DE2345215C3

DE2345215C3 - Overvoltage protection circuitry

Info

Publication number: DE2345215C3
Application number: DE19732345215
Authority: DE
Inventors: Harald 7833 Endingen Kindler
Original assignee: Frako Kondensatoren und Apparatebau GmbH
Current assignee: Technologiepark Teningen GmbH
Filing date: 1973-09-07
Publication date: 1976-05-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltungsanordnung für über einen Regeltransistor im Längszweig geregelte Gleichspannungsspeisegeräte mit konstanter Ausgangsspannung und anschließender Strombegrenzungskennlinie mit einer eingangsseitig angebrachten Schmelzsicherung, mit einem Eingangsund einem Ausgangskondensator und mit einem in einem Querzweig liegenden Thyristor, dessen Zündelektrode an einer Vergleicherschaltung angeschlossen ist, die in einem weiteren Querzweig am Ausgang des Gleichspannungsspeisegerätes liegt.The invention relates to overvoltage protection circuitry for DC voltage supply devices regulated via a control transistor in the series branch with constant output voltage and subsequent current limiting characteristic with one on the input side attached fuse, with an input and an output capacitor and with an in a cross-branch thyristor, the ignition electrode of which is connected to a comparator circuit is, which is located in a further branch at the output of the DC voltage supply device.

Geregelte Gleichspannungsgeräte werden zur Stromversorgung der verschiedensten Verbraucher herangezogen. Beispielhaft seien hier die elektronischen Schaltungen der Computer angeführt. Die in diesen Schaltungen eingesetzten Bauelemente können meist nur mit einer geringen Überspannung beaufschlagt werden, ohne zerstört zu werden. Das vorgeschaltete Stromversorgungsgerät ist zwar dafür ausgelegt, eine in einem bestimmten Lastbereich konstante Spannung zu liefern, aber es kann dennoch vorkommen, daß der Regler oder der Längstransistor beschädigt wird, was zu einer ausgangsseitigen Spannungserhöhung unerlaubter Größe führt. Auch ist es bei manchen Reglern möglich, daß schnelle Spannungsspitzen durch das Stromversorgungsgerät durchgreifen und somit ebenfalls den Ausgang überlasten. Der Überspannungsschutz oder auch Unterbrecher genannt, verhindert, daß solche ausgangsseitigen Spannungsüberhöhungen über eine vorgegebene Schwelle ansteigen können. Das Gerät soll in diesem Falle abgeschaltet und der Ausgang kurzgeschlossen werden.Regulated DC voltage devices are used to supply power to a wide variety of consumers used. The electronic circuits of the computer are given here as an example. The ones in these Components used in circuits can usually only have a small overvoltage applied to them without being destroyed. The upstream power supply device is designed to to supply a constant voltage in a certain load range, but it can still happen that the regulator or the series transistor is damaged, which leads to an increase in voltage on the output side illicit size leads. With some controllers it is also possible that rapid voltage peaks through the power supply device and thus also overload the output. The surge protection or also called an interrupter, prevents such voltage peaks on the output side can rise above a predetermined threshold. In this case, the device should be switched off and the output will be short-circuited.

In »elektrotechnik« 54, Heft 8, 15. April 1972, S.30 bis 32 wird eine solche Überspannungsschutzschaltung und der Einsatz dieser selbst gezeigt.In "electrical engineering" 54, issue 8, April 15, 1972, p.30 to 32 such an overvoltage protection circuit and the use of this itself are shown.

Dem Netzgleichrichter ist eine flinke Schmelzsicherung nachgeschaltet, an die sich der quergeschaltete Eingangssiebkondensator anschließt. Zwischen diesem und dem Ausgangssiebkondensator befindet sich die Längsregelung. An den Ausgang des Speisegerätes ist neben dem Verbraucher auch der Überspannungsschutz oder Unterbrecher angeschlossen.The mains rectifier is followed by a fast fuse, to which the cross-connected Input filter capacitor connects. The is located between this and the output filter capacitor Longitudinal regulation. In addition to the consumer, there is also the overvoltage protection at the output of the power supply or breaker connected.

Wenn am Ausgang eine Überspannung bestimmter Größe ansteht, z. B. durch einen defekten Längstransistor, so wird der Thyristor über den Differenzverstärker gezündet und damit der Ausgang kurzgeschlossen. Über den Thyristor wird nun der Ausgangs- und Eingangskondensator entladen. Gleichzeitig übernimmt der Thyristor den vom Gleichrichter gelieferten Strom, der die Schmelzsicherung wirft und damit eine weitere Energiezufuhr zum Verbraucher wie auch zur Regelschaltung verhindert.If there is an overvoltage of a certain magnitude at the output, e.g. B. by a defective series transistor, the thyristor is ignited via the differential amplifier and thus the output short-circuited. The output and input capacitor is now discharged via the thyristor. At the same time, the thyristor takes over the current supplied by the rectifier, which throws the fuse and thus prevents further energy supply to the consumer as well as to the control circuit.

Ein Überspannungsschutz dieser Art hat den Nachteil, daß er nur für Regelschaltungen mit einer Spannungskonstantkennlinie, nicht aber für selche mit einer zusätz'ichcn strombegrenzenden Kennlinie, also IU- oder Sf-Kennlinie funktionsfähig ist. Von Stromversorgungsanlagen wird häufig eine solche Strombegrenzung verlangt. Der Verbraucher ist dann in der Lage, beliebig lange in den Kurzschluß zu fahren.An overvoltage protection of this type has the disadvantage that it is only functional for control circuits with a constant voltage characteristic, but not for those with an additional current-limiting characteristic, i.e. IU or Sf characteristic. Such a current limitation is often required of power supply systems. The consumer is then able to short-circuit for as long as desired.

Nimmt man an, daß bei einem Regler dieser Art die Spannungsregelung, nicht aber die Stromregelung ausfällt, dann spricht der Überspannungsschutz auf Grund der überhöhten Ausgangsspannung an, der Thyristor wird gezündet. Dies hat die Entladung des Ausgangskondensators zur Folge. Der Eingangskondensator versucht sich ebenfalls über den Thyristor zu entladen. Begrenzt wird dieser Entladestrom und der weiter vom Gleichrichter gelieferte Strom durch die Stromregelung, die noch funktionstüchtig ist. Da der Thyristor des Überspannungsschutzes an sich nicht für einen solchen Dauerstrom ausgelegt sein muß, wird er nach einer bestimmten Zeit überlastet und zerstört. Dabei kann der Verbraucher wieder mit der überhöhter. Spannung belastet werden, was sicherlich einen größeren Schaden zur Folge hat. Ist der Thyristor für den Dauerstrom ausgelegt, so ist es bei der Fehlersuche besonders erschwerend, daß die Sicherung nicht zerstört ist. Im Fehlerfalle werden in der Praxis grundsätzlich zuerst die leicht zugänglichen Sicherungen kontrolliert.If one assumes that with a regulator of this type the voltage regulation, but not the current regulation, fails, then the overvoltage protection responds due to the excessive output voltage, the thyristor is ignited. This causes the output capacitor to discharge. The input capacitor is trying also discharge through the thyristor. This discharge current and the further from the Rectifier supplied current through the current regulator, which is still functional. Since the thyristor of the Surge protection does not have to be designed for such a continuous current, it is after a certain Time overloaded and destroyed. In doing so, the consumer can again with the excessive. Stressed which will certainly result in greater damage. Is the thyristor for the continuous current designed, it is particularly difficult when troubleshooting that the fuse is not destroyed. In the event of an error In practice, the easily accessible fuses are always checked first.

Weiter ist aus der DT-PS 12 83 359 eine kombinierte Überstrom- und Überspannungsschutzeinrichtung bekannt, bei welcher ein eingangsseitig angeordneter Thyristor in Reihe mit einem Widerstand von einer elektromechanischen Anordnung im Ausgangskreis gezündet wird. Bei Überspannung am Ausgang wird mittels eines Relais ein Kontakt geschlossen, der über einen Widerstand positives Potential an die Zündelektrode des Thyristors schaltet. Der eingangsseitige große Querstrom hat nun das Schmelzen der Sicherung zur Folge, wodurch verhindert, daß weiter über den Eingang Energie zugeführt wird.Another is a combined one from DT-PS 12 83 359 Overcurrent and overvoltage protection device known, in which an input side Thyristor ignited in series with a resistor by an electromechanical arrangement in the output circuit will. In the event of overvoltage at the output, a relay is used to close a contact that is connected to a resistor switches positive potential to the ignition electrode of the thyristor. The big one on the entrance side Cross-current now has the melting of the fuse as a result, which prevents further over the Input energy is supplied.

Von besonderem Nachteil ist bei dieser Anordnung, daß der ausgangsseitige Siebkondensator seine Ladung CU² um so länger hält, je höherohmiger der Verbraucher ist. Spannungsempfindliche elektronische Bauelemente, wie sie derzeit zum Einsatz kommen, können dadurch Schaden nehmen. Durch die eingesetzte In-A particular disadvantage of this arrangement is that the output-side filter capacitor ^{holds its charge CU 2} longer, the higher the resistance of the consumer. Voltage-sensitive electronic components, as they are currently used, can be damaged as a result. Through the deployed in-

duktivität, die besonders bei Schaltreglern erforderlich wird, erfolgt beim Abschalten eine zusätzliche Spannungsüberhöhung, die noch weiter in .:erstörender Weise auf die Verbraucher einwirkt.ductivity, which is particularly necessary with switching regulators, there is an additional voltage increase when switching off, which even further in.: has a disruptive effect on the consumer.

In der DT-AS 11 76 752 wird eine Schutzanordnung für den Haupttransistor eines Spannungsreglers gezeigt. Im Basiskreis des Haupttransistors ist die Reihenschaltung eines Thyristors und einer Diode angeordnet. Die Diode liegt in bezug auf den Thyristor anodenseitig und dient zur Entkopplung der Transistorbasis und eines Spannungsteilers.In the DT-AS 11 76 752 a protection order shown for the main transistor of a voltage regulator. The series circuit is in the base circuit of the main transistor a thyristor and a diode. The diode is on the anode side with respect to the thyristor and serves to decouple the transistor base and a voltage divider.

Der Erfindung lieg; die Aufgabe zugrunde, eine Überspannungsschutzschaltung für transistorgeregelte Gleichspannungsspeisegeräte zu schaffen, die bei Regelungen mit strombegrenzender Kennlinie zuverlässig arbeitet und welche die vorgenannten Nachteile der bekannten Anordnungen nicht aufweist und damit einen Einsatz ohne Einschränkung gewährleistet.The invention lies; the task underlying an overvoltage protection circuit for transistor-regulated To create DC voltage supply units that are reliable in control systems with a current-limiting characteristic works and which does not have the aforementioned disadvantages of the known arrangements and thus use is guaranteed without restriction.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Querzweig mn dem Thyristor in an sich bekannter Weise am Eingang des Gleichspannungsspeisegerätes liegt und daß parallel über den Regeltransistor eine Diode zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Gleichspannungsspeisegerätes angeordnet ist, die in bezug auf den Thyristor in Durchlaßrichtung mit diesem in Reihe liegtThis object is achieved in the above-mentioned arrangement according to the invention in that the Shunt branch mn the thyristor in a manner known per se at the input of the DC voltage supply device and that in parallel via the control transistor, a diode between the input and the output of the DC voltage supply device is arranged, which with respect to the thyristor in the forward direction with this is in series

In einer besonders günstigen Gestaltung der Erfindung wird die Störempfindlichkeit des Überspannungsschutzes vermindert und weiter die Entladung des Ausgangssiebkondensators ohne Verzögerung dadurch gewährleistet, daß die dem Regeltransistor paralielgeschaltete Diode einerseits am einen Pol der Ausgangsspannung, auf der anderen Seite zwischen den Thyristor und die Diode angeschlossen ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the interference sensitivity of the overvoltage protection reduces and further ensures the discharge of the output filter capacitor without delay, that the diode connected in parallel to the control transistor on the one hand at one pole of the output voltage, on the other hand is connected between the thyristor and the diode.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. It shows

F i g. 1 eine bekannte Anordnung einer Stromversorgung und eines Überspannungsschutzes,F i g. 1 shows a known arrangement of a power supply and a surge protector,

F i g. 2.0 eine LZ-Kennlinie, F i g. 2.1 eine /^/-Kennlinie,F i g. 2.0 an LZ characteristic curve, FIG. 2.1 a / ^ / - characteristic,

F i g 2.2 eine Sf-Kennlinie,F i g 2.2 an Sf characteristic curve,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung einer Stromversorgung und eines Überspannungsschutzes.F i g. 3 shows an arrangement according to the invention of a power supply and an overvoltage protection.

In F i g. 1 ist dem an das Netz angeschlossenen Transformator 1 der Gleichrichter 2 nachgeschalte*. Zwischen diesem und dem Eingangssiebkondensator 4 liegt die Schmelzsicherung 3. Die Längsregelung ist mitIn Fig. 1, the rectifier 2 is connected downstream of the transformer 1 connected to the mains *. The fuse 3 is located between this and the input filter capacitor 4

5 bezeichnet, an die sich der Ausgangssiebkondensator5 denotes, to which the output filter capacitor

6 anschließt. An die Ausgänge A + und A-- ist der 5" Überspannungsschutz 7 und der Verbraucher 8 angeschlossen. Der Überspannungsschutz beinhaltet den Thyristor 14 und den Differenzverstärker 9, dessen Eingänge an eine Brückenschaltung angeschlossen sind, die aus den Widerständin 10 bis 12 und der Zenerdiode 13 besteht. Tritt an den Ausgängen A + , A— eine Überspannung auf, so liefert der Differenzverstärker ab einer vorbestimmten Schwelle ein Zündsignal an den Thyristor 14, der den Ausgang kurzschließt und über den Längsregler 5 den Kondensator 4 entlädt und die Sicherung 3 zum Ansprechen bringt. Damit ist sowohl der Verbraucher wie auch der Überspannungsschutz vor Beschädigung gesichert. Die ordnungsgemäße Funktion dieser Anordnung ist aber nur bei einer Kennlinie der Längsregelung gemäß F i g. 2.0 gewährleistet. Bei der /f-Kennlinie nach F i g. 2.1 oder DU-Kennlinie nach F i g. 72 spricht die Sicherung dann nicht an, wenn die Spannungsregelung beschädigt ist, nicht aber die Stromregelung.6 connects. The 5 "overvoltage protection 7 and the consumer 8 are connected to the outputs A + and A- . The overvoltage protection contains the thyristor 14 and the differential amplifier 9, the inputs of which are connected to a bridge circuit consisting of the resistors 10 to 12 and the Zener diode 13. If an overvoltage occurs at the outputs A +, A- , the differential amplifier delivers an ignition signal to the thyristor 14 from a predetermined threshold, which short-circuits the output and discharges the capacitor 4 via the series regulator 5 and the fuse 3 to respond This protects both the consumer and the overvoltage protection against damage. However, the correct functioning of this arrangement is only guaranteed with a longitudinal control characteristic according to FIG. 2.0. With the / f characteristic according to FIG. 2.1 or DU - The characteristic curve according to FIG. 72 does not respond if the voltage regulation is damaged, but the current regulation is not.

In Fig.3 sind mit E+ und E- die Eingangsklemmen bezeichnet, an welche eine gleichgerichtete Wechselspannung oder eine andere Gleichspannung, z. B. eine Batteriespannung, angeschlossen wird. Zwischen den Eingangsklemmen und dem Eingangssiebkondensator 20 liegt die Schmelzsicherung 21. An den Thyristor 22 ist kathodenseitig die Diode 32 angeschlossen. Der Widerstand 24 verbindet die Anode der Diode 23 mit dem positiven Anschluß. An den Steueranschluß des Thyristors ist die ausgangsseitig liegende Vergleicherschaltung 25 angeschlossen. Der Ableitwiderstand 26 liegt zwischen der Steuerelektrode des Thyristors und dem negativen Eingangsanschluß E-. In Figure 3, E + and E- denote the input terminals to which a rectified AC voltage or another DC voltage, e.g. B. a battery voltage is connected. The fuse 21 is located between the input terminals and the input filter capacitor 20. The diode 32 is connected to the thyristor 22 on the cathode side. The resistor 24 connects the anode of the diode 23 to the positive terminal. The comparator circuit 25 on the output side is connected to the control connection of the thyristor. The bleeder resistor 26 is located between the control electrode of the thyristor and the negative input terminal E-.

An den Transistor 27 ist basisseitig die Regelschaltung 28 angeschlossen. Diese Regelschaltung ist verantwortlich für die Kennlinie der Stromversorgung. Der Transistor 27, erforderlichenfalls als Darlington-Transistor ausgelegt, kann im geschalteten oder im stetigen Betrieb arbeiten. Für den geschalteten Betrieb wird die ausgangsseitig angebrachte Glättungsdrossel 29 notwendig. Am Ausgang liegt der Siebkondensator 30. Die Last 31 ist an den Anschlüssen A+ und A— angeschlossen. Zwischen dem dem Längstransistor zugewandten ausgangsseitigen Anschluß und der Kathode des Thyristors 22 hegt die Diode 32. Wird auf die Diode 23 und den Widerstand 24 verzichtet, die an sich die Störsicherheit erhöhen, dann wird die Kathode des Thyristors 22 direkt an den negativen Anschluß des Einganges angeschlossen. Falls es notwendig wird, kann in den Anodenanschluß des Thyristors ein niederohmiger Widerstand eingefügt werden. Die Diode 32 kann auch direkt an den Anschluß E- gelegt werden, was aber bei Verwendung der Diode 23 die Entladezeitkonstante des Kondensators 30 ungünstig beeinflußt. The control circuit 28 is connected to the transistor 27 on the base side. This control circuit is responsible for the characteristic curve of the power supply. The transistor 27, if necessary designed as a Darlington transistor, can operate in switched or continuous mode. The smoothing choke 29 attached on the output side is necessary for switched operation. The filter capacitor 30 is at the output. The load 31 is connected to the connections A + and A- . Between the output terminal facing the series transistor and the cathode of the thyristor 22 there is the diode 32. If the diode 23 and the resistor 24, which in themselves increase the immunity to interference, are dispensed with, then the cathode of the thyristor 22 is connected directly to the negative terminal of the input connected. If necessary, a low-resistance resistor can be inserted in the anode connection of the thyristor. The diode 32 can also be connected directly to the terminal E- , but this has an unfavorable effect on the discharge time constant of the capacitor 30 when the diode 23 is used.

Im Normalfall wird der Verbraucher mit der geregelten Spannung versorgt. Die Diode 32 wird in Sperrichtung beaufschlagt, der Thyristor 22 ist gesperrt. Wird z. B. die Spannungsregelung des Reglers 28 aus beliebigem Grund funktionsuntüchtig, so steigt die Ausgangsspannung. Bei einer vorbestimmten Schwelle liefert die Vergleicherschaltung 25 ein positives Signal an den Thyristor 22, der auf Grund dessen zündet. Damit wird der Siebkondensator 20 entladen. Weiter zieht der Thyristor einen Strom über die Schmelzsicherung 21, der diese zerstört. Damit ist die Anordnung vor einer weiteren Energiezufuhr abgesichert. Gleichzeitig wird die Diode 32 leitend, die den Kondensator 30 über den leitenden Thyristor 22 entlädt. Hierdurch wird verhindert, daß der Ausgang eine Spannung über einer bestimmten Größe an den Verbraucher legt. Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet, daß der Verbraucher nicht mi^f einer Überspannung beaufschlagt wird und unabhängig davon, ob das Speisegerät eine Stromregelung beinhaltet oder nicht, schaltet die Sicherung zuverlässig ab. Weiter ist bemerkenswert, daß diese sichere Funktion ohne besonderen Mehraufwand erreicht wird.Normally, the consumer is supplied with the regulated voltage. The diode 32 is acted upon in the blocking direction, the thyristor 22 is blocked. Is z. B. the voltage regulation of the controller 28 for any reason inoperable, the output voltage increases. At a predetermined threshold, the comparator circuit 25 delivers a positive signal to the thyristor 22, which triggers as a result. The filter capacitor 20 is thus discharged. The thyristor also draws a current through the fuse 21, which destroys it. The arrangement is thus secured against a further supply of energy. At the same time, the diode 32 becomes conductive, which discharges the capacitor 30 via the conductive thyristor 22. This prevents the output from applying a voltage above a certain value to the consumer. The arrangement of the invention ensures that the consumer does not ^f mi of an overvoltage is applied and regardless of whether the power supply unit includes a current control or not, the backup switch off reliably. It is also noteworthy that this reliable function is achieved without any particular additional effort.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Overvoltage protection circuit arrangement for regulated via a regulating transistor in the series branch DC voltage supply units with constant output voltage and subsequent current limiting characteristic with a fuse attached on the input side, with an input and an output capacitor and with an in a cross-branch thyristor, the ignition electrode of which is connected to a comparator circuit which lies in a further shunt branch at the output of the DC voltage supply device, characterized in that the shunt arm with the thyristor in a manner known per se at the input of the DC voltage supply device and that in parallel via the control transistor (27) a. Diode is arranged between the input and the output of the DC voltage supply device, which in with respect to the thyristor (22) in the forward direction with this in series.

2. Overvoltage protection circuit according to claim

1, characterized in that between the cathode of the thyristor (22) and the negative terminal the input voltage is connected to a diode (23) and that this diode has a resistor (24) is biased.

3. Overvoltage protection circuit according to claim

2, characterized in that the diode (32) connected in parallel to the control transistor (27) on the one hand at one pole of the output voltage, on the other side between the thyristor (22) and the diode (23) is connected.