DE2000993A1

DE2000993A1 - Circuit arrangement for short-circuit current limitation

Info

Publication number: DE2000993A1
Application number: DE19702000993
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl-Ing Schaeff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-01-10
Filing date: 1970-01-10
Publication date: 1971-07-15

Description

Schaltungsanordnung zur Kurzschlußstrombegrenzung Elektronische Digital-Schaltkreise der kontaktlosen Steuer-und Regeltechnik enthalten am Ausgang einen Schalttransistor, dessen Emitter meist direkt mit einem Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist und dessen Kollektor den Ausgang darstellt. Kurzschlüsse des Ausgangs gegen eine der Speisespannungspole sind bei gesperrtem Transistor unkritisch. Ist der Transistor jedoch durchlässig und tritt ein Kurzschluß des Ausgangs gegen den Pol auf, der dem am Emitter entgegengesetzt ist, so fließt infolge der niederohmigen Kollektor-Emitter-Strecke ein großer Strom, der den Transistor in relativ kurzer Zeit thermisch zerstört. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Lösung der Aufgabe, den Kurzschlußstrom auf einen durch die Dimensionierung der Schaltung festzulegenden Wert zu begrenzen.Circuit arrangement for short-circuit current limitation Electronic digital circuits the contactless control and regulation technology contain a switching transistor at the output, the emitter of which is usually connected directly to a pole of the supply voltage source and whose collector represents the output. Short circuits of the output to a the supply voltage poles are not critical when the transistor is blocked. Is the transistor however, permeable and a short circuit of the output to the pole occurs, the is opposite to that at the emitter, then flows as a result of the low-resistance collector-emitter path a large current that thermally destroys the transistor in a relatively short time. The present invention is concerned with the solution to the problem, the short-circuit current to a value to be determined by the dimensioning of the circuit.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußstrombegrenzung in den Transistor-Ausgangsstromkreisen elektronischer Bausteine der kontaktlosen Steuer-und Regeltechnik, und die Erfindung besteht darin, daß eine dem Laststrom des Ausgangstransistors proportionale Spannung in den Steuerkreis eines Hilfstransistors eingespeist wird, dessen Kollektor mit der Basis des Ausgangertransistors verbunden ist.Accordingly, the invention relates to a circuit arrangement for Short-circuit current limitation in the transistor output circuits electronic Building blocks of contactless control and regulation technology, and the invention consists in that a voltage proportional to the load current of the output transistor in the control circuit an auxiliary transistor is fed, whose collector with the base of the output transistor connected is.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dient der Spannungsabfall am Emitterwiderstand des Ausgangs transistors ale Steuerspannung für den Hilfetransistor. Die Kollektoren beider Transistoren sind über Je einen Kollektorwiderstand mit dem Betriebspotential der Speisestromquelle verbunden, und die Ansteuerung des Ausgangsstromkreises erfolgt über eine mit dem Kollektor des Hilfstransistors verbundene Eingangssteuerleitung, die mit dem Ausgangskreis eines vorgeschalteten Steuerbausteins verbunden sein kann.According to a further feature of the invention, the voltage drop is used at the emitter resistor of the output transistor ale control voltage for the auxiliary transistor. The collectors of both transistors are connected to the Operating potential of the supply current source connected, and the control of the output circuit takes place via one with the collector of the auxiliary transistor connected Input control line that connects to the output circuit of an upstream control module can be connected.

Bei Totem-Pole-Transistor-Ausgangsstromkreisen, also bei Ausgangsstromkreisen, die zwei mit ihren Schaltstrecken hintereinandergeschaltete Ausgangstransistoren enthalten, kann die Erfindung in der Weise realisiert werden, daß die den Hilfstransistor enthaltende Strombegrenzungsschaltung dem bezugspotentialseitigen Ausgangstransistor der Totem-Pole-Auagangsschaltung zugeordnet ist, und die Ansteuerung des Kreises über eine Steuerleitung erfolgt, die an die Basis eines Steuertransistors angreift, dessen Emitter mit dem Kollektor des Hilfstransistors und dessen Kollektor einerseits mit der Basis des betriebspotentialseitigen Ausgangstransistors und andererseits über den Kollektorwiderstand mit dem Betriebspotential verbunden ist.With totem pole transistor output circuits, i.e. with output circuits, the two output transistors connected in series with their switching paths included, the invention can be implemented in such a way that the auxiliary transistor current limiting circuit containing the reference potential-side output transistor the totem pole output circuit is assigned, and the control of the circuit takes place via a control line that attacks the base of a control transistor, its emitter with the collector of the auxiliary transistor and its collector on the one hand with the base of the output transistor on the operating potential side and on the other hand is connected to the operating potential via the collector resistor.

Die Erfindung beruht auf folgenden Uberlegungen: Im Emitterkreis des Ausgangs transistors befindet sich ein kleiner Widerstand, dessen Spannungsabfall für Nennstrom die Ausgangsspannung des Transistors im Zustand der logischen Null nicht unzulässig erhöht. Uberschreitet der Laststrom einen bestimmten Wert, so übersteigt die Spannung an dem Widerstand die Basis-Emitter-Schwellspannung eines Hilfstransistors, dessen Kollektor mit der Basis des Haupttransistors verbunden ist. Dadurch wird der Hilfstransistor leitend und entzieht dem Ausgangstransistor gerade soviel Basisstrom, daß der Ausgangs transistor soweit gesperrt wird, daß nur noch der vorgegebene Strom fließen kann. Aufgrund der relativ einfachen Schaltung kann diese Art der Stromgegenkopplung ohne große Kosten in Schaltkreissysteme eingebaut werden. Besondere Vorteile ergeben sich bei integrierter monolytischer Technik, da hier praktisch keine Mehrkosten entstehen. Die Schaltung ist, wie achon dargelegt, anwendbar für Ausgänge mit nur einem Transietor, aber auch für solche mit Doppeltraneistoren in Hintereinanderschaltung.The invention is based on the following considerations: In the emitter circuit of the Output transistor is a small resistor, its voltage drop for nominal current the output voltage of the transistor in the state of logic zero not excessively increased. If the load current exceeds a certain value, then it exceeds the voltage across the resistor is the base-emitter threshold voltage of an auxiliary transistor, whose collector is connected to the base of the main transistor. This will the auxiliary transistor conducts and draws just as much base current from the output transistor, that the output transistor is blocked so far that only the specified current can flow. Due to the relatively simple circuit, this type of current negative feedback can be built into circuit systems at no great expense. Result in particular advantages with integrated monolithic technology, since there are practically no additional costs develop. The circuit can be used for outputs with only a transit gate, but also for those with double transistors connected in series.

Die Erfindung sei nachstehend anhand zweier Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to two figures.

In der Fig. 1 stellt der Transistor T11 den Ausgang eines Schaltkreises dar, dessen übrige Anordnung für die Erfindung unwesentlich und deshalb nicht dargestellt ist. Wird der Ausgang A gegen den negativen Pol der Speisespannung kurzgeschlossen, so wird der Strom durch den Lastwiderstand RL begrenzt. Findet jedoch ein Kurzschluß gegen den positiven Pol statt und ist der Transistor T11 leitend, so fließt über die niederohmige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T11 ein sehr großer Strom, der zur Zerstörung des Ausgangstransistors führen kann. Durch die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1, die desweiteren einen Widerstand RE1 und einen Hilfstransistor T21 enthält, kann der Kurzschlußstrom auf einen gewünschen Wert begrenzt werden. Der Widerstand RE1 im Emitterkreis des Transistors Tll wird in seiner Größe so gewählt, daß das Produkt aus dem Widerstand und dem gewünschten Maximalstrom gleich der Basis-Emitter-Schwellspannung des Transistors T21 ist. Erreicht der Strom im Transistor T11, z.B. durch Uberlastung oder durch Kurzschluß, diesen Maximalstromwert, eo wird der Transistor T21 leitend und entzieht dem Transistor Til einen Teil des Basisstromes. Der Transistor T11 wird nun gerade soweit gesperrt, daß nur noch der gewünschte Maximalstrom fließen kann. Für die Zeit des Kurzschlusses entsteht am Transistor Til eine Verlustleistung, die dem Produkt aus dem vorgegebenen Strom und nahezu der vollen Batteriespannung entspricht, und es ist eine Frage der Dimensionierung des Transistors und seiner Kühlschelle, ob diese Verlustleistung im Dauerkurzschluß übernommen werden kann. Für kurzzeitige Kurzschlüsse, die bei bisherigen Ausgangsechaltungen sicher zur Zerstörung führen, ist diese Schaltungsanordnung in jedem Fall ein ausreichender Schutz.In Fig. 1, the transistor T11 represents the output of a circuit represents, the rest of the arrangement for the invention insignificant and therefore not shown is. If output A is short-circuited to the negative pole of the supply voltage, so the current is limited by the load resistor RL. However, finds a short circuit against the positive pole and if the transistor T11 is conductive, then overflows the low-resistance collector-emitter path of the transistor T11 a very large current, which can lead to the destruction of the output transistor. By the circuit arrangement according to FIG. 1, which also has a resistor RE1 and an auxiliary transistor T21 contains, the short-circuit current can be limited to a desired value. The size of the resistor RE1 in the emitter circuit of the transistor Tll is chosen so that that the product of the resistance and the desired maximum current equals the base-emitter threshold voltage of transistor T21 is. If the current in the transistor reaches T11, e.g. due to overload or through a short circuit, this maximum current value, eo the transistor T21 becomes conductive and withdraws part of the base current from the transistor Til. The transistor T11 is now blocked just enough that only the desired maximum current can flow can. For the time of the short circuit, there is a power loss at the transistor Til, the product of the specified current and almost the full battery voltage corresponds, and it is a matter of sizing the transistor and its Cooling clamp, whether this power loss can be taken over in a permanent short circuit. For short-term short-circuits that were safe for previous output circuits Lead to destruction, this circuit arrangement is sufficient in any case Protection.

Der Kollektor des Hilfstransistors T21 ist einerseits mit der Basis des Ausgangstransistors Til und andererseits über den Kollektorwiderstand RB1 mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden, während der Emitter des Transistors T21 am negativen Pol dieser Quelle liegt. Die Kosten eines solchen Aufbaues sind aufgrund der sehr einfachen Schaltungsanordnung, die nur einen weiteren Transistor, nämlich den Uilfstransistor T211 und einen Widerstand benötigt, außerordentlich gering; für integrierte monolytische Schaltkreise ist dieser Mehraufwand durchaus vernachlässigbar.The collector of the auxiliary transistor T21 is on the one hand with the base of the output transistor Til and on the other hand via the collector resistor RB1 with connected to the positive pole of the supply voltage source, while the emitter of the transistor T21 is at the negative pole of this source. The costs such a structure are due to the very simple circuitry that only one more transistor, namely the auxiliary transistor T211 and a resistor required, extremely low; for integrated monolithic circuits this additional effort is negligible.

Die Fig. 2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei hintereinandergeschalteten Ausgangstransistoren T12 und T42 in Totem-Pole-Schaltung. Der Ausgang des Schaltkreises - ebenfalls mit A bezeichnet - ist an den Kollektor des Transistors T12 angeschlossen. Der Emitter des Transistors T12 ist über den Widerstand RE1 mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbunden, während der Kollektor des Transistors T12 über die Diode D mit dem Emitter des darübergeschalteten Ausgangstransistors T42 verbunden ist; der Kollektor dieses Transistors liegt über den Lastwideratand RL am positiven Pol der Betriebsstromquelle. Die Basis des Transistors T22 ist mit dem Emitter des Transistors T12 verbunden, und der Kollektor des Transistors T22 liegt am Emitter des Transistors T32 und ist überdies mit der Basis des Transistors T12 verbunden.Fig. 2 illustrates another embodiment with two cascaded output transistors T12 and T42 in totem-pole connection. The output of the circuit - also labeled A - is to the collector of the transistor T12 connected. The emitter of transistor T12 is on Resistor RE1 connected to the negative pole of the supply voltage source while the collector of the transistor T12 via the diode D with the emitter of the connected above Output transistor T42 is connected; the collector of this transistor is over the load resistance RL at the positive pole of the operating current source. The base of the transistor T22 is connected to the emitter of transistor T12, and the collector of the transistor T22 is connected to the emitter of transistor T32 and is also connected to the base of the transistor T12 connected.

Der Kollektor des Transistors T32 ist einerseits an die Basis des Transistors T42 angeschlossen und andererseits über den Kollektorwiderstand RB2 mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden. Die Ansteuerung des Schaltkreises erfolgt von der Eingangs steuerleitung E her, die an die Basic des Transistors T32 angreift.The collector of the transistor T32 is connected on the one hand to the base of the Connected to transistor T42 and on the other hand via the collector resistor RB2 connected to the positive pole of the operating voltage source. The control of the Circuit takes place from the input control line E, which is connected to the Basic des Transistor T32 attacks.

2 Figuren 4 Patentansprüche2 figures 4 claims

Claims

Claims S circuit arrangement for short-circuit current limitation in the transistor output circuits of electronic components of the contactless Control and regulation technology, characterized in that one of the load current of the output transistor (T11) proportional voltage fed into the control circuit of an auxiliary transistor (T21) whose collector is connected to the base of the output transistor (T11).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage drop across the emitter resistor (RE1) of the output transistor (part) as Control voltage for the auxiliary transistor (T21) is used.

3, circuit arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that that the collectors of both transistors (Til, 21) each have a collector resistor (RL, RB1) are connected to the operating potential of the supply current source, and the Control of the output circuit via one with the collector of the auxiliary transistor (221) connected input control line (E) takes place, which is connected to the output circuit of a upstream control module can be connected (Fig. 1).

4. Circuit arrangement according to claim 1 for totem pole transistor output circuits, characterized in that the current limiting circuit containing the auxiliary transistor (T22) the reference potential-side output transistor (T12) of the totem pole output circuit is assigned, and the circuit is controlled via a control line (E), which attacks the base of a control transistor (T32), the emitter of which with the Collector dee auxiliary transfer gate <T22) and its collector on one side with the base the operating potential-side output transistor (T42) and on the other hand via the Collector resistor (RB2) is connected to the operating potential. Blank page