Schutzschaltung für stromrichtungsumkehrfähige Brückenschaltungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für stromrichtungsumkehrfähige
elektronische Brükkenschaltungen.Protective circuit for bridge circuits capable of reversing the current direction
The invention relates to a protection circuit for reversible current
electronic bridge circuits.
Es sind bereits Brückenschaltungen dieser Art bekannt, an deren einer
Brückendiagonalen eine speisende Gleichspannungsquelle und an deren anderen Brückendiagonalen
der Verbraucher liegt, wobei in den Brückenzweigen Transistoren angeordnet sind.
Jedem dieser Schalttransistoren ist dabei ein gesonderter Hilfsschalttransistor
zugeordnet. Diese Hilfsschalttransistoren sind mit Emitter und Kollektor zwischen
die Basis des zugehörigen Schalttransistors und einem Pol der Spannungsquelle geschaltet,
und der Schalttransistor ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand an diesem
Pol der Spannungsquelle geführt. Dadurch wird erreicht, daß der Strom jeweils nur
über Schalttransistoren in gegenüberliegenden Brückenzweigen fließt und so die Stromrichtung
durch den Verbraucher - beispielsweise einen Elektromotor, dessen Drehrichtung umgesteuert
werden soll - umgepolt werden kann.There are already known bridge circuits of this type, one of which
Bridge diagonals have a feeding DC voltage source and the other bridge diagonals
the consumer lies, with transistors being arranged in the bridge branches.
Each of these switching transistors is a separate auxiliary switching transistor
assigned. These auxiliary switching transistors are with emitter and collector between
the base of the associated switching transistor and one pole of the voltage source are connected,
and the switching transistor is connected to its collector via a resistor
Pole of the voltage source out. This ensures that the current only
flows via switching transistors in opposite bridge branches and so the direction of the current
by the consumer - for example an electric motor, whose direction of rotation is reversed
should be - can be reversed.
Bei derartigen stromrichtungsumkehrfähigen elektronischen Brückenschaltungen
besteht die Gefahr, daß durch ungünstiges Zusammentreffen beider Steuerbefehle für
die beiden Stromrichtungen sämtliche Schalttransistoren der Brücke gleichzeitig
leitend werden und dadurch ein kräftiger Kurzschluß auftritt, der die Transistoren
zerstört. Man hat zu diesem Zwecke bereits bei einer Brückenschaltung der bezeichneten
Art dafür gesorgt, daß während der Umschaltzeit das Einschalten gegenüberliegender
Schalttransistoren zeitlich verzögert gegenüber dem Ausschalten der anderen Schalttransistoren
erfolgt, und zwar derart, daß man die von außen der Brücke zugeführten elektrischen
Steuerimpulse für die Hilfsschalttransistoren durch vorgeschaltete Impulsverzögerungseinrichtungen
zeitlich verzögert und mit diesen künstlich verzögerten Steuerimpulsen die jeweiligen
Brückenzweige ansteuert. Diese Schutzmaßnahme ist jedoch nur bei speziellen, von
außen über Steuerimpulse angesteuerte Anordnungen anwendbar und brauchbar und bietet
keinen sicheren Schutz gegen Kurzschlüsse, da hier nur durch entsprechend programmierte
Ansteuerung das gleichzeitige Ansprechen beider Brückenzweige vermieden werden soll
und eine interne Schutzschaltung im eigentlichen Sinne, die unabhängig von der Art
der Ansteuerung wirksam ist, nicht vorgesehen ist.In electronic bridge circuits of this type capable of reversing the current direction
there is a risk that an unfavorable coincidence of both control commands for
the two current directions all switching transistors of the bridge at the same time
become conductive and thereby a strong short circuit occurs, which the transistors
destroyed. For this purpose, the designated
Kind of made sure that the switching on is opposite during the switching time
Switching transistors with a time delay compared to the switching off of the other switching transistors
takes place in such a way that the electrical supplied from the outside of the bridge
Control pulses for the auxiliary switching transistors by upstream pulse delay devices
time-delayed and with these artificially delayed control pulses the respective
Controls bridge branches. However, this protective measure is only available for special, of
externally controlled by control pulses arrangements applicable and usable and offers
no reliable protection against short circuits, since only programmed accordingly
Control the simultaneous addressing of both bridge branches should be avoided
and an internal protection circuit in the strict sense of the word, which is independent of the type
the control is effective, is not intended.
Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung, ausgehend
von einer stromrichtungsumkehrfähigen elektronischen Brückenschaltung der bezeichneten
Art, vor, daß jeweils in der Brücke gegenüberliegende Schalttransistoren zu einem
gemeinsamen Steuereingang zusammengefaßt sind und an jedem dieser Steuereingänge
ein Schutzschalter, insbesondere ein Schutztransistor, angeordnet ist, welcher derart
mit dem anderen Steuereingang verknüpft und durch diesen steuerbar ist, daß bei
Betätigung der Schalttransistoren des einen Brückenzweiges über den einen Steuereingang
der Steuereingang des anderen Brückenzweiges automatisch gesperrt wird. In die Verbindungsleitungen
zwischen den Schutztransistoren und den entsprechenden Ausgängen der Hilfsschalttransitoren
können dabei elektronische Differenzierglieder geschaltet sein, wodurch bei gleichzeitigem
Ansprechen der beiden Steuereingänge eine Vorzugsstromrichtung bestimmt ist. Die
erfindungsgemäße Schutzschaltung ermöglicht unabhängig von der zeitlichen Aufeinanderfolge
der einzelnen Steuerbefehle für die einzelnen Brückenzweige eine stets sicher ansprechende
Blockierung des anderen Brükkenzweiges, da sofort nach dem Ansteuern eines der Steuereingänge
und damit dem Wirksamwerden eines der Brückenzweige der andere Steuereingang gesperrt
und somit ein Wirksamwerden des anderen Brückenzweiges automatisch verhindert wird.
Es liegt also eine interne Schutzschaltung vor, die unabhängig von den äußeren Steuersignalen
arbeitet und wirksam ist und die Brücke sicher vor Kurzschlüssen bewahrt.In order to avoid these disadvantages, the invention proposes proceeding
from an electronic bridge circuit capable of reversing the current direction of the designated
Kind before that each in the bridge opposite switching transistors to one
common control input are combined and at each of these control inputs
a circuit breaker, in particular a protective transistor, is arranged, which in such a way
linked to the other control input and can be controlled by this that at
Actuation of the switching transistors of one branch of the bridge via the one control input
the control input of the other bridge branch is automatically blocked. In the connecting lines
between the protective transistors and the corresponding outputs of the auxiliary switching transistors
electronic differentiators can be connected, whereby at the same time
When the two control inputs respond, a preferred current direction is determined. the
Protection circuit according to the invention allows regardless of the time sequence
of the individual control commands for the individual bridge branches is always safe and appealing
Blocking of the other branch of the bridge, as it occurs immediately after one of the control inputs has been activated
and the other control input is blocked when one of the bridge branches becomes effective
and thus an effective operation of the other bridge branch is automatically prevented.
There is therefore an internal protection circuit that is independent of the external control signals
works and is effective and the bridge reliably protects against short circuits.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Schaltbildes an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is based on a circuit diagram on a
Embodiment explained in more detail.
Es sei angenommen, daß sich die Welle des Motors 1 jeweils in der
einen oder der anderen Richtung drehen soll. Der Motor wird in beiden Fällen vom
Gleichstromnetz 2, 3 gespeist, und zwar über die Brückenschaltung aus den Transitoren
4 bis 7, in deren eine Brückendiagonale der Motor geschaltet ist. Die Basiselektroden
der Schalttransistoren 4 und 5 sind zu einem Steuereingang 20 zusammengefaßt
und werden über einen Hilfsschalttransistor 8 angesteuert
und die
Basis der anderen Schalttransistoren 6 und 7 des anderen Brückenzweiges zu
einem Steuereingang 21. zusammengefaßt, welcher beispielsweise durch einen
zweiten Hilfsschalttransistor 9 angesteuert wird. Diese Hilfsschalttransistoren
8 und 9 können ihrerseits eingangsseitig direkt angesteuert werden
oder über zusätzliche Steuertransistoren 10 und 11. Ist beispielsweise
durch entsprechende Betätigung des Schalters 12 der eine Steuertransistor
10 gesperrt (Schalter 12 am Pluspol der Leitung 3), so wird der Hilfsschalttransistor
8 leitend und damit über den Steuerpunkt 20 auch die Schalttransistoren
4 und 5
des einen Brückenzweiges leitend, d. h., der Motor 1 ist beispielsweise
auf Linkslauf geschaltet. Würde gleichzeitig mit dem Schalter 12 auch der Schalter
13 betätigt, so würden gleichzeitig auch der Hilfsschalttransistor 9 und
damit über den Steuerpunkt 21 auch die Schalttransistoren 6 und
7 leitend. Damit würde ein kräftiger Kurzschluß auftreten, und die Transistoren
4 bis 7 würden zerstört.It is assumed that the shaft of the motor 1 should rotate in one direction or the other. In both cases, the motor is fed from the direct current network 2, 3, to be precise via the bridge circuit made up of the transistors 4 to 7, in whose one bridge diagonal the motor is connected. The base electrodes of the switching transistors 4 and 5 are combined to form a control input 20 and are controlled via an auxiliary switching transistor 8 and the bases of the other switching transistors 6 and 7 of the other bridge branch are combined to form a control input 21 , which is controlled, for example, by a second auxiliary switching transistor 9. This auxiliary switching transistors 8 and 9 can turn on the input side is driven directly or via additional control transistors 10 and 11. For example, by appropriate actuation of the switch 12 of a control transistor 10 is locked (switch 12 to the positive terminal of the line 3), the auxiliary switching transistor 8 becomes conducting and thus The switching transistors 4 and 5 of one bridge branch are also conductive via the control point 20 , that is to say the motor 1 is switched to counterclockwise rotation, for example. If the switch 13 were also actuated at the same time as the switch 12, the auxiliary switching transistor 9 and thus the switching transistors 6 and 7 via the control point 21 would also be conductive at the same time. This would result in a severe short circuit and the transistors 4 to 7 would be destroyed.
Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß parallel zu jedem Steuereingang
20 bzw. 21 jeweils ein Schutzschalter angeordnet, beispielsweise in Form
eines Relais oder eines entsprechenden Schutztransistors. Jeder dieser Schutzschalter
ist weiterhin derart mit dem gegenüberliegenden Steuereingang verbunden und kann
durch diesen derart angesteuert werden, daß bei Ansteuerung des einen Steuereingangs
zur Betätigung des einen Brückenzweiges der andere Steuereingang automatisch für
eventuell auch hier auftretende Steuersignale gesperrt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird dies dadurch erreicht, daß parallel zum Eingang des Hilfsschalttransistors
8 ein Schutztransistor 14 und entsprechend zum Eingang des Hilfsschalttransistors
9 ein Schutztransistor 15 geschaltet ist und die Basis des Schutztransistors
14 über ein Differenzierglied 16, beispielsweise in Form eines RC-Gliedes,
mit dem Ausgang, d. h. Emitter des gegenüberliegenden Hilfsschalttransistors
9 sowie die Basis des Schutztransistors 15
über ein Differenzierglied
17 mit dem Emitter des Hilfsschalttransistors 8 verbunden ist. Wird also
einer der Hilfsschalttransitoren 8 oder 9 leitend, so wird gleichzeitig
der Schalttransistor 14 oder 15 des anderen Hilfsschalttransistors
leitend und schließt dadurch den Eingang des Hilfsschalttransistors kurz, so daß
dieser zweite, gegebenenfalls kurzzeitig nachher angesteuerte Hilfsschalttransistor
auf keinen Fall ansprechen kann. Die beiden Differenzierglieder 16
und
17 sind durch unterschiedliche Zeitkonstanten T = R - C derart dimensioniert,
daß bei gleichzeitiger Sperrung der Eingangstransistoren eine Vorzugsstromrichtung
festgelegt wird. Die Zeitkonstante T wird dabei vorzugsweise nur durch entsprechende
Dimensionierung des Kondensators C bestimmt. Die Dioden 18 und
19 verhindern, daß ein Teil des Kollektor-Basis-Reststromes der Schalttransistoren
4
und 6 über die Basis-Emitter-Strecke der Schalttransistoren 5 und 7 während
deren Sperrzustand fließen kann. Die Schalter 12 und 13 können auch
durch ein Steuersignal unterschiedlicher Polarität ersetzt werden. An Stelle der
im Ausführungsbeispiel gezeigten pnp-Transistoren können selbstverständlich auch
nach entsprechender Umpolung npn=Transistoren verwendet werden. In äquivalenter
Weise sind selbstverständlich auch Röhrenschaltungen möglich oder eine Schaltung,
bei der an Stelle der Transistoren geschaltete Gleichrichter vorgesehen sind, wie
dies insbesondere bei Schaltungen in der Starkstromtechnik von Bedeutung sein kann.
Für letztere ist lediglich eine entsprechende Umdimensionierung der gezeigten Schaltung
erforderlich.To avoid this, according to the invention, a circuit breaker is arranged parallel to each control input 20 or 21 , for example in the form of a relay or a corresponding protective transistor. Each of these circuit breakers is further connected to the opposite control input and can be controlled by this in such a way that when one control input is activated to operate one branch of the bridge, the other control input is automatically blocked for any control signals that may also occur here. In the embodiment shown, this is achieved in that a protective transistor 14 is connected in parallel to the input of the auxiliary switching transistor 8 and a protective transistor 15 is connected correspondingly to the input of the auxiliary switching transistor 9 and the base of the protective transistor 14 is connected via a differentiating element 16, for example in the form of an RC element, is connected to the output, ie emitter of the opposite auxiliary switching transistor 9 and the base of the protective transistor 15 via a differentiating element 17 to the emitter of the auxiliary switching transistor 8. If one of the auxiliary switching transistors 8 or 9 becomes conductive, the switching transistor 14 or 15 of the other auxiliary switching transistor becomes conductive at the same time and thereby short-circuits the input of the auxiliary switching transistor, so that this second auxiliary switching transistor, which may be activated briefly afterwards, cannot respond under any circumstances. The two differentiating elements 16 and 17 are dimensioned by different time constants T = R - C in such a way that a preferred current direction is established with simultaneous blocking of the input transistors. The time constant T is preferably only determined by dimensioning the capacitor C accordingly. The diodes 18 and 19 prevent part of the collector-base residual current of the switching transistors 4 and 6 from flowing through the base-emitter path of the switching transistors 5 and 7 during their blocking state. The switches 12 and 13 can also be replaced by a control signal of different polarity. Instead of the pnp transistors shown in the exemplary embodiment, npn = transistors can of course also be used after a corresponding polarity reversal. In an equivalent manner, tube circuits are of course also possible, or a circuit in which switched rectifiers are provided instead of the transistors, as this can be important in particular in circuits in high-voltage engineering. For the latter, only a corresponding re-dimensioning of the circuit shown is required.