DE2027310A1

DE2027310A1 - Circuit arrangement for the electronic protection of an output circuit in the receiver of a data transmission system

Info

Publication number: DE2027310A1
Application number: DE19702027310
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen. P Opielka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-06-03
Filing date: 1970-06-03
Publication date: 1971-12-09
Also published as: DE2027310B2

Description

Schaltungsanordnung zum elektronischen Schutz einer Ausgangsschaltung im Empfänger einer Datenübertragungsanlage Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum elektronischen Schutz einer Ausgangsschaltung im Empfänger einer Datenübe.tragungsanlage, die binäre Datenzeichen am Ausgang abgibt.und deren Schalttransistoren bei ausgangsseitigem Kurzschluß oder Anliegen von Fremd spannungen vor der Zerstörung geschützt werden, mit einem ersten Transistor, über den der Strom im störungsfreien Betrieb fließt, einem zweiten Transistor, der im störungsfreien Betrieb gesperrt ist und bei einem bestimmten Stromanstieg leitend wird und den ersten Transistor sperrt.Circuit arrangement for the electronic protection of an output circuit in the receiver of a data transmission system The invention relates to a circuit arrangement for the electronic protection of an output circuit in the receiver of a data transmission system, emits binary data characters at the output and their switching transistors at the output Short-circuit or the presence of external voltages are protected from destruction, with a first transistor through which the current flows in trouble-free operation, a second transistor, which is blocked in trouble-free operation and at one certain current increase becomes conductive and blocks the first transistor.

Ausgangsschaltungen von Empfängern in Datenübertragungssystemen arbeiten mit Transistoren, die als Schalter betrieben werden. Die Ausgangsschaltungen geben binäre Datenzeichen ab Die Ausgangeschaltungen sind niederohmig, so daß für die:;-verwendeten Schalttransistoren die Gefahr der Zerstörung besteht, wenn am Ausgang ein Kurzschluß oder his Fremdspannungen auftreten.Output circuits of receivers work in data transmission systems with transistors that operate as switches. The output circuits give binary data characters from The output circuits are low-resistance, so that for the:; - used Switching transistors there is a risk of destruction if there is a short circuit at the output or until external voltages occur.

Zum Schutz von Schalttransistoren sind bereits elektronische Schutzschaltungen bekannt, die beim Überschreiten eines bestimmte Arbeitsstromes auslösen und den zu schützenden Transistor sperren. Nach Beseitigung des Kurzschlusses oder des eberstromes kehrt die Schutzschaltung in den Ruhezustand zurück. Es ist bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, die ohne Hilfspotential als Zweipol in den zu schützenden Stromkreis einer beliebigen Anordnung eingeschaltet werden kann (H. Pelks, Vollelektronische bipolare Überstromsicherungen", Siemens-Bauteile-Information 6, 1968, Heft 4, Seiten 106 bis 108). Bei dieser bekannten Schaltung fließt der Strom im störungsfreien Betrieb über den ersten Transistor, der von einem zweiten Transistor gesteuert wird. Bei Überstrom oder Kurzschluß steigt der Spannungsabfall an der Kollektor-mitter-Strecke des ersten Transistors und dadurch wird der zweite Transistor vom gesperrten Zustand in den leitenden Zustand gesteuert.Electronic protective circuits are already in place to protect switching transistors known that trigger when a certain working current is exceeded and the transistor to be protected lock. After eliminating the short circuit or the overcurrent, the protective circuit returns to the idle state. It is a circuit arrangement is already known, which without auxiliary potential as a two-pole in the circuit to be protected can be switched on in any arrangement (H. Pelks, fully electronic bipolar overcurrent fuses ", Siemens components information 6, 1968, issue 4, pages 106 to 108). In this known circuit, the flows Current in trouble-free operation through the first transistor, which is from a second Transistor is controlled. In the event of an overcurrent or short circuit, the voltage drop increases at the collector-mid-junction of the first transistor and this becomes the second Transistor controlled from the blocked state to the conductive state.

Der leitende zweite Transistor steuert den ersten Transistor in den gesperrten Zustand. Damit ist derStromfluß über den ersten Transistor unterbunden und über den zweiten Transistor durch einen hochohmigen Widerstand begrenzt.The conductive second transistor controls the first transistor in the locked state. This prevents the current from flowing through the first transistor and limited via the second transistor by a high-value resistor.

Beim Aufhören des Kurzschlusses oder der Überspannung gelangt die Schaltung nicht ohne weiteres in den Ruhezustand zurück, Erst nach kurzzeitigem Unterbrechen dee Ausgangakreises oder nach Absinken des Stromes auf einen sehr kleinen Wert wird der zweite Transistor gesperrt und dadurch der erste Transistor wieder leitend9 Die Schaltung hat den Nachteil, daß die Umschaltung zwischen den beiden Zuständen langsam erfolgt, so daß die Transistoren für eine größere Verlustleistung ausgelegt werden müssen. Der Rückstellstrom ist sehr klein, so daß bei der Rückstellung in den Ruhezustand der Stromweg praXt-isch kurzzeitig unterbrochen werden muße Der Ansprechetrom und der RUckstellstrom sind nicht getrennt einstellbar. Beim über tragen eines Dauerzustandes nach dem Aufhören eines KurzschAusses bleibt die Schaltung so lange im Ansprechzustand, bis die erste Flanke eines binären Datenzeichens auftritt.When the short circuit or overvoltage stops, the Switching back to the idle state does not occur without further ado, only after a short time Interrupt the output circuit or after the current has dropped to a very small one Value the second transistor is blocked and thereby the first transistor again leitend9 The circuit has the disadvantage that switching between the two States takes place slowly, so the transistors for greater power dissipation must be interpreted. The resetting current is very small, so that when resetting In the idle state, the current path would have to be briefly interrupted in practice Pickup current and the reset current cannot be set separately. When transmitting a permanent state after the end of a short circuit remains the circuit remains in the response state until the first edge of a binary data character occurs.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Schalttransistoren aufzuzeigen, die verbesserte Eigenschaften besitzt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in Serie mit der Schaltstrecke des ersten Transistors in die Emitterelektrode ein Widerstand eingeschaltet ist, der mit dem emitterfernen Ende mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors verbunden ist, daß die Emitterelektrode des ersten Transistors über einen Widerstand mit der Basiselekerode des zweiten Transistors verbunden ist und daß die Basiselektrode und die Kollektorelektrode des zweiten Transistors über jeweils einen Widerstand mit der Kollektorelektrode des ersten Transistors verbunden sind.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for protection of switching transistors to show which has improved properties. These The object is achieved in that in series with the switching path of the first transistor A resistor is connected in the emitter electrode, which is connected to the emitter remote End connected to the emitter electrode of the second transistor that the emitter electrode of the first transistor through a resistor to the base electrode of the second Transistor is connected and that the base electrode and the collector electrode of the second transistor via a resistor to the collector electrode of the first transistor are connected.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Ansprechstromwert und der Rückstellstromwert getrennt und beliebig eingestellt werden, so daß eine Unterbrechung des zu schützenden Stromweges nicht notwendig ist. Die Schaltung besitzt ein bistabiles Verhalten und kippt von einem Zustand in den anderen. Das Kippen erfolgt sehr rasch, so daß die entstehende Verlustleistung an einem Widerstand abfällt und Transistoren mit sehr geringer Verlustleistung verwendet werden können. Dadurch ergibt sich eine sehr raumsparende Anordnung.In the circuit arrangement according to the invention, the response current value can and the reset current value can be set separately and arbitrarily so that a Interruption of the current path to be protected is not necessary. The circuit possesses a bistable behavior and tilts from one state to the other. The tilting takes place very quickly, so that the resulting power loss drops across a resistor and transistors with very low power dissipation can be used. Through this the result is a very space-saving arrangement.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand von.vorteilheften Aus fUhr ungsbeispieln, die in den Figuren dargestellt sind, erläutert.Details of the invention are based on von. Vorteilheften Aus lead ungsbeispieln, which are shown in the figures, explained.

Fig.1 zeigt die prinzipielle Einschaltung der Schutz schaltung in den Stromkreis einer Ausgangsechaltung eines Empfängers.Fig. 1 shows the basic activation of the protective circuit in the circuit of an output circuit of a receiver.

Fig.2 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung.2 shows an advantageous embodiment of the protective circuit.

Fig.3 zeigt anhand der Strom-Spannungskennlinie die Kippeigenschaft der Schutzschaltung.3 shows the tilting property on the basis of the current-voltage characteristic the protection circuit.

Fig.4 zeigt eine Schutzschaltung für eine Ausgangsschaltung, die Doppelstromzeichen abgibt.FIG. 4 shows a protection circuit for an output circuit, the double current symbols gives away.

Fig.9 zeigt eine temperaturstabilisierte Schutzschaltung.9 shows a temperature-stabilized protective circuit.

Die Fig.1 zeigt die Ausgangsschaltung AS, die über den Innenwiderstand Ri entsprechend dem Steuersignal atwechselnd die positive oder negative Spannung (+ B3 an den Ausgang durchschaltet, so daß binäre Datenzeichen entstehen. Der Schalter S1 in der Ausgangsschaltung soll die beiden Transistoren symbolisch ersetzen, die abwechselnd leitend oder gesperrt gesteuert werden. Der andere Pol der beiden Spannungen ( TB) liegt an Erde. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Si liegt mit den Klemmen A und B in Serie im Stromkreis der Ausgangsschaltung. Der Belastungswiderstand RL liegt von der Klemme B der Schutz schaltung gegen Erde. Beim Auftreten von Überspannungen oder einem Kurzschluß zwischen den Klemmen A und B begrenzt die Schutzschaltung Si den Stromfluß auf einen zulässigen Wert. Dadurch werden die Transistoren der Ausgangsschaltung vor Zerstörung bewahrt.The Fig.1 shows the output circuit AS, which has the internal resistance Ri the positive or negative voltage alternately according to the control signal at (+ B3 switches through to the output, so that binary data characters are created. The switch S1 in the output circuit is intended to symbolically replace the two transistors that can be controlled alternately conductive or blocked. The other pole of the two tensions (TB) is due to earth. The circuit arrangement Si according to the invention lies with the terminals A and B in series on the output circuit. The load resistance RL is from terminal B of the protective circuit to earth. When overvoltages occur or a short circuit between terminals A and B limits the protective circuit Si the Current flow to a permissible value. This will make the transistors of the output circuit saved from destruction.

In Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung der neuen Schutzschaltung dargestellt. Der Strom der Ausgangsschaltung I fließt im störungsfreien Zustand über die-Schaltstrecke des Transistors T1 und die Widerstände R5 und R1. Der Transistor T2 ist in diesem Zustand gesperrt. Die Schaltung befindet sich jetzt in einem stabilen Zustand, in dem der Transistor T1 völlig leitend und der andere Transistor T2 gesperrt ist. Die Spannung U an der Schutz schaltung zwischen den Klemmen A und B ergibt sich aus der Summe der Kollektor-Emitte-r-Spannung des Transistors T1 und den Spannungsabfällen an den Widerständen R5 und R1. Bei Kurzschluß oder beim Auftreten von hohen Fremdspannungen an der Klemme B steigt der Strom durch den Transistor T1 an. Bei einem bestimmten Stromwert, dem sogenannten Ansprechstrom, kippt die Schutzschaltung in den anderen stabilen Zustand. In diesem Zustand ist der Transistor T1 gesperrt und der Transistor T2 völlig leitend gesteuert. Der Ansprechstrom ia bestimmt sich zu: UBE2 Ia = Rl UBE2 ist die Emitter-Basis-Schwellspannung des Transistors T2. Der Strom fließt über den Transistor ?2 und wird durch den Widerstand R4 auf einen zulässigen Wert begrenzt. Die Schaltung besitzt eine Mitkopplung, indem der Spannung abfall am Widerstand R1, der durch den Strom 1 entsteht, an die Basis des Transistors T2 geführt wird. Erreicht die Spannung am Widerstand R1 die Schwellspannung des Transistors T2, so wird in den zweiten stabilen Zustand umgeschaltet. Gleichzeitig verschwindet aber auch die Spannung am Widerstand Ri, so daß über den ttiderstand R3 das Potential der Emitterelektrode des Transistors T1 an die Basiselektrode des Transistors T2 gelangt. Der Transistor T2 wird nun über den Spannungsteiler R2 und R im leitenden Zustand gehalten. Der Widerstand R4 ist in seinem Widerstandswert yiel größer gewählt al8 die Summe der Widerstandswerte von R5 und Ri. Dadurch ist aber die Spannung zwischen den Klemmen A und B nach dem Abschalten viel höher als vorher, so daß der Widerstand- von R3 nur einen verhältnismäßig kleinen Wert aufweisen muß. Um jetzt die Schwellspannung des Transistors T2 zu unterschreiten, ist nur eine geringfügige Verkleinerung der Spannung U erforderlich. Die Rückstellung der Schutz schaltung in den Ruhezustand erfolgt also bei dem sogenannten Rückstellstrom Ir Der Rückstellstrom Ir ergibt sich zu: UBE2 ist die Emitter-Basis-Spannung des Transistors T2 im gesperrten Zustand; B2 ist der Stromverstärkungsfaktor des Transistors T2; Daraus eigt sich, daß der Rilekstellstrom unabhängi von der Größe des Abschaltstromes Ia ist. Verglichen mit den bekannten Schaltungen wird ein größerer RUckstellstrom erzielt, so daß beim Aufhören des Kurzschlusses oder der hohen Fremd spannungen die Schutzschaltung unmittelbal- in den Ruhezustand zurückkippt. Der Widerstand R5 ist für die einwandfreie Arbeitsweise der Schutzschaltung nicht erforderlich, er ermöglicht jedoch eine sehr genaue Einstellung des Ansprechstromes Ia.A circuit arrangement of the new protective circuit is shown in FIG. The current of the output circuit I flows in the trouble-free state via the switching path of the transistor T1 and the resistors R5 and R1. The transistor T2 is blocked in this state. The circuit is now in a stable state in which the transistor T1 is completely conductive and the other transistor T2 is blocked. The voltage U on the protective circuit between the terminals A and B results from the sum of the collector-emitter voltage of the transistor T1 and the voltage drops across the resistors R5 and R1. In the event of a short circuit or if high external voltages occur at terminal B, the current through transistor T1 increases. At a certain current value, the so-called response current, the protective circuit switches to the other stable state. In this state, the transistor T1 is blocked and the transistor T2 is completely conductive. The response current ia is determined as follows: UBE2 Ia = Rl UBE2 is the emitter-base threshold voltage of the transistor T2. The current flows through the transistor? 2 and is limited to a permissible value by the resistor R4. The circuit has positive feedback in that the voltage drop across the resistor R1, which is caused by the current 1, is fed to the base of the transistor T2. If the voltage across the resistor R1 reaches the threshold voltage of the transistor T2, the system switches to the second stable state. At the same time, however, the voltage across the resistor Ri also disappears, so that the potential of the emitter electrode of the transistor T1 reaches the base electrode of the transistor T2 via the resistor R3. The transistor T2 is now kept in the conductive state via the voltage divider R2 and R. Resistance R4 is chosen to be much larger than the sum of the resistance values of R5 and Ri. As a result, however, the voltage between terminals A and B is much higher after switching off than before, so that the resistance of R3 is only a relatively small one Must have value. In order to fall below the threshold voltage of transistor T2, only a slight reduction in voltage U is required. The resetting of the protective circuit to the idle state takes place with the so-called reset current Ir The reset current Ir results from: UBE2 is the emitter-base voltage of the transistor T2 in the blocked state; B2 is the current gain of transistor T2; This means that the reset current is independent of the size of the cut-off current Ia. Compared with the known circuits, a larger reset current is achieved, so that when the short circuit or the high external voltages cease, the protective circuit immediately switches back to the idle state. The resistor R5 is not required for the protective circuit to work properly, but it allows the response current Ia to be set very precisely.

Pig.3 zeigt anhand der Stromspannungskennlinie das Kippverhalten der Schutzschaltung. In vertikaler Richtung ist der Strom, der durch die Schutzschaltung fließt und in horizontaler Richtung die Spannung an den Klemmen A und B der Schutzschaltung aufgetragen. Der Punkt C stellt die störungsfreie Arbeitsweise dieser Schutzschaltung dar. Es fließt der Strom I. Die Widerstandsgerade durch den Punkt C wird vom Widerstand Ri festgelegt. Der Strom steigt bis zum Anspreckistrom Ia im Punkt D an. Der Punkt D ist instabil und die Schutzschaltung kippt sofort in den Punkt E.Pig. 3 shows the tilting behavior of the Protection circuit. In the vertical direction is the current flowing through the protection circuit flows and in the horizontal direction the voltage at terminals A and B of the protective circuit applied. Point C represents the trouble-free operation of this protective circuit The current I flows. The straight line of resistance through point C becomes the resistance Ri set. The current increases up to the starting current Ia at point D. The point D is unstable and the protective circuit immediately switches to point E.

Diese Punkt ist wieder stabil und der auftretende Strom 11 ist durch den Widerstand R4 bestimmt. Beim Aufhören des Kurzschlusses oder der Fremdspannung sinkt der Strom I1 ab und gelangt beim Rückstellstrom Ir zum Punkt F. Der Punkt F ist wieder instabil und die Schaltung kippt'sofort in den Punkt C. Damit ist wieder der Ruhezustand der Schutzschaltung erreicht. Der Umlaufsinn der Schutzschaltung in ihrem Kippverhalten ist mit Pfeilen angedeutet.This point is stable again and the occurring current 11 is through determines the resistance R4. When the short circuit or the external voltage stop the current I1 drops and reaches point F with the reset current Ir. The point F is unstable again and the circuit immediately switches to point C. That is again the idle state of the protective circuit is reached. The direction of rotation of the protective circuit their tilting behavior is indicated with arrows.

Fig.4 zeigt die Schutzschaltung für Doppelstrombetrieb.Fig. 4 shows the protective circuit for double-current operation.

Die Schutzschaltung Si befindet sich zwischen den Eckpunkten der einen Diagonale einer Brückenschaltung, die aus den Dioden D1, D2, D3 und D4 besteht. Die beiden Eckpunkte der anderen Brückendiagonale sind in den zu sichernden Stromkreis zwischen der Ausgangsschaltung AS und dem Lastwiderstand RL eingeschaltet. Bei der einen Stromrichtung fließt der Strom über die Dioden D1 und D4, während in der umgekehrten Richtung die Dioden D2 und D3 stromdurchflossen sind.The protective circuit Si is located between the corner points of the one Diagonal of a bridge circuit consisting of diodes D1, D2, D3 and D4. The two corner points of the other bridge diagonal are in the circuit to be secured between the output circuit AS and the Load resistor RL switched on. In one current direction, the current flows through diodes D1 and D4, while in the opposite direction the diodes D2 and D3 have current flowing through them.

In Fig.5, die im wesentlichen die Schutzschaltung nach Fig.2 zeigt, sind die beiden Widerstände R6,und R7 zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T2 eingefügt.In Fig.5, which essentially shows the protective circuit according to Fig.2, are the two resistors R6, and R7 between the base and the emitter of the transistor T2 inserted.

Der Widerstand R7 ist als temperaturabhängiger Widerstand ausgeführt. Dadurch wird eine große Temperaturstabilität erreic1t, so daß auch bei starken Schwankungen der Umgebungstemperatur die Ansprechwerte der eingestellten Ströme sich nicht ändern.The resistor R7 is designed as a temperature-dependent resistor. A great temperature stability is thereby achieved, so that even with strong fluctuations the ambient temperature, the response values of the set currents do not change.

4 Patentansprüche 5 Figuren4 claims 5 figures

Claims

S c h u t z s c h a 1 t u n g 1. Circuit arrangement for the electronic Protection of an output circuit in the receiver of a data transmission system, the binary Emits data characters at the output and their switching transistors at the output Short circuit or the presence of external voltages are protected from destruction, with a first transistor through which the current flows in trouble-free operation, a second transistor, which is blocked in fault-free operation and with a certain current increase is controlled conductive and blocks the first transistor, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that in series with the switching path of the first transistor (T1) switched into the emitter electrode a resistor (Rt) the end remote from the emitter to the emitter electrode of the second transistor (T2) is connected that the emitter electrode of the first transistor d through a resistor (R3) is connected to the base electrode of the second transistor and that the base electrode and the collector electrode of the second transistor (T2) each via a resistor (R2, R4) are connected to the collector electrode of the first transistor (Tl).

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that in the emitter electrode of the first transistor (Tl) another Resistor (R5) is switched on and that the resistor (R3) with that of the base electrode of the second transistor (T2) facing away from the end between the two resistors (R5, R1) is switched on in the emitter circuit of the first transistor (Tl).

7. Scheme arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that from the base electrode and from the emitter electrode of the second Transistor (T2) a series circuit of two resistors (R6, R7) is arranged and that one of the two resistors (R7) has a temperature-dependent resistance value having.

4. Circuit arrangement according to claim 3, d a d u r c h g e -k en n z e i c h n e t that the switching path of the first transistor (T1) between the Corner points of a diagonal of a diode bridge (D1, D2, D3, D4) is arranged and dual3 the corner points of the other bridge diagonal in series into the output circuit to be protected (AS) are switched on.

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