DE2656466C3 - Überlastungsschutz für Transistoren - Google Patents
Überlastungsschutz für TransistorenInfo
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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 (4)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762656466 DE2656466C3 (de) | 1976-12-14 | 1976-12-14 | Überlastungsschutz für Transistoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19762656466 DE2656466C3 (de) | 1976-12-14 | 1976-12-14 | Überlastungsschutz für Transistoren |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2656466A1 DE2656466A1 (de) | 1978-06-15 |
DE2656466B2 DE2656466B2 (de) | 1979-07-26 |
DE2656466C3 true DE2656466C3 (de) | 1980-03-27 |
Family
ID=5995425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19762656466 Expired DE2656466C3 (de) | 1976-12-14 | 1976-12-14 | Überlastungsschutz für Transistoren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2656466C3 (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2458180A2 (fr) * | 1979-05-30 | 1980-12-26 | Telemecanique Electrique | Commutateur a transistors, muni d'un dispositif de protection contre les surintensites, avec rearmement automatique |
US5383083A (en) * | 1992-05-19 | 1995-01-17 | Pioneer Electronic Corporation | Protective apparatus for power transistor |
DE19538368C1 (de) * | 1995-10-14 | 1996-11-28 | Bosch Gmbh Robert | Schutzschaltung für einen Lastwiderstand (Verbraucher) mit vorgeschaltetem Transistor |
US7988354B2 (en) * | 2007-12-26 | 2011-08-02 | Infineon Technologies Ag | Temperature detection for a semiconductor component |
DE102009060346A1 (de) * | 2009-12-24 | 2011-06-30 | Merten GmbH & Co. KG, 51674 | Elektrische Schaltung zum Schalten und/oder Dimmen von Lasten |
GB2602132B (en) * | 2020-12-18 | 2024-10-09 | Murata Mfg Co Ltd | Three output DC voltage supply with short circuit protection |
-
1976
- 1976-12-14 DE DE19762656466 patent/DE2656466C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2656466A1 (de) | 1978-06-15 |
DE2656466B2 (de) | 1979-07-26 |
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