DE1168962B

DE1168962B - Circuit arrangement for avoiding overloading of a switching transistor

Info

Publication number: DE1168962B
Application number: DES64694A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Peter Gerke; Dr-Ing Hans Baur
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-09-01
Filing date: 1959-09-01
Publication date: 1964-04-30
Also published as: CH380810A; NL255489A; GB925027A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: H 03 kBoarding school Class: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18 German class: 21 al - 36/18

Nummer: 1 168 962Number: 1 168 962

Aktenzeichen: S 64694 VIII a / 21 alFile number: S 64694 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 1. September 1959 Filing date: September 1, 1959

Auslegetag: 30. April 1964Opening day: April 30, 1964

In der Fernmeldetechnik zeigen sich in neuerer Zeit in zunehmendem Maße Bestrebungen, mechanische Kontakte durch steuerbare Halbleiter, insbesondere durch Schalttransistoren, zu ersetzen. Unter Schalttransistoren sind Transistoren zu verstehen, welche in der Weise betrieben werden, daß die in das Ausgangskennlinienfeld eines solchen Schalttransistors eingezeichnete Belastungskennlinie, im allgemeinen also die durch einen Lastwiderstand gegebene Widerstandsgerade, bis auf kurze Endabschnitte innerhalb der Hyperbel der maximal zulässigen Verlustleistung verläuft. Die beiden Arbeitspunkte des Schalttransistors liegen dabei auf den beiden Endabschnitten der Belastungskennlinie im Bereich zulässiger Verlustleistung, nämlich einmal im Bereich hohen Spannungsabfalls, aber praktisch vernachlässigbaren Stromflusses (»Aus «-Zustand) und das andere Mal im Bereich hohen Stromflusses bei minimalem Spannungsabfall (»Ein«-Zustand). Der zwischen den beiden Arbeitspunkten liegende Bereich unzulässiger Verlustleistung wird beim Umschalten von dem einen in den anderen Betriebszustand so schnell durchlaufen, daß hierbei noch keine unzulässig hohe Erwärmung des Schalttransistors hervorgerufen wird.In telecommunications technology, efforts have recently become increasingly mechanical To replace contacts with controllable semiconductors, in particular with switching transistors. Under Switching transistors are to be understood as transistors which are operated in such a way that the in the output characteristic field of such a switching transistor drawn load characteristic, in generally the resistance line given by a load resistance, except for short end sections runs within the hyperbola of the maximum permissible power loss. The two working points of the switching transistor lie on the two End sections of the load characteristic in the range of permissible power loss, namely once in Area of high voltage drop, but practically negligible current flow ("off" state) and the other time in the area of high current flow with minimal voltage drop (“on” state). Of the The area of impermissible power dissipation between the two operating points is activated when switching run through from one to the other operating mode so quickly that none inadmissibly high heating of the switching transistor is caused.

Der dem »Ein«-Zustand des Schalttransistors entsprechende Arbeitspunkt liegt im Sättigungsbereich des Ausgangskennlinienfeldes. Unter Sättigung des Schalttransistors versteht man den Zustand, daß bei hinreichend großem Basisstrom der Kollektorstrom in weiten Grenzen lediglich durch die Werte der Speisespannung und des Kollektorwiderstandes bestimmt wird, von der Größe des Basisstroms jedoch weitgehend unabhängig ist. Im Kollektorkennlinienfeld ist dies derjenige Bereich, in welchem die einzelnen Kennlinien konstanten Basisstromes miteinander zusammenfallen. In diesem Bereich ist der am Transistor auftretende Spannungsabfall sehr gering. Dies bedeutet, daß der größte Teil der Speisespannung am Lastwiderstand abfällt. Nachdem auf der anderen Seite der Kollektorstrom sehr groß ist, ist auch die an den Lastwiderstand abgegebene Schaltleistung sehr groß, während die im Schalttransistor auftretende Verlustleistung wesentlich kleiner ist und insbesondere unterhalb der Grenze der maximal zulässigen Verlustleistung verbleibt.The operating point corresponding to the "on" state of the switching transistor is in the saturation range of the output characteristic field. The saturation of the switching transistor is understood to mean the state that at sufficiently large base current the collector current within wide limits only by the values of the Supply voltage and the collector resistance is determined by the size of the base current, however is largely independent. In the collector characteristic field, this is the area in which the individual Characteristic curves of constant base current coincide with each other. In this area is the am Voltage drop occurring in the transistor is very low. This means that most of the supply voltage drops at the load resistance. After the collector current is very large on the other hand, is the switching power delivered to the load resistor is also very large, while that in the switching transistor occurring power loss is much smaller and in particular below the limit of the maximum permissible Power loss remains.

Diese Grenze kann jedoch überschritten werden, wenn der im Ausgangskreis des Schalttransistors angeordnete Lastwiderstand zu klein wird, so daß ein zu großer Teil der Speisespannung am Transistor abfällt. Ein derartiger hoher Spannungsabfall bei gleichzeitig hohem Kollektorstrom kann durch einen Schaltungsanordnung zur Vermeidung einer
Überlastung eines SchalttransistorsHowever, this limit can be exceeded if the load resistance arranged in the output circuit of the switching transistor becomes too small, so that too large a part of the supply voltage drops across the transistor. Such a high voltage drop with a high collector current at the same time can be achieved by a circuit arrangement for avoiding a
Overload of a switching transistor

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Peter Gerke,
Dr.-Ing. Hans Baur, MünchenNamed as inventor:
Dipl.-Ing. Peter Gerke,
Dr.-Ing. Hans Baur, Munich

teilweisen oder völligen Kurzschluß des Lastwiderstandes hervorgerufen werden oder auch durch das Auftreten eines Spannungsschlusses am Ausgang des Schalttransistors. Bei einer solchen Überlastung würde der Transistor sehr schnell zerstört werden.partial or total short-circuit of the load resistor or caused by the Occurrence of a voltage short at the output of the switching transistor. With such an overload the transistor would be destroyed very quickly.

Es ist nun bereits bekannt, einem Schalttransistor einen besonderen Schutzwiderstand vorzuschalten, welcher im Fall eines Kurzschlusses des eigentlichen Verbraucherwiderstandes den Transistorstrom aufeinen noch zulässigen Maximalwert begrenzt und dadurch eine Überlastung des Schalttransistors verhindert. In einer solchen Schaltungsanordnung beträgt jedoch die an den Verbraucher abgebbare Schaltleistung maximal nur ein Viertel der von dem Schalttransistor insgesamt abgebbaren Schaltleistung. Der Schaltwirkungsgrad, als welcher hier das Verhältnis von an den Verbraucher abgegebener Leistung zur Gesamtleistung verstanden werden soll, besitzt im günstigsten Fall, nämlich bei maximaler an den Verbraucher abgegebener Leistung, den Wert 0,5. Des weiteren liegt an dem Verbraucherwiderstand nicht die volle Speisespannung, sondern nur eine Teilspannung, die dem Einfluß nicht nur der ohnehin vorhandenen Batterie- und Transistortoleranzen, sondern auch noch der Toleranzen der Teilwiderstände unterliegt. Schließlich muß der zur Steuerung des Schalttransistors erforderliche Basisstrom so groß gewählt werden, daß auch bei einem Kurzschluß des Verbraucherwiderstandes der eine Arbeitspunkt des Schalttransistors außerhalb der Hyperbel der maximal zulässigen Verlustleistung verbleibt.It is already known to connect a special protective resistor upstream of a switching transistor, which in the event of a short circuit in the actual consumer resistance increases the transistor current The maximum permissible value is still limited, thereby preventing the switching transistor from being overloaded. In such a circuit arrangement, however, the switching power that can be delivered to the consumer is a maximum of only a quarter of the total switching power that can be output by the switching transistor. Of the Switching efficiency, as which here the ratio of the power delivered to the consumer to the Overall performance is to be understood, possesses in the most favorable case, namely at maximum to the consumer delivered power, the value 0.5. Furthermore, it is not due to the consumer resistance the full supply voltage, but only a partial voltage, which is not only influenced by the already existing voltage Battery and transistor tolerances, but also the tolerances of the partial resistances. Finally, the base current required to control the switching transistor must be selected to be so large be that even in the event of a short circuit in the load resistance, the one working point of the Switching transistor outside the hyperbola of the maximum permissible power loss remains.

Die Erfindung betrifft nun eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung einer Überlastung eines Schalttransistors, welche gegenüber einer Schaltungsanordnung der soeben erwähnten Art wesentliche Vorteile aufweist. Die erfindungsgemäße Schaltungs-The invention now relates to a circuit arrangement for avoiding an overload of a Switching transistor, which is essential compared to a circuit arrangement of the type just mentioned Has advantages. The circuit according to the invention

405 587/407405 587/407

anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem Schutzschalter und einem Kondensator bestehende Parallelschaltung in Serie zu dem Schalttransistor und dem Verbraucherwiderstand angeordnet ist, wobei der Steuereingang des Schutzschalters an den Ausgang einer Prüfschaltung angeschlossen ist, die eingangsseitig mit der der Parallelschaltung abgewandten Ausgangsklemme des Schalttransistors verbunden ist und die den Schutzschalter nur so lange leitend macht, wie an dem Schalttransistor nach seiner Entriegelung ein dem Sättigungszustand entsprechender Spannungsabfall auftritt.arrangement is characterized in that one consists of a circuit breaker and a capacitor Arranged in parallel in series with the switching transistor and the consumer resistor is, wherein the control input of the circuit breaker is connected to the output of a test circuit is, the input side with the output terminal of the switching transistor facing away from the parallel connection is connected and which makes the circuit breaker conductive only as long as on the switching transistor after its unlocking, a voltage drop corresponding to the saturation state occurs.

Als Schutzschalter können geeignete mechanische oder elektronische Schalter bekannter Art verwendet werden. Vorzugsweise wird hierfür wegen seiner hohen Schaltgeschwindigkeit ein weiterer Transistor verwendet, der damit als Schutztransistor für den gegen eine Überlastung zu schützenden Schalttransistor dient.Suitable mechanical or electronic switches of a known type can be used as circuit breakers will. A further transistor is preferably used for this because of its high switching speed used, the thus as a protective transistor for the switching transistor to be protected against overload serves.

Die Prüfschaltung kann gemäß weiterer Erfindung einen Transistor aufweisen, dessen eine Vergleichsspannungsquelle enthaltender Eingangskreise an die Ausgangsklemme des Schalttransistors derart angeschlossen ist, daß er nur durch das bei Vorliegen des Sättigungszustandes des Schalttransistors an dieser Ausgangsklemme auftretende Potential aus seinem Ruhezustand in den Arbeitszustand gebracht wird und durch die hierdurch an seinem Ausgang auftretende Potentialänderung an dem Ausgang der Prüfschaltung ein solches Potential erzeugt, daß der Schutztransistor in den leitenden Zustand gesteuert wird.According to a further invention, the test circuit can have a transistor, its one comparison voltage source containing input circuits connected to the output terminal of the switching transistor in such a way is that it is only through the presence of the saturation state of the switching transistor at this Output terminal occurring potential is brought from its idle state to the working state and by the change in potential at the output of the resulting at its output Test circuit generates such a potential that the protective transistor is controlled into the conductive state will.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß für eine Mehrzahl von Schalttransistoren, von denen jeweils nur einer aus seinem Ruhezustand in den Betriebszustand gesteuert werden kann, nur ein Schutzschalter und eine Prüfschaltung vorgesehen sind, deren Eingang jeweils über Entkoppelrichtleiter mit den einzelnen Ausgangsklemmen der Schalttransistoren verbunden ist.Another feature of the invention is that for a plurality of switching transistors of each of which only one can be controlled from its idle state to the operating state, only one Circuit breakers and a test circuit are provided, the input of which is in each case via decoupling directional conductors is connected to the individual output terminals of the switching transistors.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sei die Erfindung nunmehr näher erläutert. The invention will now be explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the figures.

Aus Fig. 1 wird der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ersichtlich. In der hier dargestellten Schaltung ist einem Verbraucherwiderstand R ein Schalttransistor T1 vorgeschaltet, welcher in Abhängigkeit von dem Strom, welcher an dem an seine Basiselektrode angeschlossenen Steuereingang B fließt, einen geschlossenen oder einen geöffneten Kontakt in dem Speisestromkreis für den Verbraucherwiderstand R darstellt. In Serie zu dem Verbraucherwiderstand R und dem Schalttransistor Π ist ein Schalter S angeordnet, welcher in noch zu beschreibender Weise als Schutzschalter für den Schalttransistor T1 dient. Die der Serienschaltung des Verbraucherwiderstandes R und des Schalttransistors Tl abgewandte Klemme des Schutzschalters S ist mit der Speisespannungsquelle U_B verbunden. Parallel zu dem Schutzschalter S ist ein Kondensator C angeordnet.From Fig. 1, the basic structure of the circuit arrangement according to the invention can be seen. In the circuit shown here, a load resistor R is preceded by a switching transistor T 1 which, depending on the current flowing at the control input B connected to its base electrode, represents a closed or an open contact in the supply circuit for the load resistor R. In series with the load resistor R and the switching transistor Π, a switch S is arranged, which serves as a protective switch for the switching transistor T1 in a manner to be described below. The terminal of the circuit breaker S facing away from the series connection of the consumer resistor R and the switching transistor Tl is connected to the supply voltage source U _B. A capacitor C is arranged in parallel with the circuit breaker S.

Weiterhin ist eine hier nur als Blockschaltbild dargestellte Prüfschaltung P vorgesehen, die eingangsseitig mit derjenigen Ausgangsklemme A des Schalttransistors T1 verbunden ist, welche der den Schutzschalter S und den Kondensator C enthaltenden Parallelschaltung abgewandt ist, während der Ausgang der Prüfschaltung P an den Steuereingang des Schutzschalters 5 angeschlossen ist. Diese Prüfschaltung P steuert den Schutzschalter S nur dann in den leitenden Zustand, wenn an der Ausgangsklemme A etwa die volle Speisespannung U₈ liegt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet in der im folgenden beschriebenen Weise. Wird der Schalttransistor Π von dem Steuereingang B her leitend gemacht, so fließt zunächst ein Einschaltstrom von der Speisespannungsquelle U_B Furthermore, a test circuit P , shown here only as a block diagram, is provided, which is connected on the input side to that output terminal A of the switching transistor T 1 which faces away from the parallel circuit containing the circuit breaker S and the capacitor C, while the output of the test circuit P is connected to the control input of the circuit breaker 5 is connected. This test circuit P controls the circuit breaker S only when the output terminal A has approximately the full supply voltage U ₈ . The circuit arrangement according to the invention according to FIG. 1 operates in the manner described below. If the switching transistor Π is made conductive from the control input B , an inrush current first flows from the supply voltage source U _B

ίο über den Kondensator C und die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors T1 zum Verbraucherwiderstand R. ίο via the capacitor C and the emitter-collector path of the switching transistor T 1 to the consumer resistor R.

Es sei zunächst angenommen, daß im Bereich des Verbraucherwiderstandes R Störungen in Form eines Erdschlusses oder eines teilweisen oder völligen Kurzschlusses des Verbraucherwiderstandes R nicht auftreten. Da der Kondensator C im Ruhezustand entladen ist und an dem Schalttransistor 7*1 ein nur minimaler Spannungsabfall auftritt, gelangt in diesem Fall die Ausgangsklemme A unmittelbar nach dem Einschalten des Schalttransistors 7*1 auf ein praktisch der vollen Speisespannung U₈ entsprechendes Potential. Über die Prüfschaltung P wird daher der Schutzschalter 5 in den leitenden Zustand gesteuert, so daß der Strom nunmehr über diesen Schutzschalter S verläuft und dadurch das anfangs nur kurzzeitig vorhandene, der Speisespannung U_B entsprechende Potential nunmehr ständig an der Ausgangsklemme A auftritt.It is initially assumed that in the area of the consumer resistance R disturbances in the form of a ground fault or a partial or complete short circuit of the consumer resistance R do not occur. Since the capacitor C is discharged in the idle state and there is only a minimal voltage drop across the switching transistor 7 * 1, in this case the output terminal A reaches a potential practically corresponding to the full supply voltage U ₈ immediately after switching on the switching transistor 7 * 1. The circuit breaker 5 is therefore switched to the conductive state via the test circuit P , so that the current now runs through this circuit breaker S and the initially only brief potential corresponding to the supply voltage U _B now constantly appears at the output terminal A.

Wenn dagegen im Bereich des Verbraucherwiderstandes R eine Störung in Form eines Erdschlusses oder eines teilweisen oder völligen Kurzschlusses des Verbraucherwiderstandes R auftritt, so hat dies zur Folge, daß die Ausgangsklemme A nach dem Einschalten des Schalttransistors T1 beim Fließen eines über den Kondensator C verlaufenden Einschaltstromes nicht mehr auf ein der vollen Speisespannung U₈ entsprechendes Potential gelangt. Dies bedeutet, daß nunmehr ein größerer Teil der Speisespannung an dem Schalttransistor Tl abfällt, so daß dieser Transistor nicht in den Sättigungszustand gelangt und der dem »Ein«-Zustand entsprechende Arbeitspunkt innerhalb der Hyperbel maximal zulässiger Verlustleistung zu liegen kommt. Es tritt also eine Überlastung des Schalttransistors Tl auf. Diese zunächst für die Zeit des Fließens eines über den Kondensator C verlaufenden Einschaltstromes andauernde Überlastung ist jedoch noch kurz genug, um eine Zerstörung des Schalttransistors Tl zu vermeiden.If, on the other hand, a fault occurs in the area of the consumer resistance R in the form of a ground fault or a partial or complete short circuit of the consumer resistance R , this has the consequence that the output terminal A after switching on the switching transistor T 1 when an inrush current flowing through the capacitor C flows no longer reaches a potential corresponding to the full supply voltage U _8. This means that now a larger part of the supply voltage drops across the switching transistor T1 , so that this transistor does not reach the saturation state and the operating point corresponding to the "on" state comes to lie within the hyperbola of maximum permissible power dissipation. So there is an overload of the switching transistor Tl . This overload, which initially lasts for the time a switch-on current is flowing through the capacitor C, is, however, still short enough to prevent the switching transistor T1 from being destroyed.

An der Ausgangsklemme A liegt, wie bereits ausgeführt wurde, ein Potential, welches von dem der vollen Speisespannung U₈ entsprechenden Potential abweicht. Über die Prüfschaltung P wird daher der Schutzschalter S im Sperrzustand gehalten, so daß über diesen Schutzschalter kein Strom fließen kann. Im Fall einer Störung der oben beschriebenen Art fließt also über den Schalttransistor Γ1 insgesamt nur der über den Kondensator C verlaufende Einschaltstrom. Dieser Einschaltstrom wird durch die hiermit verbundene Aufladung des Kondensators C von selbst begrenzt und ist hinreichend klein, um den Schalttransistor Tl nicht zu zerstören.As already explained, the output terminal A has a potential which differs from the potential corresponding to the full supply voltage U _8. The circuit breaker S is therefore kept in the blocked state via the test circuit P so that no current can flow through this circuit breaker. In the event of a disturbance of the type described above, only the inrush current flowing through the capacitor C flows through the switching transistor Γ1. This inrush current is automatically limited by the associated charging of the capacitor C and is sufficiently small not to destroy the switching transistor T1.

In entsprechender Weise arbeitet die erfindungsgemäße Schaltung auch dann, wenn eine Störung in Form eines Erdschlusses an der Ausgangsklemme A oder eines teilweisen oder völligen Kurzschlusses des Verbraucherwiderstandes R nicht schon vor dem Einschalten des Schalttransistors Tl, sondern erstThe circuit according to the invention also works in a corresponding manner if a fault in the form of a ground fault at the output terminal A or a partial or complete short circuit of the consumer resistor R does not occur before the switching transistor Tl is switched on, but only

während des Betriebes auftritt. In diesem Fall wird der Schutzschalter S über die Prüfschaltung P praktisch trägheitslos gesperrt, so daß eine Überlastung des Schalttransistors T1 ebenfalls vermieden wird.occurs during operation. In this case, the circuit breaker S is blocked with practically no inertia via the test circuit P, so that an overload of the switching transistor T1 is also avoided.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die maximal an den Verbraucherwiderstand abgebbare Leistung nahezu gleich der von der Speisespannungsquelle abgegebenen Gesamtleistung; der Schaltwirkungsgrad hat damit angenähert den Wert 1.In the circuit arrangement according to the invention, the maximum that can be delivered to the consumer resistance Power almost equal to the total power delivered by the supply voltage source; the Switching efficiency is therefore approximately 1.

diesen Widerstand Rc fließt im übrigen auch ein kleiner Strom über den Schalttransistor Tl zum Verbraucherwiderstand R. Dieser Strom ist jedoch so klein, daß er auch beim Auftreten eines Fehlers der oben beschriebenen Art im Bereich des Verbraucherwiderstandes R eine Zerstörung des Schalttransistors Tl mit Sicherheit nicht bewirken kann.this resistor Rc flows, moreover, a small current through the switching transistor Tl to the load resistance R. This current, however, is so small that it does not cause destruction of the switching transistor Tl with certainty when an error occurs of the type described above in the field of consumer resistance R can.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in F i g. 3 darge-A special embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown in FIG. 3 shown

An dem Verbraucherwiderstand liegt nunmehr — ab- ίο stellt. In dieser Schaltungsanordnung wird derThe consumer resistance is now - turns off ίο. In this circuit arrangement, the

gesehen von dem Spannungsabfall an dem Schutz- Schutztransistor T 2 in Emitterschaltung betrieben,seen from the voltage drop across the protective transistor T 2 operated in emitter circuit,

schalter und dem Schalttransistor — die volle Batte- ~ riespannung; ein besonderer hochbelastbarer Schutzwiderstand ist nicht erforderlich. Die Batteriespan-switch and the switching transistor - the full battery- ~ tensile stress; a special heavy-duty protective resistor is not required. The battery chip

Ausgangsklemme A des Schalttransistors Π verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors Γ 3 liegt an einer Vergleichsspannung U_v, welche beispiels-25 weise — 3 V betragen kann. Die Kollektorelektrode ist über einen Widerstand R 2 mit einer Spannungsquelle U 2 verbunden. Weiterhin ist an den Kollektor eine ZenerdiodeZ angeschlossen, welche zusammen mit dem Widerstand R2 und einem weiteren, anOutput terminal A of the switching transistor Π is connected. The emitter electrode of the transistor Γ 3 is connected to a comparison voltage U _v , which can be -3 V, for example. The collector electrode is connected to a voltage source U 2 via a resistor R 2 . Furthermore, a Zener diode Z is connected to the collector, which together with the resistor R2 and a further one

Dabei liegt die Emitterelektrode des Schutztransistors T 2 an Erdpotential, während die Kollektorelektrode mit dem Emitter des Schalttransistors T1 vernung liegt sofort mit dem Einschalten des Schalttran- 15 bunden ist. Zwischen der Kollektorelektrode des sistors in voller Größe an dem Verbraucherwider- Schalttransistors Π und der Speisespannungsquelle stand, zumal eine Gegenkopplung im Steuerkreis, wie JJ_B, welche beispielsweise eine Spannung von —48 V sie beispielsweise durch die Anordnung eines Schutz- abgeben kann, liegt der Verbraucherwiderstand R. Widerstandes im Emitterkreis des Schalttransistors Die den Schutztransistor T 2 steuernde Prüf schalhervorgerufen würde, nicht auftritt. Weiterhin weist 20 rung P weist einen Transistor T3 auf, dessen Basisdie erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den Vor- elektrode über einen Entkoppelrichtleiter R1 mit der teil auf, daß zur Steuerung des Schalttransistors in
den leitenden Zustand erforderliche Basisstrom nur
für den normalen Betriebsfall dimensioniert zu werden braucht.The emitter electrode of the protective transistor T 2 is connected to earth potential, while the collector electrode is connected to the emitter of the switching transistor T1 immediately when the switching transistors are switched on. Between the collector electrode of the sistor in full size on the consumer resistor switching transistor Π and the supply voltage source stood, especially since a negative feedback in the control circuit, such as JJ _B , which, for example, can deliver a voltage of -48 V, for example through the arrangement of a protection, is the Consumer resistance R. Resistance in the emitter circuit of the switching transistor The test that would control the protective transistor T 2 would not occur. Furthermore, P has a transistor T3, the base of which the circuit arrangement according to the invention has the pre-electrode via a decoupling directional conductor R1 with the part that for controlling the switching transistor in
the conductive state required base current only
needs to be dimensioned for normal operation.

Gelangt nämlich der Schalttransistor nach seinem
Einschalten aus dem Sättigungszustand heraus, so
bewirkt die Prüfschaltung sofort eine Sperrung des
Schutzschalters, während in dem Fall, daß der
Schalttransistor beim Einschalten erst gar nicht in 30 einer Spannungsquelle !71 liegenden Widerstand R1 den Sättigungszustand gelangt, die Prüfschaltung den einen Spannungsteiler bildet, in dem gegebenenfalls Schutzschalter von vornherein nicht entriegelt. In auch ein ohmscher Widerstand an die Stelle der beiden Fällen wird das Fließen eines die Zerstörung Zenerdiode treten könnte. Die Spannung Ul kann des Schalttransistors bewirkenden Stroms verhindert. einen Wert von beispielsweise + 2 V haben, wäh-Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung 35 rend die Spannung L/2 — 48 V betragen mag. Der wird als Schutzschalter für den gegen eine Über- Verbindungspunkt zwischen der ZenerdiodeZ und lastung zu schützenden Schalttransistor ein weiterer dem Widerstand R1 ist an die Basis des Schutztran-Transistor verwendet. Eine entsprechende Schal- sistors Tl angeschlossen.If the switching transistor gets to his
Switching on from the saturation state, like this
the test circuit immediately blocks the
Circuit breaker, while in the event that the
When switched on, the switching transistor does not even reach saturation in the resistor R1 lying in a voltage source! 71, the test circuit forms a voltage divider in which the circuit breaker may not unlock from the start. In also an ohmic resistance in the place of the two cases, the flow of a Zener diode could occur. The voltage Ul can prevent the current causing the switching transistor. have a value of, for example + 2 V, while according to a further embodiment of the invention 35 rend the voltage may be L / 2-48 V. The is used as a circuit breaker for the switching transistor to be protected against an over-connection point between the Zener diode Z and the load. Another resistor R1 is connected to the base of the protective transistor transistor. A corresponding switch Tl is connected.

tungsanordnung ist in F i g. 2 dargestellt. In dieser Im Ruhezustand, d. h. solange der Schalttransistorarrangement is shown in FIG. 2 shown. In this idle state, i. H. as long as the switching transistor

Schaltungsanordnung liegt ein Schutztransistor Γ 2 4° Tl gesperrt ist, befindet sich der Transistor Γ 3 im mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zwischen der leitenden Zustand, so daß an seinem Kollektor die Speisespannungsquelle U_B und der Serienschaltung Emittervorspannung U_v von beispielsweise — 3 V des Schalttransistors Tl und des Verbraucherwider- auftritt. Die ZenerdiodeZ ist dann nichtleitend; der Standes R. Die Basiselektrode des Schutztransistors Schutztransistor Γ 2 ist gesperrt. Wenn nun der T2 ist an den Ausgang der Prüfschaltung P ange- 45 Schalttransistor Tl vom Steuereingang B her in den schlossen. leitenden Zustand gesteuert wird, so gelangt, sofernCircuit arrangement is a protective transistor Γ 2 4 ° Tl is blocked, the transistor Γ 3 is with its emitter-collector path between the conductive state, so that at its collector the supply voltage source U _B and the series circuit emitter bias voltage U _v of for example -3 V of the switching transistor Tl and the consumer resistance occurs. The Zener diode Z is then non-conductive; der Standes R. The base electrode of the protective transistor protective transistor Γ 2 is blocked. If now the T2 is connected to the output of the test circuit P 45 switching transistor T1 from the control input B into the closed. conductive state is controlled, so if

nicht an der Ausgangsklemme A ein Spannungsschluß auftritt oder der Verbraucherwiderstand kurzgeschlossen ist, die Ausgangsklemmen des Schalt-50 transistors Tl nahezu auf Erdpotential. Hierdurch wird der Transistor T 3 gesperrt. Gleichzeitig wird durch die damit verbundene Potentialänderung am Kollektor dieses Transistors T 3 die Zenerdiode Z leitend, wodurch wiederum der Verbindungspunkt stors nicht nur einen Kondensator C allein, sondern 55 zwischen dieser Zenerdiode und dem Widerstand R1 den Kondensator C in Serie mit einem Richtleiter D auf ein solches Potential gelangt, daß auch der anzuordnen und gleichzeitig die beiden Belegungen Schutztransistor T 2 in den leitenden Zustand gedes Kondensators durch einen ohmschen Widerstand
Rc miteinander zu verbinden, wie dies aus der in
Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung hervorgeht. 60 und den VerbraucherwiderstandR fließenden Strom. Durch die Einfügung des Richtleiters D wird er- Ist dagegen der Verbraucherwiderstand R kurzgereicht, daß sich der Kondensator C nach seiner je- schlossen, so wird die Ausgangsklemme A ihr Ruheweiligen Aufladung nicht über den Schutztransistor potential von —48 V auch dann beibehalten, wenn T2 entladen kann, wodurch unter Umständen eine der Transistor Tl leitend geworden ist. In diesem Zerstörung dieses Schutztransistors bewirkt werden 65 Fall bleibt daher der Transistor T 3 leitend, und demkönnte. entsprechend verbleibt auch die Zenerdiode Z im If a voltage short does not occur at the output terminal A or the load resistance is short-circuited, the output terminals of the switching transistor Tl are almost at ground potential. As a result, the transistor T 3 is blocked. At the same time, due to the associated change in potential at the collector of this transistor T 3, the Zener diode Z is conductive, which in turn causes the connection point not only to interfere with a capacitor C alone, but also for the capacitor C in series with a directional conductor D between this Zener diode and the resistor R1 such a potential arrives that also to be arranged and at the same time the two assignments protective transistor T 2 in the conductive state of the capacitor through an ohmic resistor
Rc together as shown in the in
Fig. 2 shows the circuit arrangement shown. 60 and the load resistance R flowing current. By inserting the directional conductor D , however, if the load resistance R is short enough that the capacitor C closes according to it, the output terminal A will not maintain its resting charge via the protective transistor potential of -48 V even if T2 can discharge, as a result of which one of the transistor Tl has become conductive under certain circumstances. If this protection transistor is destroyed, the transistor T 3 therefore remains conductive, and could therefore. accordingly, the Zener diode Z remains in place

Der Entladestrom fließt vielmehr über den parallel nichtleitenden Zustand. Der Schutztransistor T 2 zum Kondensator C liegenden Widerstand Rc. Über wird daher nicht entriegelt, so daß über den Schalt-Rather, the discharge current flows through the parallel non-conductive state. The protective transistor T 2 to the capacitor C lying resistor Rc. Via is therefore not unlocked, so that the switching

In ihrer Wirkungsweise entspricht die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 völlig der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung, so daß sich eine diesbezügliche erneute Erläuterung erübrigen dürfte.In its mode of operation, the circuit arrangement corresponds to FIG. 2 completely the in F i g. 1 shown Circuit arrangement, so that a renewed explanation in this regard should be unnecessary.

In diesem Zusammenhang ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es bei Verwendung eines Schutztransistors als Schutzschalter vorteilhaft sein kann, parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke dieses Schutztransi-In this context, however, it should be noted that when using a protective transistor can be advantageous as a circuit breaker, parallel to the emitter-collector path of this protective transistor

steuert wird. Der Transistor T 2 übernimmt damit die Stromleitung für den über den Schalttransistor T1is controlled. The transistor T 2 thus takes over the current line for the via the switching transistor T1

transistor ΓΙ nur der über die Reihenschaltung des Kondensators C und des Richtleiters D verlaufende Einschaltstrom fließt, der jedoch, wie bereits erwähnt, hinreichend klein ist, um eine Zerstörung des Schalttransistors zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die Entriegelung des Schutztransistors T 2 nicht nur bei völligem Kurzschluß des Verbraucherwiderstandes R unterbleibt; vielmehr wird der Schutztransistor nur dann entriegelt, wenn das Potential an der Ausgangs- _ao klemmet des Schalttransistors positiver als das an der Emitterelektrode des Transistors Γ 3 herrschende Potential wird, d. h. wenn der Wert des Potentials am Punkt A den Wert der Vergleichsspannung U_v überschreitet.transistor ΓΙ only the inrush current running through the series connection of the capacitor C and the directional conductor D flows, which, however, as already mentioned, is sufficiently small to avoid destruction of the switching transistor. In this context it should be mentioned that the unlocking of the protective transistor T 2 does not only take place in the event of a complete short-circuit of the consumer resistor R ; rather, the protective transistor is only unlocked when the potential at the output _{ao of} the switching transistor is more positive than the potential at the emitter electrode of the transistor Γ 3, ie when the value of the potential at point A exceeds the value of the comparison voltage U _v.

Im übrigen fließt neben dem über den Kondensator C verlaufenden Einschaltstrom noch ein sehr kleiner Strom über den parallel zum Kondensator C liegenden Widerstand Rc. Dieser Widerstand Rc ist erforderlich, um den Kondensator C nach dem Auftreten eines Fehlers der soeben beschriebenen Art wieder zu entladen. Der über diesen Widerstand fließende Strom ist jedoch so klein, daß er eine Zerstörung des Transistors Tl mit Sicherheit nicht bewirken kann.Otherwise, in addition to the inrush current flowing through the capacitor C, a very small current also flows through the resistor Rc, which is parallel to the capacitor C. This resistor Rc is required in order to discharge the capacitor C again after the occurrence of a fault of the type just described. However, the current flowing through this resistor is so small that it certainly cannot destroy the transistor T1.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Vermeidung einer Überlastung eines Schalttransistors kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß jeweils für eine Mehrzahl von Schalttransistoren Tl, von denen jeweils nur einer aus dem Sperrzustand in den leitenden Zustand ausgesteuert werden kann, nur ein Schutztransistor TI und eine Prüfschaltung P vorgesehen ist. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird dies durch die Vielfachschaltungszeichen ν angedeutet. Dabei ist die Basis des Transistors T 3 der Prüfschaltung jeweils über Entkoppelrichtleiter R1 mit den einzelnen Ausgangsklemmen A der Schalttransistoren Tl verbunden.The circuit arrangement according to the invention for avoiding overloading of a switching transistor can also be designed in such a way that only one protective transistor TI and one test circuit P. is provided. In the circuit arrangement according to FIG. 3 this is indicated by the multiple circuit symbols ν. The base of the transistor T 3 of the test circuit is connected to the individual output terminals A of the switching transistors Tl via decoupling directional conductors R 1.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird das an der Ausgangsklemme A herrschende Potential, das im Ruhezustand einen Wert von beispielsweise — 48 V besitzt und im Einschaltmoment sprunghaft gleich dem Erdpotential wird, nach dem Einschalten des Schalttransistors Tl im Normalfall, d.h. wenn der Verbraucherwiderstand R nicht mit einem Fehler der oben beschriebenen Art behaftet ist, wieder zunehmend negativer. Damit dabei die Schaltungsanordnung in der oben angegeben Art und Weise arbeitet, ist es jedoch erforderlich, daß die Spannung an der Ausgangsklemmen so lange positiver als die Vergleichsspannung U_v des Transistors T 3 bleibt, bis der Transistor T2 leitend geworden ist. Dabei soll jedoch der Betrag der Vergleichsspannung möglichst klein sein, weil durch den Wert dieser Vergleichsspannung die maximal mögliche Kollektorbelastung des Schalttransistors Tl für den Fall des Auftretens eines Fehlers während des Betriebes gegeben ist, bevor eine Sperrung des Schutztransistors T 2 erfolgt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich daher die Forderung nach einer möglichst großen Kapazität des Kondensators C. Auf der anderen Seite darf aber durch den beim Auftreten eines Fehlers der obengenannten Art im Bereich des Verbraucherwiderstandes über den Kondensator C und den Richtleiter D fließenden hohen Ladestromstoß der Schalttransistor Tl nicht zerstört werden. Dies macht eine Begrenzung der Kapazität des Kondensators erforderlich. Bei der Dimensionierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist also ein sinnvoller Kompromiß zwischen den beiden vorstehenden, einander widersprechenden Forderungen erforderlich.In the circuit arrangement according to FIG. 3, the potential at the output terminal A , which has a value of, for example, -48 V in the idle state and suddenly becomes equal to the ground potential when the switching transistor Tl is switched on, in the normal case, ie if the consumer resistance R does not have an error as above described type is afflicted, again increasingly negative. In order for the circuit arrangement to operate in the manner indicated above, however, it is necessary for the voltage at the output terminals to remain more positive than the comparison voltage U _{v of} the transistor T 3 until the transistor T2 has become conductive. However, the amount of the comparison voltage should be as small as possible because the value of this comparison voltage gives the maximum possible collector load of the switching transistor Tl in the event of an error occurring during operation, before the protective transistor T 2 is blocked. From the foregoing, therefore, the requirement arises for a greatest possible capacitance of the capacitor C. On the other hand, it may by the current flowing in the occurrence of a fault of the above type in the field of consumer resistance across the capacitor C and the isolator D high charging current surge, the switching transistor Tl not be destroyed. This makes it necessary to limit the capacitance of the capacitor. When dimensioning the circuit arrangement according to the invention, a sensible compromise between the two above contradicting requirements is necessary.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt Fig. 4. In dieser Schaltungsanordnung wird der Schutztransistor T 2 in Kollektorschaltung betrieben. Dabei ist nunmehr der Kollektor des Schutztransistors T 2 an die Speisespannungsquelle U_B angeschlossen; der Wert der Speisespannung mag wiederum — 48 V betragen. Der Emitter des Schutztransistors T 2 ist mit dem Kollektor des Schalttransistors Tl verbunden, an dessen Emitter der mit seiner anderen Seite an Erdpotential liegende Verbraucherwiderstand R angeschlossen ist. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Schutztransistors Γ 2 ist wiederum die Reihenschaltung eines Richtleiters D und eines Kondensators C angeordnet, wobei die beiden Belegungen des Kondensators C über einen Widerstand Rc miteinander verbunden sind. Der an die Ausgangsklemme A des Schalttransistors Tl angeschlossene Eingang der Prüfschaltung P führt über einen Entkoppelrichtleiter R1 zu der Basiselektrode des Transistors T3, dessen Emitter an einer Vorspannung U_v von beispielsweise — 44 V liegt. An die Kollektorelektrode des Transistors T 3 ist der eine Abgriff eines zwischen einer Spannungsquelle Ul von beispielsweise — 60 V und einer Spannungsquelle i/l von beispielsweise + 4 V liegenden Spannungsteilers, bestehend aus einem Widerstand R 2, einer ZenerdiodeZ und einem Widerstand R1, angeschlossen. Der andere Abgriff dieses Spannungsteilers liegt an der Basis eines weiteren Transistors T 4, dessen Kollektor mit der Basis des Schutztransistors T 2 verbunden ist.A further exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown in FIG. 4. In this circuit arrangement, the protective transistor T 2 is operated in a collector circuit. The collector of the protective transistor T 2 is now connected to the supply voltage source U _B; the value of the supply voltage may again be -48 V. The emitter of the protective transistor T 2 is connected to the collector of the switching transistor Tl, to the emitter of which the consumer resistor R, which has its other side at ground potential, is connected. In turn, the series connection of a directional conductor D and a capacitor C is arranged parallel to the emitter-collector path of the protective transistor Γ 2, the two assignments of the capacitor C being connected to one another via a resistor Rc. The input of the test circuit P connected to the output terminal A of the switching transistor Tl leads via a decoupling directional conductor R 1 to the base electrode of the transistor T3, the emitter of which is connected to a bias voltage U _v of -44 V, for example. To the collector electrode of the transistor T 3 is a tap of a between a voltage source Ul, for example, - lying 60 V and a voltage source i / l of for example + 4 V voltage divider consisting of a resistor R 2, a ZenerdiodeZ and a resistor R1, connected . The other tap of this voltage divider is connected to the base of a further transistor T 4, the collector of which is connected to the base of the protective transistor T 2.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 weist gegenüber der in F i g. 3 dargestellten Schaltungsanordnung einige Unterschiede hinsichtlich der Ruhe- und Arbeitszustände der Schaltelemente der Prüfschaltung auf, die durch die unterschiedliche Anordnung der Speisespannungsquelle U_B bedingt sind. So ist in der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 der Transistor T 3 nur dann leitend, wenn die Ausgangsklemme A bei fehlerfreiem Betrieb des Verbraucherwiderstandes R ein der Speisespannung U_B entsprechendes Potential aufweist, während er sich im Ruhezustand oder beim Auftreten eines Fehlers im Bereich des Verbraucherwiderstandes R im Sperrzustand befindet. Umgekehrt ist die ZenerdiodeZ und der durch den Spannungsteiler R2, Z, Rl gesteuerte Transistor T 4 im Ruhezustand oder beim Auftreten eines Fehlers am Verbraucherwiderstand R leitend. Der Transistor T 4, dessen Emitter eine Vorspannung von beispielsweise + 2 V besitzt, bewirkt dabei eine Sperrung des Schutztransistors T2. Erst dann, wenn nach Leitendwerden des Transistors T3 die ZenerdiodeZ und damit der Transistor T 4 in den Sperrzustand gelangt sind, wird der Schutztransistor T 2 entriegelt. Dies ist jedoch nur dann der Fall, wenn das an der Ausgangsklemme A herrschende Potential nahezu auf das Potential der Speisespannungsquelle U_B abgesunken ist und insbesondere den Wert der an die Emitterelektrode des Transistors T 3 angeschalteten Vergleichsspannung U_v unterschritten hat. Es tritt dann am Schalttransistor Tl nur noch ein hinreichend niedriger Spannungsabfall auf, bei dem eine Zerstörung dieses Schalttransistors nicht möglich ist.The circuit arrangement according to FIG. 4 has compared to the in F i g. 3 shows some differences with regard to the rest and working states of the switching elements of the test circuit, which are caused by the different arrangement of the supply voltage source U _B. Thus, in the circuit arrangement according to FIG. 4, the transistor T 3 is only conductive when the output terminal A has a potential corresponding to the supply voltage U _B when the consumer resistor R is operating correctly, while it is in the idle state or when an error occurs in the area of the consumer resistor R in the blocking state. Conversely, the Zener diode Z and the transistor T 4 controlled by the voltage divider R2, Z, Rl are conductive in the idle state or when a fault occurs in the load resistor R. The transistor T 4, the emitter of which has a bias voltage of + 2 V, for example, causes the protective transistor T2 to be blocked. Only when the Zener diode Z and thus the transistor T 4 have switched to the blocking state after the transistor T3 has become conductive, the protective transistor T 2 is unlocked. However, this is only the case when the pressure prevailing at the output terminal A potential is almost dropped to the potential of the supply voltage source U _B and fell below in particular the value of the connected to the emitter electrode of the transistor T 3 comparison voltage U _v. There is then only a sufficiently low voltage drop across the switching transistor T1, at which this switching transistor cannot be destroyed.

Im übrigen arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 analog zu der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung, so daß sich eine weitere Erläuterung der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 erübrigen dürfte.Otherwise, the circuit arrangement according to FIG. 4 operates analogously to the circuit arrangement shown in FIG. 3, so that a further explanation of the circuit arrangement according to FIG. 4 is superfluous should.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement to avoid overloading a switching transistor, characterized in that a circuit breaker (S) and a capacitor (C) existing parallel circuit is arranged in series with the switching transistor (Tl) and the load resistor (R) , the control input of the the circuit breaker (5) is connected to the output of a test circuit (P), the output terminal of the input side of the parallel circuit (5, C) facing away from (/ 4) is connected to the switching _ao transistor (Tl) and only the circuit breaker (S) makes it conductive as long as a voltage drop corresponding to the saturation state occurs on the switching transistor (Tl) after it has been unlocked.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a further transistor (T 2) serving as a protective transistor is used as a protective switch.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the parallel connection of the protective transistor (T 2) and the series connection of a capacitor (C) and a directional conductor (D) arranged in series with the switching transistor (T 6) and the load resistor (R) consists.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that a discharge resistor (Rc) is arranged parallel to the capacitor (C).

5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the test circuit (P) has a transistor (T 3) whose input circuit containing a comparison voltage source (JJy) is connected to the output terminal (A) of the switching transistor (Tl) in such a way that it is only brought from its idle state (conductive; non-conductive) to the operating state (non-conductive; conductive) by the potential occurring at this output terminal (A) when the switching transistor (Tl) is in the saturation state and by the change in potential at the output circuit that occurs as a result The output of the test circuit (P) generates such a potential that the circuit breaker (S, T 2) is switched to the conductive state.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the change in potential caused by the reversal of the transistor (T 3) reverses a Zener diode (Z) connected to its output circuit from the idle state (non-conductive; conductive) to the operating state (conductive; non-conductive) is, whereby such a potential occurs at the output of the test circuit (P) that the protective transistor (T 2) is controlled into the conductive state.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the base electrode of the operated in the emitter circuit, conductive in the idle state transistor (T 3) to the output terminal (4) is connected and that a non-conductive in the quiescent state is connected to the collector electrode Zener diode is connected, which between the two tapping points of one of the collector resistance and another voltage divider containing a resistor is applied whose other tap the base electrode of the protective transistor (T 2) is connected.

8. A circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the base electrode of the emitter circuit operated, in the quiescent state non-conductive transistor (T 3) is connected to the output terminal (A) and that a zener diode which is conductive in the quiescent state is connected to the collector electrode, which is connected between the two tapping points of a voltage divider containing the collector resistor and a further resistor, to whose other tap the base electrode of a further transistor (T 4) which is conductive in the idle state is connected, the collector electrode of which is connected to the base electrode of the protective transistor (T 2).

9. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that only one circuit breaker (S, T 2) and a test circuit ( P) is provided, the input of which is connected to the individual output terminals (A) of the switching transistors (Tl) via decoupling directional conductors (R 1).

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1 065 640;
"Telefunken tube", 1956, issue 34, p.
Fig. 3, 42.

1 sheet of drawings