DE2354054B2

DE2354054B2 - Anordnung zum ueberlastungsschutz von transistoren

Info

Publication number: DE2354054B2
Application number: DE19732354054
Authority: DE
Inventors: Dragutin Dipl.-Ing. 6451Rodenbach Milosevic
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1973-10-29
Publication date: 1976-02-19
Also published as: FR2249463B3; GB1462446A; FR2249463A1; DE2354054A1

Description

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- nisse weiterhin, so wiederholt sich der vorstehend kennzeichnet, daß Kaltleiter (PTC) und Transi- beschriebene Vorgang von neuem.

stör (Q) nach Art der integrierten Schaltungen Bei beiden bekannten Schaltungen wird somit bei

aus einem einzigen Halbleiterblock hergestellt 35 Überlast der Stromfluß durch den zu schützenden sind. Transistor gesperrt, wobei im Fall der DT-AS

15 13 057 ein fortwährendes Ein- und Ausschalten der im Fall der GB-PS 11 88 157 ein einmaliges Aus-

schalten des zu schützenden Transistors erfolgt.

4= Beide bekannte Schaltungen eignen sich daher nicht zum Schalten von Lasten mit Stoßstromverhalten, wie sie beispielsweise kapazitive Lasten und Glüh-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung f adenlampen darstellen. Für die Steuerung von Logiktum Überlastungsschutz von Transistoren, insbeson- systemen mit Speicherelementen oder für Annähetiere von Endstufen-Schalttransistoren in Emitter- 45 rungsschalter, die bekanntlich prellfrei arbeiten soltchaltung, mit einem mit dem Transistor gut wärme- len, eignen sich die bekannten Schaltungen daher leitend verbundenen Kaltleiter. ebenfalls nicht. Die bekannten Schaltungen sind zu-

Durch die DT-PS 15 13 057 ist eine Schaltungs- dem verhältnismäßig aufwendig. So wird in der Schalanordnung bekanntgeworden, bei der im Längs- tung gemäß der DT-AS 15 13 057 ein zusätzliches zweig zwischen einer Spannungsquelle und einem 5° aktives, elektronisches Element benötigt, um die Verbraucher die Serienschaltung aus einem Meß- Schutzfunktion zu realisieren. Bei der Schaltung gewiderstand und der Emitter-Kollektor-Strecke eines maß der GB-PS 11 88 157 bedarf es eines mechani-Stelltransistors angeordnet ist. Der Basisstrom des sehen Schalters sowie einer zugeordneten Betätigungs-Stelltransistors ist vom Betriebszustand eines Steuer- vorrichtung, um den Transistor zu schützen,
transistors abhängig, dessen Emitter-Kollektor- 55 Ausgehend von diesen bekannten Schaltungsanord-Strecke der Serienschaltung aus dem Meßwiderstand nungen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, und der Emitter-Basis-Strecke des Stelltransistors eine Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz parallel geschaltet ist und in dessen Emitter-Basis- eines Transistors anzugeben, die auch beim Schalten Kreis der Meßwiderstand sowie als Teil eines Span- von Lasten mit Stoßstromverhalten eine kontinuiernungsteilers im Querzweig der Schaltung ein Kalt- 60 liehe Speisung der Last gestattet und die dieses Proleiter liegt. Der Kaltleiter ist gut wärmeleitend mit blem mit einfachen, auf engstem Raum unterbiingdem Stelltransistor verbunden. Diese bekannte baren Schaltungsmitteln löst, wie dies beispielsweise Schaltungsanordnung dient dem Zweck, den Stell- im Zusammenhang mit Tast- und Annäherungstransistor bei kurzschlußähnlichen Verhältnissen auf schaltern erwünscht ist. Die Lösung dieser Aufgabe der Verbraucherseite gegen unzulässig hohe Erwär- 65 gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Ermung zu schützen. Dies geschieht dadurch, daß in- findung. Gemäß der Erfindung wird die Basisvorfolge gleichzeitiger Erwärmung des Kaltleiters dessen spannung des zu schützenden Transistors durch Widerstand ansteigt und der Steuertransistor durch- einen Spannungsbegrenzer begrenzt, und ein Kalt-

leiter im Emitterkreis begrenzt infolge seiner Erwärmung die Verlustleistung des zu schützenden Transistors auf einen zulässigen Wert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen de»- Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Aus der US-PS 32 60 900 ist es bereits bekannt, bei einem Transistor einen Kaltleiter ais Enrtterwiderstand vorzusehen. Dieser Kaltleiter dient jedoch nicht einem Überlastungsschutz des Transistors — hierzu bedarf es als zusätzlicher Maßnahme einer Begrenzung der Basisvorspannung ·— sondern lediglich einer Kompensiorur.g des Temperaturganges der Basis-Emitter-Diode des Transistors bei schwankender Umgebungstemperatur.

Für die praktische Ausführung der Erfindung ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Da Sperrschichttemperatur und Gehäusetemperatur bei einem Transistor in einem definierten Verhältnis zueinander stehen, welches durch den thermischen Widerstand Ri,>/G zwischen Sperschicht / und Gehäuse G gegeben ist, kann man den überlastungsschutz durch einen Kaltleiter erreichen, wenn dieser in gutem Wärmekontakt am Transistorgehäuse befestigt ist. Sorgt man dafür, daß die Gehäusetemperatur T₀ den Wert

ratur, gewählt werden. Die maximal erreichbare Sperrschichttemperatur ergibt sich dann zu

JM'

■ curie

CE max

IhJG ^ Tj max

(Π)

= Tj _max —

(X)

nicht überschreitet, so kann auf einen besonderen Kühlkörper verzichtet werden. In der Gleichung (I) bedeutet Tj_max die maximal zulässige Sperrschichitemperatur und P_CEmax die maximale Kollektorverlustleistung. Die Curie-Temperatur des mit dem Transistorgehäuse thermisch gut gekoppelten Kaltleiters (PTC-Widerstand) soll etwas höher als die maximale Umgebungstemperatur T_Amax, beispielsweise 10° C über der maximalen UmgebungstempeDer Temperaturkoeffizient des Kaltleiters liegt vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 5 und 3O°/o/° C, beispielsweise bei 15 °/o/° C.
Eine andere Möglichkeit für eine enge thermische

ίο Kopplung zwischen Sperrschicht und Kaltleiter ist durch Herstellung beider Elemente aus einem einzigen Halbleiterblock nach Art der integrierten Schaltung oder durch die Verwendung scheibenförmiger Halbleiterelemente (Chips) und die Anwendung der Hybrid-Technik gegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Schaltbildes wiedergegeben. Der in Emitterschaltung betriebene Transistor Q erhält sein Eingangssignal über einen Vorwiderstand R von der Eingangsklemme 1, wobei die Basisvorspannung durch eine zwischen die Basiselektrode und die Eingangsklemme 2 eingeschaltete Doppeldiode D begrenzt wird. In Reihe mit dem Emitter liegt ein Kaltleiter PTC, welcher entweder unmittelbar mit der Sperrschicht oder mit dem Gehäuse des Transistors Q thermisch gekoppelt ist. Der Lastwiderstand R_L für den Transistor ist zwischen den Kollektor und die Betriebsspannungsklemme V_B eingeschaltet. Eine gute thermische Kopplung des Kaltleiters PTC mit dem Träii:>istui gehäuse läßt sich dadurch erreichen, daß der Kaltleiter PTC scheibenförmig ausgebildet ist und großflächig entweder unmittelbar auf dem Transistorgehäuse oder auf einem anodisch behandelten Bereich aufliegt, welches den Wärmeübergang zum Transistorgehäuse unter gleichzeitiger elektrischer Isolierung hiervon herstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

schaltet, wodurch der Basisstrom des Stelltransistors Patentansprüche: abgeleitet und der Stelltransistor gesperrt wird. In folge der Sperrung des Stelltransistors kühlt dessen

1. Anordnung zum Überlastungsschutz von Sperrschicht und damit auch der mit der Sperrschicht Transistoren, insbesondere von Endstufen-Schalt- 5 in Wärmekontakt befindliche Kaltleiter ab, so daß transistoren in Emitterschaltung, mit einem mit der Steuertransistor in zunehmendem Maße wieder dem Transistor gut wärmeleitend verbundenen gesperrt und der Stelltransistor wieder ausgesteuert Kaltleiter, dadurch gekennzeichnet, wird. Bei kurzschlußähnlichen Verhältnissen, d.h. daß der Kaltleiter (PTC) mit dem Emitter des auch beim Einschalten kapazitiver Lasten oder von Transistors (Q) in Reihe geschaltet und zwischen io Glühfadenlampen, arbeitet somit die bekannte Schal-Basisanschluß und freiem Anschluß des Kalt- tung wie ein Relaxationsoszillator.

leiters ein Spannungsbegrenzer (D) eingeschaltet Durch die GB-PS 1188157 ist eine Schaltungsist, anordnung zum Überlastungsschutz eines Transistors

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- bekanntgeworden, bei der im Kollektorkreis des kennzeichnet, daß der Kaltleiter (Pl C) in gutem 15 Transistors ein mechanischer Schalter in Serie zum Wärmekontakt am Transistorgehäuse befertigt ist. Lastwiderstand und parallel zur Kollektor-Emitter-

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- Strecke eine Spule geschaltet ist. Ein bei Erregung kennzeichnet, daß der Kaltleiter (PTC) scheiben- der Spule in diese hineinziehbarer Kern gestattet die förmig ausgebildet ist und großflächig auf dem öffnung des mechanischen Schalters. Durch einen Transistorgehäuse aufliegt. 20 Emitterwiderstand wird eine rein stromabhängige

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- Gegenkopplung erzielt, und durch eine der Basiskennzeichnet, daß der Kaltleiter scheibenförmig Emitter-Strecke parallelgeschaltete Diode wird die ausgebildet und auf einem eloxierten Blech be- Aussteuerung des zu schützenden Transistors befestigt ist, welches großflächig am Transistor- grenzt. Bei kurzschlußähnlichen Lastverhältnissen gehäuse anliegt. 25 wird infolge des Anstiegs der Kollektor-Emitter-

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Spannung die Spule erregt und der mechanische bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kaltleiter Schalter geöffnet. Auf diese Weise wird der Strom- (PTC), Transistor (Q) und Spannungsbegrenzer nuß durch den Transistor unterbrochen und dieser (D) als scheibenförmige Halbleiterbauelemente in gegen Überlastung geschützt. Durch Handbetätigung Form eines Hybridmoduls zusammengeschaltet 30 kann der mechanische Schalter wieder geschlossen sind. werden. Bestehen die kurzschlußähnlichen Verhält-