DE1298190B - Schaltungsanordnung zum Schutz von Transistoren gegen UEberlastung - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Schutz von Transistoren gegen UEberlastung

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DE1298190B
DE1298190B DE1965R0040750 DER0040750A DE1298190B DE 1298190 B DE1298190 B DE 1298190B DE 1965R0040750 DE1965R0040750 DE 1965R0040750 DE R0040750 A DER0040750 A DE R0040750A DE 1298190 B DE1298190 B DE 1298190B
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DE
Germany
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transistor
negative
bias voltage
positive
voltage
Prior art date
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Application number
DE1965R0040750
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Christoph
Franke Horst
Chalupny Peter
Utesch
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.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/577Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices for plural loads
    • G05F1/585Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices for plural loads providing voltages of opposite polarities

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Transistoren gegen überlastung, deren Arbeitspunkt durch gesonderte, jeweils über ein Vergleichsspannungsglied gesteuerte stabilisierte positive und negative Vorspannungsquellen eingestellt ist, mit einem als Schaltelement wirkenden Transistor.
  • Fällt bei einer derart aufgebauten Transistorschaltung, wie sie beispielsweise bei Kippschaltungen mit pnp-Transistoren üblich ist, beispielsweise am Basisspannungsteiler die positive Vorspannung ab oder infolge eines Kurzschlusses ganz aus, so steigt die negative Vorspannung an der Basis des Transistors und damit auch dessen Kollektorstrom an. Es kann auf diese Weise die zulässige Verlustleistung des Transistors überschritten werden und so der Transistor überlastet oder sogar zerstört werden.
  • Man hat daher bereits schon versucht, bei einer derartigen Schaltung mit einem pnp-Transistor über eine Relaisanordnung beim Absinken oder Ausfall der positiven Vorspannung auch die negative Vorspannung abzuschalten. Diese bekannten Schaltungen unter Verwendung von Relais sind jedoch relativ träge und entsprechen auch nicht den in modernen elektronischen Schaltungen angestrebten Forderungen nach möglichst vollständiger elektronischer Lösung aller Funktionen.
  • Es sind an sich schon einfache überstrom-Sicherungsschaltungen für beliebige Verbraucher bekannt, bei denen in Reihe mit dem Verbraucher ein Schutztransistor geschaltet ist, der wie ein mechanischer Relaisschalter geöffnet wird, wenn der Strom in Verbrauchern einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Würde man dieses bekannte Schutzprinzip auf eine Transistorschaltung der eingangs erwähnten Art übertragen, so müßte der als Schalter wirkende Schutztransistor in die Leitung zwischen dem zu schützenden Transistor und das eine Netzgerät gelegt und in Abhängigkeit von der Spannung des zweiten Netzgerätes gesteuert werden. Hierdurch würde aber ein unnötiger Spannungsabfall am Schutztransistor auftreten, der bei stabilisierten Spannungsquellen von erheblichem Nachteil sein kann, denn die am Verbraucher anliegende Spannung würde ja um diesen Spannungsabfall jeweils niedriger sein. -Ein solcher in Reihe zum Verbraucher liegender Schutztransistor müßte außerdem den gesamten Strom des Verbrauchers aufnehmen, der beispielsweise bei mehreren parallelgeschalteten Transistoren ebenfalls relativ hohe Werte annehmen kann. Das eine Netzgerät müßte auch durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen so dimensioniert werden, daß beim Öffnen des in Reihe liegenden Überstromschutztransistors die dann an diesem Netzgerät auftretende Leerlaufspannung nicht unzulässig hohe Werte annimmt.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß die Basis des Schutztransistors über Vorwiderstände an den negativen bzw. positiven Pol der Vorspannungsquellen und die Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Vergleichsspannungsglied der negativen oder positiven Vorspannungsquelle geschaltet ist, derart, daß beim Leitendwerden des Schutztransistors infolge eines Absinkens oder Ausfalls der positiven oder negativen Vorspannung das Vergleichsspannungsglied der negativen oder positiven Vorspannungsquelle überbrückt und damit die entsprechende Vorspannung auf einen vernachlässigbaren Restspannungswert verringert wird.
  • Eine erfindungsgemäße Schutzschaltung vermeidet die obenerwähnten Nachteile und gewährleistet mit einem sehr einfachen und billigen Aufbau unter Vermeidung teurer Leistungstransistoren die elektronische und damit praktisch trägheitslose sichere Abschaltung der nach Abfall der einen Vorspannung jeweils noch verbleibenden anderen Vorspannung.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Bei der in der Figur gezeigten erfindungsgemäßen Schutzschaltung sind zwei stabilisierte Netzgeräte vorgesehen, deren Stabilisierungsteile 1 und 2 schematisch angedeutet sind. Jedes Stabilisierungsteil besitzt in an sich bekannter Weise ein Vergleichsspannungsglied 3 bzw. 4, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Zenerdioden. Die Spannung an diesen Vergleichsspannungsgliedern bestimmt die an den Ausgängen 5 und 6 der Netzteile 1 und 2 jeweils abgegebenen negativen bzw. positiven Ausgangsspannung - U und -I- U. Mit Hilfe dieser stabilisierten negativen und positiven Vorspannungen - U und -f- U wird der Arbeitspunkt eines nachgeschalteten pnp-Transistors T über einen Basisspannungsteiler mit den Widerständen R1 und R2 in bekannter Weise eingestellt.
  • Bei derartigen Transistorschaltungen hat sich nun herausgestellt, daß beispielsweise beim Absinken der positiven Vorspannung -I- U am Transistor T eine Arbeitspunktverschiebung auftritt, die ein Ansteigen des Kollektorstromes im Arbeitswiderstand R3 zur Folge hat. Dieses Ansteigen des Kollektorstromes kann im ungünstigsten Fall beim Überschreiten der maximal zulässigen Verlustleistung des Transistors T zu dessen Zerstörung führen. Diese Gefahr besteht vor allem dann, wenn in der Zuleitung für die positive Vorspannung ein Kurzschluß auftritt und auf diese Weise beispielsweise die Sicherung Sie des Netzteils 2 ausgelöst wird und damit die positive Vorspannung -I- U vollständig abgeschaltet wird.
  • Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß ein Schutztransistor TS, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein pnp-Transistor, vorgesehen. Die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Schutztransistors TS liegt parallel zu dem Vergleichsspannungsglied 3 der Vorspannungsquelle 1. Der Arbeitspunkt des Transistors Ts wird über einen Spannungsteiler mit den Widerständen R4 und R, eingestellt. Der Widerstand R4 ist dabei an die negative Vorspannung der Vorspannungsquelle 1 angeschaltet, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an den Eingang 7 des Stabilisierungsteils dieser negativen Vorspannungsquelle 1. Der Widerstand R5 ist mit dem Ausgang 6 der positiven Vorspannungsquelle 2 verbunden. Für den Grenzfall des völligen Zusammenbrechens der positiven Vorspannung -f- U erhält die Basis des Schutztransistors TS über den Widerstand R4 eine stark negative Vorspannung. Der Schutztransistor Ts wird leitend und überbrückt mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke das Vergleichsspannungsglied 3 der negativen Vorspannungsquelle 1. Die Vergleichsspannung an dem Vergleichsspannungsglied 3 wird daher gleich dem Erdpotential zuzüglich Kollektor-Emitter-Restspannung von TS, und die Ausgangsspannung - U wird auf einen dieser verbleibenden Vergleichsspannung entsprechenden Wert reduziert. Praktisch wird der Arbeitspunkt des Transistors TS über die Widerstände R4 und R5 so eingestellt, daß das Vergleichsspannungsglied 3 überbrückt wird bevor der Transistor T seine maximal zulässige Verlustleistung erreicht. Bei durchgesteuertem Transistor TS beträgt der über die Widerstände R6 und R7 des Stabilisierungsteils der negativen Vorspannungsquelle 1 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TS fließende Querstrom Jo wobei U1 die am Eingang 7 anliegende Eingangsspannung, RD der Durchlaßwiderstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TS ist und die beiden Widerstände RB und R7 etwa 200 52 betragen, d. h. RD gegenüber R6 -f- R7 vernachlässigbar klein ist. J, muß demnach kleiner oder darf höchstens gleich dem maximalen Grenzwert des zulässigen Kollektorstromes des Transistors TS sein.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltung tritt beim Leitendwerden des Schutztransistors praktisch ein Abschalten der entsprechenden Vorspannung ein, da die verbleibende Restspannung einen praktisch vernachlässigbaren Wert in der Größenordnung von Millivolt annimmt, der bestimmt wird durch die Art des verwendeten Transistors.
  • In ähnlicher Weise kann mit einer derartigen erfindungsgemäßen Transistorschutzschaltung auch ein npn-Transistor geschützt werden. Es muß dann lediglich die Schaltung so getroffen sein, daß beim Ausfall der negativen Vorspannung die positive Vorspannung abgeschaltet wird. Für den Schutztransistor TS ist in diesem Fall dann ebenfalls ein npn-Transistor erforderlich, dessen Basis im Fall eines Absinkens der negativen Vorspannung unter einen definierten Grenzwert mit Hilfe einer positiven Vorspannung angesteuert wird.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Schaltungsanordnung zum Schutz von Transistoren gegen überlastung, deren Arbeitspunkt durch gesonderte jeweils über ein Vergleichsspannungsglied gesteuerte stabilisierte positive und negative Vorspannungsquellen eingestellt ist, mit einem als Schaltelement wirkenden Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Schutztransistors (TS) über Vorwiderstände (R4, R5) an den negativen bzw. positiven Pol (5 bzw. 6) der Vorspannungsquellen (1, 2) und die Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Vergleichsspannungsglied (3 bzw. 4) der negativen oder positiven Vorspannungsquelle (1 oder 2) geschaltet ist, derart, daß beim Leitendwerden des Schutztransistors (TS) infolge eines Absinkens oder Ausfalls der positiven oder negativen Vorspannung das Vergleichsspannungsglied (3 bzw. 4) der negativen oder positiven Vorspannungsquelle (1 oder 2) überbrückt und damit die entsprechende Vorspannung auf einen vernachlässigbaren Restspannungswert verringert wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1050877B (de) * 1959-02-19 Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft, Berlin Und Erlangen Einrichtung zum Unterbrechen des Stromflusses in elektrischen Stromkreisen bei Auftreten von Überströmen
DE1109258B (de) * 1960-01-21 1961-06-22 Telefunken Patent Anordnung zur selbsttaetigen Abschaltung der Betriebsspannung eines elektrischen Geraetes, insbesondere der Nachrichten- und Messtechnik, bei schaedlichen UEberlastungen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1109258B (de) * 1960-01-21 1961-06-22 Telefunken Patent Anordnung zur selbsttaetigen Abschaltung der Betriebsspannung eines elektrischen Geraetes, insbesondere der Nachrichten- und Messtechnik, bei schaedlichen UEberlastungen

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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977