DE1160506B - Schaltungsanordnung zur Begrenzung von UEberspannungen an einem Transistor - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Begrenzung von UEberspannungen an einem Transistor

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DE1160506B
DE1160506B DEL36964A DEL0036964A DE1160506B DE 1160506 B DE1160506 B DE 1160506B DE L36964 A DEL36964 A DE L36964A DE L0036964 A DEL0036964 A DE L0036964A DE 1160506 B DE1160506 B DE 1160506B
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DE
Germany
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transistor
voltage
collector
zener diode
shunt
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Pending
Application number
DEL36964A
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English (en)
Inventor
Karl Heinz Bielfeld
Dipl-Ing Hans Chri Heinzerling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08146Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in bipolar transistor switches

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Description

  • Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Überspannungen an eineue Transistor Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Überspannungen an einem vorzugsweise in Emitterschaltung betriebenen Transistor.
  • Maßnahmen zur Begrenzung von Überspannungen an Transistoren sind abgesehen von anderen Fällen dann zu treffen, wenn Transistoren im Schaltbetrieb eingesetzt sind und Induktivitäten im Lastkreis überspannungen erwarten lassen. Bekanntlich sind Transistoren gegen Überspannungen zwischen Kollektor und Emitter sehr empfindlich. Zur überspannungsbegrenzung an Transistoren sind verschiedene Schaltungsmaßnahmen bekanntgeworden, die mehr oder weniger wirksam sind. Man kann beispielsweise der Impedanz Z im Lastkreis eines Transistors Tr mit der Betriebsspannung UB eine sogenannte Freilaufdiode D parallel schalten, die den Laststrom übernimmt, wenn durch das plötzliche Abschalten der Steuerspannung US mittels des Tasters T der Transistor sperrt. Mit dieser Anordnung kann man jedoch die zulässige Sperrspannung am Transistor häufig nicht ausnutzen, die zu einem schnellen Absteuern besonders günstig wäre. Beim Abschaltvorgang liegt nämlich an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors eine Spannung, die sich aus der Betriebsspannung UB und dem Spannungsabfall an der Freilaufdiode D zusammensetzt und häufig die zulässige Sperrspannung nicht erreicht. Aus diesem Grunde verwendet man bei anderen bekannten Anordnungen spannungsabhängige Widerstände, die entweder an die Stelle der Freilaufdiode oder direkt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors gelegt werden. Die letztgenannte Anordnung ist den anderen gegenüber überlegen, weil jede Überspannung unabhängig vom Entstehungsort erfaßt wird. Ein spannungsabhängiger Widerstand führt einen exponentiell mit der Spannung zunehmenden Strom. Die Stromverhältnisse werden hierbei nur bei ausreichend kleiner Betriebsspannung zur zulässigen Sperrspannung günstig.
  • Wesentlich bessere Verhältnisse ergeben sich bei Ersatz dieser spannungsabhängigen Widerstände durch Zenerdioden, die allerdings für mittlere Leistungen einen großen Aufwand erfordern und für große Leistungen überhaupt nicht zur Verfügung stehen.
  • Schaltet man größere Gleichleistungen, die von einem Netzgerät bereitgestellt werden, dann entstehen durch die Streuinduktivitäten des Netzteiles ebenfalls Abschaltspitzen. Diese sind jedoch mit Freilaufdioden oder spannungsabhängigen Widerständen an deren Stelle nicht mehr zu unterdrücken, so daß hier nur eine Begrenzung mit spannungsabhängigen Widerständen über der Kollektor-Emitter-Strecke in Frage kommt. Damit sind jedoch die vorerwähnten Nachteile verbunden, die um so mehr ins Gewicht fallen, als der Innenwiderstand solcher Netzteile sehr gering ist und auf Grund dessen bei einigermaßen wirksamer Spannungsbegrenzung große Verlustleistungen auftreten können.
  • Es ist auch schon bekanntgeworden, in Transistorschaltungen eine Zenerdiode über der Kollektor-Basis-Strecke anzuordnen. Überschreitet hierbei die Spannung an der Kollektor-Emitter-Strecke einen durch die Zenerdiode vorgegebenen Wert, so wird die Zenerdiode im Sperrbereich leitend und zieht von der Basis des Transistors einen Strom ab, der den Transistor seinerseits aufsteuert. Über diesem Schwellwert besitzen Schaltungsanordnungen dieser Art demnach einen geringen Widerstand gegenüber einem hohen unterhalb des Schwellwertes, und sie sind deshalb mit Vorteil zur Stabilisierung von Spannungen verwendbar. Bei Nachrichtenverstärkern wurde auch schon mit Vorteil eine Zenerdiode in der genannten Weise als Sicherungselement eingesetzt.
  • Man könnte auch in Erwägung ziehen, einen Schalttransistor mittels einer die Kollektor-Basis-Strecke überbrückenden Zenerdiode gegen überspannungen unmittelbar zu schützen. Gleichrichterdioden für diesen Zweck sind bereits bekannt. Bei einem solchen Direktschutz eines Schalttransistors müßte man jedoch dem Umstand Rechnung tragen, daß der Abschaltstrom über den Schalttransistor selber fließt und diesen gegebenenfalls überlastet. Dieser Umstand steht also dem Bestreben der Technik entgegen, die bei der Begrenzung von Abschaltspitzen umgesetzte Verlustleistung vom Schalttransistor fernzuhalten.
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen im Schaltbetrieb eingesetzten Transistor. die durch einen schwellwertbildenden Nebenschluß Überspannungen an der gefährdeten Transistorstrecke, beispielsweise der Kollektor-Emitter-Strecke, begrenzt. Die Erfindung besteht darin, daß der Nebenschluß zumindest einen vorzugsweise in Emitterschaltung betriebenen Transistor und eine zwischen dessen Kollektor und Basis eingeschaltete Zenerdiode enthält, so daß bei einsetzenden Überspannungen der Nebenschluß leitend wird.
  • Der Nebenschluß ist in seiner Wirkung mit einer Zenerdiode vergleichbar. Die Spitzenverlustleistung wird von dem Transistor des Nebenschlusses übernommen und so von dem im Schaltbetrieb arbeitenden Transistor ferngehalten. Ein weiterer beachtlicher Vorteil ergibt sich daraus, daß die Zenerdiode in Abhängigkeit vom Verstärkungsfaktor des Transitstors des Nebenschlusses niedrig belastet ist. Transtistoren stehen anders als Zenerdioden für höhere Leistung zur Verfügung.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erklärt. Ein Schalttransistor Trl arbeitet auf eine Induktivität Z, die mit einer Spannungsquelle UB in Reihe liegt. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Trl überbrückt ein Basiswiderstand R.. Parallel zu dem Basiswiderstand ist die Reihenschaltung einer Steuerspannungsquelle US, eines Vorwiderstandes R1 und eines Tasters T angeschlossen. Der schwellwertbildende Nebenschluß besteht aus einem Transistor Tr. mit einem Basiswiderstand R, und aus einer Zenerdiode Ze. Die Transistoren Trl und Tr. besitzen gemeinsame Kollektor- und Emitter-Anschlußpunkte. Zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors Tr. ist eine Zenerdiode Ze geschaltet, deren Durchlaßrichtung zur Basis hinweist.
  • In der gezeichneten Stellung des Tasters besitzt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Trl ungefähr den Wert Null, so daß der Transistor gesperrt ist und an seiner Kollektor-Emitter-Strecke die Spannung UB liegt. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode Ze ist größer als die ihr entgegengeschaltete Betriebsspannung UB. Die Zenerdiode leitet nicht, und der Transistor Tr.., ist demzufolge ebenfalls gesperrt. Durch Niederdrücken des Tasters T fließt ein Strom in die Basis des Transistors Tri, und die Kollektor-Emitter-Strecke wird leitend. Während des Einschaltvorganges beginnt der Strom in der Induktivität Z exponentiell bis zu seinem Endwert zu steigen. An der Kollektor-Emitter-Strecke fällt nur eine geringe Spannung ab, die die Zenerspannung nicht überwinden und keinen Strom in die Basis des Transistors Tr, treiben kann. Der Transistor Tr., verharrt in seinem Sperrzustand. Wird der Taster T losgelassen, dann erhöht sich der Widerstand im Ausgangskreis des Transistors Tr. schlagartig. In der Induktivität erzeugt der abfallende Strom eine Spannungsspitze, die sich zu der Betriebsspannung UB hinzuaddiert und die Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors gefährden würde. überschreitet jedoch die Kollektor-Emitter-Spannung die Zenerspannung, dann beginnt über die Zenerdiode ein Strom in die Basis des Transistors Tr., einzufließen. Damit wird der Transistor Trz so weit geöffnet, daß er die Kollektor-Emitterspannung praktisch auf den Wert der Zenerspannung begrenzt.
  • Man kann demnach die Kombination des Transistors Tr= mit einer Zenerdiode Ze entsprechend der vorliegenden Schaltung in -ihrer Wirkung mit einer Zenerdiode vergleichen. Der Ansprechstrom dieser Ersatzschaltung ist bei Überschreiten der Grenzspannung durch den Zenerstrom der Diode Ze und dem Stromverstärkungsfaktor des Transistors Tr, bestimmt. Der mit dem Zenerstrom einer äquivalenten Zenerdiode vergleichbare Strom entspricht jedoch dem Betriebsstrom des Transistors Tr_ Durch die Zusammenschaltung einer leistungsschwachen preislich günstigen Zenerdiode mit einem leistungsstarken und ebenfalls günstigen Transistor erzielt man demnach mit geringem Aufwand eine in der Wirkung einer Zenerdiode gleichzusetzende Schaltungsanordnung, die für hohe Leistungen verwendbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf Schaltungen beschränkt, die wie bisher beschrieben, mit pnp-Transistoren ausgestattet sind, sondern es können auch ohne weiteres npn-Transistoren eingesetzt werden, sofern die Schaltung sinngemäß umgestaltet wird (Polarität der Spannungen und der Zenerdiode). Außerdem wird die Lehre vermittelt, daß die erfindungsgemäße Anordnung in einem technischen Gebiet verwendet werden kann, das bisher weitgehend Zenerdioden vorbehalten war. In diesem Gebiet beispielsweise für Aufgaben der Spannungskonstanthaltung hatte man jedoch bisher mit der Schwierigkeit zu kämpfen, daß normale Zenerdioden für höhere Leistungen nicht zur Verfügung stehen. Nach der Erfindung wird erzielt, daß man einen um den Stromverstärkungsfaktor der Transistoranordnung größeren Strom als den in der eingebauten Zenerdiode fließenden beherrschen kann.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Schaltungsanordnung für einen im Schaltbetrieb eingesetzten Transistor zur Begrenzung von Überspannungen mittels eines schwellwertbildenden Nebenschlusses über der gefährdeten Transistorstrecke, beispielsweise über der Kollektor-Emitter-Strecke, dadurch gekennzeichn e t, daß der Nebenschluß zumindest einen vorzugsweise in Emitterschaltung betriebenen Transistor und eine zwischen dessen Kollektor und Basis eingeschaltete Zenerdiode enthält, so daß bei einsetzenden Überspannungen der Nebenschluß leitend wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 912; österreichische Patentschrift Nr. 209 953; britische Patentschrift Nr. 845 092; »Nachrichtentechnische Zeitschrift«, 1957, Heft 4, S. 195 ff.; »Electronies«, 1. 2. 1957, S.168; 7. 11. 1958, S.86 und 87; R. B. Hurley, »Junction Transistor Electronies«, 1958, S. 382 bis 386.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3119972A1 (de) * 1981-05-20 1982-12-02 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart "ueberlastschutzeinrichtung"

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1050912B (de) * 1959-02-19 Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin Und Erlangen Anordnung zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Transistoren oder ähnlichen steuerbaren Sperrschichthalbleiteranordnungen
AT209953B (de) * 1956-08-02 1960-07-11 Siemens Ag Wenigstens einen Transistor enthaltende Schaltungsanordnung
GB845092A (en) * 1959-04-24 1960-08-17 Mullard Ltd Improvements in or relating to signal amplifier circuits employing transistors

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