DE2207791C2 - Elektronische, automatisch wiedereinschaltende Sicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische, automatisch wiedereinschaltende Sicherung mit einer den Hauptstrompfad bildenden Reihenschaltung aus dem Lastwiderstand, aus einem Strommeßwiderstand und aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Längstransistors, der mit einem Steuertransistor eine die automatische Wiedereinschaltung bewirkende Kippstufe bildet.

Eine derartige Sicherung ist z. B. aus »ITT-Schaltbeispiele«, Ausgabe 1967, Schaltbeispiel 15, bekannt. Die dort beschriebene Schaltung weist Kippverhalten auf, wenn der Strom eine vorbestimmte Größe überschreitet. Infolge des Kippverhaltens wird der Längstransistor schnell gesperrt; es fließt dann nur noch ein kleiner Prüfstrom, mit dem festgestellt wird, ob der Kurzschluß am Ausgang der Schaltung noch besteht oder ob der Lastwiderstand wieder eine zulässige Größe erreicht hat.

Aus der österreichischen Patentschrift 242 247 ist eine elektronische Sicherung der eingangs beschriebenen Art bekannt, in der ein in den Hauptstrompfad geschalteter Transistor und ein diesen steuernder

ίο Transistor eine bistabile Kippstufe bilden, die im Falle einer zulässigen Last sich in dem Schaltzustand befindet, in dem der Längstransistor durchgeschaltet ist. Bei Überlast fällt an dem Strommeßwiderstand ein so großer Spannungsabfall ab, daß dieser die Kippstufe zum Umschalten bringt. Dem Längstransistor sind Widerstände parallel geschaltet, über die in der Abschaltphase ein Prüfstrom fließt, der bei Wiederherstellen einer zulässig großen Last das Zurückschalten der bistabilen Kippstufe bewirkt.

ao Es ist auch aus der USA.-Patentschrift 3 366 871 eine elektronische Sicherung bekannt, in der ein astäbiler Multivibrator zum Schutz der Längstransistoren des Netzgerätes eingesetzt ist. Im Hauptstrompfad dieses Netzgerätes liegt ein Strommeßwiderstand, der die Basis-Emitter-Strecke eines Schalttransistors ansteuert. Wird die Schwellspannung dieses Transistors überschritten, so regelt dieser über einen weiteren Transistor den Längstransistor des Netzgerätes im Sinne einer Stromkonstanthaltung.

Dabei besteht die Gefahr, daß der Längstransistor durch die an ihm nun abfallende Spannung und den durch ihn fließenden verhältnismäßig großen Strom zerstört wird. Um dies zu vermeiden, wird mit der am Längstransistor auftretenden Spannung ein astabiler Multivibrator gespeist, der in der einen Schaltphase den Längstransistor vollständig sperrt und in der anderen Phase so weit öffnet, wie es der vom Strommeßwiderstand gesteuerte Schalttransistor zuläßt. Ist die Überlast beseitigt, so arbeitet während dieser zweiten Schaltphase das Netzgerät wieder normal, und die Speisespannung für den astabilen Multivibrator wird so klein, daß dieser außer Betrieb gesetzt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine elektronische Sicherung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die nicht nur den Längstransistor sicher sperrt und im Falle des Aufhebens des Kurzschlusses wieder öffnet, sondern die auch dann zuverlässig arbeitet, wenn am Ausgang des Längstransistors ein Kaltleiter, wie z. B. eine Glühlampe, angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kippstufe eine astabile Kippstufe ist, deren eine eine periodische Wiedereinschaltdauer bestimmende Zeitkonstante dem Lastwiderstand pro-, portional ist. Infolge des Kippverhaltens wird der Ausgangstransistor mit Rechteckimpulsen, die eine steile Flanke aufweisen, angesteuert, und er ist deshalb entweder ganz durchgesteuert oder gesperrt.

Damit wird seine Verlustleistung klein gehalten. Ferner ist die Zeit, während der der Längstransistor gesperrt ist, um so größer, je niederohmiger die Bürde ist, bzw. es nimmt die Zeit zu, während der der Längstransistor durchgeschaltet ist, bis er im Kurzschlußfalle lediglich mit kurzen Nadelimpulsen, zwischen denen lange Pausen bestehen, angesteuert wird. Es wird also, nachdem eine unzulässig hohe Belastung festgestellt und der Längstransistor abge-

schaltet ist, durch wiederholtes, kurzes Wiedereinschalten geprüft, ob die unzulässige Belastung noch besteht. Ist die Belastung auf ein zulässiges Maß zurückgegangen, so wird der Ausgangstransistor wieder ständig durchgeschaltet. Im Falle, daß eine Last mit Kaltleitereigenschaften angeschlossen ist, fließt durch diese zunächst ein pulsierender Strom, der sie langsam erwärmt. In dieser kritischen Phase arbeitet der Längstransistor mit hohem Wirkungsgrad. Mit zunehmender Erwärmung wird das Puls-Pausen-Verhältnis des durch den Längstransistor und die Last fließenden Stromes immer größer, bis schließlich die Last auf ein zulässiges Maß begrenzt ist und der Transistor ständig durchgeschaltet bleibt.

An Hand der Zeichnung, in der das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben.

Mit Hilfe eines Längstransistors 71 soll der aus einer Spannungsquelle Q+/Q— entnommene und durch einen Lastwiderstand i?_L fließende Strom gesteuert oder geschaltet werden. Hierzu wird eine Steuerspannung über einen Widerstand R 7 der Basis eines Transistors T 2 zugeführt. Dieser dient als Treiber für den Längstransistor T1. Zwischen seinen Emitter und die Basis des Längstransistors 7* 1 ist ein Strombegrenzungswiderstand A3 geschaltet. Sein Kollektor- und sein Basisstrom sind über einen Schalter SI geführt, der auch ein Transistor sein kann. Ist der Schalter S1 geöffnet, so ist der Treibertransistor T 2 stromlos, der Transistor T1 erhält keinen Basisstrom und ist daher gesperrt. Wird der Schalter Sl geschlossen, so fließt über einen Widerstand R 6 der Basisstrom für den Transistor Γ 2, der nun leitend wird und über seinen Kollektorwiderstand R 7 sowie den Strombegrenzungswiderstand R 3 einen Basisstrom dem Transistor T1 zuführt. Dieser bildet daher einen verhältnismäßig kleinen Widerstand für den aus der Spannungsquelle Q fließenden Strom. Ein am Kollektor des Treibertransistors T 2 angeschlossener Kondensator C1 hat sich nach dem Durchschalten des Transistors Tl über eine Diode D bis auf die Spannungsdifferenz zwischen der Betriebsspannung Q + und der am Kollektor des Treibertransistors Tl stehenden Spannung entladen. Überschreitet nun der Kollektorstrom des Längstransistors T1 infolge eines Kurzschlusses oder eines zu kleinen Lastwiderstandes /?L den zulässigen Wert, so steigt an einem veränderlichen Strommeßwiderstand R 1 der vom Laststrom erzeugte Spannungsabfall an, bis die Schwellspannung der Basis-Emitter-Strecke eines Schalttransistors T 3 erreicht ist und dieser durchschaltet. Damit wird die Basis-Emitter-Strecke des Treibertransistors T1 über dessen Emitterwiderstand R 1 kurzgeschlossen, so daß der Transistor T 2 sperrt. Der Widerstand R 2 braucht kein ohmscher Widerstand zu sein, an S seiner Stelle können auch eine oder mehrere in Durchlaßrichtung gepolte Dioden oder eine Zenerdiode verwendet werden.

Mit dem Treibertransistor T1 wird auch der Längstransistor T1 gesperrt. Dadurch verändert sich

ίο zwar dessen Emitterspannung nach positiven Werten, der Schalttransistor T 3 bleibt aber dennoch geöffnet, da der Spannungsanstieg am Kollektor des Treibertransistors T1 über den Kondensator C1 und die Widerstandskondensatorkombination, ft 5/C 2 auf die Basis des Schalttransistors T 3 übertragen wird. Der Transistor T 3 bleibt, auch wenn der Transistor Π bereits gesperrt ist, so lange leitend, bis der über seine Basis-Emitter-Strecke fließende Ladestrom für den Kondensator C1 nicht mehr ausreicht, um ihn leitend zu halten bzw. den Kondensator C1 so weit aufgeladen hat, daß die Basis-Sperrspannung erreicht ist. Sperrt der Transistor T 3, so wird der Treibertransistor T1 wieder leitend und damit auch der Längstransistor Tl. Ist der Kurzschluß noch vorhanden

as oder ist die zulässige Belastung noch überschritten, so wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang. Die Schaltung fragt also durch wiederholtes kurzes Einschalten des Längstransistors T1 mit anschließender relativ langer Pause ab, welche Belastung am Ausgang liegt. Ist die Belastung auf ein zulässiges Maß verkleinert, so bleibt der Transistor T1 leitend: Er kann durch öffnen des Schalters S1, der auch der Kontakt eines Relais oder ein Schalttransistor sein kann, gesperrt werden.

Die Dauer der Pausen, in denen der Transistor T1 im Falle einer drohenden Überlastung keinen Strom führt, ist im wesentlichen durch die Größe des Kondensators C1 sowie des Basis-Emitterwiderstandes des Transistors T 3 und des Widerstandes R S bestimmt. Der Kondensator Cl dient dazu, den Öffnungsvorgang des Transistors T 3 zu beschleunigen, indem er die positive Rückkopplung zwischen den Transistor T1 und T 3 vergrößert. Ein Kondensator C 3 verhindert, daß schon kurze Störspannungsspitzen den Abschaltvorgang auslösen können. Ein

• Kondensator C 4, der die Basis-Emitter-Strecke des Längstransistors T1 und des Strommeßwiderstandes R 1 überbrückt, begrenzt die Schaltgeschwindigkeit des Transistors T1 und unterbindet Funkstörungen.

Ferner bestimmt er zusammen mit dem Lastwiderstand die Zeit, während der der Transistor ΓI im Überlastungsfalle durchgeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronische, automatisch wiedereinschaltende Sicherung mit einer den Hauptstrompfad bildenden Reihenschaltung aus dem Lastwiderstand, aus einem Strommeßwiderstand und aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Längstransistors, der mit einem Steuertransistor eine die automatische Wiedereinschaltung bewirkende Kippstufe bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe eine astabile Kippstufe ist, deren eine eine periodische Wiedereinschaltdauer bestimmende Zeitkonstante dem Lastwiderstand (Al) proportional ist.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strommeßwiderstand (R 1) der Basis-Emitter-Strecke des als Emitter-Verstärker arbeitenden Steuertransistors (T 3) parallel geschaltet ist, daß der Kollektor des Steuertransistors (T 3) über einen als Emitter-Folger arbeitenden Treibertransistor (T 2) mit der Basis des Längstransistors (T 1) verbunden ist, daß zwischen den Kollektor des Treibertransistors (T 2) und die Basis des Steuertransistors (T 3) ein Kondensator (C 1) und zwischen die Basis und den Emitter des Steuertransistors (T 3) eine Diode (D) mit zur Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors (T 3) entgegengesetzter Polung geschaltet ist und daß die Basis-Emitter-Strecke des Längstransistors (T 1) und der mit dieser in Reihe geschaltete Strommeßwiderstand (Rl) von einem Kondensator (C 4) überbrückt sind.

3. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Emitter des Längstransistors (T 1) und die Basis des Steuertransistors (T 3) ein Strombegrenzungswiderstand (R 4) geschaltet ist.

4. Sicherung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis des Steuertransistors (T 3) und die Stromzuleitung ein Kondensator (C 3) geschaltet ist.

5. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators (C 1) und der Diode (D) und der Basis des Steuertransistors (T 3) ein Beschleunigungskondensator (C 2) liegt.

6. Sicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beschleunigungskondensator (C 2) ein Widerstand (R S) parallel geschaltet ist.