewandten Anschluß des Gegen­ kopplungswiderstandes (R₂) verbunden ist, wobei der Span­ nungsbegrenzungswert des Schwellwertelementes (D₁) einer­ seits und der Widerstandswert des Gegenkopplungswiderstandes (R₂) andererseits so bemessen sind, daß der bei höchstzu­ lässigem Ausgangsstrom an dem Gegenkopplungswiderstand (R₂) auftretende Spannungsabfall zumindest annähernd so groß ist, wie der Spannungsbegrenzungswert des Schwellwertelementes (D₁) vermindert um die für das Durchsteuern des Feldeffekt­ transistors (TS1) erforderliche Restspannung.