DE1151313B - Anordnung zur Beseitigung schaedlicher Abschaltspannungsspitzen, die an Transistorenmit in Reihe geschalteten Induktivitaeten auftreten - Google Patents

Description

• Anordnung zur Beseitigung schädlicher Abschaltspannungsspitzen, die an Transistoren mit in Reihe geschalteten Induktivitäten auftreten In der Elektrotechnik besteht häufig die Aufgabe, einen Stromkreis mit Hilfe eines Transistors zu schalten. Dabei tritt das Problem auf, den Stromkreis daraufhin zu überwachen, daß nur ein bestimmter maximal zulässiger Strom in diesen Stromkreis fließt, um zu vermeiden, daß der Transistor durch einen überstrom beschädigt werden könnte. Es sind verschiedene Stromüberwachungsschaltungen bekanntgeworden, die diese Aufgabe lösen.
• Bei einer solchen, aus der deutschen Auslegeschrift 074133 bekannten Stromüberwachungsschaltung liegt zwischen den zu einem Verbraucher führenden Stromversorgungsleitungen ein Transistor, der in Abhängigkeit vom Spannungsabfall eines in einer der Zuführungsleitungen liegendenWiderstandes gesteuert wird. Übersteigt der Verbraucherstrom den zulässigen Höchstwert, so wird der genannte Transistor im Gegensatz zum normalen Stromverbrauch des Verbrauchers leitend und gibt ein den erhöhten Stromverbrauch charakterisierendes Signal ab. Dieses Signal wird dann zur Unterbrechung der Stromzuführungsleitungen ausgenutzt.
• Bei einer weiteren, durch die deutsche Auslegeschrift 1084 820 bekannten Stromüberwachungsschaltung liegen zwei Transistoren mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken in den Stromzuführungsleitungen eines Verbrauchers. Der eine Transistor wirkt als sogenannter Begrenzertransistor und wird durch den Spannungsabfall eines in einer Stromzuführungsleitung liegenden und auf der einen Seite mit dem Emitter dieses Transistors verbundenen Widerstandes gesteuert. Erhöht sich der Verbraucherstrom über den zulässigen Höchstwert hinaus, so wird der Begrenzertransistor gesperrt. Parallel zum Begrenzertransistor und dem mit seinem Spannungsabfall diesen Transistor steuernden Widerstand liegt ein Reihen-RC-Glied, dessen Kondensatorspannung bei überschreiten des Verbraucherstromes über den zulässigen Höchstwert eine bistabile Kippschaltung umschaltet. Diese bistabile Kippschaltung sperrt infolge ihrer Umschaltung den als Spannungsstabilisierungstransistor wirkenden zweiten Transistor, wodurch eine Unterbrechung der Stromzuführung zu dem Verbraucher erreicht ist. Durch Rückstellung der Kippschaltung kann die Unterbrechung der Stromzuführung wieder aufgehoben werden.
• Neben den genannten Stromüberwachungsschaltungen ist noch eine weitere Anordnung aus der deutschen Auslegeschrift 1109 258 bekannt, die ebenfalls zur Abschaltung des Verbraucherstromes dient, wenn dieser einen zulässigen Höchstwert überschreitet. Zu diesem Zweck befindet sich in der einen Stromzuführungsleitung ein Transistor mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke. Außerdem ist noch ein weiterer Transistor vorgesehen, der in Abhängigkeit vom Verbraucherstrom den ersten Transistor steuert. Überschreitet der Verbraucherstrom den zulässigen Höchstwert, so wird der erste Transistor durch den zweiten Transistor geöffnet, d. h., die Stromzuführung zu dem Verbraucher ist unterbrochen.
• Der Erfindung liegt nun die spezielle Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines Transistors einen Stromkreis zu steuern, der eine Induktivität enthält. Wird der Transistor durch die an seiner Steuerklemme angelegte Steuerspannung vom leitenden in den Sperrzustand gesteuert, so tritt an der mit der Induktivität verbundenenElektrode eine hoheAbschaltspannungsspitze auf, die für den Transistor sehr schädlich sein kann. Zur Beseitigung dieser schädlichen Abschaltspannungsspitze sind schon verschiedene Maßnahmen bekannt. Bei bekannten Anordnungen werden diese schädlichen Abschaltspannungsspitzen durch einen kapazitiven oder einen Richtleiternebenschluß parallel zur Induktivität oder zwischen Kollektor und Emitter des Transistors abgefangen. Bei Verwendung eines Kondensators in der eben beschriebenen Weise besteht der Nachteil, daß der Transistor beim Einschalten zusätzlich noch mit dem für den Kondensator notwendigen Ladestrom belastet wird. Ein zur Verringerung des Ladestromes in Reihe mit dem Kondensator vorgesehener Widerstand verringert jedoch beim Abschalten des Transistors die Wirksamkeit des Kondensators in bezug auf die Vermeidung dieser schädlichen Abschaltspannungsspitzen. Durch die schon genannte und ebenfalls bekannte Möglichkeit, einen Richtleiter parallel zu der Induktivität zu legen, werden zwar die Nachteile einer Kapazität vermieden, doch ist die Strombelastung des Richtleiters beim Abschalten nachteilig, da der Transistorstrom in voller Höhe von ihm übernommen werden muß. In der Verwendung eines Hochstromrichtleiters an Stelle eines normalen Richtleiters liegt wiederum der Nachteil, daß dieser einen nicht zu vernachlässigenden Sperrstrom hat, welcher wieder den Transistor zusätzlich belastet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile bei einer Schaltung mit einem Transistor und einer damit in Reihe geschalteten Induktivität zu vermeiden. Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zwischen die Elektrode, die mit der Induktivität zusammengeschaltet ist, und die Steuerelektrode des Transistors eine durch die Abschaltspannungsspitze in Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode als Rückkoppelelement geschaltet ist, durch welche eine der Steuerelektrode des Transistors zugeführte, diesen in Sperrrichtung aussteuernde Steuerspannung kurzzeitig kompensiert wird, wodurch der Zeitraum für den Übergang des Transistors vom leitenden in den Sperrzustand verlängert wird.
• Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen zur Begrenzung von Abschaltspannungsspitzen an mit Transistoren in Reihe liegenden Induktivitäten den Vorteil auf, daß eine äußerst wirksame Begrenzung auftretender Abschaltspannungsspitzen ohne besondere Belastung des Transistors erzielt wird.
• An Hand der Figuren sei die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Transistor T des pnp-Typs, dessen Emitter an einer Spannungsquelle -f- U und dessen Kollektor über eine Induktivität L an einer Spannungsquelle - U liegt. Um die an diesem Kollektor auftretenden Abschaltspannungsspitzen infolge des Übergangs des Transistors T vom leitenden in den Sperrzustand zu beseitigen, ist als Rückkoppelelement eine Zenerdiode ZD zwischen dem Kollektor und der Basis dieses Transistors T gelegt. Die als Rückkoppelelement verwendete Zenerdiode ZD ist dabei derart zwischen Kollektor und Basis des Transistors T geschaltet, daß sie beim Übergang des Transistors T vom leitenden in den Sperrzustand in Sperrrichtung betrieben wird. Durch die Zenerdiode ZD wird erreicht, daß die am Kollektor des Transistors T auftretende Abschaltspannungsspitze der mit dieser Elektrode in Reihe liegenden Induktivität L infolge eines der Basis des Transistors T zugeführten Sperrpotentials bei Überschreiten der Zenerspannung der Zenerdiode ZD den Transistor T noch weiterhin in leitendem Zustand hält, da nämlich die der Steuerelektrode des Transistors T zugeführte, diesen in Sperrichtung aussteuernde Steuerspannung entsprechend der Zeitkonstante der Induktivität L und der sie belastenden Widerstände kurzzeitig kompensiert wird und demzufolge der Zeitraum für den Übergang des Transistors T vom leitenden in den Sperrzustand verlängert wird. Dadurch wird die in der Induktivität L induzierte Spannung geringer, wodurch eine schädliche Auswirkung der sonst sehr hohen Abschaltspannungsspitze auf die mit der Induktivität L verbundene Elektrode des Transistors T vermieden ist. In der Fig. 2 ist die als Rückkoppelelement verwendete Zenerdiode ZD noch zusätzlich in Reihe mit einem Parallel-RC-Glied R 1/C 1 geschaltet. Im ersten Augenblick des Auftretens einer Abschaltspannungsspitze wird diese ab 'einem Wert begrenzt, der der Zenerspannung der verwendeten Zenerdiode ZD entspricht. Mit überschreiten der Zenerspannung der verwendeten Zenerdiode ZD fließt ein Zenerstrom, der an dem zu dem Kondensator C 1 parallel geschalteten Widerstand R 1 einen Spannungsabfall hervorruft, wodurch die Abschaltspannungsspitze ab einem Wert begrenzt wird, der sich aus der Summe der Zenerspannung und dem Spannungsabfall an dem Parallel-RC-Glied R 1/C 1 ergibt. Wird der Transistor T derart impulsweise geöffffnet und geschlossen, daß sich der Kondensator C 1 in den Impulspausen nicht vollständig entladen kann, so bilden die Summe der Zenerspannung der verwendeten Zenerdiode ZD und die an dem Parallel-RC-Glied verbleibende Restspannung ein Maß dafür, ab welcher Amplitude eine impulsweise auftretende Abschaltspannungsspitze begrenzt wird.
• Ist die Spannung, welche im Ruhezustand der Schaltung bei gesperrtem Transistor T zwischen der Steuerelektrode des Transistors T und dem Punkt - U liegt, größer als die Zenerspannung der Zenerdiode ZD, so kann man zwecks Vermeidung eines überschreitens der Zenerspannung an der Zenerdiode ZD den Widerstand R 1 so bemessen, daß der über die Zenerdiode ZD fließende Sperrstrom einen ausreichend großen Spannungsabfall an dem Widerstand R 1 erzeugt. Eine andere Möglichkeit, ein überschreiten der Zenerspannung zu vermeiden, besteht darin, mehrere Zenerdioden gleichsinnig in Reihe zu schalten, so daß ihre gemeinsame Zenerspannung ausreichend groß ist.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zur Beseitigung schädlicher Abschaltspannungsspitzen, die an Transistoren mit in Reihe geschalteten Induktivitäten auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Elektrode, die mit der Induktivität (L) zusammengeschaltet ist, und die Steuerelektrode des Transistors eine durch die Abschaltspannungsspitze in Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode (ZD) als Rückkoppelelement geschaltet ist; durch welche eine der Steuerelektrode des Transistors (T) zugeführte, diesen in Sperrichtung aussteuernde Steuerspannung kurzzeitig kompensiert wird, wodurch der Zeitraum für den Übergang des Transistors vom leitenden in den Sperrzustand verlängert wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung auftretender Abschaltspannungsspitzen, die gleich der oder größer als die Betriebsspannung sind, mehrere gleichsinnig in Reihe geschaltete Zenerdioden als Rückkoppelelement verwendet werden, wobei die Summe der einzelnen Zenerspannungen dem Wert entspricht, ab welchem die Begrenzung eintritt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der als Rückkoppelelement verwendeten Zenerdiode (ZD) ein Parallel-RC-Glied (R1/C1) in Reihe geschaltet ist, wodurch im ersten Augenblick des Wirksamwerdens des Rückkoppelelements die Abschaltspannungsspitze ab dem Wert der Zenerspannung der verwendeten Zenerdiode (ZD) und im weiteren Verlauf des Andauerns der Abschaltspannungsspitz;, infolge des sich einstellenden Zenerstromes ab demjenigen Spannungswert begrenzt wird, der sich aus der Zenerspannung und dem Spannungsabfall am Parallel-RC-Glied (R 111C 1) zusammensetzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1109 258, 1084 820, 1074133.