DE3402222C2

DE3402222C2 -

Info

Publication number: DE3402222C2
Application number: DE19843402222
Authority: DE
Inventors: Herbert 7750 Konstanz De Wolff
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: ATM COMPUTER GMBH, 78467 KONSTANZ, DE
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1988-01-07
Also published as: DE3402222A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Be grenzen von Überspannungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 30 33 525).

Der Betriebsspannung von Gleichstrom-Bordnetzen sind bis weilen Spannungsspitzen im µs- und ms-Bereich überlagert. Diese können zur Zerstörung von Bauteilen eines ange schlossenen Gerätes und damit zum Ausfall des Gerätes führen. Während Spannungsspitzen im µs-Bereich mit Zener- oder Transzorb-Dioden abgekappt werden können, sind bei Spannungsspitzen im ms-Bereich wegen ihrer hohen Leistung großvolumige Spannungsbegrenzer oder Thyristor-Kurz schließer erforderlich. Dies hat jedoch wegen des hohen Ableitstromes den Nachteil, daß die Eingangssicherung häufig ausgelöst wird und dadurch unerwünschte Betriebs unterbrechungen eintreten.

Eine andere Lösung zur Vermeidung der Zerstörung des angeschlossenen Gerätes besteht darin, die Gerätekomponen ten für die maximale zu erwartende Spitzenspannung zu dimensionieren, was zu einer erheblichen Verteuerung des Gerätes führen würde.

Aus der DE-OS 30 33 525 ist ein störsicherer Eingangskreis für eine elektronische Schaltung bekannt, bei der in einem Längszweig des Eingangskreises die Reihenschaltung eines steuerbaren Schalters und eines Speichers angeordnet ist. Der Steuereingang des Schalters wird von einem Grenz wertmelder (Komparator) angesteuert, an dessen Eingang das Eingangssignal des Eingangskreises ansteht. Der Grenz wertmelder öffnet den Schalter, wenn das Eingangssignal einen über der Nutzsignalamplitude liegenden Grenzwert überschreitet. Ein Schutz des Gerätes gegen Überspannungen auf seinen Stromversorgungsleitungen ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schal tungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art eine einfache und preiswerte Lösung anzuge ben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Dadurch, daß durch einen steuerbaren Schalter die Spannungsspitzen vom Gerät abgehalten werden, kann das Gerät für die Nennbetriebsspannung ausgelegt werden und erfordert dadurch keine kostspieligen oder voluminösen Bauelemente. Betriebsunterbrechungen infolge Überspan nungsspitzen werden mit Sicherheit vermieden. Ein mit bipolaren Transistoren realisierter Komparator kann in einfacher Weise einen Transistor als steuerbaren Schalter steuern. Mittels eines Kondensators gemäß Anspruch 3 läßt sich zusätzlich eine einfache Begrenzung des Einschalt stromes erreichen.

Die Erfindung wird nun anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt im einzel nen

Fig. 1 Prinzipschaltung,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel in bipolarer Technik,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem MOS- Leistungstransistor als steuerbarer Schalter.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen auf Stromversorgungsleitungen, die in Fig. 1 mit 1 und 2 bezeichnet sind, dargestellt. Mit E 1 und E 2 sind die Eingangsklemmen der Begrenzungsschaltung und mit A 1 und A 2 die Ausgangsklemmen bezeichnet. Zwischen der Eingangsklemme E 1 und der Ausgangsklemme A 1 ist in die Stromversorgungsleitung 1 ein steuerbarer Schalter 3 zwischengeschaltet. Das dadurch zwischen der Eingangsklem me E 1 und dem Eingang 32 des steuerbaren Schalters 3 liegende Leitungsstück ist mit 11 bezeichnet. Ferner ist ein Komparator 4 vorgesehen, dessen Ausgang 43 mit dem Steueranschluß 31 des steuerbaren Schalters 3 verbunden ist. Desweiteren ist sein erster Eingang 41 über eine Konstantspannungsquelle 5 mit dem Ausgang 33 des steuerba ren Schalters 3 und sein zweiter Eingang 42 mit der ande ren Stromversorgungsleitung 2 verbunden.

Sobald die Spannung zwischen den Stromversorgungsleitungen 1 und 2 die Spannung der Konstantspannungsquelle 5 über schreitet, gibt der Komparator 4 ein den Schalter 3 öff nendes Signal ab. Um eine störspannungsfreie Ausgangsspan nung an den Klemmen A 1 und A 2 für die Zeit der Überspan nungen zu haben, muß zwischen den Ausgangsklemmen A 1 und A 2 ein Kondensator C 2 geschaltet sein, der jedoch in der Regel im an den Ausgangsklemmen A 1 und A 2 angeschlossenen Gerät (Verbraucher) vorgesehen wird.

In Fig. 2 ist ein erstes besonders einfaches Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 gezeigten Schaltung dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Komparator 4 aus zwei Transistoren T 1 und T 2 unter schiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut, wobei die Basis des Transistors T 1 der eine Eingang 41 und der Emitter des Transistors T 1 der andere Eingang 42 des Komparators ist. Der Kollektor des ersten Transistors T 1 ist mit der Basis des Transistors T 2 und der Emitter des Transistors T 2 mit der Stromversorgungsleitung 11 verbunden. Der Kollektor des Transistors T 2 bildet den Ausgang des Komparators und steuert den steuerbaren Schalter an seiner Steuerelektrode 31.

Als steuerbarer Schalter ist in Fig. 2 ein weiterer Tran sistor T 3 vorgesehen, dessen Basis als Steuerelektrode 31 mit dem Kollektor des zweiten Transistors T 2 und über einen Widerstand R 1 mit der Stromversorgungsleitung 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T 3 ist mit der Eingangsklemme E 1 und somit auch mit dem Emitter des zweiten Transistors T 2 verbunden.

Als Konstantspannungsquelle dient eine über einen Wider stand R 2 von der Versorgungsleitung 2 gespeiste Zenerdiode Z 1.

Im normalen Betrieb liegt die Betriebsspannung zwischen den Klemmen E 1 und E 2 unterhalb der Zenerspannung der Diode Z 1. Wird jedoch infolge einer Überspannung die Summe aus Zenerspannung und Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 1 überschritten, so wird der Transistor T 1 und damit auch der Transistor T 2 leitend gesteuert. Die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T 2 sinkt dabei unter der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 3 die erforderlich ist, um diesen leitend zu halten. Der Tran sistor T 3 wird also gesperrt und trennt damit die Aus gangsklemme A 1 von der Eingangsklemme E 1. Ein zwischen den Ausgangsklemmen A 1 und A 2 geschalteter Kondensator C 2 des angeschlossenen Gerätes verhindert ein intermetierendes Schalten des Transistors T 3.

Bei normalerweise an den Ausgangsklemmen A 1 und A 2 liegen den Kondensatoren hoher Kapazität entsteht beim Einschal ten der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ein hoher Einschalt strom. Um diesen zu vermeiden, ist zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T 2 ein Kondensator C 1 geschaltet. In Verbindung mit dem Widerstand R 1, der, zwischen Strom versorgungsleitung 2 und Basis des Transistors T 3 geschal tet, den Transistor T 3 im Normalbetrieb in leitendem Zustand hält, wird die Basis-Emitter-Strecke des Tran sistors T 3 beim Einschalten nur langsam entsprechend der Zeitkonstante τ = C 1 · R 1 aufgesteuert und dadurch der Einschaltstrom begrenzt.

In Fällen, in denen nach Ansprechen der Begrenzungsschal tung die Ausgangsklemme A 1 von der Eingangsklemme E 1 getrennt bleiben soll, kann in vorteilhafter Weise der Transistor T 2 durch einen Thyristor oder Unÿunction- Transistor ersetzt werden.

Selbstverständlich kann anstelle eines einzelnen Tran sistors T 3 als steuerbarer Schalter auch eine Kombination mehrerer Transistoren z. B. eine Darlington-Schaltung verwendet werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfin dung, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ähnelt. Gleiche Schaltungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Als steuerbarer Schalter ist hier ein MOS-Leistungstransistor T 3 vorgesehen, dessen Steuer strecke in vorteilhafter Weise durch eine Zenerdiode Z 2 geschützt ist. Ferner sind zur Begrenzung der Basisströme der Transistoren T 1 und T 2 Widerstände R 3 und R 4 in die jeweilige Basisleitung geschaltet, die zum Schutz der genannten Transistoren dienen sollen. Diese Widerstände R 3 und R 4 können auch durch einen einzigen niederohmigen Widerstand R 5 in der Emitterleitung des Transistors T 1 ersetzt werden. Die Figur zeigt außerdem das Ersatzschalt bild des an die Anschlußklemmen A 1 und A 2 anzuschließenden Gerätes mit Siebkondensator C _V und dem stromverbrauchenden Teil, der hier durch einen Widerstand R _V symbolisiert ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überspannungen auf zwei Stromversorgungsleitungen eines Gerätes, mit einem in der Stromversorgungsleitung liegenden steuerbaren Schalter, der von einem Komparator angesteuert wird, wobei der erste Eingang des Komparators mit einem Refe renzwert und der zweite Eingang mit der Stromversorgungs leitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (3) in der ersten Stromversorgungs leitung (1) liegt und der zweite Eingang des Komparators (4) mit der zweiten Stromversorgungsleitung (2) verbunden ist, daß der Komparator (4) aus zwei Transistoren unter schiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut ist, wobei die Basis des ersten Transistors (T 1) der erste Eingang (41) und der Emitter des ersten Transistors (T 1) der zweite Eingang (42) des Komparators ist, der Kollektor des ersten Transistors (T 1) mit der Basis des zweiten Transistors (T 2) und der Emitter des zweiten Transistors mit der ersten Stromversorgungsleitung (11) verbunden ist, und der Kollektor des zweiten Transistors (T 2) der Ausgang des Komparators ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter ein Transistor (T 3) ist, dessen Basis als Steuerelektrode mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T 2) und über einen Widerstand (R 1) mit der zweiten Stromversorgungsleitung (2) und dessen Emitter mit dem Emitter des zweiten Transistors (T 2) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen Kollektor und Emitter des zweiten Transistors (T 2) ein Kondensator (C 1) geschaltet ist.