DE1763890A1 - UEberlastschutzschaltung - Google Patents

Description

• Überlastschutzschaltung In der kontaktlosen Steuer- und Regeltechnik ist es üblich und bekannt, die Leistung verbrauchenden Endglieder (Magnetventile, Schütze und dgl.) der Steuerkette über Leistungstransistoren enthaltende Schaltverstärker anzusteuern. Solche Schaltverstärker haben deshalb eine Mehrzahl von Eingangsklemmen, welche durch die Ausgänge der befehlverarbeitenden Steuerbausteine angesteuert werden. Der Ausgang solcher Schaltverstärker ist mit dem Kollektor des Leistungstransistors verbunden, und die zu steuernde Last ist`einereeits mit dieser Ausgangsklemme und andererseits mit dem Betriebspotential der Speisestromversorgung verbunden. Um den Leistungstransistpr des Schaltverstärkers nicht zu gefähr- den, darf der Laststrom einen bestimmten.maaimalen Viert nicht ,überschreiten, d.h. der Lastwiderstand darf einen bestimmten .
• Dideretandswert nicht unterschreiten. Der Ausgangskreis solcher industrieller Schaltverstärker ist deshalb sehr gefährdet und bedarf eines Überlastungsschutzes, wenn der Leistungstransistor bei Kurzschluß der Last nicht durch thermische Überlastung zerstört werden soll.
• Die Erfindung-befaßt sich mit der'Aufgabe, einen etwa auftreten- den Kurzdchlußstrom ohne Gefährdung des Leistungstransistors zu begrenzen bzw. den Leistungstransistor vorübergehend abzuschalten..Des weiteren soll die weitere porderungerfüllt werden, den Schaltverstärker bzw. seinen Leistungstransietor selbsttätig wieder betriebebereit zu schalten, sobald der Kurischluß im Last- kreis verschwindet. , Damgemäß bezieht sich die Erfindung'auf eine Überlastschutzschal-, tung für einen einen Leistungstransistor enthaltenden Schaltver- stärker, dessen für den Ansahluß der'Last vorgesehenen beiden Aus- gangaklemmen einerseits mit dem Kollektor des Leistungstransistors und andererseits mit.dem Betriebspotential der Speieespannungequelle verbunden sind, und die Erfindung besteht darin, einen von einer lastetromproportionalen Spannung gesteuerten Transistor, einen von disaem aufladbaren Kondensator, sowie einen dem Konden- sator parallelschaltbaren Spannungsteiler vorzusehen, über dessen Abgriff ein weiterer, einen Eingang des Schaltverstärkers beeinflussender Transistor steuerbar, ist. Der dem Kondensator parallelschaltbare Spannungsteiler ist über die Kollektor-Emittek#gtrecke des Leistungstransistors zu- und abschaltbar.
• Die Erfindung sei.,nachstehend anhand von vier Figuren näher erläutert, von denen die Pig. 1 das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip veranschaulicht.
• In der Fig. 1 ist der gegen Überlast zu schützende bekannte Schaltverstärker mit SV bezeichnet. Des Verstärker wird über Klemmen P, Mp und N an die Stromversorgung angeschlossen, wobei P der Pluspol, N der Minuspol und Mp die Mitte einer Batterie sein möge.
• Der Schaltverstärker SV weist Eingangsklemmen E 1, E 2 und E 3 auf, sowie einen Ausgang A, der intern mit dem Kollektor des Leistungstransistors verbunden ist. Zur Steuerung des Leistungstransistors können in dem Baustein noch weitere Vorsteuertransistoren vorgesehen sein. An den Ausgang A des Schaltverstärkers SV ist die zu schaltende Last L, z.B., wie veranschaulicht, ein ohnscher Widerstand, angeschlossen. Der zweite AnschluB der Last L ist über einen Widerstand r6 mit dem Bezugspotential Mp verbunden; der ohmsche Widerstandswert des Widerstandes r6 ist kleiner als der Widerstandswert der Last L, vorzugsweise ein Zehntel des minimalen Lastwiderstandswertes. Der Verbindungspunkt zwischen Last L und dem Widerstand.r6 führt über einen Schutzwiderstand r3 zur Basis des Transistors p1, dessen Emitter mit dem Bezugspoten-

  tial Yip und dessen Kollektor über den Widerstand, r4, den Wider-

  stand r7 und den Schalter S mit dem Betriebspotential P verbunden

  ist. Über den Schalter S ist der Spannungsteiler aus de)i Wider-

  ständen r4 und r7 parallel zum Kondensator K, schaltbar, dessen

  eine Belegung mit dem Kollektor des Transistors p1 und dessen

  andere Belegung mit dem Betriebspotential P verbunden ist. Der

  Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände r4 und r7- ist

  über einen Schutzwiderstand r5 mit der,Basis des Transistors p2

  verbunden, dessen Emitter auf dem Betriebspotential P gehalten

  und dessen Kollektor, mit dem Eingang E1 des Schaltverstärkers SV

  verbunden ,ist. Die weiteren freien Eingänge E2 bzw. E3 des Schalt-

  verstärkers SV können in üblicher Weise mit den Ausgängen nicht

  näher veranschaulichter befehlverarbeitender Steuerbausteine ver-

  bunden sein.

  Der Transistor p1 wird von einer lastproportionalen Spannung ge-

  steuert, die am Widerstand r6 abfällt. Überschreitet der Spannungs-

  abfall am Widerstand r6 eine vorgebbare Größe, dann wird der

  Transistor p1 durchgesteuert, wobei der Kondensator K1 mit einem

  konstanten Strom aufgeladen wird. Die Spannung am Kondensator K1

  kann über den geschlossenen Sdhalter S dem Spannungsteiler r4,

  r7 zugeführt werden, über dessen Verbindungspunkt und den Wider-

  stand R5 der Transistor p2 basisseitig angesteuert wird. Da der

  Kollektor dieses Transistors mit einem der Eingänge des Schaltver-

  stärkers SV verbunden ist, erhält der Schaltverstärker SV bei zu

  großem Laststrom eine Signalspannung, welche die nicht näher ver-

  anschaulichte Endstufe (Leistungstransistor) des Schaltverstärkers

  zu sperren vermag. N1it dem Sperren des Leistungstrangistors

  öffnet der Schalter 3, so daß sich der Kondensator i11 auf einen

  höheren Spannungswert aufladen muß, um den Sperrtransistor p2

  aufzusteuern. Damit wird der Kurzschlußstrom nur für die Dauer

  der Ladezeit des Kondensators ü1 fließen, dagegen wird der Kurz-

  schlußstrom für die Dauer der Entladung des Kondensators über den

  nun hochohmigen Spannungsteiler und die Basisstrecke des Transi-

  stors p2 unterbrochen bleiben. Wählt man das Zeitverhältnis etwa

  zu 1 : 20, dann bleibt die mittlere Verlustleistunir des Endstufen-

  transistors unterhalb des zulässigen Wertes und die Betriebsfähig-

  keit ies Schaltverstärkers ist nach dem evtl. Verschwinden des

  Kurzschlußes nach kurzer Zeit wieder gewährleistet. :furch die

  stromabhängige Aussteuerung des Ladetransistors p1 wird die Ab-

  schaltzeit für den Kurzschlußfall stromabhängig. ::)au veranschau-

  lichte Schaltprinzip ist für Endstufen sowohl mit npn als pnp-

  Transistoren verwendbar.

  Der Arbeitsverlauf der Schaltungsanordnung nach FL-. 1 ist in der

  Fig. 2 näher erläutert, wo in fünf graphischen Darstellungen der

  zeitliche Verlauf des Laststromes iL, der Spannungsverlauf am

  Widerstand r6, der Spannungsverlauf am Kondensator r: 1, der Span-

  nungsverlauf U., am Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände

  r4, r7 und schließlich der zeitliche Öffnungs- und Schließzustand

  des Schalters ä veranschaulicht sind.

  Die Fi.g. 3 veranschaulicht im rechten gerahmten Teil den Schalt-

  verstärker SV in seinen Einzelheiten. Der Leistungstransistor ist

  mit p4, der Vorsteuertransistor des Schaltverstärkers SV mit p3 bezeichnet. Das linke Teilbild der Fig. 3 enthält di9 Sehutzschaltung SS mit den Transistoren p1 und p2. Beide Bausteine, d.h. die Schutzschaltung SS einerseits und der Schaltverstärker SV andererseits, können in getrennten Gehäusen untergebracht sein, so daß es möglich ist, einen beliebigen Schaltverstärker SV der gezeigten Bauart mit einer Schutzschaltung SS gemäß der Erfindung jederzeit nachzurüsten, wenn besondere Verhältnisse dies erfordern. Hierzu ist es lediglich nötig, den Ausgang A des Schaltverstärkers SV mit dem Eingang E'der Schutzschaltung SS und den Ausgang, A' der Schutzschaltung SS mit einem der Eingänge E (hier El) des Schaltverstärkers SV zu verbinden, sowie eine Verbindung vom Ausgang A" des Schaltverstärkers SV zum Eingang'E" der Schutzschaltung SS herzustellen. Bleibt der im Kollektorkreis des Leistungstransistors p4 fließende Laststrom unterhalb des Nennstromes, dann bleibt die Kurzschlußschutzschaltung SS im Ruhestand. Leitet der Transistor p4 des Schaltverstärkers SV, dann sind die Transistoren p1 und p2 der Schutzschaltung SS gesperrt. Bei einer Laststromerhöhung über den Nennwert hinaus, wird der am Widerstand r6 auftretende Span-S nungsabfall, welcher dem Strom-Ist-Wert entspricht, groß genug, um den Transistor p1 der Schutzschaltung SS anzusteuern. In diesem Fall beginnt sich der Kondensator K1 der Schutzschaltung SV aufzuladen, und die dadurch am Punkt X auftretende kipannung steuert den Transistor p2 durch, wenn sie groß genug ist, um den notwendigen Basisstrom für den Transistor p2 und den über den Widerstand r? abfließenden Strom zu liefern. Wird der Transistor p2 durchgesteuert, so sperrt dieser den Leistungstransistor p4 des Schaltverstär-

  kers SV und der Kurzschlußstrom wird unterbrochen. Bei. der Strom-

  unterbrechung wird der Transistor p1 der 1.ctiutzschaltuhg 3;' ge-

  sperrt, und der Kondensator K1 kann sich wieder entladen. Der

  ;Spannunk@steilerwiderstand r7 wird beim Aufladen des Kondensators

  K1 über den Leistungstransistors p4 des Schaltverstärkers SV in

  den Ladekreis eingeschaltet und wieder abgetrennt, sobald der

  Leistungstransistor sperrt. Damit werden für den Auflade- und Ent-

  ladevorgang des Kondensators K1 unterschiedliche Zeitkonstanten

  erreicht, weil durch den eingeschalteten Widerstand r7 die Spannung

  am Punkt X zunächst höher sein muß, um den Transistor p2 anzu-'

  steuern. Bei Sperrung des Transistors p4 des Schaltverstärkers SV

  wird der pannungsteilerwiderstand r7 des :Schutzschaltung SS aus

  dem Kreis herausgetrennt, womit sich die :Spannung am Punkt Y, also

  am Verbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände r4 und

  r." erhöht. Damit muß sich der Kondensator F;1 von einem höheren

  r

  Spannungswert entladen. Der Kurzschlußstrom kann somit nur während

  der Dauer der i.ondensatorladezeit fließen, und der Kurzschlul3strom

  ist unterbrochen, solange sich der Kondensator K1 über den hoch-

  ohmigen Spannungsteiler r4, r7 und die Basisstrecke des a"perl@tran-

  sistors p2_entlädt. Durch die Erfindung bleibt die mittlere Ver-

  lustleistung des Leistungstransistors p4 @n den vorgeschriebenen

  Grenzen und der Verstärker SV ist nach Verschwinden des Kur7:@chlusse

  ohne weiteres wieder betriebsbereit.

  Während die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 mit einem pnp-Leistungs-

  trarisisIor p4 arbeitet, veranschaulicht die Fig. 4 eine Überlast-

  schutzschaltung für einen Schaltverstärker SV mit einem npn-Lei-

  stungstransistor p4. Die Transistoren p1 und p2 der Schutzschaltung SS übernehmen in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 dieselbe Aufgabe, wie sie zur Fig. 3 erläutert wurde. Auch die Sdiialtungsanordnung nach Fig. 4 kann aus zwei Bausteinen bestehen, nämlich dem Schutzbaustein-SS und dem Schaltverstärkerbaustein SV. Auch im vorliegenden Fall ist der Schaltverstärker SV durch Zuordnen des Schutzbausteins SS zu einem gegen Überlast schätzbaren Schaltverstärker nachrüstbar.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Überlastschutzschaltung für einen einen Leistungstransistor enthaltenden Schaltverstärker, dessen für den Anschluß der Last vorgesehenenaeiden Ausgangsklemmen einerseits mit dem Kollektor' des Leistungstransistors und andererseits mit dem Betriebspotential der Speisespannungsquelle verbunden sind, gekennzeichnet durch einen von einer laststromproportionalen Spannung gesteuerten Transistor (p1), durch einen von diesem aufladbaren Kondensator (K1), sowie durch einen dem Kondensator (K1), parallel schaltbaren Spannungsteiler (r4, r7 ), über dessen Abgriff (Y) ein weiterer, einen Eingang (E1, E2, E3) des Schaltverstärkers (SV) beeinflussender Transistor (p2) steuerbar ist.
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kondensator (K1) parallelschaltbare Spannungsteiler (r4,.r7) . über die Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (p4) .zu- und abschaltbar ist.