DE4040289C1 - Current limiting circuit for slot-in contact connector - uses voltage drop across resistor to control transistor forming current source which is rapidly by=passed - Google Patents
Current limiting circuit for slot-in contact connector - uses voltage drop across resistor to control transistor forming current source which is rapidly by=passedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a current limiting device according to the preamble of claim 1.
Eine solche Strombegrenzungseinrichtung ist bekannt aus der DE 35 36 872 C2. Bei der DE 35 36 872 C2 ist in Serie zu den kapazitiven Lasten ein PTC-Widerstand vorgesehen, dessen Spannungsabfall gemessen und mit einer vorbestimmten Referenzspannung mittels eines Komparators verglichen wird. Sobald der Spannungsabfall am Kaltleiter einen bestimmten Wert unterschreitet, wird ein mechanischer Schalter geschlossen, der einen Hauptversorgungsstromkreis für die kapazitiven Lasten schließt. Bei Fehlerfällen, z. B. bei Kurzschluß eines Verbrauchers, oder beim Einschaltvorgang sind die kapazitiven Lasten über eine Hilfskreis mit dem Versorgungsnetz verbunden, welcher den Aufnahmestrom begrenzt. Bei der DE 35 36 872 C2 wird bei Aktivierung des mechanischen Schalters nur der PTC- Widerstand unwirksam geschaltet.Such Current limiting device is known from DE 35 36 872 C2. In DE 35 36 872 C2 is in series with the capacitive Loads provided a PTC resistor, the voltage drop measured and with a predetermined reference voltage a comparator is compared. As soon as the voltage drop on the PTC thermistor falls below a certain value, is a mechanical switch closed, one Main supply circuit for the capacitive loads closes. In the event of errors, e.g. B. in the event of a short circuit Consumer, or when switching on are the capacitive Loads connected to the supply network via an auxiliary circuit, which limits the intake current. In DE 35 36 872 C2 when the mechanical switch is activated, only the PTC Resistor switched ineffective.
Aus der DE 35 35 864 A1 ist es bekannt, über einen Strommeßwiderstand den Einschaltstrom für einen Verbraucher mit kapazitiver Komponente zu erfassen und durch den Spannungsabfall an diesem Strommeßwiderstand einen Transistor zu steuern. Dieser Transistor ist vorgesehen, um einen Strombegrenzungswiderstand im Anschluß an die Ladephase der Kapazitäten des Verbrauchers kurzzuschließen. Wenn am Verbraucher ein länger andauernder Kurzschluß auftritt, hat sich gezeigt, daß die thermische Belastbarkeit der Strombegrenzung für diesen Fall nicht immer mit vertretbarem Aufwand hinsichtlich der Dimensionierung dieses Transistors bzw. seiner Kühlmaßnahmen erreicht werden kann. From DE 35 35 864 A1 it is known about a Current measuring resistor the inrush current for a consumer with capacitive component and by the Voltage drop across this current measuring resistor a transistor to control. This transistor is provided to one Current limiting resistor following the charging phase of the Short-circuit capacities of the consumer. If on Consumer has a longer short circuit It has been shown that the thermal resistance of the Current limitation for this case is not always reasonable Effort regarding the dimensioning of this transistor or its cooling measures can be achieved.
Wenn der Verbraucher über Schalter oder Steckkontakte in Betrieb genommen wird, hat sich gezeigt, daß die Zuverlässigkeit der Strombegrenzung nicht immer gewährleistet ist.If the consumer has switches or plug contacts in Is put into operation, it has been shown that the Reliability of the current limitation is not always guaranteed is.
Für steckbare Baugruppen werden bisweilen sogenannten voreilende Kontakte benutzt, die beim Einstecken der Baugruppe dafür sorgen, daß bestimmte Schaltungsteile vor anderen Teilen Spannung erhalten, so daß Einschaltstromspitzen in Grenzen bleiben. Man kann die voreilenden Kontakte auch über Vorwiderstände mit den kapazitiven Verbrauchern verbinden (DE 34 02 845 A1), so daß ein relativ niedriger unschädlicher Ladestrom zu den kapazitiven Verbrauchern fließen kann. Erst danach werden die nicht voreilenden Kontakte kontaktiert, die die Funktion der voreilenden Kontakte samt Vorwiderständen dann aufheben. Aber auch hier zeigt sich eine Abhängigkeit der Zuverlässigkeit von der Einsteckgeschwindigkeit.So-called leading contacts used when inserting the module ensure that certain circuit parts before other parts Get voltage so that inrush current peaks within limits stay. You can also use the leading contacts Connect series resistors to the capacitive consumers (DE 34 02 845 A1), so that a relatively low harmless Charging current can flow to the capacitive consumers. First then the non-leading contacts are contacted, the the function of the leading contacts including series resistors then pick it up. But here too there is a dependency on Reliability of the insertion speed.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Zuverlässigkeit zu steigern, ohne die Dauer der Schutzphase - Zeitraum, in dem die Strombegrenzungsmittel bis zu ihrer Überbrückung wirksam sind - unnötig lang bemessen zu müssen. It is an object of the invention to increase reliability, without the duration of the protection phase - period in which the Current limiting agents are effective until they are bridged - to have to be unnecessarily long.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the characterizing features in claim 1. Advantageous further developments are in the subclaims specified.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel näher erläutert.Based on the drawings, the invention and a advantageous embodiment explained in more detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für eine Strombegrenzungseinrichtung nach der Erfindung, Fig. 1 is a basic circuit diagram of a current limiting device according to the invention,
Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild. Fig. 2 shows a more detailed circuit diagram.
Der Verbraucher in Fig. 1 enthält einen Kondensator C, der beim Verbinden des Verbrauchers V mit der Versorgungsspannungsquelle S über Steckkontakte St einen großen Einschaltstrom verursacht. Zur Strombegrenzung ist in einer Zuleitung zwischen der Versorgungsspannungsquelle S und einem der Steckkontakte eine Stromquelle Q vorgesehen. Diese ist durch einen Halbleiterschalter S1 überbrückbar. Der Halbleiterschalter S1 wird vom Ausgang einer Überwachungseinrichtung in Gestalt eines Odergatters OD gesteuert. Solange die Stromquelle Q aktiv ist, bleibt der Halbleiterschalter S1 geöffnet. Um dies zu erreichen, wird der Strom an der Stromquelle Q mit einem Widerstand R17 erfaßt und einem Komparator K1 zum Vergleich mit einer Referenzspannung Uref zugeführt. Solange der Strom der Stromquelle Q noch zu hoch ist, gelangt ein Abschaltsignal vom Komparator K1 über das Odergatter OD zum Halbleiterschalter S1, der deshalb geöffnet bleibt.The consumer in FIG. 1 contains a capacitor C, which causes a large inrush current when the consumer V is connected to the supply voltage source S via plug contacts St. To limit the current, a current source Q is provided in a supply line between the supply voltage source S and one of the plug contacts. This can be bridged by a semiconductor switch S 1 . The semiconductor switch S 1 is controlled by the output of a monitoring device in the form of an OR gate OD. As long as the current source Q is active, the semiconductor switch S 1 remains open. To achieve this, the current at the current source Q is detected with a resistor R 17 and fed to a comparator K 1 for comparison with a reference voltage Uref. As long as the current of the current source Q is still too high, a switch-off signal from the comparator K 1 passes via the OR gate OD to the semiconductor switch S 1 , which therefore remains open.
Erst, wenn der Einschaltstrom des Verbrauchs ausreichend abgesunken ist, verschwindet das Abschaltsignal A und der Halbleiterschalter S1 schließt, weil dann die strombegrenzende Wirkung der Stromquelle Q nicht mehr erforderlich ist. Die Dauer der Schutzphase bis zur Überbrückung der Stromquelle Q ist die kürzest mögliche, wenn die Stromquelle so optimiert wird, daß sie einen konstanten Strom liefert, der genau der Belastbarkeit des stromdurchflossenen Stromkreises entspricht; diese Belastbarkeit ist häufig durch die Belastbarkeit der Steckkontakte ST begrenzt.Only when the inrush current of the consumption has dropped sufficiently does the shutdown signal A disappear and the semiconductor switch S 1 closes, because then the current-limiting effect of the current source Q is no longer required. The duration of the protection phase until the current source Q is bypassed is the shortest possible if the current source is optimized in such a way that it delivers a constant current which corresponds exactly to the load capacity of the current-carrying circuit; this load capacity is often limited by the load capacity of the ST plug contacts.
Über eine Leitung L wird das Abschaltsignal A auch einem Steuereingang des Verbrauchers V zugeführt. Es bewirkt dort, daß bestimmte Teile des Verbrauchers erst beim Wegfall des Abschaltsignals in Betrieb genommen werden. In gewisser Weise entspricht das dem, was bei einer Anordnung mit voreilenden Kontakten einer Steckverbindung durch die nicht voreilenden Kontakte bewirkt wird, nämlich ein verzögertes Einschalten gegenüber den voreilenden Kontakten, nur daß die Verzögerung durch die in Fig. 1 gezeigte Schaltung genauer und unabhängig davon eingehalten wird, wie schnell die Steckverbindung zum Verbraucher hergestellt wird.The shutdown signal A is also fed to a control input of the consumer V via a line L. It causes certain parts of the consumer to be put into operation only when the switch-off signal disappears. To a certain extent, this corresponds to what is brought about in an arrangement with leading contacts of a plug connection by the non-leading contacts, namely a delayed switch-on compared to the leading contacts, only that the delay by the circuit shown in FIG. 1 is observed more precisely and independently is how quickly the connector to the consumer is established.
Die Stromquelle Q ist - wie durch den Buchstaben t angedeutet - temperaturgeregelt, um Schaden zu vermeiden, wenn durch einen Fehler im Verbraucher V statt eines nur anfänglich hohen Einschaltstromes ein dauernder, so hoher Strom in den Verbraucher V fließen will, für den die Stromquelle Q nicht ausgelegt ist. Dann erwärmt sich die Stromquelle Q, was zu einer automatischen Herabregelung ihres Stromes auf verträgliche Werte führt.The current source Q is - as indicated by the letter t - Temperature controlled to avoid damage when through an error in the consumer V instead of an initially high one Inrush current is a constant, so high current in the Consumer V wants to flow, for which the current source Q does not is designed. Then the current source Q heats up, causing too an automatic reduction of their current leads compatible values.
Wenn die Steckverbindung nur vorübergehend und kurzzeitig gelöst wird, muß dafür gesorgt werden, daß der Halbleiterschalter S1 zunächst sofort geöffnet wird. Dafür ist eine Eingangsleitung des Odergatters OD über zwei weitere Steckkontakte ST1 geführt, die an eine Brücke B im Verbraucher angeschlossen sind. Ein auch nur kurzzeitiges Öffnen dieser Steckkontakte löst ein Abschaltsignal A aus, so daß etwaige Wiedereinschaltströme von der Stromquelle Q begrenzt werden.If the plug connection is only temporarily and briefly disconnected, it must be ensured that the semiconductor switch S 1 is first opened immediately. For this purpose, an input line of the OR gate OD is routed via two further plug contacts ST 1 , which are connected to a bridge B in the consumer. Even a brief opening of these plug contacts triggers a switch-off signal A, so that any restarting currents from the current source Q are limited.
Ein weiterer Komparator K2 sorgt bei geschlossenem Halbleiterschalter S1 und starker Überlastung (z. B. bei Kurzschluß im Verbraucher V) und einem entsprechend hohen Spannungsabfall an einem Meßwiderstand R dafür, daß vom Odergatter OD ein Abschaltsignal A abgegeben wird, so daß dann wieder eine Strombegrenzung durch die Stromquelle Q erfolgt.Another comparator K 2 ensures when the semiconductor switch S 1 is closed and there is a strong overload (e.g. in the event of a short circuit in the consumer V) and a correspondingly high voltage drop across a measuring resistor R, that a shutdown signal A is emitted by the OR gate OD, so that it then returns current is limited by the current source Q.
In Fig. 2 ist die Stromquelle Q aus Fig. 1 im wesentlichen aus den Halbleiterelementen V7 bis V11 und V13 gebildet. Der Spannungsabfall an Meßwiderständen R17 bis R19 steuert die Transistoren V10 und V7, die ihrerseits den Feldeffekttransistor V13 so steuern, daß sein Source-Strom konstant bleibt.In FIG. 2, the current source Q in FIG. 1 formed substantially of the semiconductor elements V 7 to V 11 and V13. The voltage drop across measuring resistors R 17 to R 19 controls transistors V 10 and V 7 , which in turn control field effect transistor V 13 so that its source current remains constant.
Der in Fig. 1 mit S1 bezeichnete Halbleiterschalter parallel zur Stromquelle ist in Fig. 2 im wesentlichen durch den Feldeffekttransistor V5 realisiert. Dessen Gate-Source-Strecke ist ein Verzögerungsglied C1-R8 parallelgeschaltet, um ein zu hartes Schalten des Halbleiterschalter V5 zu vermeiden.The semiconductor switch designated S 1 in FIG. 1 parallel to the current source is essentially realized in FIG. 2 by the field effect transistor V 5 . Whose gate-source path is a delay element C 1- R 8 connected in parallel to avoid switching the semiconductor switch V 5 too hard.
Der untere der beiden Steckkontakte St in Fig. 1 wird also in Fig. 2 durch die Klemme 6 gebildet. Parallel zum Halbleiterschalter 5 kann ein weiterer Feldeffekttransistor V14 geschaltet sein, wie durch die unterbrochen dargestellten Verbindungslinien 6-9, 7-10 und 5-8 angedeutet ist. Dadurch wird die Belastbarkeit des Halbleiterschalters erhöht.The lower of the two plug contacts St in FIG. 1 is thus formed by the terminal 6 in FIG. 2. A further field effect transistor V 14 can be connected in parallel to the semiconductor switch 5 , as indicated by the connecting lines 6-9 , 7-10 and 5-8 shown in broken lines. This increases the load capacity of the semiconductor switch.
Der Klemme 2 wird eine Hilfs-Gleichspannung als Betriebsspannung für die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zugeführt.An auxiliary DC voltage is supplied to terminal 2 as the operating voltage for the circuit shown in FIG. 2.
Die Leitung, die zur Klemme 3 führt entspricht der Leitung L in Fig. 1.The line leading to terminal 3 corresponds to line L in FIG. 1.
Das Odergatter OD in Fig. 1 wird in Fig. 2 durch die Dioden D1, D2 und den Transistor V3 gebildet. Über D1 und den Widerstand R7 wird der Spannungsabfall am Halbleiterschalter S1 (hier: V5) erfaßt, während über die Diode D2 die Basis- Emitter-Strecke des Transistors V3 dann kurzgeschlossen wird, wenn die Steckkontakte 4 und 5 durch die Brücke B überbrückt sind.The OR gate OD in FIG. 1 is formed in FIG. 2 by the diodes D 1 , D 2 and the transistor V 3 . The voltage drop across the semiconductor switch S 1 (here: V 5 ) is detected via D 1 and the resistor R 7 , while the base-emitter path of the transistor V 3 is short-circuited via the diode D 2 when the plug contacts 4 and 5 are through the bridge B are bridged.
Ein Abschaltsignal (A in Fig. 1) erscheint an der Klemme 3 in Fig. 2, wenn der Transistor V2 leitet. Dies ist dann der Fall, wenn auch der Transistor V3 leitet mit der Folge, daß der Halbleiterschalter V5 über seinen Gate-Widerstand R5 nichtleitend gesteuert ist. Dieser Zustand (V2 und V3 leitend; V5 gesperrt) tritt ein, wennA shutdown signal (A in Fig. 1) appears at terminal 3 in Fig. 2 when transistor V 2 conducts. This is the case if the transistor V 3 also conducts, with the result that the semiconductor switch V 5 is controlled non-conducting via its gate resistor R 5 . This state (V 2 and V 3 conductive; V 5 blocked) occurs when
- - entweder die Brücke 4-5 geöffnet ist und damit die Basis von V3 über den Widerstand R1 und über D2 positives Potential erhält,- either the bridge 4-5 is open and thus the base of V 3 receives a positive potential via the resistor R 1 and via D 2 ,
- - oder solange das Potential an der Klemme 6 noch zu hoch ist, weil der daran angeschlossene Verbraucher einen zu hohen Strom beansprucht,- or as long as the potential at terminal 6 is still too high because the consumer connected to it is drawing too much current,
- - oder die Stromquelle V13 aktiv ist, wobei V3 durch V7 angesteuert wird.- Or the current source V 13 is active, V3 being controlled by V7.
Bei wenigstens einem der Meßwiderstände R17 bis R19 kann es sich um einen Widerstand mit positivem Temperatur- Ko effizienten handeln, um den Feldeffekttransistor V13 über den Regelkreis mit dem Transistor V10 vor Überlastung durch unzulässig hohe Dauerströme zu schützen, falls solche Dauerströme beispielsweise durch einen Kurzschluß im Verbraucher auftreten.At least one of the measuring resistors R 17 to R 19 can be a resistor with a positive temperature coefficient in order to protect the field effect transistor V 13 via the control circuit with the transistor V 10 against overloading by impermissibly high continuous currents, if such continuous currents, for example occur due to a short circuit in the consumer.
Die Funktion des Komparators K1 in Fig. 1 wird in Fig. 2 vom Transistor V10 erfüllt, indem der Strom über die Stromquelle an den Widerständen R17 bis R19 durch Vergleich der Basis- Emitterspannung von V10 mit dem Spannungsabfall an R17 bis R19 ausgewertet wird. Überschreitet der Spannungsabfall die Basis- Emitterspannung, so ist die Stromquelle noch aktiv, wobei gleichzeitig über V7, R2 und V9 das Abschaltsignal generiert wird.The function of the comparator K 1 in FIG. 1 is fulfilled in FIG. 2 by the transistor V 10 by the current through the current source at the resistors R 17 to R 19 by comparing the base-emitter voltage from V 10 with the voltage drop at R 17 until R 19 is evaluated. If the voltage drop exceeds the base-emitter voltage, the current source is still active, the shutdown signal being generated simultaneously via V 7 , R 2 and V 9 .
Die Funktion des Komparators K2 (Fig. 1) wird in Fig. 2 vom Transistor V3 auf folgende Weise mitübernommen: Der Meßwiderstand R (Fig. 1) ist in der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors V5 als Innenwiderstand enthalten. Bei Kurzschluß im Verbraucher steigt daher das Potential an Klemme 6 stark an, so daß über die Diode D1 der Transistor V3 leitend gesteuert wird, so daß auch in diesem Fall über den leitenden Transistor V2 an Klemme 3 ein Abschaltsignal abgegeben und über R5 der Feldeffekttransistor V5 gesperrt wird. Dieser Zustand bleibt bei fortdauerndem Kurzschluß bestehen, weil sich am Drain von V13 ein hohes Potential einstellt.The function of the comparator K 2 ( FIG. 1) is taken over by the transistor V 3 in FIG. 2 in the following way: The measuring resistor R ( FIG. 1) is contained in the drain-source path of the field effect transistor V 5 as internal resistance. In the event of a short circuit in the consumer, the potential at terminal 6 therefore rises sharply, so that transistor V 3 is turned on via diode D 1 , so that in this case too, a switch-off signal is output at terminal 3 via conductive transistor V 2 and via R 5 the field effect transistor V 5 is blocked. This condition persists with a persistent short circuit because a high potential is established at the drain of V 13 .
Claims (4)
- - Strombegrenzungsmittel in Form eines Widerstandes zwischen dem Verbraucher (V) und der Versorgungsspannungsquelle (S),
- - einen Schalter (S1), der durch den Spannungsabfall am Widerstand derart steuerbar ist, daß eine Überwachungseinrichtung (OD) den Schalter (S1) solange offenhält, wie der Spannungsabfall am Widerstand einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (V13) in Serie zum Widerstand (R17) angeordnet ist, wobei der Transistor (V13) durch den Spannungsabfall am Widerstand (R17) steuerbar ist, und daß mittels des Schalters (S1) die Serienschaltung, bestehend aus Transistor (V13) und Widerstand (R17), überbrückbar ist.
- Current limiting means in the form of a resistance between the consumer (V) and the supply voltage source (S),
- - A switch (S 1 ) which can be controlled by the voltage drop across the resistor such that a monitoring device (OD) keeps the switch (S 1 ) open as long as the voltage drop across the resistor does not fall below a predetermined value, characterized in that a transistor (V 13) is arranged in series with the resistor (R 17), wherein the transistor is controlled (V 13) by the voltage drop across the resistor (R 17), and that by means of the switch (S 1), the series circuit consisting of transistor ( V 13 ) and resistor (R 17 ), can be bridged.
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