DE1265213B

DE1265213B - Electronic fuse to protect the output stage transistors of a push-pull B amplifier

Info

Publication number: DE1265213B
Application number: DE1966W0042255
Authority: DE
Inventors: Hermann Goebel; Bernd Zabel
Original assignee: GOLTERMANN; WANDEL FA
Current assignee: GOLTERMANN; WANDEL FA
Priority date: 1966-08-19
Filing date: 1966-08-19
Publication date: 1968-04-04

Description

Elektronische Sicherung zum Schutz von Endstufentransistoren eines Gegentakt-B-Verstärkers Die Erfindung betrifft eine elektronische Sicherung zum Schutz von Endstufentransistoren eines Gegentakt-B-Verstärkers, bei der ein eine Schutzmaßnahme bewirkendes Schaltmittel anspricht, wenn eine Schaltspannung, die dem Effektivwert eines in der Endstufe fließenden Stromes etwa proportional ist, einen Schwellwert überschreitet.Electronic fuse to protect output stage transistors of a Push-pull B amplifier The invention relates to an electronic fuse for Protection of output stage transistors of a push-pull B amplifier, in which a Protective measure effecting switching means responds when a switching voltage that is roughly proportional to the rms value of a current flowing in the output stage, exceeds a threshold value.

Endstufentransistoren von Gegentakt-B-Verstärkern müssen bei Betrieb mit einem variablen Lastwiderstand geschützt werden, weil dabei leicht die zulässige Verlustleistung und/oder der zulässige Strom überschritten werden kann, was die sofortige Zerstörung der Transistoren zur Folge hätte. Ein variabler Lastwiderstand tritt z. B. beim Betrieb von Druckkammerlautsprechern, deren Impedanz aussteuerungsabhängig ist, und bei sogenannten rauhem Betrieb auf, bei dem mit dem Kurzschluß von Lautsprecherleitungen gerechnet werden muß.The output stage transistors of push-pull B amplifiers must be in operation can be protected with a variable load resistor, because this is easily the permissible Power loss and / or the permissible current can be exceeded, which the immediate destruction of the transistors would result. A variable load resistor occurs z. B. when operating pressure chamber loudspeakers, the impedance of which is modulation-dependent is, and with so-called rough operation, with the short-circuit of loudspeaker lines must be expected.

In bekannten elektronischen Sicherungen wird als Kriterium für das Abschalten des Verstärkers bei Überlast der Anstieg des Ausgangswechselstroms des Verstärkers über einen vorgegebenen Schwellwert herangezogen. Bei anderen bekannten Sicherungen dient der vom Verstärker aufgenommene Gleichstrom als Abschaltkriterium. Beide bekannte Sicherungen haben den Nachteil, daß die mit ihnen geschützten Verstärker nicht ihre maximal erzeugbare Ausgangsleistung abgeben und gleichzeitig gegen Zerstörung durch Unteranpassung bzw. Leitungskurzschluß geschützt sein können. Wird bei ihnen als Abschaltstrom ein bei Kurzschluß maximal zulässiger Strom gewählt, so tritt bei normaler Anpassung die Abschaltung bereits bei einer weit unter der maximal erzeugbaren Ausgangsleistung liegenden Ausgangsleistung ein. Wird andererseits der Abschaltstrom höher gewählt, so tritt bei Kurzschluß bzw. starker Unteranpassung und Vollaussteuerung eine Zerstörung der Transistoren der Endstufe ein.In known electronic fuses, the criterion for the Switching off the amplifier in the event of an overload, the increase in the output alternating current of the Amplifier is used above a predetermined threshold value. With other well-known Fuses, the direct current consumed by the amplifier is used as a switch-off criterion. Both known fuses have the disadvantage that the amplifier protected by them do not give up their maximum output power that can be generated and at the same time protect against destruction can be protected by under-matching or line short-circuits. Will be with them selected a maximum permissible current in the event of a short circuit as the cut-off current, then occurs with normal adjustment the shutdown is already at one way below the maximum output power that can be generated. On the other hand, the If the cut-off current is selected to be higher, it occurs in the event of a short circuit or severe under-adaptation and full modulation destroy the transistors of the output stage.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1137 484 und der britischen Patentschrift 647 488 bekannte Anordnungen suchen das von der Aussteuerung abhängige Abschaltkriterium dadurch an die jeweilige Belastung der Endstufentransistoren anzupassen, daß eine von einem Effektivwert einer Ausgangswechselspannung der Endstufe abhängige Schaltspannung als zweite Komponente des Schaltkriteriums entweder der stromabhängigen Schaltspannung entgegenwirkt oder den Schwellwert erhöht. Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß sie bei optimaler Auslegung für normale Abschlußwiderstände eine wesentliche Verringerung der abgebbaren Leistung bei kurzschlußnahen Abschlußbedingungen bewirken. Die Erfindung ermöglicht eine bessere Ausnutzung der zulässigen Verlustleistung der Endstufentransistoren bei jedem möglichen Abschlußwiderstand dadurch, daß die zweite Schaltspannungs-Komponente erst nach überschreiten eines zweiten Schwellwertes zur Wirkung gelangt. Dabei kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die erst nach überschreiten eines zweiten Schwellwertes zur Wirkung gelangende zweite Schaltspannungs-Komponente den ersten Schwellwert erhöht, anstatt die Schaltspannung zu verringern. In beiden Fällen ist es vorteilhaft, daß die zweite Schaltspannungs-Komponente überproportional mit der Ausgangswechselspannung zunimmt.From the German Auslegeschrift 1137 484 and the British patent specification 647 488 known arrangements are looking for the switch-off criterion that is dependent on the modulation thereby to adapt to the respective load of the output stage transistors that a Switching voltage dependent on an effective value of an output AC voltage of the output stage the second component of the switching criterion is either the current-dependent switching voltage counteracts or increases the threshold value. These known arrangements have the Disadvantage that they are an essential one with an optimal design for normal terminating resistors Cause a reduction in the output power in the case of short-circuit termination conditions. The invention enables better utilization of the permissible power loss of the output stage transistors at every possible terminating resistor in that the second switching voltage component only after a second threshold value has been exceeded comes into effect. The arrangement can also be made so that the first after a second threshold value is exceeded, the second switching voltage component takes effect increases the first threshold value instead of reducing the switching voltage. In both In cases it is advantageous that the second switching voltage component is disproportionately high increases with the output AC voltage.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem vorwiegend als Blockschaltbild dargestellten ersten Ausführungsbeispiel und F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem vorwiegend als Schaltbild dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Beim ersten Ausführungsbeispiel speist eine einseitig mit Masse verbundene Sekundärwicklung 1 eines Ausgangsübertragers einer zu schützenden Transistorendstufe 2 über einen kleinen Widerstand 3, an dem eine dem Ausgangswechselstrom proportionale Spannung abfällt, einen an Ausgangsklemmen 4, 5 anschließbaren Lastwiderstand 6, dessen Widerstandswert sich aussteuerungsabhängig oder auf eine andere Art und Weise ändern kann. Parallel zum Widerstand 3 liegt eine Primärwicklung eines Übertragers 7. Eine Sekundärwicklung des übertragers 7, die eine dem Ausgangswechselstrom proportionale Spannung führt, ist mit dem Eingang eines Gleichrichters 8 ver- Bunden. Ein Eingang eines weiteren Gleichrichters 9 ist über einen Koppelkondensator 10 mit den die Ausgangswechselspannung führenden Klemmen 4, 5 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Gleichrichter 8 und 9 sind gegensinnig hintereinander geschaltet und mit einem Eingang eines Schaltverstärkers 11 verbunden, der eine von einer Gleichspannungsquelle 12 bestimmte Schaltschwelle hat und der bei seinem Ansprechen ein Relais 11' betätigt. Ein Ruhekontakt 13 des Relais 11 liegt in einer Stromzuführungsleitung 14 der zu schützenden Transistorendstufe 2, die er beim Ansprechen des Schaltverstärkers 10 auftrennt.The invention is shown schematically in the drawing using two exemplary embodiments. Here, FIG. 1 shows an excerpt from a first exemplary embodiment, shown primarily as a block diagram, and FIG. 2 shows a section from a second exemplary embodiment, shown primarily as a circuit diagram. In the first embodiment, a secondary winding 1, connected to ground on one side, of an output transformer of a transistor output stage 2 to be protected, feeds a load resistor 6 that can be connected to output terminals 4, 5 via a small resistor 3, across which a voltage proportional to the output alternating current is dropped other way can change. A primary winding of a transformer 7 is parallel to the resistor 3. A secondary winding of the transformer 7, which carries a voltage proportional to the output alternating current, is connected to the input of a rectifier 8. An input of a further rectifier 9 is connected via a coupling capacitor 10 to the terminals 4, 5 carrying the output AC voltage. The output terminals of the rectifiers 8 and 9 are connected in series in opposite directions and connected to an input of a switching amplifier 11 which has a switching threshold determined by a DC voltage source 12 and which actuates a relay 11 'when it is triggered. A break contact 13 of the relay 11 is located in a power supply line 14 of the transistor output stage 2 to be protected, which it disconnects when the switching amplifier 10 responds.

Die vom Gleichrichter 8 abgebbare Ausgangsspannung ist so justiert, daß sie bei Kurzschluß der Klemmen 4,5 (Widerstand 6 gleich Null) den Schaltverstärker 11 dann ansprechen läßt, wenn der in der Sekundärwicklung 1 fließende Ausgangswechselstrom der Transistorendstufe 2 einen solchen Wert erreicht, daß die in den Endstufentransistoren auftretende Verlustleistung ihren zulässigen Wert überschreitet. Die vom Gleichrichter 9 abgegebene Ausgangsspannung, die der vom Gleichrichter 8 abgegebenen Ausgangsspannung am Schaltverstärker 11 entgegenwirkt, ist so justiert, daß sich bei jedem möglichen Wert des Lastwiderstandes 6 eine Maximalaussteuerung der Transistorendstufe 2 erzielen läßt, die nur wenig geringer ist als eine Aussteuerung, bei der die zulässige Verlustleistung der Endstufentransistoren überschritten wird.The output voltage that can be output by the rectifier 8 is adjusted so that that if the terminals 4, 5 are short-circuited (resistance 6 equals zero), the switching amplifier 11 can respond when the output alternating current flowing in the secondary winding 1 the transistor output stage 2 reaches such a value that the transistors in the output stage occurring power loss exceeds its permissible value. The one from the rectifier 9 output voltage output, that of the output voltage output by the rectifier 8 at the switching amplifier 11 counteracts, is adjusted so that each possible Value of the load resistor 6 achieve a maximum modulation of the transistor output stage 2 leaves, which is only slightly less than a modulation, in which the permissible power loss the output stage transistors is exceeded.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel speist eine einerseits mit Masse verbundene Sekundärwicklung 21 des Ausgangsübertragers einer zu schützenden Transistorendstufe 22 über einen kleinen Widerstand 23, an dem eine einem Ausgangswechselstrom proportionale Spannung abfällt, einen an Ausgangsklemmen 24, 25 anschließbaren Lastwiderstand 26, dessen Widerstandswert sich aussteuerungsabhängig oder auf eine andere Art und Weise ändern kann. Parallel zum Widerstand 23 liegt eine Primärwicklung eines übertragers 27. Eine Sekundärwicklung des Übertragers 27, die eine dem jeweiligen Ausgangswechselstrom proportionale Spannung führt, ist über einen Gleichrichter 28 mit einem Kondensator 29 verbunden, an dem ein Spannungsteiler 30, 31 liegt, dessen Abgriff zu einem ersten Eingang 32 eines Differenzverstärkers 33, 34 führt. Ein zweiter Eingang 35 des Differenzverstärkers ist einerseits mit einem Abgriff eines eine Grundvorspannung bestimmenden Spannungsteilers 36, 37 und andererseits über einen Widerstand 38 mit dem Ausgang eines einseitig an Masse liegenden und einen Kondensator 39 ladenden Graetz-Gleichrichters 40 verbunden, der von einer Sekundärwicklung eines Übertragers 41 gespeist wird, welche über einen Trennkondensator 42 an den Klemmen 24, 25 des Belastungswiderstandes 26 liegt.In the second embodiment, a secondary winding 21 of the output transformer of a transistor output stage 22 to be protected, which is connected to ground on one side, feeds a load resistor 26 that can be connected to output terminals 24, 25 via a small resistor 23, across which a voltage proportional to an output alternating current is dropped other way can change. A primary winding of a transformer 27 is parallel to the resistor 23. A secondary winding of the transformer 27, which carries a voltage proportional to the respective output alternating current, is connected via a rectifier 28 to a capacitor 29 to which a voltage divider 30, 31 is connected first input 32 of a differential amplifier 33, 34 leads. A second input 35 of the differential amplifier is connected on the one hand to a tap of a voltage divider 36, 37 which determines a basic bias voltage and on the other hand via a resistor 38 to the output of a Graetz rectifier 40 which is connected to ground on one side and charges a capacitor 39 and which is supplied by a secondary winding of a transformer 41 is fed, which is connected to the terminals 24, 25 of the load resistor 26 via an isolating capacitor 42.

Ein Ausgang 43 des Differenzverstärkers 33, 34 ist mit einem Eingang eines Schaltverstärkers 44 verbunden, der eine von einer Vergleichsspannungsquelle 45 bestimmte Schaltschwelle hat und der bei seinem Ansprechen ein Relais 46 betätigt, dessen Ruhekontakt 47 in einer Aussteuerungsleitung 48 der zu schützenden Transistorendstufe 22 liegt und diese auftrennt.An output 43 of the differential amplifier 33, 34 has an input of a switching amplifier 44, which is one of a comparison voltage source 45 has a certain switching threshold and actuates a relay 46 when it is triggered, its normally closed contact 47 in a modulation line 48 of the transistor output stage to be protected 22 lies and separates it.

Ein Schalttransistor 49, dessen Emitter an einer festen Vorspannung liegt, die durch eine über einen Vorwiderstand 50 gespeiste Zenerdiode 51 bestimmt ist, ist basisseitig mit einem Abgriff eines Spannungsteilers 52, 53 verbunden, der über einen Gleichrichter 54 an der Sekundärwicklung des übertragers 27 liegt. Der Kollektor des Schalttransistors 49 ist mit dem Ausgang 43 des Differenzverstärkers 33, 34 verbunden und arbeitet auf einem Kollektorwiderstand 55.A switching transistor 49, the emitter of which is at a fixed bias voltage which is determined by a Zener diode 51 fed via a series resistor 50 is, on the base side, is connected to a tap of a voltage divider 52, 53, which is connected to the secondary winding of transformer 27 via a rectifier 54. The collector of the switching transistor 49 is connected to the output 43 of the differential amplifier 33, 34 and works on a collector resistor 55.

Die vom Gleichrichter 28 abgebbare Ausgangsspannung ist so justiert, daß sie bei Kurzschluß der Klemmen 24, 25 (Widerstand 26 gleich Null) den Differenzverstärker 33, 34, an dessen zweitem Eingang 35 nur eine vom Spannungsteiler 36, 37 abhängige Grundvorspannung anliegt, so aussteuert, daß er den Schaltverstärker 44 betätigt, wenn der in der Sekundärwicklung 21 fließende Ausgangswechselstrom der Transistorendstufe 22 einen solchen Wert erreicht, daß die in den Endstufentransistoren auftretende Verlustleistung ihren zulässigen Wert überschreitet.The output voltage that can be output by the rectifier 28 is adjusted so that that if the terminals 24, 25 are short-circuited (resistance 26 equals zero), they use the differential amplifier 33, 34, at the second input 35 of which only one dependent on the voltage divider 36, 37 Basic bias voltage is applied, controls so that it actuates the switching amplifier 44, when the output alternating current of the transistor output stage flowing in the secondary winding 21 22 reaches such a value that the Power dissipation exceeds its permissible value.

Der Graetz-Gleichrichter 39 liefert beim Arbeiten auf einen endlichen Lastwiderstand 26 eine Ausgangsspannung, die die am zweiten Eingang 35 des Differenzverstärkers anliegende Spannung so weit anhebt, daß dieser den Schaltverstärker 44 bei einem Ausgangswechselstrom betätigt, bei dem die in den Endstufentransistoren entstehende Verlustleistung gerade ihren zulässigen Wert erreicht. Dieser »Abschaltstrom« steigt mit steigendem Wert des Lastwiderstands 26. Der Graetz-Gleichrichter 39 und die mit ihm verbundenen Schaltelemente sind so dimensioniert, daß die von ihm gelieferte Zusatzspannung, die die vom Spannungsteiler 36, 37 gelieferte Grundvorspannung am zweiten Eingang 35 des Differenzverstärkers 33, 34 beeinflußt, verzögert einsetzt und dann mehr als proportional zunimmt, um eine die zulässige Verlustleistung der Endstufentransistoren möglichst gut ausnutzende Abschaltcharakteristik zu erreichen.When working on a finite load resistor 26, the Graetz rectifier 39 supplies an output voltage which raises the voltage applied to the second input 35 of the differential amplifier to such an extent that the latter actuates the switching amplifier 44 at an output alternating current at which the power dissipation occurring in the output stage transistors is just its permissible value reached. This "cut-off current" increases as the value of the load resistor 26 increases. The Graetz rectifier 39 and the switching elements connected to it are dimensioned so that the additional voltage supplied by it, the basic bias voltage supplied by the voltage divider 36, 37 at the second input 35 of the differential amplifier 33 , 34 influences, sets in with a delay and then increases more than proportionally in order to achieve a cut-off characteristic that makes the most of the permissible power loss of the output stage transistors.

Unabhängig von der beim Erreichen einer zulässigen Transistorverlustleistung erfolgenden Abschaltung bewirkt der Schalttransistor 49 eine Abschaltung, wenn der Transistorstrom einen zulässigen Höchststrom überschreitet, wobei am Spannungsteiler 52, 53 eine Spannung entsteht, die den durch die Zenerdiode 51 vorgespannten Schalttransistor leitend macht.Regardless of the transistor power loss when a permissible transistor power is reached the switching off causes the switching transistor 49 to switch off when the Transistor current exceeds a permissible maximum current, with the voltage divider 52, 53 a voltage arises which the switching transistor biased by the Zener diode 51 makes conductive.

Claims

Claims: 1. Electronic fuse to protect output stage transistors a push-pull B amplifier with extreme short-circuit termination conditions, in which a switching device causing a protective measure responds when a switching voltage, whose first component is an effective value of a current flowing in the output stage and the second, subtractive component thereof is an effective value of an AC output voltage the output stage is approximately proportional, with increasing modulation a threshold value exceeds, characterized in that the second switching voltage component only takes effect after a second threshold value has been exceeded.

2. Backup according to claim 1, modified so that the only after exceeding a second The second switching voltage component that has an effect on the threshold value is the first The threshold value is increased instead of the switching voltage being reduced.

3. Security according to claim 1 or 2, characterized in that the second switching voltage component increases disproportionately with the output AC voltage.

4. Security according to claim 1 or the following claims, characterized in that the switching means (44) are independent actuated by the two current and voltage-dependent switching voltage components is when an instantaneous value of a current flowing in the output stage (22) a (third) threshold exceeded. Publications considered: German Auslegeschriften Nos. 1110 231, 1168 492, 1197 931, 1137 484; U.S. Patent No. 3102 241; British Patent No. 647,488.