DE1513026B2

DE1513026B2 - CIRCUIT TO PROTECT SENSITIVE SWITCHING ELEMENTS

Info

Publication number: DE1513026B2
Application number: DE19641513026
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl Ing 8014 Neu biberg Popp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-09-11
Filing date: 1964-09-11
Publication date: 1971-07-01
Also published as: DE1513026A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Schutz empfindlicher Schaltelemente gegen durch Starkstrombeeinflussung auf deren Eingangsleitung hervorgerufene Überspannungen;: mittels; rh Überspannungsableiter, die quer zur Übertragungsrichtung der zu schützenden Einrichtung angeordnet sind, welchen Überspannungsableitern weitere Schutzelemente in Form von Dioden nachgeschaltet sind.The invention relates to a circuit for protecting sensitive switching elements against through Heavy current influence on their input line caused overvoltages ;: by means of; rh surge arrester, which are arranged transversely to the direction of transmission of the device to be protected, which surge arresters further Protective elements in the form of diodes are connected downstream.

Empfindliche Halbleiterbauteile, wie z. B. Transistoren und Dioden^können durch Überspannungen, wie sie durchblitze -und;, Star^strombefeinffii|surig" hervorgerufen werden, leicht zerstört wrrerden.' Es sind daher ^: elektronische · Überlästüngssehutzeinrichtungen bekannt,,die so arbeiten, daß bei auftretenden Störspannungen die Gleichstromversorgung des" zu schützenden Halbleiterelementes· ,abgeschaltet oder der Arbeitspunkt dieses_: Elementes so' weit ,verschoben wird, daß eine Gefährdung nicht' mehr erfolgen kann. Derartige Anordnungen sind jedoch sehr aufwendig und ihr Aufbau ist kompliziert. Sensitive semiconductor components such. B. Transistors and diodes ^ can easily be destroyed by overvoltages, such as those caused by flashing and "star" currents. There are ^therefore: electronic · Überlästüngssehutzeinrichtungen known ,, who work so that when occurring interference voltages, the DC power supply of the "protected semiconductor element ·, switched off or the operating point of _this: element 'is shifted far, that a hazard does not' so can be done more. However, such arrangements are very expensive and their structure is complicated.

Es ist außerdem bekannt, parallel zur Übertragungseinrichtung Dioden zu schalten, die auftretende Störspannungen auf einen gewünschten Wert begrenzen. Diese Schaltungen haben jedoch den Nachteil, daß die Kapazität dieser Dioden einen Einfluß auf den Übertragungsweg ausübt, so daß derartige Anordnungen bei Übertragungseinrichtungen, die für hohe Frequenzen arbeiten, nicht eingesetzt, werden können.It is also known to connect diodes in parallel with the transmission device, the occurring Limit interference voltages to a desired value. However, these circuits have the Disadvantage that the capacitance of these diodes has an influence on the transmission path, so that such Arrangements for transmission equipment that work for high frequencies are not used, can be.

Zum Schutz von Transistoren gegen Überspannungen ist es auch bekannt,. Überspannungsableiter in Verbindung mithachgescrialteten Schützelementen zu verwenden. Zusätzlich zu den am Eingang und Ausgang eines Leitungsverstärkers im Querzweig angeordneten Überspannungsableitern ist die Basis-Emitterstrecke des Eingangstransistors durch eine Diode überbrückt und dem Verstärkerausgang eine Zenerdiode oder eine Reihenschaltung von Zenerdioden parallelgeschaltet.It is also known to protect transistors against overvoltages. Surge arrester in Connection with scratched contactor elements use. In addition to those arranged in the shunt branch at the input and output of a line amplifier Surge arrester is the base-emitter path of the input transistor through a Diode bridged and the amplifier output a Zener diode or a series connection of Zener diodes connected in parallel.

Der Erfindungiliegtv'die' SAufgäbe- zugrunde,::den: Überlastungsschutz für empfindliche Halbleiterschaltelemente zu verbessern.The invention is based on the following: To improve overload protection for sensitive semiconductor switching elements.

Die Überlastungsschutzeinrichtung wird gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß wenigstens eine nachgeschaltete Diode vor das zu schützende Schaltelement in Übertragungsrichtung eingeschaltet ist, wobei die Diode über Drosseln, ginen ,Vorstrom. .solcher Größe erhält, daß sife' für aas'Nutzsignal durch-^: lässig und für die jeweilige Halbwelle-eines das empfindliche Bauteil überlastenden Störstromes gesperrtist. .,, „..._ According to the invention, the overload protection device is designed in such a way that at least one downstream diode is switched on in front of the switching element to be protected in the transmission direction, the diode via chokes, ginen, and bias current. It is of such a size that it is 'permeable for aas' useful signal ^: permeable and blocked for the respective half-wave of an interference current that overloads the sensitive component. . ,, "..._

Es ist zwar bereits eine aus zwei entgegengesetzt in Reihe geschaltefen^tr· ÖälbleifereTeinenien ^;] gebildete Schaltvomchtgrigr.fyeka^It is ^tr Although already geschaltefen one of two oppositely in series · ^{ÖälbleifereTeinenien]} Schaltvomchtgrigr.fyeka formed ^

elemente mittels einer Vorgabespannung^jibervgrpBe Widerstände mit einem annähernd icönstähteh'Vorstrom beaufschlagt sind. Die Schaltvorrichtung bildet zusammen mit einem Kondensator ein Zeitglied, das der Erzeugung der Differenzspannung für die Steuerung eines Reglers aus einer Soll- und einer Ist-Spannung dient. Mit dieser Schaltvorrichtung soll die Aufgabe gelöst werden, bei elektrischen Antrieben eine bestimmte Beschleunigung unabhängig von der Belastung einzuhalten. Ein Überspannungsschutz kann und soll mit dieser Schaltung nicht erreicht werden.elements by means of a default voltage ^ jibervgrpBe Resistors with an almost perfect bias current are acted upon. The switching device forms together with a capacitor a timing element that the generation of the differential voltage for the control of a regulator from a setpoint and an actual voltage serves. With this switching device, the object is to be achieved in electrical drives to maintain a certain acceleration regardless of the load. A surge protector cannot and should not be achieved with this circuit.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird eine !'feirifachS iaufgebäufa^ÜberTaät^^söhutzeihrichtung verwirklicht, bei'äeriiiie· Kapazität der Dioden keinen Einfluß mehr auf Sien'Übertragungsweg hat,iso daß robuste Schutzdioden verwendet werden können. Durch die Ausschaltung des Einflusses der Diodenkapazität auf den Übertragungsweg läßt sich diese Anordnung besonders vorteilhaft als Schutzschaltung für Übertragungseinrichtungen, die bei sehr hohenThe circuit according to the invention is a ! 'feirifachS iaufgebäufa ^ ÜberTaät ^^ söheuteihrichtung realized, with'äeriiiie · capacitance of the diodes none Has more influence on the transmission path, iso that robust protection diodes can be used. By eliminating the influence of the diode capacitance This arrangement can be used particularly advantageously as a protective circuit on the transmission path for transmission equipment operating at very high

ίο Frequenzen arbeiten, verwenden. Außerdem wird bei dieser Anprdnung^der Effekt des Zenerwider||andes,ίο frequencies work, use. In addition, this stress ^ the effect of the Zener resistance,

j- ^l;.jd'.;hi3die· Efhöh'ung\der Begrenzungsspannungen bei Belastung, umgangen. Der Aufwand an Drosseln läßt sich dadurch verringern, daß Übertrager-Weichen und -Filterdrosseln, die in Übertragungssystemen stets vorhanden sind, gleichzeitig zur Gleichstrom-Einspeisung mitverwendet werden. ,·;■.;.j- ^l; .jd '.; the · increase \ of the limiting voltages under load, bypassed. The cost of chokes can be reduced by using transformer switches and filter chokes, which are always present in transmission systems, at the same time for direct current feed. , ·; ■.;.

An Hand der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 wird die Erfindung näher erläutert.On the basis of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 the invention is explained in more detail.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung, bei der ein Transistor vor störenden Überlastungsströmen geschützt werden soll. Parallel zur Übertragungsrichtungpist als Grobschutz der " Spannungsableiter Ί geschaltet. Der Spannungsableiter soll möglichst niedrige Ansprechspannungen aufweisen. Im Übertragungsweg selbst liegen zwei gegeneinander geschaltete Dioden 2, 3. Sie werden über tirdsseln mittels Gleichstrom ausgesteuert, so daß sie für das, Nutzsignal durchlässig werden. In Reihe zu den, Dioden liegt .xijas zuF i g. 1 shows an arrangement in which a transistor is protected from disruptive overload currents target. Run parallel to the direction of transmission as coarse protection the "voltage arrester" switched. The voltage arrester should operate with the lowest possible response voltages exhibit. Two diodes 2, 3 connected against one another are located in the transmission path itself. They are controlled via tirdsseln by means of direct current, so that they become transparent to the useful signal. In series with the, diodes is .xijas to

schützende empfindliche Häibleiterbauteil in'Form eines Transistors 9. Die Dioden'2'· und 3 werden über die. Drosseln 4, 5 und 6 mit der Gleichspannungsquelle verbunden.
- ^: Beim Auftreten von Überspannungen spricht zunächst der quer im Übertragungsweg liegende Spannungsableiter an. Die am Spannungsableiter auftretende Restspannung kann nun über die Dioden und das zu schützende,.Halbleiterelement..)einen Strom treiben. Erreicht der Störstrom die Große des Dioden.-Steuerstromes;/^.'.dann: beginnt — -jg) nach Richtung des Stromes — eine der Dioden zu sperren.protective sensitive semiconductor component in the form of a transistor 9. The diodes 2 and 3 are connected via the. Chokes 4, 5 and 6 connected to the DC voltage source.
- ^: When overvoltages occur, the voltage arrester located across the transmission path responds first. The residual voltage occurring at the voltage arrester can now drive a current via the diodes and the semiconductor element to be protected. If the interference current reaches the size of the diode control current; / ^. '. Then: begins - -jg) according to the direction of the current - one of the diodes to block.

■'*, Ist die:-'Sperrspannung dec Diode, hoch genug;; dann wird der Störstrom auf die Höhe des Steuerstromes /,j begrenzt. Der Steuerstrom J_d kann so klein gehalten werden, daß bei .kurzer.Zeitdauer die nachgeschalteten Halbleiterbauteile keinen Schaden erleiden. ■ '*, Is the: -' reverse voltage dec diode, high enough ;; then the interference current is limited to the level of the control current /, j. The control current J _d can be kept so small that, in the event of a short period of time, the downstream semiconductor components are not damaged.

F i g. 2 zeigt eine Anordnung, bei der eine emp-F i g. 2 shows an arrangement in which a recommended

, .findliche Schaltdiode mjt geringer Sperrspannung vorDetectable switching diode with low reverse voltage

Überstrom geschützt' werden soll. Quer zuri>Ubertragungsrichtung liegt der Spannungsableiter 10 und in Übertragungsrichtung die Halbleiterdiode 13. Ihr ist die vor Überstrom zu schützende Siliziumdiode 14 nachgeschaltet. Die Siliziumdiode besitzt eine Sperr-Overcurrent protection '. Cross to the direction of transmission is the voltage arrester 10 and the semiconductor diode 13 in the direction of transmission is the silicon diode 14 to be protected from overcurrent downstream. The silicon diode has a blocking

35^j spänhüng/ 'äie ^mindestens' ""die'' '■ Restspannuhg des vorgeschalteten ? Spannungsablei^ers erreicht. In Durchlaßrichtungijkann-rdie Siliziumdiode Überströme in der Regel aushalten, wenn' der Spannungsableiter kleine Ansprechspannungen besitzt. Es genügt daher in diesem Fall, nur eine einzige Diode 13 als Schutzdiode zu verwenden, die so geschaltet ist, daß Überströme, die in Sperrichtung auftreten, vermieden werden. Die zur Vorspannung notwendige Gleichspannung wird der Diode 13 über den ohmschen Widerstand 18 und die Drossel 12 zugeführt. Am Verbindungspunkt dieser beiden Elemente liegt gegen den negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle der Blockkondensator 17.35 ^j spänhüng / 'äie ^ at least'"" the '''■ residual voltage of the upstream? Stress arrester reached. In the forward direction, the silicon diode can generally withstand overcurrents if the voltage arrester has low response voltages. It is therefore sufficient in this case to use only a single diode 13 as a protective diode, which is connected in such a way that overcurrents that occur in the reverse direction are avoided. The direct voltage necessary for the bias voltage is fed to the diode 13 via the ohmic resistor 18 and the choke 12. At the connection point of these two elements, the blocking capacitor 17 lies against the negative pole of the supply voltage source.

Claims

Patent claims:

1. Circuit to protect sensitive switching elements against overvoltages caused by the influence of heavy currents on their input line by means of surge arresters, which are transverse to the direction of transmission of the Device are arranged, which surge arresters further protective elements in Form of diodes are connected downstream, thereby characterized in that at least one downstream diode (2, 3) in front of the to the protective switching element (9) is switched on in the transmission direction, which is controlled via chokes (4, 5, 6) receives a bias current of such a size that it is permeable for the useful signal and for the respective Half-wave of the sensitive component overloading Störfromes is blocked.

2. Overload protection circuit according to claim 1, characterized in that two Diodes are oppositely connected in series and biased via chokes.

3. Overload protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that the transformer switches or filter chokes present in a transmission system are also used as chokes for direct current feed.

1 sheet of drawings