DE2128405A1 - Elektronische Sicherungsanordnung mit einem Schalttransistor - Google Patents

Description

• Elektronische Siöerungsanordnü-ng mit einem Schalttransistor Um elektronische Bauelemente wirkungsvöll vor Überstrom zu schützen sind die bisher meist eingesetzten mechanischen Sicherungselemente, wie Söhmelzsicherungen, Überstromrelais usw. zu langsam und zu undefiniert in ihrem Abschaltpunkt.
• A;uöh bei der Verwendung elektronischer Schaltelemente, wie Schalttransistoren, ur Unterbrechung eines Stromkreises bei tJberstrom läßt sich ein fest definierter Abschaltepunkt meist nur mit einem erheblichen Aufwand an Steuerungsmitteln bewerkstelligen. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist außerdem der oftmals nur schleichende Übergang von einem Schaltzustand in einen andern, da dadurch Beschädigungen der durch die Sicherungsanordnung zu schützenden Bauteile auftreten können.
• Die Erfindung, die von einer elektronischen Sicherungsanordnungmit einem Schalttransistor auageht, der bei Überschreitung einer bestimmten Starke des seine Schaltstrecke durchfließenden Stromes diese Schaltstrecke unterbricht, vermeidet die Nachteile bekannter Sicherungsanordnungen dadurch, daß ein Eingang eines Operationsverstärkers über einen ersten Spannungsteiler an der Eingangsspannung der Sicherungsanordnungund ein weiterer Eingang über einen zweiten Spannungsteiler,der einstellbar ist, an der von der Stärke des die Schaltstrecke des Schalt transistors durchfließenden Stromes abhängigen Ausgangs spannung der Sioherungsanordnung liegen und daß die jeweilige Richtung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers den Schalt zustand des Schalttransistors bestimmt. Dies erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß die Einstellung der beiden Spannungsteiler so gegeneinander abgestimmt wird; daß die sioh bei einer Überschreitung der maximalen Stärke des die SchaltErecke des Sohalttransistors durchfließenden Stromes einstellende Eingangsspannung an dem weiteren eingang des Operationsverstarkers die Richtungsumkehr der auf die Basis des Sehalttransistors einwirkenden Ausgangsspannung des Gperationsverstarkers auslöst. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Ooerationsverstärkers an die Steuerelektrode eines mit seiner Schaltstrecke in der Basiszuleitung für den Schalttransistor liegenden Steuertr-ansistors angeschaltet.
• Um die Sicherungsanordnung ein- und ausschalten zu können, ist ein von Hand zu betätigendes Schaltorgan vorgesehen, mit dessen Hilfe der Steuerelektrode des Steuertransistors ein die Schaltstrecke des Schalttransistors öffnendes oder schließendes Steuerpotential zugeführt werden kann.
• Soll am Ausgang der Sicherungsanordnung eine kapazitive Last geschaltet werden, die einen kurzzeitigen Überstrom erfordert, ohne daß dadurch die Sicherung auslöst, kann dies dadurch ermöglicht werden, daß das die Schaltstrecke des Schalttransistors öffnende Steuerpotential für die Steuerelektrode des Steuertransistors in der einen Stellung des Schaltorgans der Steuerelektrode dauernd und in der anderen Stellung des Schaltorgans nur vorübergehend, beispielsweise durch Zwischenschaltung eines Differnziergliedes zugeführt wird.
• Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht auch auf einfache Weise, den jeweiligen Schaltzustand der Sicherungsanordnung bzw. der Schaltstrecke des Schalttransistors anzuzeigen, und zwar durch Auswertung des Basispotentials des Schalttranssitors, was mit Hilfe einer Leuchtdiode bewerkstelligt werden kann.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Ljnrndvng dargestellt.
• Es zeigen Fig. 1 die Schaltungsanordnung einer elektronischen Sicherungsanordnung und Fig. 2 eine andere Art zur optischen Anzeige des Zustandes der Sicherungsanordnung nach Fig. 1.
• Die dargestellte Sicherungsanordnung dient zur Uberwachung des Laststromes einer positiven Spannungsquelle, die mit dem Potential USIN am eingang der Sicherungsanordnung liegt und über den Ausgang UAUS an einen mit "Last" bezeichnenden Verbraucher angeschaltet ist.
• In der Stromzuführungsleitung liegt die Schaltstrecke eines schalttrayisistors Tr 1, dessen Basis mit der dmitter-Kollektor-Strecke eines Transistors Tr 2 verbunden ist. Die Basis des Transistors Tr 2 liegt über den Widerstand R 3 und D 1 am Ausgang eines Operationsyerstärkers OP, der einen mit - bezeichneten Eingang und einen hierzu invertierenden mit "+" bezeichneten eingang besitzt. Von diesen beiden ingängen liegt der obere eingang über den Widerstand R 8 am Abgriffspunkt eines Spanungsteilers mit den Widerständen R 10 und R 11, die zwischen die Xingangsklemme "+ UEIN" und Massepotential geschaltet sind.- Der mit lI+tl bezeichnete Eingang des Operationsverstärkers OP liegt über den Widerstand R 9 am Abgriffspunkt P eines zweiten Spannungsteilers mit den Widerstinden R 12 und R 13, wobei dieser Spannungsteiler die Ausgangsspannung + UÄUS zugeführt erhält. -las Potential am Abgriffspunkt P dieses Spannungsteilers ist somit stromabhängig, da sich je nach dem Spannungsabfall an der Smitter-Eollektor-Strecke des Transistors Tr 1 bzw. in Abhängigkeit von dem die Emitter- Kollektor-Strecke des Transistors Tr 1 durohfließenden Strom eine entsprechende Spannung am Punkt P und damit am unteren eingang des Operationsverstärkers OP einstellt.
• Die Taste T legt in der dargestellten Stellung Massepotential an die Basis des Transistors Tr 2, während in der anderen Stellung ein Kondensator C aufgeladen wird, dessen Ladepotential bzw. dessen Potentialänderung zur Steuerung des Transistors Tr3 führt, der im Ruhezustand leitend ist und in diesem Zustand Zrdpotential an die Basis des Transistors Tr 2 anschaltet.
• Der Transistor Tr 4 dient zur Steuerung der Leuchtdiode LdD, die in der Anordnung nach Fig. 2 ohne Zwischenschaltung eines zusätzlichen Transistors unmittelbar durch das Basispotential des Transistors Tr 1 bzw. das Kollektorpotential des Transistors Tr 2 beeinflußt wird. An der Klemme S können weitere Anzeigeorgane oder Schalteinrichtungen angeschlossen werden, wobei die letzteren in Abhängigkeit vom jeweiligen Schaltzustand der Sicherungsanordnung betätigt werden.
• Zum binschalten der Sicherungsanordnung ist die Taste T in die nicht dargestellte Lage überzuführen. Durch das Öffnen der Ruhe seit der Taste T wird das Massepoten-tial von der Basis des Transistors Tr 2 weggenommen und dafür an den Kondensator C gelegt. ES entsteht somit am Kondensator C ein negativer Differenzierimpuls, welcher über die Diode D 3 den Transistor Tr 3 kurzzeitig sperrt, so daß für die Dauer dieses In.rulses iluspotential über den Widerstand R 5, die Diode D 2 und den Widerstand R 3 an die Basis des Steuertransistors Tr 2 gelangt.
• Durch dieses positive Basispotential wird der Transistor Tr 2 leitend und legt über seine nmitter-Kollektor-Strecke-MasseD potential an den Widerstand R 2 an. Damit bekommt der Transistor Tr 1 Baisstrom und wird in seiner itter-Kollektor-Strecke leitend. Damit ist das positive zingangspotential + U EIN zum Ausgang durchgeschaltet und am Widerstand R 12 liegt ein ents rechendes Elusz)otential.
• Befindet sich der Laststrom unter der mit dem Potentiometer P einstellbaren Ansprechschwelle der Sicherungsanordnung, so liegt der Eingang "+" des Operaticnsverstärkers OP auf höherem Potential als der eingang "-" , dessen ingangsspannungsteiler R 10/ R11 an der stromunabhängigen Singangsspannung + URIN liegt. Damit erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers Pluspotential, welches über die Diode D 1 und den Widerstand R 3 den Transistor Tr 2 in seiner Emitter-Kollektor-Strecke leitend hält, so daß auch der Transistor Tr 1 nach Beendigung des Einschalteimpulses durchgeschaltet bleibt.
• Steigt der Laststrom und damit der Spannungsabfall am Transistor Tr 1 an, so sinkt die Spannung am Potentiometer-abgriff P des Spannungsteilers R 12 / R 13. Unterschreitet die Spannung am Potentiometerabgriff P und damit am eingang "+" des Operationsverstärkers OP die Bezugsspannung am anderen eingang "-" 80 kippt der Ausgang des Operationsverstärkers OP von Plusauf Massepotential, was zur Folge hat, daß der Transistor Tr2 gesperrt wird und der Transistor Tr1 ebenfalls seine Schaltstrecke unterbricht. Dlmit ist der Stromkreis von der Spannungsquelle zurttLast" unerbrochen.
• Um die Sicherungsanordnung nach einer durch eine Überlast bedingten Auslösung wieder einzuschalten, muß sie durch einen Druck auf die Taste T zuerst ganz abgeschaltet werden. Durch nochmaliges Drücken der Taste T erfolgt die bereits eingangs beschriebene Wiedereinschaltung der Sicherungsanordnung.
• erfolgt die insohaltung der Sicherungsanordnung, ohne daß die Überlast vorher beseitigt wurde, so wird zwar durch Betätigen der Taste T zunachst ein positiver Impula-am Kollektor des Transistors Tr 3 erzeugt und damit über den Transistor Tr 2 die dmitter-Kol ektor-Strecke des Transistors Tr 1 durchgeschaltet. Die Spannung am Widerstand R 12 kann aber bedingt durch die Überlast und den damit verbundenen erhöhten Spannunsabfall am Transistor Tr 1 nicht den Wert erreichen, der zum sinschalten des Operationsverstärkers OP notwendig ist. Somit wird mit xnde des Impulses am Transistor Tr 3 der Transistor Tr 1 wieder gesperrt. Lediglich für die durch den Kondensator C bedingte Impuls zeit fließt ein Überstrom~, der aber in all denjenigen Fällen notwendig und erwünscht ist,indeneneine kapazitive Last am Ausgang der Sicherung geschaltet werden scll, ohne daß dies zu einer Auslösung der Sicherung führt.
• Die eingeschaltete Sicherungsanordnung kann jederzeit durch Betätigen der Taste T wieder ausgeschaltet werden. In diesem Fall kehrt die Taste in die gezeichnete Ursprungslage.zurück und legt mit der Ruheseite des Umschaitekontaktes Nasse an die Basis des Transistors Tr 2, so daß dieser und der Transistor Tr 1 gesperrt werden.
• Zur optischen Signalisierung des Schaltzustandes der Sicherungsanordnung ist der aus den Widerständen R 15, R 16, R 14,dem Transistor Tr 4 und der Leuchtdiode LED bestehende Anzeige zusatz AZ vorgesehen.
• Wird die Sicherungsanordnung entweder durch Betätigen der Taste T oder durch Uberlast ausgelöst, so wird der Transistor Tr 2 geeperrt. Damit bekommt der Transistor Tr 4 über die Widerstände R.1, R 2, R15 Basispotential, so daß dieser Transistor Tr 4 leitend wird und damit die Leuchtdiode LED, die an der Singangsspannung liegt, einschalt et.
• Im eingesohalteten Zustand der Sicherung ist der Transistor Tr 2 leitend, so daß der Transistor Tr 4 gesperrt ist und die Diode L3D erlischt.
• Anstelle der-in Fig. 1 dargestellten Ausbildung des Anzeige zusatzes AZ kann auch die in Fig. 2 wiedergegebene Anordnung verwendet werden. In dieser liegt die Leuchtdiode Lfl unmitteibar am Kollektor des Transistors Tr 2, so daß bei geaperrtem Transistor Tr 2 die Leuchtdiode über den Widerstand R Pluspotential erhält und aufleuchtet.
• Im eingeschalteten Zustand ist demgegenüber der Transistor Tr 2 leitend und gräbt das Pluspotential über die Diode D an der Leuchtdiode LED ab, so daß diese erlischt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1.Elektronische Sicherungsanordnung mit einem-Schalttransistor, der bei Überschreitung einer bestimmten Stärke des seine Schaltstrecke duschfließenden Stromes di-ese Schaltstrecke unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein eingang eines mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden eingang versehenen Operationsverstärkeres (OP) über einen ersten Spannungsteiler (R 10, R 12) an der Eingangsspannung (+ UEIN) der Sicherungsanordnung und der andere eingang über einen zweiten einstellbaren SZ nnungsteiler (R 12, P, R 13) an der von der Stärke des die Schaltstrecke des Schalttransistors (Tr1) durchfließenden Stromes abhängigen Ausgangs-Spannung (+UAUS) der Sicherungsanordnung liegen und daß die jeweilige Richtung der Ausgangsspannung des Operationsserstärkerg (OP) den Schaitzustand des Schalttransistors (Tr 1) bestimmt.

2. Jslektronische Sicherungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die binstellung der beiden Spannungsteiler (R 10, R 11; R 12, P, R 13) so gegeneinander abgestimmt ist, daß die sich bei einer Überschreitung der maximalen Stärke des die Schaltstrecke des Schaltransistors (Tr1 ) durchfließenden Stromes einstellende zingangsspannung an dem einen eingang des Operationsverstürkers (OP) die Richtungsutnkehr der auf.

die Basis des Schalttransistors (Tr 1) einwirkenden Ausgangsspannung des Operationsver8tarkers (OP) auslöst.

3. Slektronische Sicherungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Ausgang des Operationsverstcirkers (OP) an die Steuerelektrode eines mit seiner Schaltstrecke in der Basiszuleitung für den Schalttransistor (Tr 1) liegenden Steuertransisors (Tr 2) angeschaltet ist.

4. Slektronische Sicherungsanordnung nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines von Hand zu bet.itigenden Schaltorgans (T) der Steuerelektrode des Steuertransistors (Tr 2) ein die Schalt strecke des Schalttransistors (Tr 1) öffnendes oder schlielßendes Steuerpotential zugeführt werden kann.

5. Zlektronische Sicherungsanordnung-nach Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schaltstrecke des Schalttransistors (Tr 1) öffnende Steuerpotential für die Steuerelektrode des Steuertransistors (Tr 2) in der einen Stellung des Schaltorgans (g) der Steuerelektrode dieses Transistors (Tr 2) dauernd und in der anderen Stellung des Schaltorgans (T) nur vorübergehend durch Zwischenschaltung eines Différnziergliedes (C) zugeführt wird.

6. Dlektronische Sicherungsanordnung nach Ansprechen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispotential des Schalttransistors (Tr1) zur Anzeige des Schaltzustandes der Schaltstrecke des Schalttransistors ausgewertet wird.

7. lektronische Sicherungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige des Schalt zustandes des ochalttransistors (Tr 1) mit Hilfe einer durch das Basispotential des Schalttransistors steuerbaren Leuchtdiode (LlAD) erfolgt.

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