DE2239415A1

DE2239415A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OVERLOAD PROTECTION FOR TRANSISTORS

Info

Publication number: DE2239415A1
Application number: DE19722239415
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Reiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1972-08-10
Publication date: 1974-02-21

Description

Schaltungsanordnung zum Überlastschutz für Transistoren Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überlastschutz für Transistoren, wobei mindestens ein Verstärkertransistor einen Emitterwiderstand besitzt zwischen ritter und Bezugspotential, der Emitter zur Basis eines Ableittransistors führt, dessen Emitter auf Bezugspotential und dessen Kollektor an der Basis des Verstärkertransistors liegt.Circuit arrangement for overload protection for transistors The invention relates to a circuit arrangement for overload protection for transistors, with at least an amplifier transistor has an emitter resistor between ritter and reference potential, the emitter leads to the base of a leakage transistor, the emitter of which is at reference potential and whose collector is connected to the base of the amplifier transistor.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt und beispielsweise in dem Artikel von V.J. Karpov: Transistoren in Speisegeräten in "telekosmos monographischen zur Automatischen" 1966, S. 71-73 beschrieben. Allerdings hat diese bekannte Schaltungsanordnung im engeren Sinne nicht einen Überlastschutz zum Zweck9 sondern bewerkstelligt lediglich eine stromabhängige Steuerung des Verstärkertransistors. Ein echer Überschutz müßte die Verlustleistung berücksichtigen. Die an den Emitterwiderstand abfallende, durch den Verstärkenstrom verursachte Spannung steuert den Ableittransistor, der mehr oder weniger den in die Basis des Verstärkertransistors fließenden Strom abzweigt und so eine stromabhängige Regelung bewirkt.Such a circuit arrangement is known and for example in the article by V.J. Karpov: transistors in power supplies in "telekosmos monographic zur Automatischen "1966, pp. 71-73. However, this known circuit arrangement in the narrower sense, not an overload protection for the purpose9 but merely brings about a current-dependent control of the amplifier transistor. A real overprotection would have to take the power loss into account. The one falling to the emitter resistor, through The voltage causing the amplifying current controls the bleeder transistor, the more or less branches off the current flowing into the base of the amplifier transistor and thus effects a current-dependent regulation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Überlastschutz für Transistoren anzugeben. Dabei soll die in der bekannten Schaltungsanordnung vsrw wendete Regelungsmöglichkeit über den Ableittransistor an der Basis des Verstärkertransistors verwendet werden; jedoch genügt eine stromabhängige Steuerung dieses Ableittransistors nicht. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll der Ableittransistor von der Leistung des Verstärkertransistors gesteuert werden. Eine vorgegebene Dauerlastbegrenzungskurve soll eingeschalten werden.The present invention is based on the object of a circuit arrangement to be specified for overload protection for transistors. It should be in the known circuit arrangement vsrw used control option via the bypass transistor at the base of the amplifier transistor be used; however, current-dependent control of this diverting transistor is sufficient not. With the aid of the circuit arrangement according to the invention, the discharge transistor can be controlled by the power of the amplifier transistor. A predetermined continuous load limit curve should be switched on.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen den Emitter und den Kollektor des Verstärkertransistors ein Spannungsteller geschaltet ist und daß die Basis des Ableittransistors an einen Teilerpunkt dieses Spannungsteilers angeschlossen ist und damit über einen unteren Teil des Spannungsteilers zum Emitter des Verstärkertransistors führt.To solve this problem, in a circuit arrangement, the initially mentioned type proposed according to the invention that between the emitter and the collector of the amplifier transistor, a voltage regulator is connected and that the base of the Discharge transistor is connected to a divider point of this voltage divider and thus via a lower part of the voltage divider to the emitter of the amplifier transistor leads.

In einer erfindungsgemäßen aufgebauten Schaltungsanordnung wird der Ableittransistor sowohl durch eine vom Strom des Verstärkertransistors abhängige Spannung gesteuert als auch durch eine Spannung, die von der zwischen Emitter und Kollektor den VPrstärkertransistors liegenden Spannung abhängig ist. Zu einer echten von der Leistung des Verstärkertransistors abhängigen Steuerung müßte ein Kriterium zur Steuerung des Ableittransistors gefunden werden, das dem Produkt als der Spannung am Verstärkertransistor und dem Strom durch den Verstärkertransistor proportional ist. In einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden jedoch beide Kriterien, d.h. eine'dem Stron und eine der Spannung am Verstärkertransistor proportionale Spannung nicht multiplizier sondern addiert. Damit ist eine qerste grobe Annäherung der durch den Ableittransistor bewirkten Begrezungskurve fUr die Leistung des Verstärkertransistors an die Dauerlastbegrennzungskurve des Verstärkertransistor gefunden.In a circuit arrangement constructed according to the invention, the By-pass transistor both by a dependent on the current of the amplifier transistor Voltage controlled as well as by a voltage derived from that between emitter and Collector the Vr amplifier transistor lying voltage depends. To a real one control dependent on the performance of the amplifier transistor would have to be a criterion to control the diverter transistor can be found, which is the product than the voltage at the amplifier transistor and proportional to the current through the amplifier transistor is. In a circuit arrangement according to the invention, however, both criteria are i.e. one proportional to the current and one proportional to the voltage at the amplifier transistor Do not multiply voltage, but add it. This is a first rough approximation the limiting curve for the output of the amplifier transistor caused by the bypass transistor found on the continuous load limit curve of the amplifier transistor.

Die Dauerlastbegrenzungskurve verläuft im allgemeinen nach einer Hyperbel als Produkt zwischenm Spannung und Strom; jedoch kann die Kurve von einer Hyperbel abweichen, wenn eine konstante Verlustleistung nicht möglich ist. Es ist aber für jeder Transistor eine solcher Dauerlastbegrenzungskurve vorgegeben, die den in einem Koordinatensystem nilt Z Strom und aer Spannung als Woordinaten gegebenen Leistungsbereich in zwei Bereiche unterteilt, von denen der eine den verbotenen Bereich darstellt.The continuous load limit curve generally follows a hyperbola as a product between voltage and current; however, the curve can be of a hyperbola deviate if constant power loss is not possible. But it is for each transistor is given such a continuous load limit curve, which in a The coordinate system uses the Z current and the voltage as the coordinate data of the given power range divided into two areas, one of which is the prohibited area.

Die tatsächliche Leistung soll sich in dem anderen Bereich befinden. Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird eine tatsächliche Begrenzungskurve für die Leistung des Verstärkertransistors erreicht, die die mögliche Leistung in dem erlaubten Bereich ausnutzt, jedoch die Dauerlastbegrenzungskurve nicht überschreitet. Die einfachste Annäherung der tatsächlichen Begrenzungskurve an die Dauerlastbegrenzungskurve besteht nun bei der Addition aus den beiden Kriterien Strom und Spannung zur Steuerung des Ablelttransistors aus einer Gersden. Je nach -Anwendungszweck kann diese einfache Annäherung geniigen.The actual performance should be in the other area. With the aid of a circuit arrangement according to the invention, an actual limiting curve is created for the performance of the Amplifier transistor achieved the possible Utilizes power in the permitted range, but the continuous load limit curve does not exceed. The simplest approximation of the actual limit curve to the continuous load limitation curve now consists of the addition of the two criteria Current and voltage to control the deflection transistor from a Gersden. Depending on - This simple approximation can suffice for the purpose of application.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erweitert die durch die einfache Gerade gegebene grobe Annäherung an die Dauerlastbegrenzungskurve durch einen, mehr oder weniger nbgerundeten Knick in der Geraden. Die entsprechende vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schlatungsanordnung besteht darin, daß der Spannungsteiler nichtlinear ist un daß die am unteren Teil, d.h. dem Emitter des Verstärkertransistors benachbarten Teil des Spannungsteilers abgegriffene Steuerspannung für den Ableittransistor bei ansteigender Gesamtspannung des Spannungsteilers einen abnehmenden Steigungsfaktor hat. Eine konkrete Ausführung besteht darin, daß der Spannungsteiler zwei Teilerpunkte hat, einen oberen und einem unteren, daß die Basis des Ableittransistors am unteren Teilerpunkt angeschlossen ist und daß zwischen dem oberen Teilerpunkt und dem Emitter des Verstärkertransistors die Rethenschaitung eines ohmschen Widerstandes mit einer Diode liegt. Bei ansteigender Spannung zwischen Emitter und Kollektor des Verstärkertransistors steigt zunächst die Steuerspannung für den Ableittransistor linear an, bis die Durchlaßspannung der Diode erreicht ist. Bei weiterem Ansteigen steigt- die Steuerspannung entweder linear mit einem anderen Proportionalitätfaktor oder, anhängig von der Nichtlinearrität, entsprechend der Diodenkennlinie. Mit Hilfe einer solchen vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich die Annäherung der tatsächlichen Begrenzungskurve sn die Dauerlastbegrenzungskurve recht gut erreichen.An advantageous embodiment of the invention extends through the rough approximation of the continuous load limit curve given by the simple straight line a more or less rounded kink in the straight line. The corresponding advantageous Embodiment of a Schlatungsanordnung according to the invention is that the The voltage divider is non-linear and the one at the lower part, i.e. the emitter of the Amplifier transistor adjacent part of the voltage divider tapped control voltage for the leakage transistor when the total voltage of the voltage divider increases has decreasing slope factor. A concrete implementation is that the Voltage divider has two dividing points, an upper and a lower, that the base of the diverting transistor is connected to the lower divider point and that between the upper dividing point and the emitter of the amplifier transistor the Rethenschaitung an ohmic resistor with a diode. With increasing voltage between The control voltage rises first of all, emitter and collector of the amplifier transistor for the bypass transistor linearly until the forward voltage of the diode is reached is. With a further increase, the control voltage either increases linearly with a another proportionality factor or, depending on the non-linearity, correspondingly the diode characteristic. With the help of such an advantageous embodiment of an inventive Circuit arrangement can be used to approximate the actual limiting curve sn reach the continuous load limit curve quite well.

Eine weitere vorteilehafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheltungsanordnung bezieht sich auf den Fall, wo der Verstärkertransistor kurzeitig größere Leistung verkraften muß, als die Dauerlastbegrenzungskurve angibt. Solche kurzzeitigen erhöhten Leistungen sind ungefährlich und sollen deshalb fUr die Steuerung des Ableittransistors nicht erfaRt werden. Aus diesem Grund muß die Steuerspannung des Aleittransistors einer erhöhten Spannungsteilerspannung verzögert folgen, damit ein unschädliches kurzzeitiges Überschreiten der Dauerlastbebrenzungskurve die Steuerung noch nicht ansprechen läßt.Another advantageous embodiment of a circuit arrangement according to the invention refers to the case where the amplifier transistor momentarily has greater power must cope with than the continuous load limit curve indicates. Such short-term increased Performances are harmless and should therefore be used to control the leakage transistor not be detected. For this reason, the control voltage of the Aleittransistor delayed following an increased voltage divider voltage, thus a harmless the control does not yet briefly exceed the continuous load limitation curve can address.

Diese Verzögerung geschieht nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch Parallelschalten eines Kondensators zu einem Teil des Spannungsteilers. Dieser Kondensator ist beispielsweise zwischen einen weiteren Teilerpunkt, der dem Kollektor des Verstärkertransistors nächstgelegen ist, und den Emitter des Verstärkertransistors geschaltet.This delay occurs according to an embodiment of the invention Circuit arrangement by connecting a capacitor in parallel to part of the Voltage divider. This capacitor is, for example, between another Divider point closest to the collector of the amplifier transistor, and switched to the emitter of the amplifier transistor.

Die Dauerlastbegrenzungskurve ist für eine bestimmte Temperatur aufgenommen. Besitzt nun der Verstärkertransistor aus irgend einem Grunde eine erhöhte Temperatur, dann müßten die Dauerlastbegrenzungskurve und die tatsächliche Begrenzungskurve nach kleineren Leistungen verschoben werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Verstärkertransistor und dem Ableittransistor und/oder mindestens einem Teil des Spannungsteilers eine thermische Kopplung besteht. Diese bewirkt, daß die tatsächliche Begrenzungskurve für die Leistung des Verstärkertransistors nach kleinerer Leistung hin verschoben wird. Insbesondere bei Ausführung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in integrierter Technik ist diese thermische Kopplung von Vorteil.The continuous load limitation curve is recorded for a specific temperature. If, for whatever reason, the amplifier transistor has an elevated temperature, then the continuous load limitation curve and the actual limitation curve would have to postponed after smaller services. An advantageous embodiment of the Invention consists in that between the amplifier transistor and the diverter transistor and / or at least part of the voltage divider is thermally coupled. This causes the actual limiting curve for the performance of the amplifier transistor is shifted towards lower performance. In particular when executing an inventive Circuitry using integrated technology, this thermal coupling is advantageous.

Weitere Einzelheiten sollen sich an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben.Further details should be based on one shown in the drawing Embodiment of a circuit arrangement according to the invention result.

Das Ausführungsbeispiel ist so gehalten, daß es als Ganzes wie ein Transistor angesehen werden kann. Dann bedeutet ein Eingang 1 die Basis, ein Ausgang 2 den Kollektor und eine Klemme 3 den Emitter eines solchen Gesamttransistors. Der Eingang 1 ist mit der Basis eines Verstärkertransistors 4 verbunden. Dessen Kollektor liegt am Ausgang 2 und dessen Emitter über einen ohmschen Widerstand 5 an der Klemme 3, bzw. auf Bezugspotential Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Verstärkertransistorsa 4 liegt die Reihenchaltung von vier ohmschen Wiederständen, in der Zählung vom Kollektor zum Eitter mit 6, 7, 8 und 9 bezeichnet. Der Verbindungspunkt der beiden ohmschen Widerstände 8 und 9 liegt an der Basis eines Ableittraflsistors 10, dessen Kollektor mit der Basis des.Verstärkertransistors 4 und dessen Emitter mit der Klemme 3 verbunden ist. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden ohmschen Widerstände 7 und 8 und dem Emmiter des Verstärkertransistors 4 liegt die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 11 mit einer Diode 12, Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden ohmschen Widerstände 6 und 7 und dem Emitter des Verstärkertransistors 4 liegt ein Kondensator 13.The embodiment is designed so that it as a whole is like a Transistor can be viewed. Then an input 1 means the base, an output 2 the collector and a terminal 3 the emitter of such an overall transistor. Of the Input 1 is connected to the base of an amplifier transistor 4. Its collector is at output 2 and its emitter via an ohmic resistor 5 at the terminal 3, or to the reference potential between the collector and the emitter of the amplifier transistor a 4 is the series connection of four ohmic resistors, counting from the collector denoted by 6, 7, 8 and 9 for the Eitter. The connection point of the two ohmic Resistors 8 and 9 are connected to the base of a discharge transistor 10, the collector of which connected to the base of the amplifier transistor 4 and its emitter to terminal 3 is. Between the connection point of the two ohmic resistors 7 and 8 and the Emmiter of the amplifier transistor 4 is the series connection of an ohmic resistor 11 with a diode 12, between the connection point of the two ohmic resistors 6 and 7 and the emitter of the amplifier transistor 4 is a capacitor 13.

Sowohl bei ansteigendem Strom durch den Verstärkertransistor 4 als auch bei ansteigender Spannung am Verstärkertransistor 4 steigt die Steuerspannung an der Basis des Ableittransistors 10.Both with increasing current through the amplifier transistor 4 as the control voltage also rises when the voltage at the amplifier transistor 4 rises at the base of the bypass transistor 10.

Je größer diese Steuerspannung ist, desto mehr ist der Ableittransistor 10 leitend und desto mehr entzieht er der Basis des Verstärkertransistors 4 den Eingangsstrom. Die Charakteristik dieses Steuerverhaltens ist zunächst die einer Geraden. Von einer bestimmten Spannung an, abhängig von der Schwellenspannung der Diode 12, wird diese leitend und gibt den durch den ohmschen Widerstand 9 in bezug auf den gesamten Spannnungsteiler gegebenen Spannungsteilerfaktor einen nichtlinearen Verlauf bei Erhöhung der Spannung am Spannungsteiler. Das ergibt mit der Nichtlinearität der Diode eine mit Erhöhung der Spannung zwischen Emitter und Kollektor des Verstärkertransistors 4 geringer werdende ansteuerung der Ableittransistors 10.The larger this control voltage, the larger the leakage transistor 10 conductive and the more it withdraws from the base of the amplifier transistor 4 Input current. The characteristic of this tax behavior is first of all one Straight lines. From a certain voltage, depending on the threshold voltage of the Diode 12, this becomes conductive and gives the through the ohmic resistor 9 in relation a non-linear voltage divider factor given to the entire voltage divider Course when the voltage on the voltage divider increases. That results with the non-linearity of the diode with an increase in the voltage between the emitter and collector of the amplifier transistor 4 decreasing control of the leakage transistor 10.

Bei kurzzeitiger Erhbhung der Spannung zwischen Emitter und kollektor des Verstärkertransistor 4 bewirkt der Kondensator 13, daß die abgergriffene Steuerspannung, fUr die Basis des Ableittransistors 10 erst nach einer Verzögerung den durch das Spannungsteilerverhältnis bestimmten Wert erreicht. Das hat zur Folge, daß kurzzeitige Erhöhungen der Spannungs am Verstärkertransistor 4 den Steuermechanismus nicht entsprechen lassen. Mit Bilfe des Spannungsteilers und der,Nichtlinearität erreicht man ueber den Ableittransistor 10 eine Begrenzungskurve fur die Leistung des Verstärkertransistors 4, die nich gut an eine annähernd hyperbolisch verlaufende Dauerlastbegrenzungskurve anschmiegt. Mit Hilfe einer weitergehenden Beschaltung läßt sich die Nichtlinearität des Spannungsteilers so gestalten, daß die Dauerlastbegrenzungskukrve von der tatsächlichen Begrenzungskurve beliebig enpenähert wird.With a short-term increase in the voltage between emitter and collector of the amplifier transistor 4, the capacitor 13 causes the tapped control voltage, for the base of the leakage transistor 10 only after a delay caused by the Voltage divider ratio reached certain value. This has the consequence that short-term Increases in the voltage on the amplifier transistor 4 do not correspond to the control mechanism permit. With the help of the voltage divider and the, non-linearity is achieved via the bypass transistor 10 has a limiting curve for the power of the amplifier transistor 4, which does not fit well with an almost hyperbolic continuous load limit curve hugs. The non-linearity can be reduced with the aid of more extensive wiring of the voltage divider so that the continuous load limiting curve differs from the actual Limiting curve is approximated as desired.

Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich mit wenigen und billigen Bauelementen eine Leistungsgabegrenzung und damit eine Verlustleistungsbegrenzung für einen Transistor durchfUhren, ohne daß der Arbeisbereich des Transistors nennenswert eingeschränkt werden muß. Durch entsprechende Gestaltung der Nichtlinearität des Spannungsteilers läßt sich die Dauerlastbegrenzungskurve beliebig annähern. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. läßt sich für alle Arten von Strom- und Spannungstabilisierungsschaltungen ebenso wie für Steuer- und Regelungsschaltungen, als auch für Leistungsstufen anwenden.With the help of a circuit arrangement according to the invention can be with few and cheap components a power output limitation and thus a power loss limitation for a transistor without affecting the operating range of the transistor must be restricted. By appropriately designing the non-linearity of the Voltage divider, the continuous load limitation curve can be approximated as desired. One circuit arrangement according to the invention. can be used for all types of current and voltage stabilization circuits as well as for control and regulation circuits, as well as for power levels.

5 Patentansprüche 1 Figur5 claims 1 figure

Claims

P a t e n t a n 8 p r ü c h e Circuit arrangement for overload protection for transistors, where at least one amplifier transistor has an emitter resistor has a reference potential between the emitter and the emitter to the base of a leakage transistor leads whose emitter is at reference potential and whose collector is at the base of the Amplifier transistor lies, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that between the emitter and the collector of the amplifier transistor (4) a voltage divider is connected and that the base of the diverting transistor (10) at a dividing point this voltage divider is connected and demit over a lower part (9) of the voltage divider leads to the emitter of the amplifier transistor (4).

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c c h g g e -k e n n z P i c h n e t that the voltage divider is non-linear and that the one at the bottom Part (9) of the voltage divider tapped control voltage for the discharge transistor (10) a decreasing slope factor with increasing total voltage of the voltage divider asked.

3. Circuit arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e -k.e n n shows that the tension arm has a lower dividing point and an upper, the divider point closest to the collector of the amplifier transistor (4) has that ie the base of the discharge transistor (10) is connected to the lower dividing point and that between the upper dividing point and the emitter of the amplifier transistor (4) the series connection of an ohmic resistor (11) with a diode (12) is located.

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n v t that ur delay the control of the discharge transiostor (10) when the continuous load limit curve of the amplifier transistor is exceeded for a short time (4) A capacitor (13) is connected in parallel to part of the voltage limiter is.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, d s d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that a thermal coupling, in particular through integrated design, between the amplifier transistor (4) and the leakage transistor (10) and / or at least part of the voltage divider consists, whereby when heated of the amplifier transistor (4) the limiting curve achieved with the discharge transistor (10) for the power of the amplifier transistor (4) shifted in the direction of lower power will.