DE1139162B

DE1139162B - Circuit arrangement for electronic protection and disconnection of electric circuits

Info

Publication number: DE1139162B
Application number: DEST17075A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Friedrich Ulrich
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1960-11-04
Filing date: 1960-11-04
Publication date: 1962-11-08

Description

Schaltungsanordnung zur elektronischen Absicherung und Abschaltung von Stromkreisen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Absicherung und Abschaltung von Stromkreisen, insbesondere von elektronischen Stromkreisen. Solche Stromkreise enthalten Halbleiterbauelemente, die beim Auftreten von Störungen vor Überlastung und damit Zerstörung geschützt werden müssen. Dabei ist erforderlich, daß im Störungsfalle die Abschaltung sehr rasch erfolgt. Die bekannten Abschmelzsicherungen kommen wegen ihrer großen Auslösezeit daher hierfür nicht in Frage. Es sind auch schon verschiedene transistorisierte Flip-Flop-artige Schaltungen bekannt, von denen einer der Transistoren in den zu überwachenden und zu schützenden Stromkreis geschaltet wird und bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes in den nichtleitenden Zustand gekippt wird. Diese Schaltungen erfordern besondere Diskriminatorschaltungen, da infolge der Temperaturabhängigkeit der Transistoreigenschaften diese nicht unmittelbar zur Erzeugung der Schwelle herangezogen werden können. Dies bedeutet also sehr großen Aufwand. Außerdem haben diese Schaltungen den Nachteil, daß beim Überschreiten des maximalen Stromwertes der zu überwachende Stromkreis nie vollkommen unterbrochen wird, da von der Ausgangsklemme des zu überwachenden Stromkreises eine Rückkopplungsleitung zum Steuertransistor abgezweigt werden muß. Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der der zu schützende Stromkreis vom Ausgang eines an sich bekannten brückengeregelten elektronischen Spannungsteilers gespeist wird, wobei in einen Zweig der Regelbrücke eine Transistorstufe eingesetzt ist, deren Steuerelektroden mit einem Pol des Ausgangskreises und einer festen Vergleichsspannung verbunden sind. Die Transistorstufe wird nach Überschreitung eines durch einen Widerstand des Spannungsteilers vorgegebenen Stromes im Ausgangskreis hochohmig. Dadurch wird über eine Steuerstufe im Indikatorzweig der Brücke und eine Rückkopplungsstufe die Abschaltung der Regelstufe des Spannungsteilers veranlaßt. Auch diese Anordnung erfordert einen beachtlichen Aufwand.Circuit arrangement for electronic protection and disconnection of circuits The invention relates to a circuit arrangement for electronic Protection and disconnection of circuits, in particular electronic circuits. Such circuits contain semiconductor components, which in the event of malfunctions must be protected against overload and thus destruction. It is necessary to that the shutdown takes place very quickly in the event of a fault. The well-known blow-off fuses are therefore out of the question because of their long tripping time. There are too already known various transistorized flip-flop-like circuits, of which one of the transistors is connected to the circuit to be monitored and protected and when a certain current value is exceeded in the non-conductive state is tilted. These circuits require special discriminator circuits because due to the temperature dependence of the transistor properties, these are not directly can be used to generate the threshold. So this means very big Expenditure. In addition, these circuits have the disadvantage that when the maximum current value, the circuit to be monitored is never completely interrupted there is a feedback line from the output terminal of the circuit to be monitored must be branched off to the control transistor. An arrangement is also known in which the circuit to be protected is controlled by the output of a known bridge electronic voltage divider is fed, being in a branch of the control bridge a transistor stage is used, the control electrodes of which with one pole of the output circuit and a fixed reference voltage are connected. The transistor stage is after Exceeding a current specified by a resistor of the voltage divider high resistance in the output circuit. This creates a tax level in the indicator branch the bridge and a feedback stage to switch off the control stage of the voltage divider caused. This arrangement also requires considerable effort.

Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Anordnung zur elektronischen Absicherung und Abschaltung von Stromkreisen mit extrem geringem Aufwand anzugeben und außerdem den Nachteil der bekannten Anordnungen zu vermeiden, so daß also nach Überschreiten des maximal zulässigen Belastungsstromes der zu schützende Stromkreis vollständig unterbrochen wird. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung erreicht dies dadurch, daß der zu schützende Stromkreis über eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Tunneldiode und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors, angeschaltet ist, daß der Tunneldiode ein Strom eingeprägt ist, der größer als der Talstrom, aber kleiner als der Hügelstrom ist, und daß der Transistor eine feste Basissteuerspannung erhält, die bei eingeprägtem Strom größer als der Spannungsabfall an der niederohmigen Tunneldiode, aber kleiner als der Spannungsabfall an der hochohmigen Tunneldiode ist.The invention has now set itself the task of providing an arrangement for electronic protection and disconnection of circuits with extremely low Specify the effort and also avoid the disadvantage of the known arrangements, so that after exceeding the maximum permissible load current the one to be protected Circuit is completely interrupted. The circuit arrangement according to the invention this is achieved by the circuit to be protected being connected in series, consisting of a tunnel diode and the emitter-collector path of a transistor, is switched on that the tunnel diode is impressed with a current that is greater than that Valley current, but smaller than the hill current, and that the transistor is a fixed one Basic control voltage receives which, with impressed current, is greater than the voltage drop at the low-resistance tunnel diode, but smaller than the voltage drop at the high-resistance one Tunnel diode is.

Dabei ist eine Tunneldiode eingesetzt, deren Hügelstrom gleich der Summe aus dem eingeprägten Strom und dem maximal zulässigen Belastungsstrom ist. Die Anordnung kann nur eingeschaltet werden, wenn die Überlast am Ausgang nicht mehr wirksam ist. Die Einschaltung kann wahlweise von Hand durch Betätigung eines Schalters oder einer Taste oder durch elektronische Steuerung eines zusätzlichen elektronischen Schalters erfolgen. Bei der Einschaltung wird, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, ein zusätzlicher Schutzwiderstand in den zu schützenden Stromkreis eingeschaltet. Durch den Einsatz eines komplementären Transistors und einer Umpolung der Tunneldiode läßt sich auch ein solcher Ausgangskreis absichern und abschalten, dessen Spannung zu einem festen Bezugspunkt positiv ist. Weitere Einzelheiten der Schaltungsanordnung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.A tunnel diode is used, the hill current of which is equal to the The sum of the impressed current and the maximum permissible load current is. The arrangement can only be switched on if the overload at the output does not occur is more effective. It can be switched on either manually by pressing a Switch or a button or by electronic control of an additional electronic switch. When it is switched on, according to a further training of the invention, an additional protective resistor in the circuit to be protected switched on. By using a complementary transistor and polarity reversal the tunnel diode can also be used to protect and switch off such an output circuit, whose voltage is positive to a fixed reference point. More details of the Circuit arrangement can be found in the subclaims.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird nun an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert.The operation of the circuit arrangement according to the invention is now explained with reference to FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt die typische Kennlinie einer Tunneldiode und Fig. 2 die Schaltungsanordnung zur elektronischen Absicherung und Abschaltung eines Stromkreises.Fig. 1 shows the typical characteristic of a tunnel diode and Fig. 2 the circuit arrangement for the electronic protection and disconnection of a circuit.

In Fig. 1 ist die Kennlinie einer Tunneldiode in DurchlaBrichtung dargestellt. Bei sehr kleinen Spannungen steigt der Strom durch die Tunneldiode sehr stark an und erreicht bei einer Spannung UH einen Maximalwert, den Hügelstrom JH. Mit steigender Spannung nimmt der Strom wieder ab, erreicht einen Tiefstwert JT bei einer Spannung UT und steigt dann kontinuierlich wieder an. Der Hügelstrom JH der Tunneldiode ist durch verschiedenen Aufbau der Tunneldiode weitgehend varüerbar. Es lassen sich Werte von einigen Milliampere bis zu mehreren Ampere erreichen. Dieser Stromwert der Tunneldiode ist praktisch temperaturunabhängig und wird in der Schaltungsanordnung nach der Erfindung als Schwelle verwendet. Bei einer Stromeinprägung; in Fig.l durch gestrichelte Linien angedeutet, kann die Tunneldiode zwei Arbeitspunkte einnehmen (z. B. Punkt A und B bzw. A" und B"). Dies gilt nur in bestimmten Bereichen. Wird der Strom durch die Tunneldiode (z. B. von Punkt A" ausgehend) kurzzeitig bis auf den Wert des Hügelstromes JH erhöht, dann springt das Potential an der Tunneldiode (nach Punkt B'). Bei anschließender Absenkung des Stromes bleibt der Arbeitspunkt auf dem Ast der Kurve liegen (Punkt B"). Dieser Potentialsprung beim Überschreiten des Hügelstromes läßt sich durch entsprechende Kombination mit einem Transistor dazu verwenden, einen Stromkreis elektronisch abzusichern und abzuschalten. Dieser Potentialsprung beträgt je nach Material der Tunneldiode etwa 0,4 bis 1,0 V. Fig. 2 zeigt nun eine Anordnung zur elektronischen Absicherung und Abschaltung eines Stromkreises. Der zu schützende Stromkreis ist an der Klemme K angeschaltet und führt zu dem nicht geerdeten negativen Pol der Versorgungsspannung. Der in Durchlaßrichtung eingeschalteten Tunneldiode TD ist über eine Spannungsquelle - U2 und einen Widerstand R ein Strom, z. B. J", eingeprägt. Die an der Diode stehende Spannung beträgt UA". Da dieser Spannungsbetrag kleiner ist als der Betrag der Basisvorspannung -U1 des nachgeschalteten Transistors, wird dieser leitend, und es kann über die Klemme K ein Laststrom fließen. Solange dieser Strom den maximalen Wert JL = JH-J" nicht überschreitet, bleibt der Strom durch die Tunneldiode kleiner als der Hügelstrom JH. Der Spannungsabfall an der Tunneldiode bleibt stets kleiner als die Spannung UH und demzufolge der Transistor TR stets leitend. Wird die Belastung im Ausgangskreis K zu groß, dann erreicht der Strom durch die Tunneldiode den Wert JH. Der Spannungsabfall an der Diode steigt sehr schnell und sprungartig an und übersteigt den Betrag der Basisvorspannung -U1, so daß der Transistor TR gesperrt wird. Der Ausgangskreis, d. h. der zu schützende Stromkreis, wird demzufolge abgeschaltet, und durch den eingeprägten Strom J" stellt sich der Arbeitspunkt B" der Diode ein. Die Spannung UB" an der Tunneldiode ist so groß, daß der Transistor gesperrt bleibt. Bei der Einschaltung der Anordnung, z. B. mittels einer Taste T, wird die Tunneldiode überbrückt. Die Basisvorspannung -U1 kann daher den Transistor aussteuern, so daB er wieder leitend wird und die Speisung des Ausgangskreises übernehmen kann. Zum Schutz gegen Überlastung des Transistors wird, solange die Anlassung erfolgt, ein zusätzlicher Schutzwiderstand RS in den zu schützenden Stromkreis eingeschaltet. Wird die Taste losgelassen, dann stellt sich bei kleiner Belastung am Ausgang K der Arbeitspunkt A" der Diode ein. Liegt eine normale Belastung vor (JL _< JH-J"), dann stellt sich ein Arbeitspunkt ein, der zwischen den Punkten A' und A" der Kennlinie liegt (z. B. A). In beiden Fällen bleibt nach dem Loslassen der Taste auch der Transistor leitend. Liegt jedoch noch eine zu große Belastung am Ausgang K vor, dann stellt sich sofort wieder der Arbeitspunkt B" ein, und der Transistor wird wieder hochohmig, d. h. die Anordnung läßt sich nicht einschalten.In Fig. 1 the characteristic curve of a tunnel diode is shown in the transmission direction. At very low voltages, the current through the tunnel diode increases very sharply and at a voltage UH it reaches a maximum value, the hill current JH. As the voltage rises, the current decreases again, reaches a lowest value JT at a voltage UT and then rises again continuously. The hill current JH of the tunnel diode can be largely varied by different structures of the tunnel diode. Values from a few milliamperes to several amperes can be achieved. This current value of the tunnel diode is practically independent of temperature and is used as a threshold in the circuit arrangement according to the invention. With a current impression; indicated in Fig.l by dashed lines, the tunnel diode can occupy two working points (z. B. points A and B or A "and B"). This only applies in certain areas. If the current through the tunnel diode (eg starting from point A ") is briefly increased to the value of the hill current JH , the potential at the tunnel diode jumps (to point B '). When the current is subsequently reduced, the operating point remains open the branch of the curve (point B "). This potential jump when the hill current is exceeded can be used by appropriate combination with a transistor to electronically secure and switch off a circuit. This potential jump is approximately 0.4 to 1.0 V, depending on the material of the tunnel diode. FIG. 2 now shows an arrangement for electronic protection and disconnection of a circuit. The circuit to be protected is connected to terminal K and leads to the non-earthed negative pole of the supply voltage. The tunnel diode TD switched on in the forward direction is a current via a voltage source - U2 and a resistor R, e.g. B. J ". The voltage across the diode is UA". Since this amount of voltage is smaller than the amount of the base bias voltage -U1 of the downstream transistor, this becomes conductive and a load current can flow via the terminal K. As long as this current does not exceed the maximum value JL = JH-J ", the current through the tunnel diode remains smaller than the hill current JH. The voltage drop across the tunnel diode is always smaller than the voltage UH and consequently the transistor TR is always conductive too large in the output circuit K, the current through the tunnel diode will then reach the value JH. The voltage drop across the diode rises very quickly and abruptly and exceeds the amount of the base bias -U1, so that the transistor TR is blocked The circuit to be protected is consequently switched off, and the operating point B "of the diode is set by the impressed current J" . The voltage UB " at the tunnel diode is so great that the transistor remains blocked. When switching on the arrangement, for. B. by means of a button T, the tunnel diode is bridged. The base bias voltage -U1 can therefore control the transistor so that it becomes conductive again and can take over the supply of the output circuit. To protect against overloading of the transistor, an additional protective resistor RS is switched into the circuit to be protected for as long as the start-up takes place. If the button is released, the operating point A "of the diode is set at output K with a low load. If there is a normal load (JL _ < JH-J"), an operating point is set between the points A ' and A "of the characteristic (e.g. A). In both cases, the transistor remains conductive after the key is released. However, if there is still too much load at output K, then operating point B" is immediately set again , and the transistor becomes high-resistance again, ie the arrangement cannot be switched on.

Die Einschaltung kann auch auf elektronischem Wege erfolgen, wenn man parallel zu der Tunneldiode einen elektronischen Schalter anordnet, der bei der Einschaltung kurzzeitig betätigt wird. Die Erregungszeit der Anordnung ist um Zenerpotenzen kleiner als die der bekannten Flip-Flop-artigen Transistorschaltungen. Daher spricht diese Anordnung schon auf äußerst kurze Stromimpulse an. In den Fällen, in denen diese hohe Empfindlichkeit nicht erwünscht ist, kann die Anordnung durch Einschalten eines Kondensators und/oder einer Drossel träger gemacht werden. Der Kondensator ist dabei einfach parallel zu der Tunneldiode, die Drossel in Reihe zu der Tunneldiode zu schalten.The activation can also be done electronically, if an electronic switch is arranged in parallel to the tunnel diode, which at the switch-on is actuated briefly. The excitation time of the arrangement is up Powers of zener smaller than that of the known flip-flop-like transistor circuits. This arrangement therefore responds to extremely short current pulses. In the cases in which this high sensitivity is not desired, the arrangement can by Switching on a capacitor and / or a choke can be made more sluggish. Of the The capacitor is simply parallel to the tunnel diode, the inductor in series to switch to the tunnel diode.

Setzt man an die Stelle eines p-n-p-Transistors einen Transistor der Type n-p-n ein und polt außerdem die Tunneldiode um, dann läßt sich mit dieser Anordnung ein Stromkreis schützen, dessen Spannung gegenüber dem festen Bezugspunkt (Masse) positiv ist. Die Hilfsspannungen U1 und U2 sind jedoch ebenfalls positiv anzusetzen. Die Steuerspannung U1 kann in einfacher Weise durch einen Spannungsteiler gewonnen werden, der von der Spannung U2 gespeist wird. Dabei können dann davon ohne weiteres mehrere gleichartige elektronische Sicherungen versorgt werden.If a p-n-p transistor is replaced by a transistor der Type n-p-n and also reverses the polarity of the tunnel diode, then this arrangement can be used protect a circuit whose voltage compared to the fixed reference point (ground) is positive. However, the auxiliary voltages U1 and U2 are also positive. The control voltage U1 can be obtained in a simple manner by means of a voltage divider which is fed by the voltage U2. You can then do so without further ado several electronic fuses of the same type are supplied.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for electronic protection and disconnection of electrical circuits, characterized in that the Circuit via a series circuit, consisting of a tunnel diode JD) and the Emitter-collector path of a transistor (TR), that the tunnel diode is switched on a current (J ") is impressed which is greater than the valley current (JT) but less than is the hill current (JH), and that the transistor (TR) has a fixed base control (U1) that is greater than the voltage drop (UA ") when the current (J") is impressed the low-resistance tunnel diode, but smaller than the voltage drop (UB ") at the high resistance tunnel diode is.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that a tunnel diode is used whose hill current (JH) is equal to the sum of is the impressed current (J ") and the maximum load current (JL).

3. Circuit arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the arrangement is only switched on when the overload at the output is no longer effective.

4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the activation of optionally Hand by pressing a switch or a button (T) or by electronic Control of an additional electronic switch can be done.

5. Circuit arrangement according to Claims 1 to 4, characterized in that the Use of a complementary transistor and polarity reversal of the tunnel diode, too Output circuits can be fused and switched off, their voltages to a fixed reference point are positive.

6. Circuit arrangement according to claim 1 to 5, characterized characterized in that when the arrangement is switched on, an additional protective resistor (RS) is switched on in the circuit to be protected.

7. Circuit arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that a capacitor is connected in parallel with the tunnel diode and / or a choke is connected in series with the tunnel diode. B. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the base bias voltage for several electronic fuses are tapped from a common voltage divider which is fed by the voltage (U2). Considered publications: German Auslegeschriften No. 1030 396, 1082 670.