DE2409798B2 - Kurzschluß- und Überlastungsschutzeinrichtung für einen mit Halbleiterelementen bestückten Verstärker - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Kurzschluß- und Überlastungsschutzeinrichtung für einen mit Halbleiterelementen bestückten Verstärker mit einem in die Stromzuführungsleitung des Verstärkers eingeschalteten Stelltransistor, vor dessen Emitter-Kollektorstrecke ein Meßwiderstand angeordnet ist, dessen Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Stromstärke zur Ansteuerung des Stelltransistors dient und bei der parallel zur Stromzuführungsleitung des Verstärkers zwei Spannungsteiler geschaltet sind, von denen der erste in einem Zweig einen mit dem Stelliransistor thermisch gekoppelten Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten aufweist und der Verbindungspunkt seiner beiden Zweige über einen Steuertransistor mit der Basis des Stelltransistors verbunden ist, während der Verbindungspunkt der beiden Zweige des zweiten Spannungsteilers, über den der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand wirksam ist, einerseits mit der Basis des Stelltransistors und andererseits mit dem Ausgang des Steuertransistors verbunden ist.

Eine bekannte Einrichtung dieser Art ist in der DE-AS 15 13 057 beschrieben.

Mit einer solchen Einrichtung ist es möglich, den Stelltransistor gleichzeitig nach zwei verschiedenen Systemen der Überwachung auf Überlastung anzusteuern, nämlich einerseits in Abhängigkeit von der Stromstärke in der Stromzuführungsleitung und andererseits in Abhängigkeit von der Temperatur des Stelltransistors. Damit wird erreicht, daß die Kurzschluß- und Überlastungsschutzeinrichtung bei hoher Ansprechempfindlichkeit doch so träge arbeitet, daß gelegentliche Kurzschlüsse nicht sogleich zum Abschalten der Gesamtanlage führen, sondern der Strom in der Zuführungsleitung erst bei Überschreitung einer vorgegebenen Höchsttemperatur am Stelltransistor ab- und bei ihrer Unterschreitung wieder eingeschaltet wird.
Bei der bekannten Einrichtung sind sowohl der Meßwiderstand als auch der Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten im Emitter-Basiskreis des Steuertransistors angeordnet, so daß an der Basis des Steuertransistors die Summe der Spannungsabfälle über dem Meßwiderstand und dem Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten wirksam ist. Beide Überwachungssysteme werden also über den gleichen Steuertransistor wirksam und sind auf diese Weise stark miteinander verkoppelt.
Diese starke Verdoppelung hat den Nachteil, daß bei

einer Störung am Steuertransistor beide Überwachungssysteme gleichzeitig ausfallen, was zu einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit der Einrichtung führt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ausgehend von der oben beschriebenen bekannten Einrichtung, eine Kurzschluß- und Überlastungsschutzeinrichtung zu schaffen, bei der die beiden Überwachungssysteme weitgehend unabhängig voneinander wirksam werden, so daß beim Ausfallen des einen Systems weiterhin eine Überwachung durch das andere System gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die

beiden Überwachungssysteme weitgehend entkoppelt und es wird dadurch eine hohe Betriebssicherheit erreicht.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So kann bei der Ausführungsform nach Unteranspruch 5 die erfindungsgemäße Einrichtung zusätzlich als Ausschalter für den Verstärker oder den Verbraueher ausgenutzt werden. Die Anordnung eines Schalters in dieser Weise hat den großen Vorteil, daß über den Schalter nur ein Bruchteil des Stromes fließt, der in der Stromzuführungsleitung fließt. Durch die angegebene

Anordnung des Schalters wird bei Betätigung des Schahers der Überlastungsfall simuliert und die Anlage abgeschaltet. Diese Ausführungsform ist sehr vorteilhaft, da mit sehr schwach belastbaren Kontakten unter Umständen sehr große Leistungen ein- und ausgeschaltet werden können. Selbstverständlich kann der Schalter durch elektronische Schaltkreise, z. B. magnetoelektronische oder optoelektronische Schaltkreise ersetzt werden.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren Ausführungrbeispiele für die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild für eine Kurzschluß- und Überlastungsschutzeinrichtung

Fig. 2 und 3 stellen Varianten der Ausführungsform nach F i g. 1 dar.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist ein als Widerstand 1 dargestellter Verbraucher an einen Halbleiterverstärker 2 angeschlossen, der über die Stromzuführungsleitung 3 mit einer Stromquelle 6 verbunden ist. In die Stromzuführungsleitung 3 sind ein Stelltransistor 4 und ein Meßwiderstand 5 eingeschaltet. Der Stelltransistor 4 wird über eine Treiberstufe 9 angesteuert.

Parallel zur Stromzuführungsleitung 3 sind zwei Spannungsteiler geschaltet, von denen der erste aus den beiden Widerständen 7 und 12 aufgebaut ist, während der zweite aus der Diodenkette 13 und einem Widerstand 10 aufgebaut ist. Der Meßwiderstand 5 ist zwischen dem Kollektor des Stelltransistors 4 und den Verbindungspunkten der beiden Spannungsteiler 7, 12 und 13, 10 mit der Stromzuführungsleitung 3 angeordnet. In dem ersten der beiden Spannungsteiler ist der Widerstand 7 als Temperaturfühler ausgebildet und es besteht eine thermische Kopplung zwischen dem Temperaturfühler 7, dem Stelltransistor 4 und dem Verstärker 2, was in F i g. 1 durch strichpunktierte Linien 8 angedeutet ist. Unter »thermischer Kopplung« soll hierbei die unmittelbare, wärmeschlüssige Verbindung der Bauteile verstanden werden. So können beispielsweise der Verstärker 2, der Stelltransistor 4 und der Temperaturfühler 7 auf einer gemeinsamen Kupferplatte angeordnet sein. Die Teile können aber auch auf verschiedenen Wärmeleitgliedern angeordnet sein, wobei die Wärme-Übertragung durch thermische Integrierglieder bewirkt wird.

Die Basis des als Treiberstufe dienenden Transistors 9 ist einerseits mit einem Punkt zwischen der Diodenkette 13 und dem Widerstand 10 und andererseits mit dem Kollektor eines Steuertransistors 11 verbunden, dessen Basis mit einem Punkt zwischen den Widerständen 7 und 12 verbunden ist, während sein Emitter an die Verbindungspunkte der beiden Spannungsteiler mit der Stromzuführungsleitung 3 angeschlossen ist.

Der Widerstand 10 ist nun so bemessen, daß der Transistor 9 und damit der Stelltransistor 4 auf Durchlaß geschaltet sind. Der Stelltransistor 11 ist im Ruhezustand gesperrt, weil der Temperaturfühler 7 im Normalzustand, d. h. bei kaltem Verstärker 2 und kaltem Stelltransistor 4, niederohmig ist, und der Widerstand 12 so hochohmig bemessen ist, daß die Basisspannung am Steuertransistor 11 nicht ausreicht, um den Steuertransistor 11 auf Durchlaß zu schalten.

Entsteht im Verstärker 2 ein Kurzschluß,, so wird aus der Stromquelle 6 über den Stelltransistor 4 und den Meßwiderstand 5 ein unzulässig hoher Strom geführt, der am Meßwiderstand 5 einen Spannungsabfall verursacht, welcher größer ist als die Schwellenspannung der Diodenkette 13. Hierdurch wird die Spannung an der Basis des Transistors 9 so verändert, daß der Transistor 9 und damit der Stelltransistor 4 so weit gesperrt wird, daß der höchstzulässige Strom durch den Stelltransistor 4 nicht überschritten wird. Der Stelltransistor 4 besitzt keine besonders große Kühlfläche und erwärmt sich daher schnell, was zur Folge hat, daß über die thermische Kopplung 8 der Temperaturfühler 7 erwärmt wird, wodurch sich sein Widerstand vergrößert. Bei Erreichung eines bestimmten, durch die Auslegung der Schaltung gegebenen Wertes wird der Steuertransistor 11 auf Durchlaß geschaltet, was zur Folge hat, daß die Transistoren 9 und 4 vollständig stabil gesperrt werden. Nach Abkühlen des Stelltransistors 4 prüft die Schaltung, ob der Kurzschluß noch vorhanden ist und der ganze Vorgang beginnt von neuem.

Wird der Verstärker 2 infolge Übersteuerung oder zu kleiner Impedanz der Last 1 dauernd überlastet, so erwärmt sich der Kühlkörper der Endstufe des Verstärkers 2. Über die thermische Koppelung 8 wird der Temperaturfühler 7 erwärmt und wiederum wird über die Transistoren 11, 9 und 4 der Verstärker gegebenenfalls solange abgeschaltet, bis seine Temperatur unter den vorgegebenen Höchstwert gesunken ist.

Damit äußerlich erkannt werden kann, ob die Einrichtung im Überlastbetrieb arbeitet oder bereits abgeschaltet hat, ist es zweckmäßig, Anzeigevorrichtungen vorzusehen, die diese beiden Zustände anzeigen.

In F i g. 2 ist ein Ausschnitt der Schaltung nach F i g. 1 dargestellt, wobei die Diodenkette 13 der Schaltung nach F i g. 1 durch eine Lumineszensdiode 14 ersetzt ist.

F i g. 3 stellt ebenfalls einen Ausschnitt aus der Schaltung nach F i g. 1 dar, wobei in den zweiten Spannungsteiler zu der Diodenkette 13 eine weitere Diodenkette 15 eingefügt ist, und der Steuertransistor 11 mit dem Widerstand 10 über eine Lumineszensdiode 16 verbunden ist. Dabei wird durch die Diodenkette 15 die Potentialdifferenz kompensiert, welche durch die Lumineszensdiode 16 zwischen dem Kollektor des Steuertransistors 11 und dem Widerstand 10 erzeugt wird.

Zum Aus- und Einschalten der gesamten Einrichtung kann in nicht dargestellter Weise ein Schalter dienen, der in die Zuleitung zum Widerstand 10 bzw. in die Zuleitung zum Fühler 7 eingeschaltet wird.

Es ist leicht zu erkennen, daß bei der dargestellten Einrichtung gelegentliche Kurzschlüsse nicht zu einem endgültigen Versagen der Anlage führen können, da die Einrichtung nach einiger Zeit, die wegen der kleinen Kühlflächen sehr kurz bemessen sein kann, die Anlage wieder einschaltet.

Dadurch, daß der Stelltransistor 4 keine besonders großen Kühlflächen benötigt, kann die Einrichtung auch in vielfacher Form auf kleinstem Raum zusammengebaut sein, ohne daß befürchtet werden muß, ausgedehnte Wärmepole zu erzeugen, was bei dichtgepackten Nachrichtengeräten ein besonderer Vorteil ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kurzschluß- und Überlastungsschutzeinrichtung für einen mit Halbleiterelementen bestückten Verstärker mit einem in die Stromzuführungsleitung des Verstärkers eingeschalteten Stelltransistor, vor dessen Emitter-Kollektorstrecke ein Meßwiderstand angeordnet ist, dessen Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Stromstärke zur Ansteuerung des Stelltransistors dient und bei der parallel zur Stromzuführungsleitung des Verstärkers zwei Spannungsteiler geschaltet sind, von denen der erste in einem Zweig einen mit dem Stelltransistor thermisch gekoppelten Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten aufweist und der Verbindungspunkt seiner beiden Zweige über einen Steuertransistor mit der Basis des Stelltransistors verbunden ist, während der Verbindungspunkt der beiden Zweige des zweiten Spannungsteilers, über den der Spannungsabfall an dem Meßwiderstand wirksam ist, einerseits mit der Basis des Stelltransistors und andererseits mit dem Ausgang des Steuertransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (5) zwischen dem Stelltransistor (4) und den Verbindungspunkten der beiden Spannungsteiler (7, 12 und 13, 10) mit der Stromzuführungsleitung (3) angeordnet ist, daß der zweite Spannungsteiler mindestens in einem seiner Zweige eine Diode oder Diodenkette (13,14) enthält und daß die Verbindungspunkte der beiden Zweige des ersten und des zweiten Spannungsteilers (7, 12 und 13,10 bzw. 14,10) über eine Treiberstufe (9) mit der Basis des Stelltransistors (4) verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (7) mit hohen Temperaturkoeffizienten in dem ersten Spannungsteiler zusätzlich mit mindestens einem Teil der Halbleiterelemente der Leistungsstufe bzw. -stufen des Verstärkers (2) thermisch gekoppelt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige des Überlastungszustandes in an sich bekannter Weise eine zwischen dem Steuertransistor (11) und der Basis des Stelltransistors (4) angeordnete Lumineszensdiode (16) dient.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige des Überlastungszustandes in an sich bekannter Weise eine in dem zweiten Spannungsteiler angeordnete Lumineszensdiode (14) dient.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Spannungsteiler (10,13 bzw. 7,12) jeweils in dem Zweig, der im Überlastungsfall den höheren Widerstandswert aufweist, ein den Stromfluß unterbrechender Schalter angeordnet ist.