DE2207791C2

DE2207791C2 - Electronic, automatically reclosing fuse

Info

Publication number: DE2207791C2
Application number: DE2207791A
Authority: DE
Inventors: Heinz 7550 Rastatt Herr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1972-02-18
Publication date: 1974-01-03
Also published as: JPS4893950A; DE2207791B1

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.The invention relates to an electronic, automatically reclosing fuse with a the main current path forming the series circuit from the load resistor, from a current measuring resistor and from the emitter-collector path of a series transistor, which is connected to a control transistor the automatic restart causing the trigger stage.

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.Such a backup is z. B. from "ITT-Schaltbeispiele", edition 1967, switching example 15, known. The circuit described there exhibits a breakover behavior when the current exceeds a predetermined value. As a result of the breakover behavior, the series transistor is quickly blocked; then it just flows a small test current, with which it is determined whether the short circuit at the output of the circuit is still exists or whether the load resistance has reached a permissible level again.

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 steuernderFrom the Austrian patent specification 242 247 an electronic fuse is the one described above Art known in which a transistor connected to the main current path and a transistor controlling it

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.ίο transistor form a bistable multivibrator, which is in the switching state in the event of a permissible load is located in which the series transistor is switched through. In the event of an overload, the current measuring resistor drops such a large voltage drop that it causes the flip-flop to switch. The series transistor resistors are connected in parallel, through which a test current flows during the switch-off phase Restoring a permissible large load causes the bistable flip-flop to be switched back.

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.ao It is also known from US Pat. No. 3,366,871 an electronic fuse in which a Astable multivibrator is used to protect the series transistors of the power supply unit. In the main current path this power supply is a current measuring resistor, which is the base-emitter path of a Switching transistor controls. If the threshold voltage of this transistor is exceeded, it over-regulates another transistor, the series transistor of the power supply unit in the sense of a constant current.

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.There is a risk that the series transistor by the voltage now falling across it and the a relatively large current flowing through it is destroyed. To avoid this, the am Voltage occurring in series transistor fed an astable multivibrator, which is in the one switching phase blocks the series transistor completely and opens in the other phase as far as the current measuring resistor controlled switching transistor allows. If the overload has been eliminated, it works during this second switching phase, the power supply is back to normal, and the supply voltage for the astable multivibrator becomes so small that it is put out of operation.

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.The present invention is based on the object, an electronic fuse of the initially to create the type described, which not only safely blocks the series transistor and in the event of being lifted of the short circuit opens again, but which also works reliably when at the output of the series transistor a PTC thermistor, such as. B. an incandescent lamp is connected.

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.According to the invention this object is achieved in that the flip-flop is an astable flip-flop, whose one time constant, which determines a periodic restart duration, is proportional to the load resistance, is portional. As a result of the toggle behavior, the output transistor with square-wave pulses, the one have steep edge, controlled, and it is therefore either fully controlled or blocked.

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-This keeps its power loss small. Furthermore, the time during which the series transistor is blocked, the greater, the lower the resistance is, or the time increases during the the series transistor is switched through until, in the event of a short circuit, it is only activated with short needle pulses, between which there are long pauses, is controlled. So it will after an unacceptably high Load determined and the series transistor disconnected

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.is switched on, by repeated, brief switching on again, it is checked whether the inadmissible load is still present consists. If the load has decreased to a permissible level, the output transistor becomes again constantly switched through. In the event that a load with PTC thermistor properties is connected, flows through this initially a pulsating current that slowly warms them up. Works in this critical phase the series transistor with high efficiency. The pulse-pause ratio increases as the temperature increases of the current flowing through the series transistor and the load increases, until finally the Load is limited to a permissible level and the transistor remains continuously switched on.

An Hand der Zeichnung, in der das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben.With reference to the drawing, in which the circuit diagram of an exemplary embodiment is shown, are in The invention and other advantages and additions are described in more detail below.

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.With the help of a series transistor 71 is to be taken from a voltage source Q + / Q- and through a load resistor i? _L flowing current can be controlled or switched. For this purpose, a control voltage is fed to the base of a transistor T 2 via a resistor R 7. This serves as a driver for the series transistor T 1. A current limiting resistor A3 is connected between its emitter and the base of the series transistor 7 * 1. Its collector and base currents are routed through a switch SI , which can also be a transistor. If the switch S 1 is open, the driver transistor T 2 is de-energized, the transistor T 1 receives no base current and is therefore blocked. If the switch S1 is closed, the base current for the transistor Γ 2 flows via a resistor R 6 , which now becomes conductive and supplies a base current to the transistor T 1 via its collector resistor R 7 and the current limiting resistor R 3. This therefore forms a relatively small resistance for the current flowing from the voltage source Q. A connected to the collector of the driving transistor T 2 Capacitor C1 has discharged by switching through the transistor Tl via a diode D to the voltage difference between the operating voltage + Q and related to the collector of the driving transistor Tl voltage. If the collector current of the series transistor T 1 exceeds the permissible value as a result of a short circuit or a load resistance /? L that is too small , the voltage drop generated by the load current increases at a variable current measuring resistor R 1 until the threshold voltage of the base-emitter path of a switching transistor T rises 3 is reached and this switches through. The base-emitter path of the driver transistor T1 is thus short-circuited via its emitter resistor R 1 , so that the transistor T 2 blocks. The resistor R 2 does not need to be an ohmic resistor, one or more diodes polarized in the forward direction or a Zener diode can also be used in its place.

Mit dem Treibertransistor T1 wird auch der Längstransistor T1 gesperrt. Dadurch verändert sichWith the driver transistor T1 , the series transistor T 1 is also blocked. This changes

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 vorhandenίο Although its emitter voltage according to positive values, the switching transistor T 3 still remains open because the voltage rise at the collector of the driver transistor T1 is transmitted to the base of the switching transistor T 3 via the capacitor C 1 and the resistor capacitor combination, ft 5 / C 2. The transistor T 3 remains conductive, even if the transistor Π is already blocked, until the charging current flowing through its base-emitter path for the capacitor C 1 is no longer sufficient to keep it conductive or the capacitor C1 so has charged far that the base reverse voltage is reached. If the transistor T 3 blocks, the driver transistor T1 becomes conductive again, and thus also the series transistor Tl. If the short circuit is still present

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.As or if the permissible load is still exceeded, the process described above is repeated. By repeatedly briefly switching on the series transistor T 1 followed by a relatively long pause, the circuit asks what load is at the output. If the load is reduced to a permissible level, the transistor T 1 remains conductive: it can be blocked by opening the switch S 1, which can also be the contact of a relay or a switching transistor.

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. EinThe duration of the pauses in which the transistor T 1 carries no current in the event of an impending overload is essentially determined by the size of the capacitor C1 and the base-emitter resistance of the transistor T 3 and the resistor RS . The capacitor C1 serves to accelerate the opening process of the transistor T 3 by increasing the positive feedback between the transistor T1 and T 3. A capacitor C 3 prevents even short interference voltage peaks from triggering the shutdown process. A

• 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.• capacitor C 4, the base-emitter path of the bridges the series transistor T 1 and the current measuring resistor R 1, limits the switching speed of the transistor T 1 and suppresses radio interference.

Ferner bestimmt er zusammen mit dem Lastwiderstand die Zeit, während der der Transistor ΓI im Überlastungsfalle durchgeschaltet ist.It also determines, together with the load resistance, the time during which the transistor ΓI im Overload trap is switched through.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electronic, automatically reclosing fuse with one of the main current path forming series circuit from the load resistor, from a current measuring resistor and from the emitter-collector path of a series transistor, which with a control transistor a die forms the trigger stage causing automatic restart, characterized in that that the trigger stage is an astable trigger stage, one of which has a periodic restart duration determining time constant is proportional to the load resistance (Al).

2. Fuse according to claim 1, characterized in that the current measuring resistor (R 1) of the base-emitter path of the control transistor operating as an emitter amplifier (T 3) is connected in parallel, that the collector of the control transistor (T 3) has a than Emitter-follower working driver transistor (T 2) is connected to the base of the series transistor (T 1) that between the collector of the driver transistor (T 2) and the base of the control transistor (T 3) a capacitor (C 1) and between the base and the emitter of the control transistor (T 3) a diode (D) is connected to the base-emitter path of the control transistor (T 3) opposite polarity and that the base-emitter path of the series transistor (T 1) and with this in Series-connected current measuring resistor (Rl) are bridged by a capacitor (C 4).

3. Fuse according to claim 2, characterized in that a current limiting resistor (R 4) is connected between the emitter of the series transistor (T 1) and the base of the control transistor (T 3).

4. Fuse according to one of claims 2 to 3, characterized in that between the base of the control transistor (T 3) and the power supply is connected to a capacitor (C 3).

5. Fuse according to claim 2, characterized in that between the connection point of the capacitor (C 1) and the diode (D) and the base of the control transistor (T 3) is an acceleration capacitor (C 2).

6. Fuse according to claim 5, characterized in that the acceleration capacitor (C 2), a resistor (RS) is connected in parallel.