DE2656466C3

DE2656466C3 - Überlastungsschutz für Transistoren

Info

Publication number: DE2656466C3
Application number: DE19762656466
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. 1000 Berlin Ketterling
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE2656466A1; DE2656466B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE-PS 1513057 bekannt.

Aus der DE-OS 2354054 ist eine Anordnung bekannt, bei der ein Kaltleiter gut wärmeleitend um das Gehäuse eines Transistors befestigt und gleichzeitig als Widerstand in die Emitterleitung des Transistors eingeschaltet ist. Um einen guten Wärmekontakt zu erreichen, wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, den Kaltleiter und den Transistor aus einem einzigen Halbleiterblock herzustellen. Trutz dieser Maßnahme bleibt immer noch eine wärmeleitende Strecke zwij sehen dem Transistorkristall und dem Kaltleiter vorhanden, woraus eine Zeitkonstante bei der Wärmeübertragung und damit eine Verzögerung bei der Erfassung einer plötzlich auftretenden Temperaturveränderung resultiert.

in Aus dem Buch von Rusche, Wagner, Weitz »Flächentransistoren«, Springer Verlag, 1961, S. 82, ist es bekannt, daß die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors temperaturabhängig ist. Diese Spannung ist also ein direktes Maß für die Temperatur des Tran-

j sistorkristalls. Leider ist diese Spannung aber auch abhängig von der Größe des Emitterstroms.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine

in Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz von Transistoren anzugeben, die schnell arbeitet und die Temperaturveränderungen des Transistorkristalls ohne Zeitkonstante sofort auswertet.

j-, Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Weiterbildungen und Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Vorteile

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erfaßt unverzögert die tatsächliche Temperatur des Transistorkristalls. Hieraus resultiert ein zuverlässiger Γι Schutz gegen thermische Überlastung auch bei extremen Betriebssituationen und knapp dimensionierter •Kühlung.

Beschreibung

in Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines Regelteils für eine Gleichspannung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

π Als Stellglied im Regelteil wird ein Leistungstransistor oder ein Darlingtontransistor verwendet, der gegen die Zerstörung durch eine zu hohe Kristalltemperatur geschützt werden soll. Mit der gleichen Schaltungsanordnung lassen sich auch Transistoren in Leistungs-

-,(i verstärkern, Leistungsschaltern und ähnlichen Anordnungen schützen.

An der Eingangsklemme 1 liegt eine Spannung Ul an, die an der Ausgangsklemme 2 als geregelte Spannung t/2 abgenommen werden kann. Der jeweils

-,-; zweite Pol der Spannungen ist mit dem Nullpotential verbunden. Von der Eingangsklemme 1 aus in Richtung zur Ausgangsklemme 2 liegt eine Diode 3, die als Verpolungsschutz dient, ein Stellglied mit einem Leistungstransistor 4 in Längsrichtung und ein sehr kleiner Widerstand S von größenordnungsmäßig 0,1 Ω, der als Strommeß- und Strombegrenzungswiderstand dient.

Die Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 4 kann man sich als eine Spannungsquelle mit

υ, einem Innenwiderstand vorstellen und dieser Innenwiderstand bildet zusammen mit dem Widerstand 5 einen ersten Zweig einer Brückenschaltung. Der zweite Zweig der Brückenschaltung wird aus zwei Wi-

derständen 6 und 7 gebildet, die in Reihe von der Ausgangsklemme 2 zum Steuereingang des Stellgliedes, d. h. an die Basis des Leistungstranrüstors 4 geschaltet sind. Vom Verbindungspunkt 8 des Widerstandes 7 mit der Basis des Leistungstransistors 4 ist eine Zenerdiode 9 gegen Nullpotential geschaltet, die die Größe von i/2 festlegt, im gezeigten Beispiel wirkt der Leistungstransistor 4 als Spannungsfolger.

Das Verhältnis gedachter Innenwiderstand der liasis-Emitter-Strecke zum Widerstand 5 ist gleich dem Verhältnis Widerstand 7 zu Widerstand 6. Hierdurch wird der Einfluß des Emitterstroms auf die temperaturabhängige Basis-Emitter-Spannung des Leistungstransistors 4 kompensiert.

Mit dem Verbindungspunkt 10 des Widerstandes 6 mit dem Widerstand 7 ist der invertierende Eingang eines Operationsverstärkers 11 verbunden der als Vergleichsschaltung arbeitet. An den nHitinvertierenden Eingang ist eine einstellbare Referenzspannungsquelle 12 angeschlossen, deren Fußpunkt mit dem Verbindungspunkt 13 des Widerstandes 5 mit dem Leistungstransistor 4 verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Referenzspannung schwimmend auf der Brückenspannung steht. Auf den nicht invertierenden Eingang ist zur Einstellung einer bestimmten Schalthysterese des OP-Verstärkers 11 über eine Widerstandskombination 14 vom Ausgang eine Spannung zurückgeführt. Der Ausgang des OP-Verstärkers 11 ist mit einem Multivibrator 15 verbunden, dessen Ausgang über einen Trennwiderstand 16 rsiit dem Verbindungspunkt 8, d. h. mit der Basis des Leistungstransistors 4 verbunden ist.

Im normalen Arbeitszustand ist die Brücke stromunabhängig derart fehlabgeglichen, daß der OP-Verstärker 11, dem die nur noch temperaturabhängige Brückenspannung und die entsprechend eingestellte Referenzspannung zugeführt wird, nicht durchschaltet. Dieser Zustand am Ausgang des OP-Verstärkers hält den Multivibrator 15 in seiner eingeschalteten Stellung fest. Der als Stellglied eingesetzte Leistungstransistor 4 ist leitend und an der Ausgangsklemme 2 erscheint die geregelte Spannung i/2.

Wenn durch eine erhöhte Belastung die Kristalltemperatur des Leistungstransistors 4 steigt, so sinkt

■η

sofort die Basis-Emitter-Spannung, was über die Brücke auf den OP-Verstärker 11 einwirkt. Wird eine der maximal zulässigen Temperaturgrenze des Transistorkristalls entsprechende Grenze unterschritten, > so schaltet der OP-Verstärker 11 durch und gibt damit den Multivibrator 15 frei. Der Multivibrator 15 schaltet aus und sperrt damit den Leistungstransistor 4, wodurch ein weiterer Temperaturanstieg des Transistorkristalls vermieden wird.

Nach Verstreichen einer gewissen Zeit gibt der Multivibrator 15 einen sehr kurzen Einschaltimpuls, etwa für einige Millisekunden, auf den Leistungstransistor 4. Ist die Abkühlung des Transistorkristalls unter den durch die Schalthysterese des OP-Verstärkers gegebenen Wert abgesunken, so sperrt der OP-Verstärker 11 sofort wieder und der Multivibrator 15 bleibt eingeschaltet und damit der Leistungstransistor 4 durchlässig. Ist der Transistorkristal! noch nicht ausreichend abgekühlt, so bleibt der OP-Verstärker 11 durchgeschaltet und der Leistungstransistor 4 wird mit Ende des kurzen Einschaltimpulses wieder gesperrt. Dieser Vorgang wiederholt sich bis eine genügende Abkühlung festgestellt wird.

Diese Zwangseinschaltung ist erforderlich, weil der Zusammenhang der Basis-Emitterspannung mit dem Emitterstrom des Leistungstransistors 4 nichtlinear ist und eine selbsttätige Wiedereinschaltung dadurch verhindert wird.

Um bei einem plötzlich auftretenden Kurzschluß den Leistungstransistor 4 nicht in den nicht mehr abschaltbaren zweiten Durchbruch kommen zu lassen, ist - wie bei der in der DE-PS 1513 057 bereits beschriebenen elektronischen Sicherung- ein Transistor 17 vorgesehen. Der Emitter des Transistors 17 ist mit der Ausgangsklemme 2, der Kollektor mit dem Verbindungspunkt 8 und die Basis mit dem Verbindungspunkt 13 verbunden. Der Widerstand 5 führt im Kurzschlußfall in Verbindung mit dem Transistor 17 durch Begrenzen der Basis-Emitter-Spannung des Leistungstransistors 4 eine Strombegrenzung herbei, wodurch die Anstiegsgeschwindigkeit der Kristalltemperatur des Leistungstransistors ebenfalls begrenzt wird. Der Leistungstransistor 4 wird dann bei Erreichen der maximal zulässigen Kristalltemperatur wie oben beschrieben gesperrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz von Transistoren, mit einer die Erwärmung des Transistors erfassenden Meßschaltung und einer mit dieser verbundenen Vergleichsschaltung, deren Ausgangssignal den Transistor sperrt, wenn die gemessene Erwärmung des Transistors einen vorgegebenen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichne t, daß die Meßschaltung zur Erfassung der um den Einfluß des EmittersliOms kompensierten Basis-Emitter-Spannung des Transistors (4) aus einer Brückenschaltung besteht, deren erster Zweig aus der Basis-Emitterstrecke des Transistors (4) und einem mit ihr in Reihe liegenden Widerstand (5) besieht und deren zweiter Zweig aus der Reihenschaltung zweier Widerstände (6, 7) besteht und daß der Eingang (-) der Vergleichsschaltung (11) mit dem Verbindungspunkt (10) der beiden Widerstände (6, 7) im zweiten Brückenzweig und der Fußpunkt der Referenzspannungsquelle (12) für die Vergleichsschaltung (11) mit dem Verbindungspunkt (13) des Widerstandes (5) mit dem Emitter des Transistors (4) im ersten Brückenzweig verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (11) eine durch das Verhältnis der Widerstände der Widerstandskombination (14) am nicht invertierenden Eingang (+) der Vergleichsschaltung (11) einstellbare Hysterese aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vergleichsschaltung (11) und dem Transistor (4) zum Wiedereinschalten ein Multivibrator (15) angeordnet ist, der von der Vergleichsschaltung (11) bei Kristalltemperaturen unterhalb der zulässigen Temperatur im Ein-Zustand gehalten und bei Kristalltemperaturen oberhalb der zulässigen Temperatur veranlaßt wird, eine Impulsserie mit langen Pausen und kurzen Impulsen abzugeben.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strombegrenzung durch den Transistor (4) der mit ihm in Reihe liegende Widerstand (5) in Verbindung mit einem Transistor (17) wirkt, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen den Verbindungspunkten der Brückenzweige miteinander liegt und dessen Basis mit dem Verbindungspunkt (13) des Widerstandes (5) mit dem Transistor (4) im ersten Brückenzweig verbunden ist.