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Anordnung zur Begrenzung des Ausgangsstromes in Transistorspeisegeräten Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Begrenzung des Ausgangsstromes -in Transistor-Speise- geräten.
Bekannte Anordnungen für die Stabilisierung des Ausgangsstromes von Transistor-Speisegeräten weisen einen Serie-Leistungstransistor auf, dessen Emit- ter-Kollektorstrecke in der zum Verbraucher führenden Leitung liegt und dessen Basispotential von einem Steuertransistor derat verändert wird, dass Änderungen der Ausgangsspannung praktisch völlig kompensiert werden. Zu diesem Zweck ist der Steuertransistor derart zwischen die Ausgangsklemmen des Speisegerätes geschaltet, dass seine Basis an einer Spannung proportional zur Ausgangsspannung liegt, sein Emitter dagegen eine konstante Bezugsspannung aufweist.
Der Kollektor dieses Steuertransistors legt das Basispotential des Leistungstransistors, gegebenenfall das Basispotential einer Transistorkaskade fest.
Es sind nun bereits Begrenzungsschaltungen vorgeschlagen worden, bei denen zur Abschaltung des Verbraucherstromes in dem Falle, in welchem der Verbraucherstrom den zulässigen Maximalstrom überschreitet, der durch den Leistungstransistor fliessende Verbrauchestrom vermittels einer Transi- stor-Sperrstufe abgeschaltet wird. Dieser Sperrzustand wird dabei durch eine weitere Transi@stor-Haltestufe so lange aufrecht erhalten, als der den Verbraucherstrom bestimmende Lastwiderstand kleiner als zulässig bleibt.
Beim Wiederansteigen des genannten Lastwiderstandes auf den zulässigen Wert wird die Haltefunktion der Transistor-Haltestufe selbsttätig aufgehoben, wodurch der Sperrzustand der Transi- stor-Sperrstufe beendigt und folglich der Leistungstransistor wieder leitend wird.
Diese Anordnung erfordert einen sehr grossen Schaltungsaufwand, der das Speisegerät sehr teuer werden lässt.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Anordnung zur Begrenzung des Ausgangsstromes eines Transistor-Speisegerätes, eine Abschaltstufe, gebildet aus einem Abschalttransistor, dessen Emitter-Basis- -strecke über einem in der positiven Verbraucherleitung eingeschalteten Serie-Widerstand und einem Teilwiderstand eines Spannungsteilers liegt,
und dessen Kollektor einerseits über einen Kollektorwiderstand mit der unstabilisierten negativen Eingangsklemme und anderseits mit der Basis des den Ausgangsstrom steuernden Leistungstransistors eine elektrische Verbindung hat.
Eine weitere Verbesserung der Arbeitsweise dieser Anordnung wird dadurch erzielt, dass der Emitter des Abschalttransi@stors über einen Spannungsteiler an eine westere Referenzspannung gelegt wird.
Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt: Figur 1 ein Schaltungsschema, Figur 2 den Strom-Spannungsverlauf des Speisegerätes, Figur 3 einen weiteren Strom-Spannungsverlauf. In Figur 1 ist eine Gleichstromquelle, deren Ausgangsspannung zu stabilisieren und deren Verbraucherstrom zu begrenzen ist, an den Eingangsklemmen 1, 2 angeschlossen. Der durch einen Widerstand 20 dargestellte Verbraucher liegt an den Ausgangsklemmen 3, 4.
In der negativen Leitung zwischen den Klemmen 1 und 3 ist ein Leistungstransistor 5 mit seiner Emitter-Kollektorstrecke eingeschaltet, dessen Basis über eine Kaskade von weiteren Transistoren 6, 7, mit dem Kollektor eines Steuertransistors 8 verbunden ist. Der Steuertransistor 8 liegt mit seiner
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Basis an einem Spannungsteiler mit den Widerständen 9 und 10 parallel zu den Ausgangsklemmen 3, 4.
Der Emitter dieses Steuertransistors 8 ist an ein durch eine Zenerdiode 12 und einen Emitterwiderstand 11 gebildeten Spannungsteiler zwischen die Eingangsklemmen 1, 2 gelegt. Die Zenerdiode 12 erteilt dem Emitter des Steuertransistor 8 eine konstante, von der zwischen den Eingangsklemmen 1, 2 liegenden Gleichspannung unabhängige Referenzspannung UR.
Die Grösse der Basisspannung UB des Steuertransistors 8 ist nun so gewählt, dass bei zunehmendem Ausgangsstrom I= - entsprechend einem sinkenden Lastwiderstand 20 - und damit sinkender Ausgangsspannung Ua, der von der Transistorkaskade 5, 6, 7 gebildete Seriewiderstand sinkt und somit die Ausgangsspannung U, angehoben wird.
Wächst jedoch der Ausgangsstrom I= bis über den zulässigen Maximalwert an, .so vermag der Leistungstransistor 5 die Ausgangsspannung U. nicht mehr auf dem geregelten Niveau zu halten. Daraus resultiert ein Absinken der Ausgangsspannung, wobei im Transistor 5 eine erhebliche Leistung verbraucht und dieser unter Umständen zerstört wird.
Um dies zu verhindern, enthält die erfindungsge- mässe Anordnung einen Abscha#lttransistor 13 mit zugeordneten Widerständen, dessen Wirkungsweise die folgende ist: In der Leitung zwischen den Klemmen 2, 4 liegt ein Widerstand 15, der im wesentlichen von Ausgangsstrom 1- durchflossen wird und an dem ein Spannungsabfall proportional zum Ausgangsstrom entsteht. Der Abschalttransistor 13 liegt mit seiner Basis an einem Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 22 und 23, die damit negativ vorge- spannt ist.
Der Emitter des Transistors 13 liegt über dem Widerstand 14 an der positiven Eingangsklemme 2 und am Widerstand 15 und .ist ebenfalls durch einen Spannungsteiler, bestehend aus einer Zenerdiode 16 und den Widerständen 18 und 14, negativ vorgespannt. Die Verspannungen des Transistors 13 sind so gewählt, dass er bei Belastungen am Ausgang 3, 4 bis zum zulässigen Ausgangsstrom gesperrt bleibt. Der Kollektor ist einerseits an die Basis des Transistors 7, anderseits über einen Widerstand 19 an die Klemme 1 geführt.
Solange der Ausgangsstrom I= den zulässigen Wert nicht überschreitet, ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 15 klein und der Transistor 13 bleibt gesperrt. Steigt nun der Ausgangsstrom über den zu- ,lässigen Wert an, so wird die Basis des Abschalt- transistors 13 durch den steigenden Spannungabfall am Widerstand 15 gegen dessen Emitter negativ und der Transistor 13 somit durchgesteuert. Die Folge davon ist, dass das Potential am Punkt 21 gegen Plus gezogen und dadurch die Kaskade, bestehend aus den Transistoren 7, 6, 5,
gesperrt und damit der Strom durch den Lastwiderstand 20 reduziert wird. Dadurch wird auch das Potential am Punkt 3 gegen Plus gezogen und damit ebenfalls der Emitter des Transi- : < tors 13 übar den Spannungsteiler 16, 18, 14. Durch diese Rückwirkung von Punkt 3 auf den Emitter des Transistors 13 wird erreicht, dass trotz sinkendem Ausgangsstrom durch den Widerstand 15 der Transistor 13 durchgesteuert bleibt und somit der Ausgangsstrom bei steigender Belastung kleiner wird.
Bei einem Kurzschluss zwischen den Klemmen 3 und 4 wird der Ausgangsstrom I= durch diese Rückwirkung sehr k'.oin, da über dem Widerstand 14 keine Spannung mehr ansteht und der Emitter des Transistors 13 potentialmässig direkt an Klemme 2 liegt und seine Basis über den Spannungsteiler 22, 23 negativ vorgespannt bleibt. Beim Wiederansteigen des Lastwiderstandes 20 steigt die Ausgangsspannung wieder an, damit wird auch der Emitter des Transistors 13 wieder negativer, bis er auf der zulässigen Last wieder gesperrt bleibt; dadurch kann die Regelkaskade, bestehend aus den Transistoren 5, 6 und 7, sowie der Steuertransistor wieder normal arbeiten.
Figur 2 zeigt als Diagramm die Ausgangsspannung U" in Funktion des Ausgangsstromes für die bisher beschriebene Anordnung. Bis zum Nennstrom I,; verläuft die Ausgangsspannung völlig horizontal, d. h. der innere Widerstand der Gleichstromquelle ist praktisch Null. Beim Überschreiten des Nennstromes I,r fallen sowohl Ausgangsspanung Ua als auch Ausgangsstrom I= entsprechend dem nach unten verlaufenden Kurvenast ab.
Beim Wiederansteig des Lastwiderstandes 20 folgen Strom und Spannung auf dem gleichen Ast in umgekehrter Richtung.
Durch die Einfügung der Zenerdiode 16 kann der Verlauf des Ausgangsstromes I= und der Ausgangsspannung U" im Falle des überschreitens des maximal zulässigen Stromes verteilhaft verändert werden.
Beim Absinken der Ausgangsspannung U" durch Überlast wie vorgehend beschrieben, wird zunächst auch die Emitterspannung des Abscha:lttransistors 13 abgesenkt. Sinkt zugleich die Ausgangsspannung unter die Zenerspannung UZ der Zenerdiode 16, so wird der Querstrom durch die Zenerdiode 16 und die Widerstände 14 und 18 plötzlich unterbrochen, so dass das Potential an deren Verbindungspunkt (Emitter des Transistors 13) gleich dem Potential an der Klemme 2 wird. Die Folge ist ein plötzlicher Unterbruch des Steuerstromes der Kaskade 7, 6,
5 durch den Abschalttransistor 13, da dessen Kollektorstrom sprunghaft ansteigt. Dadurch weisen die Ausgangsspannungen U" und der Ausgangsstrom I= nur noch ganz kleine Werte auf.
Sobald bei einem Anwachsen des Lastwiderstandes 20 die Ausgangsspannung U. wieder ansteigt, wird alsbald ein Punkt erreicht, bei welchem die Zenerspannung UZ an den Zenerdiode 16 wieder hergestellt wird, worauf auch die Abschaltung des Ausgangsstromes über den Leistungstransi- stor 5 aufgehoben wird.
In Fig. 3 sind diese Verhältnisse wieder als Diagramm dargestellt. Strom und Spannung an den Ausgangsklemmen 3, 4 springen dabei unmittelbar nach dem über- schreiten des maximal zulässigen Ausgangsstromes
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auf einen Wert K. Für die Wiederkehrende Spannung steigt zunächst die Ausgangsspannung etwas auf den Wert K', von wo ein erneuter Sprung auf die volle Ausgangsspannung U, bei etwas verkleinertem Ausgangsstrom 1= auftritt.
Dieses hysterese-ähnliche Verhalten ist eine Folge der Arbeitsweise der Zenerdiode 16, das aber für das Verhalten der Anordnung nicht von Bedeutung ist. Der Vorteil dieses zusätzlichen Abschaltverlaufes gegenüber dem Verhalten gemäss Figur 2 ist der, dass im Leistungstransistor 5 durch den sprunghaften Übergang keine zusätzliche Leistung vernichtet wird, was insbesondere bei Anordnungen für grosse Ströme und Spannungen von Bedeutung ist.