DE2250716B1

DE2250716B1 - Elektronische Sicherung mit monostabiler Kippstufe

Info

Publication number: DE2250716B1
Application number: DE19722250716D
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 3000 Hannover Karbowski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-10-16
Filing date: 1972-10-16
Publication date: 1974-03-28

Description

Wichtig ist nun der Ladungszustand des Kondensators, der am Ende des labilen Zustandes auf die nur geringe Spannung umgeladen ist, bei welcher der Transistor Tsr 1 leitend wird. Tritt unmittelbar nach Ende des labilen Zustandes erneut eine tiberbelastung auf oder besteht diese noch, wird der jetzt auf geringem positiven Potential liegende Belag des Kondensators C2 wieder auf positives Potential gelegt. Die nur geringe Spannung des Kondensators C2 reicht nun entweder nicht aus, den Transistor Tsrl zu sperren, oder dieser Transistor wird nur ganz kurz gesperrt, erreicht praktisch sofort wieder seinen leitenden Zustand, um dann wieder unmittelbar gesperrt zu werden usw... Zur sicheren Funktion der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es nämlich erforderlich, daß nach Beendigung des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe eine gewisse Zeit verstreicht, in welcher der Kondensator sich über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tsr 1, den Widerstand R 1 sowie über den Widerstand R 6 auf seinen ursprünglichen Zustand, also auf eine Spannung, die ungefähr gleich der Betriebsspannung ist, aufladen kann. Erst dann ist die monostabile Kippstufe wieder sicher funktionsfähig. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, besteht wegen der beschriebenen Eigenschaft der monostabilen Kippstufe die Gefahr der Zerstörung der Endtransistoren des Verstärkers.
Die Erfindung bezieht sich also auf eine elektronische Sicherung mit monostabiler Kippstufe zum Schutz der Transistoren der im B-Bereich arbeitenden Endstufe eines Verstärkers vor Überbelastung bei zu niedrigem Belastungswiderstand am Ausgang des Verstärkers, bei der die monostabile Kippstufe bei Überschreitung eines vorgegebenen Spannungswertes vom labilen in den stabilen Zustand und nach einer wählbaren Zeit wieder in den labilen Zustand gesteuert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen Nachteil der bekannten elektronischen Sicherung zu vermeiden.
Die Lösung der Aufgabe geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß ein Kondensator vorgesehen ist, der mit einer Vorstufe, die durch die Spannung am Kondensator gesperrt werden kann, und einem Transistor verbunden ist, wobei der Transistor derart an die monostabile Kippstufe angeschaltet ist, daß er während ihres stabilen Zustandes gesperrt und während des labilen Zustandes geöffnet ist und dann den Kondensator aufladet und daß die Entladezeit des Kondensators für die Entladung auf eine vorgegebene Spannung, bei welcher die Sperrung der Vorstufe aufgehoben wird, länger als die Zeitdauer des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe ist.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Vorstufe erst dann wieder eingeschaltet wird, nachdem die monostabile Kippstufe sich bereits eine bestimmte Zeit im stabilen Zustand befindet und somit wieder sicher funktionsfähig ist. Besteht nach Wiedereinschalten noch die Überbelastung, so kann nun die monostabile Kippstufe unmittelbar ansprechen, so daß die Vorstufe erneut abgeschaltet wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in der Zeichnung näher erläutert.
Die Endverstärker 5 und 6 zweier Kanäle (z.B.
Stereo-Anlage), welche die Lautsprecher 7, 8 speisen, werden von den Vorstufen 3, 4, z. B. integrierte Operationsverstärker mit je einem invertierenden Eingang 16, 18 und nichtinvertierenden Eingang 15, 17, angesteuert. An den Emitterwiderständen 37, 38 wird eine Prüfspannung abgegriffen und über die Widerstände 29, 31, die Dioden 30, 32 sowie den Widerstand 35 der monostabilen Kippstufe 2 zugeführt. An die monostabile Kippstufe 2 ist ein Transistor 1 angeschlossen, dessen Kollektor mit dem Kondensator 20 und über den Widerstand 19 sowie die Dioden 13, 14 mit den invertierenden Eingängen 16, 18 der Vorstufen 3 und 4 verbunden ist.
Im normalen Zustand, d. h., wenn keine tJberbelastung eines Endverstärkers 5 oder 6 vorhanden ist, befindet sich der Transistor 21 der monostabilen Kippstufe 2 im gesperrten und der Transistor 22 im leitenden Zustand. Dies entspricht der stabilen Lage der monostabilen Kippstufe 2. Bei auftretender Überbelastung eines Endverstärkers 5 oder 6, z. B. durch Kurzschluß, wird die Prüfspannung an dem Emitterwiderstand des entsprechenden Endverstärkers infolge des relativ großen Stromes so groß, daß der Transistor 21 in den leitenden Zustand gesteuert wird und damit die monostabile Kippstufe 2 in ihren labilen Zustand kippt. Der Transistor 22 wird dadurch für eine durch die Zeitkonstante des Kondensators 36 und der Widerstände 27, 28 bestimmte Zeit gesperrt. Der Kollektorstrom des leitenden Transistors 21 verursacht einen Spannungsabfall am Widerstand 27, der den zuvor im nichtleitenden Zustand befindlichen Transistor 1 öffnet. Dieser Transistor 1 bleibt während des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe 2 leitend und ladet den Kondensator 20 in kurzer Zeit ungefähr auf die Spannung +U auf.
Über den Widerstand 19 und die Dioden 13, 14 gelangt die Spannung am Kondensator 20 an die invertierenden Eingänge 16, 18 der Vorstufen 3 und 4, die dadurch gesperrt werden und die Endverstärker 5 und 6 nicht mehr ansteuern. Die Überbelastung der Endverstärker 5 und 6 ist damit unwirksam, so daß die Gefahr einer Zerstörung der Endtransistoren nicht mehr besteht.
Nach einer bestimmten Zeit, die von der Zeitkonstanten des Kondensators 36 und den Widerständen 27, 28 abhängig ist, kippt die monostabile Kippstufe 2 in ihre stabile Ausgangslage zurück. Der Transistor 21 wird gesperrt und damit wegen des nun nicht mehr vorhandenen Spannungsabfalls am Widerstand 27 auch der Transistor 1. Der Kondensator 20 beginnt sich über den Widerstand 19. die beiden Dioden 13, 14 und die Eingangswiderstände der invertierenden Eingänge 16. 18 der Vorstufen 3, 4 zu entladen.
Wenn die Spannung am Kondensator 20 auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, wird die Sperrung der Vorstufen 3, X aufgehoben. Die Schaltung ist so dimensioniert, daß die Entladung des Kondensators 20 auf den genannten Spannungswert eine solche Zeit beansprucht, daß inzwischen der Kondensator 36 der monostabilen Kippstufe ausreichend umgeladen ist und die monostabile Kippstufe 2 imstande ist, sofort für eine längere Zeit in die labile Lage zu steuern.
Das bedeutet, daß die Vorstufen 3, 4 bei noch bestehender Überbelastung der Endverstärker5, 6 sofort wieder sicher gesperrt werden. Der oben beschriebene Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung tritt bei der Erfindung nicht mehr auf.
Die beiden Dioden 30 und 32 bewirken, daß jeweils nur die größte an einem der Emitterwiderstände 37, 38 abgegriffene Prüfspannung ein Umkippen der monostabilen Kippstufe bewirkt. Eine Prüfgröße als Kriterium für die Überbelastung kann auch auf andere Art als durch die vom Emitterstrom der Endtransistoren an den Emitterwiderständen 37, 38 hervorgerufene Spannung erzeugt werden, wie z. B.
durch einen Vergleich von Ausgangsstrom und Ausgangsspannung der Endverstärker 5, 6.
Es ist weiterhin auch möglich, mit der Spannung am Kondensator 20 einen Schmitt-Trigger zu steuern, der im Falle einer Überbelastung die Betriebsspannung + U abschaltet oder die Vorstufen 3, 4 sperrt.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektronische Sicherung mit monostabiler Kippstufe zum Schutz der Transistoren der im B-Bereich arbeitenden Endstufe eines Verstärkers vor Überlastung bei zu niedrigem Belastungswiderstand am Ausgang des Verstärkers, bei der die monostabile Kippstufe bei Überschreitung eines vorgegebenen Spannungswertes vom labilen in den stabilen Zustand und nach einer wählbaren Zeit wieder in den labilen Zustand gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (20) vorgesehen ist, der mit einer- Vorstufe (4), die durch die Spannung am Kondensator (20) gesperrt werden kann, und einem Transistor (1) verbunden ist, wobei der Transistor (1) derart an die monostabile Kippstufe (2) angeschaltet ist, daß er-während ihres stabilen Zustandes gesperrt und während des labilen Zustandes geöffnet ist und dann den Kondensator (20) auflädt und daß die Entladezeit des Kondensators (20) für die Entladung auf eine vorgegebene Spannung, bei welcher die Sperrung der Vorstufe (4) aufgehoben wird, länger als die Zeitdauer des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe (2) ist.
2. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor(l) vom pnp-Typ ist, dessen Basis über einen Widerstand (28) mit dem Kollektor des Transistors (21) der monostabilen Kippstufe (2) verbunden ist, der während des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe (2) im leitenden Zustand ist und daß der Emitter des Transistors (1) mit der positiven Betriebsspannung (+ U) und der Kollektor mit dem einen Anschluß des Kondensators (20) verbunden ist, dessen anderer Anschluß an Masse geführt ist, und daß der mit dem Kollektor des Transistors (1) verbundene Anschluß des Kondensators (20) über einen Widerstand (19) und eine Diode (14) an den invertierenden Eingang (18) der Vorstufe (4) angeschaltet ist.
3. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung, die an einem Emifterwiderstand (37) in der Endstufe des Verstärkers (5) abfällt, über einen Widerstand (29) und eine Diode (30) an die Basis des Transistors (21) der monostabilen Kippstufe (2) geführt ist, der während des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe im leitenden Zustand ist.
4. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines zweikanaligen Verstärkers die an den Emitterwiderständen (37, 38) der Kanäle liegenden Spannungen über je einen Widerstand (29, 31) und je eine Diode (30, 32) an die Basis des Transistors (21) der monostabilen Kippstufe (2) geführt sind, der während des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe (2) im leitenden Zustand ist, und daß der mit dem Kollektor des Transistors (1) verbundene Anschluß des Kondensators (20) über den Widerstand (19) und je eine Diode (13, 14) mit den invertierenden Eingängen(l6, 18) der Vorstufen(3, 4) verbunden ist.
5. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Kondensator (20) einem Schwellwertschalter, z.B. Schmitt-Trigger, zugeführt ist, durch den die Vorstufen (3, 4) ab- und einschaltbar sind.

Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 151 017), zum Schutz vor Überbelastung eines Verstärkers eine monostabile Kippstufe zu verwenden. An der Endstufe des Verstärkers wird eine Prüfspannung abgegriffen, bei deren Überschreitung um einen vorgegebenen Spannungswert die mono stabile Kippstufe von ihrem stabilen in den labilen Zustand gesteuert wird. Während des labilen Zustandes der monostabilen Kippstufe wird durch sie die Versorgungsspannung einer Vorstufe ausgeschaltet. Nach einer bestimmten vorgegebenen Zeit kippt die monostabile Kippstufe unter Aufhebung der Abschaltung der Vorstufe in den stabilen- Zustand zurück. Bei noch andauernder Überbelastung wird sie erneut in die labile Lage gesteuert, anderenfalls bleibt sie in ihrer Ausgangslage, d. h. im stabilen Zustand.

Diese bekannte Schaltung besitzt den im folgenden beschriebenen Nachteil. Es sei angenommen, daß die monostabile Kippstufe infolge einer vorhandenen Überbelastung in den labilen Zustand kippt. Der vorher gesperrte Transistor Tsr 2 (Fig. 1 der deutschen Auslegeschrift) wird leitend, so daß der negative Kondensatorbelag des Kondensators C2, der zuvor etwa auf die Betriebsspannung aufgeladen war, auf positives Potential gelegt wird. Dadurch befindet sich die Basis des Transistors Tsr 1 auf einem positiven Potential, das in etwa der positiven Betriebsspannung entspricht, d. h., der Transistor Tsrl wird gesperrt.

Der Kondensator C2 wird nun über den Widerstand R4 umgeladen, wobei das Potential an der Basis des Transistors Tsrl nach und nach weniger positiv wird, bis der Transistor Tsr 1 wieder den leitenden Zustand erreicht, wobei gleichzeitig wegen der Rückkopplung über den Widerstand R 7 der andere Transistor Tsr 2 gesperrt wird. Damit ist der labile Zustand der monostabilen Kippstufe beendet.