DE2733749A1

DE2733749A1 - Ueberlastungsschutz fuer transistoren

Info

Publication number: DE2733749A1
Application number: DE19772733749
Authority: DE
Inventors: Dragutin Dipl Ing Milosevic
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1979-02-15
Also published as: GB1596100A; FR2399148A1; DE2733749B2; FR2399148B1

Description

Nunmohr selbständige Patentanmeldung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum überlastungsschutz von Transistoren nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Aus der DT-AS 23 54 054 (Uauptpatent) ist eine derartige Anordnung bekannt, bei der einerseits ein mit dem zu schützenden Transistor gut wärmeleitend verbundener und mit dem Emitter in Reihe geschalteter Kaltleiter vorgesehen ist und bei der andererseits zwischen den Basisanschluß des Transistors und den freien Anschluß des Kaltleiters ein Spannungsbegrenzer geschaltet ist. Diese bekannte Schaltungsanordnung führt zu sehr guten Ergebnissen solange der Ausgangsstrom des Endstufen-Schalttransistors einen bestimmten Viert von z.B. 200 mA nicht übersteigt. Werden dagegen ausgangsseitig höhere Lastströme von z.B. IA gefordert und soll andererseits auch bei diesen hohen Lastströmen die Ausgangsspannung verhältnismäßig niedrig gehalten werden, so führt die bekannte Schaltungsanordnung nicht zum Ziel, da insbesondere Kaltleiter mit sehr kleinem Widerstand bei Raumtemperatur und kleinen Abmessungen nicht verfügbar sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Schaltungsanordnung in der Weise weiterzubilden, daß einerseits auch bei hohen Lastströmen die Ausgangsspannung niedrig gehalten werden kann und zum anderen der den Laststrom ziehende Transistor keine thermische überlastung erfährt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Aus der DT-AS 15 13 057 ist bereits eine Schaltungsanordnung bekanntgeworden, bei der ein Steuertransistor in Zusammenarbeit mit einem Kaltleiter einen den Laststrom ziehenden Stelltransistor gegen überlastung schützt. Hierbei ist im Längszweig zwischen einer Spannungsquelle und einem Verbraucher die Serienschaltung aus einem Meßwiderstand und der Eroitter-Kollektorstrecke des Stelltransistors angeordnet. Der Basis-Strom des Stelltransistors ist vom Betriebszustand eines

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Steuertransistorn abhängig, dessen Ernitter-Kollektorstrecke der Serienschal tuncj aus dem Meßwiderstand und der Emitter-Easisstrecke des Stelltransistors parallelgeschaltet ist und in dessen Emitter-Basiskreis der Meßwiderstand sowie als Teil eines Spannungsteilers im Querzweig der Schaltung ein Kaltleiter liegt. Diese bekannte Schaltungsanordnung dient dem Zweck, den Stelltransistor bei kurzschlußähnlichen Verhältnissen auf der Verbraucherssite gegen unzulässig hohe Erwärmung zu schützen. Dies geschieht dadurch, daß infolge gleichzeitiger Erwärmung des Kaltleiters dessen Widerstand ansteigt und der Steueirtransistor durchschaltet, wodurch der Basisstrom des Stelltransistors abgeleitet und der Stelltransistor gesperrt wird. Infolge der Sperrung des Stelltransistors kühlt dessen Sperrschicht und damit auch der Kaltleiter ab, so daß der Steuertransistor in zunehmendem Maße wieder gesperrt und der Stelltransistor wieder aufgesteuert wird. Bei kurzschlußähnlichen Verhältnissen, d. h. auch beim Einschalten kapazitiver Lasten oder von Glühfadenlampen arbeitet somit die bekannte Schaltung wie ein Relaxationsoszillator. Diese bekannte Schaltung eignet sich daher nicht zum Schalten von Lasten mit Stoßstromverhalten. Für die Steuerung von Logiksystemen mit Speicherelementen oder für Annäherungsschalter, die bekanntlich prellfrei arbeiten sollen, eignet sich die bekannte Schaltung daher ebenfalls nicht.

Anhand zweier in den Figuren der beiliegenden.Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine aus zwei Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaute Transistorstufe, bei der der zu schützende Transistor in einer Kollektorschaltung angeordnet ist und

Fig. 2 eine aus zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebaute Transistorstufc, bei der der zu schützende Transistor in Emitterschaltung angeordnet

Gemäß Fig. 1 ist zwischen die Basis eines Steuertransistors Q1 und Bezugspotential ein Spannungsbegrenzer in Form einer Doppeldiode D1 geschaltet. Die Doppeldiode D1 begrenzt die Eingangsspannung auf den Maximalwert V1. Der Emitter des Steuertransistors Q1 ist über einen niederohmigen Kaltleiter Rp _c an den Kollektor des zu schützenden Transistors Q21 angeschlossen. Der Kollektor des Steuertransistors Q1 liegt an der Basis des zu schützenden Transistors Q21. Der Emitter des Transistors Q21 ist über einen Lastwiderstand R_L an die Betriebsspannung +V angeschlossen und andererseits ist der Basis-Emitterstrecke des Transistors Q21 ein Basiswiderstand R_ß parallelgeschaltet. Der Kaltleiter Iv,_TC ist galvanisch mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors Q21 verbunden. Hierdurch ergibt sich ein kleiner thermischer Widerstand zwischen dem Kaltleiter und dem Gehäuse des Transistors Q21. Da der Kaltleiter R_pTC im Steuerkreis des zu schützenden Transistors Q21 angeordnet ist und somit dieser Kaltleiter kaum Leistung aufnimmt, kann dieser in seinen Abmessungen sehr klein gehalten werden, was zu einer ebenfalls kleinen thermischen Zeitkonstante führt.

Setzt man voraus, daß einerseits der durch den Kaltleiter Rp_TC fließende Strom I_£1 sehr klein im Hinblick auf den Kollektor-Strom I ist, daß andererseits der Widerstandswert des Kaltleiters Rp_TC relativ klein ist und schließlich der Laststrom I- ungefähr dem Kollektorstrom I-, entspricht,, so reduziert sich die folgende Maschengleichung:

^V1 ^m ^VBE1

auf folgende Gleichung für den Laststrom I_:

- VBE1 „,

Es ist somit ersichtlich, daß der Laststrom I_T im wesentlichen

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der Differenz aus der durch den Spannungsbegrenzer D1 vorgegebenen Eingangsspannung V1 und der Basis-Emitternpannung ^VBE1 ^^{es steuertrans}i^stors Q¹ proportional ist und sich andererseits umgekehrt proportional zu dem Wert des Gegenkopplungswiderstandes R_G verhält. Die Ausgangsspannung V _o weist auch bei hohen Lastströmen von z. B. 1 A einen niedrigen Wert auf.

Gemäß Fig. 2 ist wiederum die Eingangsspannung des Steuertransistorc Q1 durch einen Spannungsbegrenzer in Form einer Doppeldiode D2 begrenzt. Der Emitter des Steuertransistors Q1 ist über den Kaltleiter Rp_TC an die Basis dei; zu schützenden Transistors Q22 angeschlossen und der Kollektor des Steuertransistors Q1 ist mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors Q22 verbunden. Beide Kollektoren sind über den Lastwiderstand Rj. an die positive Betriebsspannung ->V_ß angeschlossen. Die Basis des zu schützenden Transistors Q22 liegt über den Basiswiderstand R_ß an Bezugspotential. Andererseits ist der Emitter des Transistors Q22 über den Gegenkopplungswiderstand IU ebenfalls an das Bezugspotential angeschlossen. Auch hinsichtlich dieser Schaltung gilt wiederum die in der Formel (2) angegebene Beziehung unter der Voraussetzung, daß der Emitterstrom I des zu schützenden Transistors Q22 sehr groß gegenüber dem durch den Kaltleiter fließenden Emitterstrom Ip₁ des Steuertransistors Q1 ist, daß der Laststrorn I_T in etwa dem Emitterstrom I entspricht und daß der Kaltleiter R_pTC bei Zimmertemperatur einen niederohmigen Widerstandswert aufv/eist.

Bei dieser zweiten Schaltungsanordnung kann der Kaltleiter nicht galvanisch mit dem Kollektor verbunden werden. Er ist jedoch thermisch mit der die HauptwSrmequelle darstellenden Basis-Kollektorsperrschicht verbunden. Auch mit dieser Schaltungsanordnung lassen sich relativ große Lastströme ziehen, ohne daß die Gefahr einer thermischen überlastung besteht.

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Claims

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25. Juli 197V Frankfurt am Main

1,ONLYKELL GmbH 07-0362 Ge

Überlastungsschutz für Transistoren Zusatz zu P 23 54 054

Patentansprüche:

Nunmehr selbständige Patentanmeldung

/i\nordnung .um überlastungsschutz von Transistoren, insbe-C Teondere von Endstufen-Schalttransistoren, mit einem mit dem zu schützenden Transistor gut wärmeleitend verbundenen Kaltleiter und mit einem eingangsseitigen Spannungsbegrenzer nach P 23 54 054, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansteuerkreis des zu schützenden Transistors (021,0.22) ein Steuertransistor (QD angeordnet ist, daß eier Kaltleiter (R_pTC) in den Stromkreis des Steuertransistors (Q1) geschaltet ist und daß der Spannungsbegrenzer <D1) am Eingang des Steuertransistors (QD liegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Kollektorstrecke des zu schützenden Transistors (Q2) die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Steuertransistors (QD und dem Kaltleiter (Rp_TC) parallelgeschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch* e k en η -

, e i c h η e t , daß der Kaltleiter (R^) im Emitterkreis des Steuertransistors (QD angeordnet ist.

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4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Easis-Envitterstrecke des zu schützenden Transistors (Q2) ein Basiswidcrstand parallelgeschaltet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen npn-Steuertransistor (Q1) und einen zu schützenden pnp-Trimcistor (Q21) in Kollektorschaltung.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen npn-Cteuertrausistor (Q1) und einen zu schützenden npn-Transistor (Q22) in Emitterschaltung.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kaltleiter (R_pTC) galvanisch und thermisch mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors (Q21) verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kaltleiter (R_pTC) lediglich thermisch mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors (Q22) verbunden ist.

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