einfache Drehspul-Meßinstrument Überlastschutzschaltung

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

falls es interessiert, ist im Anhang eine einfache 
Drehspul-Meßinstrument Überlastschutzschaltung für ein einfaches 300V 
Röhren-Netzteil vorgestellt. Im Falle eines ausgangsseitigen Kurzschluß 
begrenzt diese Schaltung den Instrumentstrom auf 120%, ohne die 
Anzeige-Linearität durch Diodenkennlinien zu verformen.

Wie im Schaltbild ersichtlich ist, dient ein Transistor das empfindliche 
Drehspulinstrument vor hohen Überlast-Kurzschlußströmen zu schützen, bis 
die 200mA Sicherung auf der Sekundärseite des Netztrafos anspricht.

Das Instrument hat einen Ri von 1.3 Ohm mit 100mA Vollausschlag mit 
60mV. Das ist zu wenig, um mit einen BJT alleine das Instrument 
kurzzuschließen. Deswegen wurde mit dem Spannungsteiler R1/R2 der 
Widerstand erhöht um den Instrumentstrom im Kurzschlußfall auf 120% 
begrenzen zu können. Durch Q1 und R1 fließen dann rund 550mA.

Wie im zweiten Simu-Bild ersichtlich, fließt bis 100mA kein Strom durch 
Q1, so daß die Meßgenauigkeit nicht durch Querstrom durch Q1 
beeinträchtigt wird.

Dioden D1, D2 dienen dazu, die Spannung der Schaltung im Überlastfall 
auf sichere Werte zu begrenzen und Q1 anzusteuern. Die Dioden müssen 
kurzzeitig rund 25A aushalten. R5 begrenzt den Diodenstrom auf sichere 
Werte. Da das Netzteil ungeregelt ist, stören die rund zusätzlichen 22 
Ohm im Meßzweig nicht sehr. Abgesehen davon hat das ungeregelte NT 
ohnehin einen ziemlich hohen internen Widerstand. (Vollweg-Gl mit LC 
Ausgang und Rundfunktrafo). Im Normalfall ist der Spannungsabfall bei 
120% nur 0.8V, also weit unterhalb der Schwellenspannung der beiden 
Dioden zusammen und Q1 ist gesperrt.

Wie aus der Simulation ersichtlich, bleibt der Instrument-Maximalstrom 
im Überlastzustand auf rund 120% begrenzt. Da Drehspulinstrumente in der 
Regel mindestens eine 100% Überlast aushalten, kann man davon ausgehen, 
daß mit dieser einfachen Schutzschaltung alles vorsorglich getan wurde.

Gerhard

[Gerhard O. (gerhard_)]

Man scheint dem Beitrag viel Beachtung zu schenken, wie die Statistik 
beweist:-)

Falls es Euch interessiert:

Ich baute die Schaltung, wie im Simulationsschaltbild gezeigt, auf. Der 
Strom durch den Instrument Stromzweig ist 115mA, anstatt 120mA. Der 
Messwert stimmt also mit der Simulation ziemlich genau überein.

Bei der Überlastung mit 15000uF und 60V steigt der Zeiger des 
Instruments normal sanft an, genauso wie beim Einschalten innerhalb des 
gültigen Messbereichs; es ist also kein wildes Hochschnellen des Zeigers 
bemerkbar. Zum Ende hin verlangsamt sich angenehmerweise die Zeiger 
Geschwindigkeit. Was die Anzeigegenauigkeit betrifft, hat die Schaltung 
keinen erkennbaren Einfluß, und das Instrument zeigt völlig normal im 
gesamten Nenn-Messbereich an.

Man kann also zufrieden sein, daß diese Schutzschaltung, so wie 
gewünscht, ohne Kompromisse, wie in der Simulation beobachtet, 
einwandfrei funktioniert.

Es würde mich interessieren, ob Euch andere gut funktionierende Methoden 
bekannt sind. Die obige Schutzschaltung ist das beste Schaltungskonzept 
das mir spontan einfiel.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Nachtrag:

Die scheinbar normale Zeigerreaktion rührt von daher, daß das 
mechanische Drehspulsystem um Größenordnungen langsamer als die 
Elektronik reagiert. Bis der Zeiger Vollausschlag erreicht hat, ist der 
Instrument Spulenstrom schon längst auf den Endausschlag um 115mA 
begrenzt und das Instrument reagiert dynamisch auf die 15% Überlast, als 
wäre nichts besonderes geschehen.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

im Anhang ist das Schaltbild der Instrument Schutzschaltung, das 
demnächst auf eine Leiterplatte gebracht werden soll. Das 
Drehspulinstrument ist ein handelsübliches japanisches 100mA 42x42mm 
Modell mit rund 1.3 Ohm Innenwiderstand.

Bitte beachten, daß R1 fast den gesamten Netzteil Kurzschluß-Strom 
aushalten muss. In meinem Fall dient dazu eine Sicherung oder 
möglicherweise eine schnelle Relaisschutzschaltung, die ich 
möglicherweise einbauen werde.

R1 dient zwei Zwecken:

Erstens begrenzt er den Kurzschlußstrom vom Ausgangselko auf rund 25A um 
die Dioden D2 und D3 nicht zu überlasten und zweitens beschützt er den 
Ausgangselko vor Beschädigung durch einem satten Kurzschluß und 
vermeidet den lauten Knall;-) Da D2 und D3 125A auch nur für eine 
Periode der Netzhalbwelle aushalten, ist sicherzustellen, daß der 300V 
Teil schnell genug durch eine Sicherung oder Schutzschaltung den 
Spitzenstrom (Elko Restenergie)  genügend verringert. Bis jetzt habe ich 
die Schutzschaltung nur mit einem auf 60V aufgeladenen 12mF Elko 
getestet. Der 300V Test steht noch aus. D1 schützt die Schaltung etwas 
von extern angelegten Spannungen bei ausgeschaltetem Netzteil.

Gerhard

[Achim M. (minifloat)]

Nice! Muss ich mir merken.

Keep your stick on the ice, mf