DD142110B1 - SHORT-CIRCUIT AND OVERLOAD PROTECTION FOR ELECTRONIC POWER CIRCUITS - Google Patents

SHORT-CIRCUIT AND OVERLOAD PROTECTION FOR ELECTRONIC POWER CIRCUITS Download PDF

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Description

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Mit einem in der Schaltung vorhandenen Schalter, der auch elektronisch realisiert sein kann, läßt sich der Leistungstransistor durch entsprechende Steuersignale zwar einschalten oder sperren, bei jedem Schließen des Schalters läuft aber auch bei zulässiger Last erst einmal ein Kippvorgang ab, der so lange andauert, bis sich die vorhandenen Kondensatoren aufgeladen haben. Das damit verbundene vorübergehende Sperren des Leistungstransistors stört zwar beim Herstellen eines statischen Betriebszustandes nicht, aber insbesondere kurz andauernde Logiksignale würden dabei entweder stark verfälscht oder könnten überhaupt nicht durchgeschaltet werden. Hinzu kommt, daß bei jedem Öffnen des Schalters eine weitere geringe Verzögerung durch den Kondensator verursacht wird, der die Dauer der Wiedereinschaltversuchte bestimmt. Darüber hinaus besitzt diese Anordnung eine geringe Ansprechempfindlichkeit. Dieser Nachteil hat dieselbe Ursache wie in der nachfolgend diskutierten Lösung.With a switch present in the circuit, which may also be implemented electronically, the power transistor can be switched on or off by appropriate control signals, but each time the switch is closed, a tilting process takes place, even with a permissible load, which lasts until the existing capacitors have charged up. Although the associated temporary blocking of the power transistor does not interfere with the production of a static operating state, in particular short-duration logic signals would either be heavily falsified or could not be switched through at all. In addition, each time the switch is opened, a further small delay is caused by the capacitor, which determines the duration of the reclosing attempt. In addition, this arrangement has a low responsiveness. This disadvantage has the same cause as in the solution discussed below.

Aus der DE-AS 2306013 ist eine weitere Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Verlustleistung von elektronischen Bauelementen bekannt, in der der Leistungstransistor bei Überlast oder Kurzschluß gesperrt und durch Wiedereinschaltversuche periodisch impulsartig und strombegrenzt in den leitenden Zustand versetzt wird. Bei Überlast wird ein Kondensator geladen, der in Verbindung mit einem Kippverstärker diese periodischen Vorgänge bewirkt, so lange die Überlast besteht. Neben einem hohen Bauelementeaufwand haftet dieser Anordnung noch der bereits erwähnte Nachteil einer geringen Ansprechempfindlichkeit an, der sich aus der Gewinnung des Ansprechwertes bei Überstrom ergibt. Als Kenngröße für den Laststrom und demzufolge auch für den Beginn der Überlastung wird der Spannungsabfall am Emitterwiderstand des Leistungstransistors ausgenutzt. Dieser Emitterwiderstand dient wie allgemein üblich, in Verbindung mit einem nichtlinearen Bauelement, z. B. Diode oder Transistor, der Strombegrenzung. Da der Spannungsabfall am Emitterwiderstand dem Laststrom proportional ist, entspricht der Übergang vom zulässigen Laststrom zu unzulässigen Werten nur geringfügigen Spannungsänderungen, wenn ein kleiner Steuerbereich für den Ansprechwert erwünscht ist. Eine genaue Ansprechschwelle kann außerhalb nur mit großem Bauelementeaufwand realisiert werden. Hinzu kommt, daß schwache Überlasten eine geringe Änderungsgeschwindigkeit des Spannungsabfalls am Emitterwiderstand zur Folge haben, die vor ihrer Weiterverarbeitung formiert werden müssen. Dies geschieht im vorliegenden Fall durch den Kippverstärker. Dadurch wird die Unsicherheit des Ansprechwerts nachteiligerweise aber weiterhin nicht beseitigt. Eine unsichere Ansprechschwelle hat wiederum zur Folge, daß der maximal zulässige Strom nicht ausgenutzt werden kann, so daß der Leistungstransistor überdimensioniert werden muß. Ein Erhöhen der Ansprechempfindlichkeit, indem als Ansprechgröße der Spannungsabfall benutzt wird, der über dem Leistungstransistor und dem strombegrenzenden Emitterwiderstand bei Überlast auftritt, ist bei dieser und bei der vorangehend diskutierten Lösung nicht möglich. Bei Logiksignalen, die den Leistungstransistor sperren, würden nämlich diese Schutzschaltungen sofort ansprechen, obwohl kein Überlastfall vorliegt.From DE-AS 2306013, a further circuit arrangement for limiting the power loss of electronic components is known, in which the power transistor is locked in case of overload or short circuit and periodically pulse-like and current limited is put into the conducting state by Wiederereinschaltversuche. In the event of overload, a capacitor is charged which, in conjunction with a tilting amplifier, effects these periodic operations as long as the overload exists. In addition to a high component cost of this arrangement still adheres to the already mentioned disadvantage of a low sensitivity, resulting from the recovery of the threshold value at overcurrent. As a parameter for the load current and consequently also for the beginning of the overload, the voltage drop at the emitter resistor of the power transistor is utilized. This emitter resistor is used as is common practice, in conjunction with a non-linear device, for. B. diode or transistor, the current limit. Since the voltage drop across the emitter resistor is proportional to the load current, the transition from the allowable load current to impermissible values corresponds to only minor voltage changes when a small control range for the threshold value is desired. An exact threshold can be realized outside only with a large component cost. In addition, weak overloads result in a small rate of change in the voltage drop across the emitter resistor, which must be formed prior to their further processing. This is done in the present case by the Kippverstärker. As a result, the uncertainty of the threshold is disadvantageously, but still not eliminated. An unsafe threshold in turn means that the maximum permissible current can not be utilized, so that the power transistor must be oversized. Increasing the responsiveness by using, as a response, the voltage drop that occurs across the power transistor and the current limiting emitter resistor in the event of an overload is not possible in this and in the solution discussed above. For logic signals that block the power transistor, namely, these protection circuits would respond immediately, although there is no overload case.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, bei einem geringen Bauelementeaufwand und einer genauen Ansprechschwelle unvorhersehbare Verzögerungen in der Lastansteuerung sowie Fehlansteuerungen zu vermeiden.The invention pursues the goal of avoiding unpredictable delays in the load control and faulty control at a low component cost and a precise threshold.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für elektronische Leistungsschaltstufen zum Schalten von Logiksignalen eine Kurzschluß- und Überlastsicherung zu schaffen, die bei voller Ausnutzung der zulässigen Verlustleistung und des zulässigen Maximalstroms des Leistungsschaltelements außer reellen Lasten auch Lasten mit induktivem oder kapazitivem Anteil und Kaltleiter schalten kann, die bei Überlast oder Kurzschluß eine verzögerte Sperrung der Leistungsschaltstufe bewirkt und selbständig periodische Wiedereinschaltversuche ausführt und im zulässigen Lastbereich keine Beeinträchtigung der zu schaltenden Logiksignale hervorruft. Die aufgabenmäße Kurzschluß- und Überlastsicherung für elektronische Leistungsschaltstufen mit einer bei Kurzschluß oder Überlastung einsetzenden Strombegrenzung und verzögerten Sperrung des Leistungsschaltelementes und einer durch impulsartige Wiedereinschaltversuche periodischen Aufhebung der Sperrung mit einem den Spannungsabfall über dem Leistungsschaltelement und dem strombegrenzenden Element erfassenden Meßspannungsteiler, der einen Bedingungstransistor enthält, wobei an den Meßspannungsteiler ein Meßtransistor angeschlossen ist, der im Ansprechzustand einen zwischen Signaleingang und Masse angeordneten Abschalttransistor in den leitenden Zustand versetzt, ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet.The invention has for its object to provide a short-circuit and overload protection for electronic power switching stages for switching logic signals, which can switch with full utilization of the allowable power loss and the maximum permissible current of the power switching element except real loads and loads with inductive or capacitive component and PTC thermistor, which causes a delayed blocking of the power switching stage in case of overload or short circuit and independently carries out periodic reclosing attempts and does not cause any impairment of the logic signals to be switched in the permissible load range. The task shortcircuit and overload protection for electronic power switching stages with a current shorting or overload current limiting and delayed blocking of the power switching element and a periodic by pulse-like reclosure attempts suspension of blocking with a voltage drop across the power switching element and the current-limiting element sensing Meßspannungsteiler containing a conditional transistor, wherein a Meßtransistor is connected to the Meßspannungsteiler which puts in the ON state between a signal input and ground arranged Abschalttransistor in the conductive state, is characterized by the following features.

Zwischen dem Kollektor des Meßtransistors und der Masse ist ein Spannungsteiler angeordnet, dessen Widerstände mit einem Speicherkondensator überbrückt sind. Der Abgriff dieses Spannungsteilers ist mit der Basis eines Abschalttransistors verbunden, und zwischen dessen Kollektor und Basis ist ein Verzögerungskondensator angeordnet. Das Sperren bei Kurzschluß oder Überlast wird durch den Anstieg der Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors einschließlich dem Emitterwiderstand ausgelöst. Der Spannungsanstieg versetzt wegen des leitenden Bedingungstransistors, der stets zusammen mit dem Leistungstransistors durchgeschaltet wird, den Meßtransistor und über diesen den Abschalttransistor in den leitenden Zustand, so daß die Basis des Steuertransistors nach Masse hin kurzgeschlossen wird. Sein Sperren hebt den beschriebenen Zustand wieder auf, und mit geeigneter Dimensionierung der Verzögerungskondensatoren und des Speicherkondensators wird erreicht, daß bei Überlast oder Kurzschluß die Sperrung des Leistungstransistor periodisch impulsertig unterbrochen wird.Between the collector of the measuring transistor and the ground, a voltage divider is arranged, whose resistors are bridged with a storage capacitor. The tap of this voltage divider is connected to the base of a turn-off transistor, and between the collector and base of a delay capacitor is arranged. The short-circuit or overload lock is triggered by the increase in voltage across the collector-emitter path of the power transistor, including the emitter resistor. The voltage rise is due to the conductive condition transistor, which is always turned on together with the power transistor, the measuring transistor and via this the turn-off transistor in the conductive state, so that the base of the control transistor is short-circuited to ground. Its blocking raises the state described again, and with suitable dimensioning of the delay capacitors and the storage capacitor is achieved that in case of overload or short circuit, the blocking of the power transistor is interrupted periodically impulsertig.

AusführungsbeispieiAusführungsbeispiei

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt die Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Kurzschluß- und Überlastsicherung mit einer elektronischen Leistungsschaltstufe. Zur Erläuterung wurde eine Ausführung gewählt, bei der durch Ansteuerung mit einem Η-Signal (logisches High-Signal) ein Stromfluß in der angeschlossenen Last bewirkt wird. Durch Verwendung von Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und durch Umkehr der Polarität der Betriebsspannung und der Dioden kann in einfacher Weise eine Ausführung realisiert werden, bei derein L-Signal (logisches Low-Signal) dieselbe Wirkung hervorruft. Die eigentliche Leistungsschaltstufe besteht aus dem Steuertransistor T1 und dem Leistungstransistor T5, der als Leistungsschaltelement dient. Die übrigen Transistoren, die ausschließlich der Überlastsicherung dienen, bleiben mit den dazugehörigen Bauelementen vorerst unerwähnt. In den Begriffen Überlastung und Überstrom ist im folgenden der Kurzschlußfall und der Kurzschlußstrom stets eingeschlossen.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows the circuit arrangement of the short-circuit and overload protection according to the invention with an electronic power switching stage. For explanation, an embodiment was selected in which by driving with a Η signal (logical high signal), a current flow in the connected load is effected. By using transistors of opposite conductivity type and by reversing the polarity of the operating voltage and the diodes, an embodiment can be realized in a simple manner, in which an L signal (logical low signal) causes the same effect. The actual power switching stage consists of the control transistor T1 and the power transistor T5, which serves as a power switching element. The remaining transistors, which are used exclusively for the overload protection, remain unmentioned with the associated components for the time being. In the terms overload and overcurrent, the short circuit case and the short circuit current are always included below.

Der Steuertransistor T1 und der von ihm angesteuerte Leistungstransistor T5 sind von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, und da beide in Emitterschaltung betrieben werden, sind sie immer gleichzeitig leitend oder gleichzeitig nichtleitend. Die Kopplung zwischen beiden erfolgt über einen Begrenzungswiderstand R3 und eine Potentialdiode D1, die ein Potentialgefälle für den Betrieb der weiter unten erläuterten übrigen Transistoren erzeugt.The control transistor T1 and the power transistor T5 driven by it are of opposite conductivity type, and since they are both emitter-connected, they are always conductive or non-conductive at the same time. The coupling between the two takes place via a limiting resistor R3 and a potential diode D1, which generates a potential gradient for the operation of the other transistors explained below.

-з- 211 037-z- 211 037

Der Kollektoranschluß des Leistungstransistors T5 stellt den Ausgang der Schaltstufe dar, mit ihm ist die Ausgangsklemme A verbunden, an die die Last Q angeschlossen wird, die mit ihrem zweiten Anschluß an Masse M liegt und vom Laststrom iq durchflossen wird. Eine parallel zur Last Q angeordnete Freilaufdiode D3 beseitigt störende Spannungsspitzen, wenn eine Last Q mit induktivem Anteil angeschlossen ist.The collector terminal of the power transistor T5 represents the output of the switching stage, with him the output terminal A is connected, to which the load Q is connected, which is connected to its second terminal to ground M and flows through the load current iq. A freewheeling diode D3 arranged parallel to the load Q eliminates disturbing voltage peaks when a load Q with an inductive component is connected.

In die Emitterzuleitung des Leistungstransistors T5 ist ein Emitterwiderstand R9 eingefügt, und zwischen der Basis und dem ermitterabgewandten Ende des Emitterwiderstandes R9 ist eine Z-Diode D2 angeschlossen. Dadurch besitzt der Leistungstransistor T5 in bekannter Weise das Verhalten einer Konstantstromquelle. Die strombegrenzende Wirkung tritt aber noch nicht im normalen Betriebsbereich auf, sondern setzt infolge einer entsprechenden Dimensionierung erst bei einer Überlastung ein, bei der sie dann mit der erfindungsgemäßen Überlastsicherung zusammen wirkt. Im Normalbetrieb bleibt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand R9 klein gegenüber der Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungstransistors T5. Ein Η-Signal zwischen Eingangsklemme E und Masse M gelangt über den Entkopplungswiderstand R1 an die Basis des Steuertransistors T1 und versetzt diesen in den leitenden Zustand, gleichzeitig wird auch der Leistungstransistor T5 leitend, wobei ein Laststrom iq über die Ausgangsklemme A durch die Last Q fließt. Ohne eine geeignete Schutzmaßnahme hat eine Überlastung, insbesondere ein Dauerkurzschluß, zwischen der Ausgangsklemme A und der Messe M den Ausfall des Leistungstransistors T5 zur Folge. Mit der Kurzschluß- und Überlastsicherung wird dagegen der Leistungstransistor T5 geschützt, indem er bei Überlastung gesperrt und periodisch mit kurzzeitigen Wiedereinschaltversuchen betrieben wird. In Verbindung mit der Strombegrenzung wird auf diese Weise auch bei einem Dauerkurzschluß die zulässige Verlustleistung des Leistungstransistors T5 nicht überschritten, wenn das Verhältnis von Sperrzeit zu Wiedereinschaltzeit entprechend festgelegt wird. Die periodischen Wiedereinschaltversuche werden so lange fortgesetzt, bis entweder die Überlastung verschwindet oder die Leistungsschaltstufe außer Betrieb gesetzt wird.An emitter resistor R9 is inserted in the emitter lead of the power transistor T5, and a Zener diode D2 is connected between the base and the end of the emitter resistor R9 remote from the emitter. As a result, the power transistor T5 has the behavior of a constant current source in a known manner. However, the current-limiting effect does not occur in the normal operating range, but sets due to a corresponding dimensioning only at an overload, in which it then interacts with the overload protection according to the invention. In normal operation, the voltage drop across the emitter resistor R9 remains small compared to the collector-emitter voltage of the power transistor T5. A Η signal between input terminal E and ground M passes through the decoupling resistor R1 to the base of the control transistor T1 and puts this in the conductive state, at the same time, the power transistor T5 is conductive, a load current iq flows through the output terminal A through the load Q. , Without a suitable protective measure, an overload, in particular a permanent short circuit, between the output terminal A and the fair M the failure of the power transistor T5 result. With the short-circuit and overload protection, however, the power transistor T5 is protected by being locked in case of overload and periodically operated with short-term reclosing attempts. In conjunction with the current limiting the allowable power loss of the power transistor T5 is not exceeded in this way, even with a permanent short circuit, if the ratio of lock time to reconnection time entprechend is determined. The periodic reclosing attempts are continued until either the overload disappears or the power switching stage is disabled.

Zur Erläuterung der gesamten Wirkungsweise wird nun die vollständige Schaltung betrachtet. Zwischen der Betriebsspannung U und der Ausgangsklemme A ist ein Meßspannungsteiler angeordnet, der aus den Teilerwiderständen R7 und R8 besteht. Diese beiden Widerstände sind dann zu einem Meßspannungsteiler zusammen geschaltet, wenn die zwischen ihnen angeordnete Emitter-Kollektor-Strecke eines Bedingungstransistors T4 leitend ist. Dieser Meßspannungsteiler erfaßt den Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors T5 einschließlich dem Spannungsabfall über dem Emitterwiderstand R9. Abgesehen von der weiter unten erläuterten Verzögerung durch den Verzögerungskondensator C1 ist der Meßspannungsteiler wegen des Bedingungstransistors T4 immer nur dann wirksam, wenn dieser gleichzeitig mit dem LeistungstransistorT5 in den leitenden Zustand geschaltet ist, also dann, wenn ein Laststrom iq fließt. Mit Hilfe der Potentialdiode D1 wird eine ausreichende Spannungsdifferenz zwischen Basis und Emitter des Bedingungstransistors T4 erzeugt, damit dieser stets vollständig durchgeschaltet wird.To explain the overall operation, the complete circuit will now be considered. Between the operating voltage U and the output terminal A, a Meßspannungssteiler is arranged, which consists of the divider resistors R7 and R8. These two resistors are then connected together to form a Meßspannungssteiler when the arranged between them emitter-collector path of a conditional transistor T4 is conductive. This Meßspannungssteiler detects the voltage drop across the collector-emitter path of the power transistor T5 including the voltage drop across the emitter resistor R9. Apart from the delay explained below by the delay capacitor C1, the measuring voltage divider is always only active because of the conditional transistor T4 when it is switched to the conducting state simultaneously with the power transistor T5, ie when a load current iq flows. With the help of the potential diode D1, a sufficient voltage difference between the base and emitter of the conditional transistor T4 is generated so that it is always completely turned on.

Im Normalbetrieb, so lange also der zulässige Wert der Last Q nicht überschritten wird, ist bei leitendem Leistungstransistor T5 der vom Meßspannungsteiler erfaßte Spannungsabfall so klein, daß die Spannung am Teilerwiderstand R7 nicht ausreicht, den mit seiner Basis angeschlossenen Meßtransistor T3 durchzuschalten, so daß dieser und der von ihm gesteuerte Abschalttransistor T2 gesperrt bleiben. Auf den Steuertransistor T1 wird in diesem Fall kein Einfluß ausgeübt, und der Normalbetrieb bleibt unbeeinflußt.In normal operation, so long as the allowable value of the load Q is not exceeded, the voltage drop detected by the voltage divider T5 is so small that the voltage across the divider resistor R7 is insufficient to turn on the measuring transistor T3 connected to its base, so that this is at the power transistor T5 and the turn-off transistor T2 controlled by it remain blocked. In this case, no influence is exerted on the control transistor T1 and the normal operation remains unaffected.

Eine Überlastung am Ausgang ruft, wie bereits ausgeführt, bei durchgeschaltetem Leistungstransistor T5 eine Strombegrenzung hervor, hierbei steigt die Spannung zwischen der Ausgangsklemme A und der Betriebsspannung U stark an. Dieser Anstieg gelangt vom Teilerwiderstand R8 über den leitenden Bedingungstransistor T4 zum Meßtransistor T3 und schaltet ihn in den leitenden Zustand. Daraufhin fließt ein Strom durch den Spannungsteiler mit den Widerständen R5 und R6, an deren Verbindungspunkt die Basis des Abschalttransistors T2 angeschlossen ist. Dadurch wird dieser nach einer Verzögerung, auf die noch näher eingegangen wird, ebenfalls in den leitenden Zustand geschaltet, wobei er mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke eine Verbindung von der Basis zum Emitter des Steuertransistors T1 herstellt und diesen damit sperrt.An overload on the output calls, as already stated, with a switched through power transistor T5, a current limit, in this case, the voltage between the output terminal A and the operating voltage U increases sharply. This rise passes from the divider resistor R8 via the conducting condition transistor T4 to the measuring transistor T3 and switches it into the conducting state. Then, a current flows through the voltage divider with the resistors R5 and R6, at the connection point of the base of the turn-off transistor T2 is connected. As a result, this is also switched to the conducting state after a delay, which will be discussed in more detail, wherein it makes a connection from the base to the emitter of the control transistor T1 with its collector-emitter path and thus blocks it.

Als Folge davon sperrt auch der Leistungstransistor T5 und unterbricht den von der Überlastung hervorgerufenen Strom. Als weitere Folge des gesperrten Steuertransistors T1 sperren jeweils in Abhängigkeit vom vorhergehenden nacheinander der Bedingungstransistor T4, der Meßtransistor T3 und der Abschalttransistor T2, wonach der Steuertransistor T1 wieder leitend wird, vorausgesetzt, daß das Η-Signal an der Eingangsklemme E noch vorhanden ist. Nun wird der LeistungstransistorT5 wieder leitend und, wenn auch die Überlastung noch vorhanden ist, beginnt der beschriebene Wechsel zwischen Einschaltvorgang und Sperrvorgang von neuem und setzt sich periodisch fort, bis die Überlastung beseitigt wird. Mit den vorhandenen Kondensatoren kann das Verhältnis von Sperrzeit zu Einschaltzeit des Leistungstransistors T5 so festgelegt werden, daß die für den Transistor zulässige Verlustleistung nicht überschritten wird.As a result, the power transistor T5 also cuts off and interrupts the current caused by the overload. As a further consequence of the locked control transistor T1, in each case the condition transistor T4, the measuring transistor T3 and the shutdown transistor T2 lock in succession, according to which the control transistor T1 becomes conductive again, provided that the Η signal at the input terminal E is still present. Now, the power transistor T5 becomes conductive again and, although the overload is still present, the described change between power-on and power-off begins anew and continues periodically until the congestion is removed. With the existing capacitors, the ratio of blocking time to ON time of the power transistor T5 can be set so that the power loss allowed for the transistor is not exceeded.

Parallel zum Spannungsteiler mit den Widerständen R5 und R6 ist ein Speicherkondensator C3 angeordnet, der im wesentlichen die Dauer der Sperrzeit bestimmt, indem er sich beim Durchschalten des Meßtransistors T3 schnell auflädt und nach dessen Sperrung langsam über die Widerstände R5 und R6 und die parallel liegende Basis-Emitter-Strecke des Abschalttransistors T2 entlädt. Hierdurch bleibt der Abschalttransistor T2 entsprechend der gewählten Zeitkonstante dieses RC-Kreises über einen gewünschten Zeitraum hin im leitenden Zustand, und gemäß der geschriebenen Wirkungsweise bleibt der Leistungstransistor T5 während dieses Zeitraums gesperrt, auch wenn ein Η-Signa! an der Eingangsklemme E weiterhin wirksam ist. Zwischen Kollektor und Basis des Bedingungstransistors T4 ist ein Verzögerungskondensator C1 und zwischen Kollektor und Basis des Abschalttransistors T2 ist ein weiterer Verzögerungskondensator C2 geschaltet. Mit diesen beiden Kondensatoren kann die Zeitdauer festgelegt werdens in der der Leistungstransistor T5 eingeschaltet bleibt, da mit ihnen das Durchschalten des Bedingungstransistors T4 und des Abschalttransistors T2 verzögert wird, so daß der Leistungstransistor T5 auch bei Überlast über einen beliebig gewählten Zeitraum hin leitend gehalten wird. Der geringe Einfluß, den die Verzögerungskondensätoren Cl und C2 auch auf die Dauer der Sperrzeit ausüben, fällt wegen der relativ langen Sperrzeit nicht ins Gewicht. Neben den periodisch impulsartig erfolgenden Wiedereinschaltversuchen bewirken die Verzögerungskondensatoren C1 und C2 auch eine verzögerte Sperrung des Leistungstransitors T5 beim erstmaligen Auftreten einer Überlastung. Bei kurzzeitigen Überlastungen, z. B., wenn die Last Q einen kapazitiven Anteil besitzt oder beim Schalten von Glühlampen, verschwindet dann die Überlastung bereits, bevor die Kurzschluß- und Überlastsicherung anspricht.Parallel to the voltage divider with the resistors R5 and R6, a storage capacitor C3 is arranged, which determines the duration of the blocking time substantially by charging itself quickly when turning on the measuring transistor T3 and after its blocking slowly through the resistors R5 and R6 and the base lying parallel Emitter path of the turn-off transistor T2 discharges. As a result, the turn-off transistor T2 remains conductive for a desired period of time according to the selected time constant of this RC circuit, and according to the written operation, the power transistor T5 remains disabled during this period, even if a Η signa! at the input terminal E continues to be effective. Between the collector and base of the conditional transistor T4 is a delay capacitor C1 and between the collector and base of the turn-off transistor T2, a further delay capacitor C2 is connected. With these two capacitors, the time can be set s in which the power transistor T5 remains turned on, since with them the switching through the conditional transistor T4 and the turn-off transistor T2 is delayed, so that the power transistor T5 is kept conductive even in case of overload over an arbitrarily selected period , The small influence which the delay condensers Cl and C2 exert on the duration of the blocking period is not significant because of the relatively long blocking time. In addition to the periodically pulse-like reclosing attempts cause the delay capacitors C1 and C2 and a delayed blocking of the power transistor T5 at the first occurrence of an overload. For short-term overloads, z. For example, if the load Q has a capacitive component or when switching incandescent lamps, the overload then disappears before the short-circuit and overload protection responds.

Das Ansprechen der Schaltung bei Überlast, auch wenn diese nur wenig über dem zulässigen Wert der Last O liegt, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lösung deshalb sehr genau, weil hierfür im wesentlichen die Spannung über der Emiter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors T5 verwendet wird. Ein überproportional starker Anstieg dieser Spannung dieser ist gerade das Kennzeichen er erhöhten Verlustleistung und damit der Überlastung.The response of the circuit in case of overload, even if it is only slightly above the permissible value of the load O, is carried out very precisely in the inventive solution, because this is essentially the voltage across the emitter-collector path of the power transistor T5 is used. A disproportionately strong increase in this voltage is just the characteristic he increased power loss and thus the overload.

-4- 211 037-4 211 037

Es ist vorteilhaft, als Potentialdiode D1 eine Leuchtdiode einzusetzen, weil dann neben der gewünschten Potentialdifferenz auch noch eine Schaltzustandsanzeige realisiert werden kann, denn die Leuchtdiode leuchtet immer dann auf, wenn sich der Leistungstransistor T5 im leitenden Zustand befindet. Während des normalen Betriebes wird auf diese Weise das Vorhandensein eines Η-Signals an der Eingangsklemme E angezeigt. Bei Überlastung bleibt die Leuchtdiode jedoch dunkel, da die impulsartigen Einschaltversuche im Verhältnis zu den langen Sperrzeiten nicht ausreichen, um die Diode zum erkennbaren Leuchten zu bringen.It is advantageous to use a light-emitting diode as the potential diode D1, because then in addition to the desired potential difference and a switching state display can be realized, because the LED lights up whenever the power transistor T5 is in the conductive state. During normal operation, this indicates the presence of a Η signal at input terminal E. When overloaded, however, the LED remains dark, since the pulse-like switch-on attempts in relation to the long blocking periods are not sufficient to bring the diode to the apparent glow.

Claims (1)

-1- 211-1- 211 Erfindungsanspruch'Invention claim ' Kurzschluß- und Überlastsicherung fur elektronische Leistungsschaltstufen, deren Leistungsschaltelement, ζ B em von einem Steuertransistor gesteuerter Leistungstransistor, bei Kurzschluß oder Überlast verzögert gesperrt und durch periodische Wiederemsschaltversuche impulsartig und strombegrenzt in den leitenden Zustand versetzt wird, wobei der Spannungsabfall über dem Leistungstransistor und dem strombegrenzenden Element mit einem Bedingungstransistor enthaltenden Meßspannungsteiler erfaßt wird, an den ein Meßtransistor angeschlossen ist, der im Ansprechzustand einen zwischen Signalisierung und Masse angeordneten Abschalttransistor in den leitenden Zustand versetzt, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Kollektor des Meßtransistors (T3) und der Masse (M) ein Spannungsteiler angeordnet ist, dessen Widerstände (R5, R6) mit einem Speicherkondensator (C3) überbrückt sind, daß der Abgriff des Spannungsteilers mit der Basis des Abschalttransistors (T2) verbunden ist, und daß zwischen dessen Kollektor und Basis ein Verzogerungskondensator (C2) angeordnet istShort-circuit and overload protection for electronic power switching stages whose power switching element, em B em controlled by a control transistor power transistor, delayed in case of short circuit or overload locked and periodically Wiederemschaltversuche pulse and current limited is put in the conductive state, wherein the voltage drop across the power transistor and the current-limiting element with a conditional transistor containing Meßspannungssteiler is detected, to which a measuring transistor is connected, which in the response state between a signaling and ground arranged Abschalttransistor in the conductive state, characterized in that between the collector of the measuring transistor (T3) and the mass (M) a Voltage divider is arranged, whose resistors (R5, R6) are bridged with a storage capacitor (C3), that the tap of the voltage divider to the base of the turn-off transistor (T2) is connected, and d between the collector and base of which a delay capacitor (C2) is arranged Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo logische Zustande einer leistungsstarken Last aufgeprägt werden müssen Dies können beispielsweise Relais oder Magnetantriebe fur Datendrucker oder Lochbandstanzer in peripheren Einrichtungen elektronischer Datenverarbeitungsanlagen sein Mit der erfindungsgemaßen Anordnung können auch Lasten mit stark kapazitivem Anteil oder nichtlineare Verbraucher wie Glühlampen angesteuert werdenThe invention can be applied wherever logical states of a high-performance load must be impressed. This can be, for example, relays or magnetic drives for data printers or punches in peripheral devices of electronic data processing systems. The arrangement according to the invention can also drive loads with a high capacitive component or non-linear consumers such as incandescent lamps Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Ein bekanntes Wirkprinzip einer Kurzschluß- und Überlastsicherung fur elektronische Leistungsschaltstufen besteht darm, bei Überlastungen den Spannungsabfall zu erfassen, der über dem gefährdeten Leistungsschaltelement auftritt, und mit diesem Spannungsabfall eine zusätzliche Transistoranordnung anzusteuern, die das Leistungsschaltelement bis zu einem gewissen Grade sperrt Eine derartige Wirkungsweise liegt beispielsweise der in der DE-AS 2424759 angegebenen Losung zugrunde Nachteiligerweise wird dabei das Leistungsschaltelement, das im allgemeinen als Leistungstransistor ausgeführt ist, bei bestimmten Uberlastzustanden in gefährlichen Arbeitspunkten gehalten, in denen die zulassige Verlustleistung überschritten wird Diesen Nachteil vermeidet die DE-AS 2021341, die zusätzlich zu einer herkömmlichen Strombegrenzung mit Reihenwiderstand und Begrenzungstransistor eine Kippanordnung enthalt, die den Leistungstransistor schlagartig und vollständig sperrt, sobald der Spannungsabfall am Leistungstransistor infolge der Strombegrenzung einen vorgegebenen Wert übersteigtA well-known principle of short-circuit and overload protection for electronic power switching stages is to detect the voltage drop across the vulnerable power switching element in overloads and to drive this voltage drop to an additional transistor arrangement which blocks the power switching element to some degree For example, based on the solution specified in DE-AS 2424759 Disadvantageously, while the power switching element, which is generally designed as a power transistor, held at certain overload conditions in hazardous operating points in which the allowable power loss is exceeded This disadvantage avoids DE-AS 2021341, the in addition to a conventional current limit with series resistance and limiting transistor contains a tilting arrangement that blocks the power transistor abruptly and completely when the Spannungsabf all at the power transistor due to the current limit exceeds a predetermined value Diese Kippanordnung ist jedoch nicht in der Lage, bei Wegfall der Last selbsttätig in den Normalbetrieb zurückzukehren Aus diesem Grunde muß ein zusätzlicher Taktgeber verwendet werden, der standig, auch im nichtuberlasteten Zustand, Steuerimpulse liefert, mit denen periodisch ein kurzzeitiges Rucksetzen des Kippzustandes erfolgt Bei weiterbestehender Überlastung kippt die Anordnung sofort wieder in den Sperrzustand, nach einem Wegfall der Überlast stellt sich mit dem nächstfolgenden Steuerimpuls der normale Betriebszustand wieder herHowever, this tilting arrangement is not able to automatically return to normal operation when the load is removed For this reason, an additional clock must be used, the steady, even in the overloaded state, provides control pulses with which periodically a short-term reset of the Kippzustandes occurs At weiterbestehender Overloading, the arrangement tilts immediately back into the blocking state, after a loss of the overload is restored to the next control pulse of the normal operating condition Abgesehen von dem Nachteil, daß ein zusätzlicher Taktgeber erforderlich ist, kann diese Anordnung zum Schalten logischer Zustande nicht verwendet werden Beim Übergang von Η-Signalen, die einem Stromfluß im Lastwiderstand entsprechen, zu L-Signalen, die dem stromlosen Zustand entsprechen, wurde die Anordnung sofort kippen, weil am gesperrten Leistungstransistor ein hoher Spannungsabfall bestehtApart from the disadvantage that an additional clock is required, this arrangement can not be used for switching logic states. The arrangement has changed to--signals corresponding to a current flow in the load resistor to L-signals corresponding to the de-energized state Tilt immediately because there is a high voltage drop on the blocked power transistor Der Taktgeber wurde wahrend des L-Zustandes standig Steuerimpulse liefern, die im Ausgangssignal als Η-Impulse erscheinen, was gefährliche Zustande in der gesteuerten Anlage hervorrufen kann Schließlich folgt das Ausgangssignal den L-H-Ubergangen des Steuersignais nicht sofort, sondern das Η-Signal stellt sich am Ausgang erst mit dem nächstfolgenden Steuerimpuls aus dem internen Taktgeber einDuring the low state, the clock constantly supplied control pulses which appear as Η-pulses in the output signal, which can cause dangerous states in the controlled system. Finally, the output signal does not follow the LH transition of the control signal immediately, but the Η signal turns at the output only with the next following control pulse from the internal clock Eine weitere Anordnung, die zum Schalten von Logiksignalen vorgesehen ist, und mit der der Leistungstransistor gegen Kurzschluß geschützt ist, ist aus der DE-PS 2213921 bekannt Hier werden die periodischen Wiedereinschaltversuche ebenfalls durch Taktimpulse aus einem von der Leistungsstufe unabhängigen Taktgeber gesteuert Diese Anordnung hat zwar den Vorteil, daß ein einziger Taktgeber fur viele Leistungsschaltstufen vorgesehen werden kann, was aber mit dem Nachteil verbunden ist, daß der Ausfall des Taktgebers oder eine Unterbrechung der Taktleistung die Schutzwirkung fur alle angeschlossenen Leistungsschaltstufen beseitigt, ohne daß dies bemerkt wird, bis eine Leistungsschaltstufe durch Überlastung zerstört wurde Eire Variante der angegebenen Losung vermeidet dies zwar, nachteiligerweise gibt aie Schaltung dann aber das Ausgangssignal mit einer unvorherbestimmbaren Verzögerung ab, die durch den zeitlichen Abstand zwischen dem Beginn des Steuersignals und dem Auftreten des nächsten Taktgebenmpulses bedingt ist Andererseits hat die zuerst erwähnte Variante dieser bekannten Anordnung den weiteren Nachteil, daß keine Ansprechverzögerung fur das erstmalige Ansprechen vorgesehen ist, damit kurzzeitige Überlastungen beim Einschalten von Lasten Tilt kapazitivem Anteil oder von Glühlampen kein Ansprechen auslosen Dies konnte zwar mit bekannten Mi4IeIn erreicht werden, dann konnte aber der Maximalstrom des Leitungstransistors nicht ausgenutzt werden, weil auch der ungunstigste Fall berücksichtigt werden muß, bei dem das Aufschalten auf einen Kurzschluß gerade dann erfolgt, wenn unmittelbar nach Ablauf der Einschaltverzögerung ein Taktgeberimpuls folgt, der den Leistungstransistor zusätzlich im leitenden Zustand haltAnother arrangement, which is provided for switching logic signals, and with which the power transistor is protected against short circuit, is known from DE-PS 2213921. Here, the periodic reclosing attempts are also controlled by clock pulses from a independent of the power stage timer This arrangement has indeed the advantage that a single clock for many power switching stages can be provided, but with the disadvantage that the failure of the clock or an interruption of the clock power, the protective effect for all connected power switching stages eliminated, without noticing, until a power switching stage through Overload was destroyed Eire variant of the specified solution avoids this, but disadvantageously aie circuit but then outputs the output with an unpredictable delay from the time interval between the beginning of the control signal and the occurrence of n conditionally next Taktgebenmpulses On the other hand, the first-mentioned variant this known arrangement has the further disadvantage that no response delay is provided for the first-time response so that momentary overloading when turning loads Tilt capacitive portion or of incandescent lamps draw lots no response Although this could with known Mi 4 IeIn be reached, but then the maximum current of the line transistor could not be exploited, because even the worst case must be considered, in which the connection takes place on a short just when immediately after the expiration of the delay follows a clock pulse, the power transistor additionally in conductive state Aus der DE-AS 2207791 ist eine elektronische Sicherung bekannt, mit der ein Leistungstransistor gegen Überlastung und Kurzschluß geschützt wird Die Auslosung der Sicherung erfolgt durch den Spannungsabfall, der bei Überlast an einen in Reihe zum Leistungstransistor angeordneten Strommeßwiderstand auftritt Über einen Steuertransistor wird beim Ansprechen der Sicherung ein stabiler Kippvorgang in Gang gesetzt, der bei anhaltender Überlast periodisch ablauft wobei der Leistungstransistor standig abwechselnd gesperrt und kurzzeitig in den leitenden Zustand versetzt wird Diese periodischen Wiedereinschaltversuche setzen sich so lange fort, bis die Überlast beseitigt ist, woraufhin der nächstfolgende Wiedereinschaltversuch den normalen Betriebszustand wiederherstellt Diese elektronische Sicherung benotigt zwar keinen separaten Taktgeber, sie ist jedoch nur fur einen statischen Betrieb, nicht aber zum Schalten von Logiksignalen geeignetFrom DE-AS 2207791 an electronic fuse is known with which a power transistor is protected against overloading and short circuit The fuse is drawn by the voltage drop, which occurs at overload on a series-connected to the power transistor current measuring resistor via a control transistor is in addressing the Fusing a stable tilting set in motion, which runs periodically with prolonged overload with the power transistor constantly alternately locked and temporarily put in the conductive state These periodic reclosing attempts continue until the overload is removed, after which the next reclosing attempt the normal operating condition Although this electronic fuse does not require a separate clock, it is only suitable for static operation, but not for switching logic signals
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