DE2456856C3

DE2456856C3 - Schaltungsanordnung zur Laststrombegrenzung bei einer Gleichstromversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE2456856C3
Application number: DE19742456856
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(Grad.) 4785 Belecke Scholz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-12-02
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2456856B2; DE2456856A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Laststrombegrenzung bei einer mittels einer Schalttransistoranordnung oder einer stetig gesteuerten Transistoranordnung in Reihenschaltung mit einer Last spannungsgeregelten Gleichstromversorgungseinrichtung, bei welcher die Steuerstrecke eines Strombegrenzungstransistors mit einem vom Laststrom durchflossenen Meßwiderstand und einer der Steuerstrecke des Transistors entgegengepolten und von einer Hilfsspannung über einen ohmschen Widerstand in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode in einem Überwachungs-Stromkreis in Reihenschaltung angeordnet sind und der Transistor durch eine mit dem Spannungsabfali im Meßwiderstand und der Durchlaßspannung der Diode gebildete Summenspannung bei Überstrombeiastung der Einrichtung stromleitend und auf den Halbleiter- t>o schalter oder stetig gesteuerten Halbleiter zurückwirkend gesteuert wird.

Es ist durch die DE-AS 15 88 779 eine derartige Schaltung zur Strombegrenzung in spannungsgeregelten Stromversorgungsgeräten mit einem insbesondere geschalteten Halbleiterwiderstand, zum Beispiel einem Schalttransistor, als Stellglied bekannt, bei welcher eine ebenfalls der Steuerstrecke eines Transistors, nämlich eines Strombegrenzungstransistors, im Überwachungsstromkreis entgegengepolte Diode durch eine Hilfsspannungsquelle mit einer Gleichspannung vorgespannt ist Die betreffende Diode wird durch eine von der geregelten Ausgangsspannung eines solchen Stromversorgungsgerätes* unabhängige Fremdspannungsquelle vorgespannt zum Beispiel durch eine von der Betriebsspannung eines Regelumsetzers abgeleitete Gleichspannung, welcher Regelumsetzer als Bestandteil eines Schaltreglers in Verbindung mit dem Schalttransistor verwendet wird.

In der obengenannten DE-AS wird bereits darauf hingewiesen, daß bei Verwendung einer Diode, deren Halbleitermaterial etwa die gleichen Eigenschaften aufweist wie das Halbleitermaterial des Strombegrenzungstransistors, sowie durch Anordnung dieser Diode in unmittelbarer Nähe dieses Transistors ein Ausgleich des Temperaturkoeffizienten des Transistors wegen der entgegengesetzt wirkenden Temperaturabhängigkeit dieser beiden Halbleiter erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art bei der Bereitstellung der Hilfsspannung für das Vorspannen der Diode des Überwachungsstromkreises ohne eine Fremdspannungsquelle und mit verhältnismäßig geringem Aufwand auszukommen und außerdem einen Ausgleich des Temperatureinflusses auf die Schalttransistoranordnung oder die stetig gesteuerte Transistoranordnung und den Strombegrenzungstransistor auch bei unterschiedlichen Temperaturen dieser Halbleiter herbeizuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Steuerstrecke der Schalttransistoranordnung oder stetig gesteuerten Transistoranordnung aus zumindest zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten pn-Übergängen besteht und als Hilfsspannung für das Vorspannen der Diode des Überwachungsstromkreises die an diesen pn-Übergängen abfallende Spannung verwendet ist.

Diese Spannung wird also durch den die Schalttransistoranordnung bzw. die stetig gesteuerte Transistoranordnung steuernden Strom erzeugt, der z. B. von einem diesen Anordnungen vorgeordneten vorhandenen Spannungsregler geliefert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile werden in dem Wegfall der Fremdspannungsquelle für das Vorspannen der Diode des Überwachungsstromkreises und in einem wirksamen Ausgleich der Einflüsse von in den erwähnten pn-Übergängen und im Strombegrenzungstransistor unterschiedlichen Temperaturen gesehen. In der nachstehenden Beschreibung wird dies noch besonders erläutert.

Ausbildungen der Erfindung gemäß besteht die Schalttransistoranordnung oder stetig gesteuerte Transistoranordnung aus einem über mindestens einen Transistor in Kaskadenschaltung angesteuerten oder aus einem über mindestens eine Diode angesteuerten Transistor.

Durch die DE-AS 17 63 627 ist eine Schaltungsanordnung zur Laststrombegrenzung bei einer mittels einer stetig gesteuerten Transistoranordnung in Reihenschaltung mit einer Last spannungsgeregelten Gleichstromversorgungseinrichtung bekannt, bei welcher die Steuerstrecke eines Strombegrenzungstransistors mit einem vom Laststrom durchflossenen Meßwiderstand und mit einem weiteren Widerstand, der von einer dem Spannungsabfall im Meßwiderstand entgegengepolten Spannung beaufschlagt ist, in einem Überwachungs-

Stromkreis in Reihenschaltung angeordnet sind und der Transistor durch die Differenz der Spannungen des Meßwiderstandes und des weiteren Widerstandes bei Überstrotnbelastung der Einrichtung stromleitend und auf die stetig gesteuerte Transistoranordnung zurückwirkend gesteuert wird. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht die Steuerstrecke der stetig gesteuerten Transistoranordnung ebenfalls aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten pn-Übergängen, und zwar ist die Transistoranordnung aus einem Ober einen zweiten Transistor in Kaskadenschaltung angesteuerten Transistor gebildet Der zweite Transistor der Kaskadenschaltung dient hierbei lediglich als Steuertransistor. Eine Diode ist im Überwachungsstromkreis nicht vorgesehen und es wird daher auch keine Spannungsquelle für das Vorspannen einer solchen Diode benötigt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer zweistufigen Transistorkaskade (Darlingtonschaltung) dargestellt, das nachstehend beschrieben ist

Die Zeichnung zeigt die wesentlichen Bestandteile der Schaltungsanordnung zur Laststrombegrenzung bei einer hochbelastbaren spannungsgeregelten Gleichstromversorgungseinrichtung mit einem stetig gesteuerten Transistor 1 in Reihenschaltung mit einer Gleichstromquelle Q und einer Last L Die Spannung Ul an der Last L wird mittels des stetig gesteuerten Transistors 1 durch Veränderung der Kollektor-Emitter-Spannung, von einem Spannungsregler R gesteuert, konstantgeregelt. Der stetig gesteuerte Transistor 1 wird über einen jo zweiten Transistor 2 in Darlingtonschaltung durch den Spannungsregler R angesteuert.

Die Schaltungsanordnung enthält ferner einen Überwachungsstromkreis mit einem dritten Transistor 3 (Strombegrenzungstransistor). Die Steuerstrecke des Transistors 3 ist mit einem vom Laststrom Il durchflossenen Meßwiderstand 4 und einer der Basis-Emitter-Diode der Steuerstrecke des Transistors 3 entgegengepolten Diode 5 in Reihenschaltung angeordnet, so daß der Spannungsabfall des Laststromes Il im Meßwiderstand 4 und die Durchlaßspannung der Diode S gleichsinnig in dem den Transistor 3 aufsteuernden Sinne gepolt sind. Diese Anordnung ist in der obenerwähnten DE-AS 15 bi> 7 79 erstmals beschrieben und hat den Vorteil, daß der Spannungsabfall des Laststromes im Meßwiderstand 4 im Falle einer Überstrombelastung nur noch geringfügig erhöht werden muß, damit der Transistor 3 aufgesteuert wird. Es kann somit der Meßwiderstand einen nur geringen Widerstandswert aufweisen, so daß die Vei luste in dem Meßwiderstand entsprechend gering sind.

Der Überwachungsstromkreis ist erfindungsgemäß wie folgt ausgebildet.

In Reihenschaltung mit der Diode 5 ist ein ohmscher Widerstand 6 angeordnet und es sind dieser Reihenschaltung die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 3 sowie auch die Reihenschaltung der Steuerstrecken der in Darlingtonschaltung angeordneten Transistoren 1 und 2 parallel geschaltet Somit ist der Kollektor des Transistors 3 mit dem Ausgang des Spannungsreglers R verbunden und kann außerdem auch mit anderen Stromkreiselementen verbunden sein. Die Diode 5 wird über den Widerstand 6 während des Regelbetriebes der Versorgungseinrichtung von einem nahezu konstanten Strom in der Durchlaßrichtung durchflossen. Der im Falle einer Überstrombelastung stromleitend gesteuerte Transistor 3 bildet einen Nebenschluß zu den Steuerstrecken der in Darlingtonschaltung angeordneten Transistoren 1 und 2, wodurch der Laststrom /». mittels des Transistors 1 begrenz wird.

Durch die erfindungsgemäfie Schaltungsanordnung wird außerdem ein Ausgleich des Temperatureinflusses auf die Darlingtonschaltung und den Transistor 3 des Überwachüngsstromkreises selbst bei unterschiedlichen Temperaturen der beteiligten Transistoren herbeigeführt Die Darlingtonschaltung 1, 2 nimmt nämlich während des Betriebs der Einrichtung infolge der Strombelastung des Transistors 1 regelmäßig eine höhere Temperatur als der Transistor 3 des Überwachungsstromkreises an. Dies wird anschließend noch ausführlich erläutert:

Es sei vorausgesetzt daß der Transistor 1 und weitere an der Transistorkaskade beteiligte Transistoren wie auch die Diode 5 und der Transistor 3 des Überwachungsstromkreises sämtlich aus dem gleichen Halbleitermaterial, z. B. aus Silizium sind, so daß alle diese Halbleiter einen gleichen Temperaturkoeffizienten dU/dö haben. Im Betrieb der Stromversorgungseinrichtung können der Transistor 3 und die Dicde 5 praktisch auf der gleichen Temperatur #2 gehalten werden. Der Transistor 1 und mehrere in Kaskadenschaltung angeordnete Vortransistoren 2, ... können eine Temperatur #1 höher als #2 haben.

Der Ausgleich des Temperatureinflusses auf die Spannungen an der Diode 5 und Basis-Emitter-Diode des Transistors 3 ergibt sich durch das gleiche Temperaturverhalten dieser Halbleiter Es verbleibt nun, zu untersuchen, wie sich die Spannung an der Diode 5 infolge des Temperaturverhaltens der Kaskadenschaltung verändert.

An einer η-stufigen Kaskade liegt eine Gleichspannung,

(Übe ist die Durchlaßspannung an der Steuerstrecke eines Kaskadentransistors), welche bei gleichbleibender Temperatur ft\ und gleichbleibendem Strom praktisch konstant ist. Die Durchlaßspannung der Diode 5 sei mit i/o und der Widerstandswert des Widerstandes 6 sei mit Ri bezeichnet In der Reihenschaltung 5, 6 fließt ein Gleichstrom

I = (n ■ Übe- Ud) I Rt ·

Im Falle unterschiedlich großer Temperaturänderungen Δϋ·\ und Δ&ΐ bei dem Transistor 1 und der Diode 3 verändert sich die Spannung t/zu

U + i U = η ■ U₈, + η ^-~ 1ö,

und die Spannung U₀ zu

V₀ + 1 V₀ = V₀ + ~/ /I O₂
hierdurch verändert sich auch der Strom / zu

V₁

Bi:

so daß

Λ Λ,

1 /Λ -

ΛUj_{1 U)}

ί) H₂

Ru'

Weiten

ergibt sich

Die Stromveränderung ΔI ruft bei der Diode 3 eine Spannungsveränderung

hervor (ro ist einer Diode).

= Td ΔΙ

der differentielle Durchlaßwiderstand

Somit ist die durch die ungleichen Temperaturveränderungen Δϋι und Δ-&2 hervorgerufene Spannungsveränderung

Es; läßt zeigen, daß sich mit U_flt = U_d = 1 Volt, R_b = 150 Ω, ro — 0,5 Ω und mit einer dreistufigen Transistorkaskade (n = 3) bei den Temperaturveränderungen Δϋ·\ = 150° C und Ab₂ = 6O⁰C die Durchlaßspannung U_D der Diode 5 um nicht mehr als AUd = 2,6 mVolt verändert Es läßt sich ferner zeigen, daß die Halbleiterkaskade mit dem Transistor 1 die Stufenanzahl 2 haben kann, oder daß der Basis des Transistors i eine Diode vorgeschaltet sein kann. In diesem Falle verändert sich die Durchlaßspannung der Diode 3 unter den oben angegebenen Bedingungen um nicht mehr als etwa 1,7 · 10-3 Volt Dabei brauchen der Transistor 3 und die Diode 5, wie ersichtlich, nicht in der Nähe des Transistors 1 angeordnet zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Laststrombegrenzung bei einer mittels einer Schalttransistoranordnung oder einer stetig gesteuerten Transistoranordnung in Reihenschaltung mit einer Last spannungsgeregelten Gleichstromversorgungseinrichtung, bei welcher die Steuerstrecke eines Strombegrenzungstransistors mit einem vom Laststrom durchfloss enen Meßwiderstand und einer der Steuerstrecke des Transistors entgegengepolten und von einer Hilfsspannung Ober einen ohmschen Widerstand in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode in eimern Überwachungsstromkreis in Reihenschaltung angeordnet sind und der Transistor durch eine mit dem Spannungsabfall im Meßwiderstand und der Durchlaßspannung der Diode gebildete Summenspannung bei Oberstrombelastung der Einrichtung stromleitend und auf die Schalttransistoranordnung oder stetig gesteuerte Transistoranordnung zurückwirkend gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke der Schalttransistoranordnung oder stetig gesteuerten Transistorariordnung (1) aus zumindest zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten pn-Übergängen besteht und als Hilfsspannung für das Vorspannen der Diode (5) des Uberwachungsstromkreises die an diesen pn-Übergängen abfallende Spannung (L^ verwendet ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch jo gekennzeichnet, daß die Schalttransistoranordnung oder stetig gesteuerte Transistoranordnung aus einem über mindestens einen Transistor (2) in Kaskadenschaltung angesteuerten Transistor (1) besteht. J5

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalttransistoranordnung oder stetig gesteuerte Transistoranordnung aus einem über mindestens eine Diode angesteuerten Transistor (1) besteht.