DE2733749B2

DE2733749B2 - Überlastungsschutz für Transistoren

Info

Publication number: DE2733749B2
Application number: DE19772733749
Authority: DE
Inventors: Dragutin Dipl.-Ing. 6458 Rodenbach Milosevic
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1981-01-29
Also published as: GB1596100A; DE2733749A1; FR2399148B1; FR2399148A1

Description

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (Rfk) im Emitterkreis des Steuertransistors (Q 1) angeordnet ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Emitterstrecke des zu schützenden Transistors (Q 1; Q 22) ein Basiswiderstand (Rb) parallel geschaltet ist

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen NPN-Steuertransistor (Qi) und einen zu schützenden PNP-Transistor (Q 21) in Kollektorschaltung, wobei der Kaltleiter (Rrrc) galvanisch und thermisch mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors (Q 21) verbunden ist

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen NPN-Steuertransistor (Q 1) und einen zu schützenden NPN-Transistor (Q22) in Emitterschaltung, wobei der Kaltleiter (RpTc) lediglich thermisch mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors (Q 22) verbunden ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Überlastungsschutz von Transistoren nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Aus der DE-AS 15 13 057 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein Steuertransistor in Zusammenarbeit mit einem Kaltleiter einen den Laststrom ziehenden Stelltransistor gegen Überlastung schützt. Zu diesem Zweck wird im normalen Betriebszustand über einen ersten Spannungsteiler der Stelltransistor so eingestellt, daß er Strom zieht und der Steuertransistor wird über einen weiteren den Kaltleiter aufweisenden Spannungsteiler so eingestellt, daß er keinen Strom zieht. Der Steuertransistor besitzt Schwellwertverhalten und wird vollkommen durchgeschaltet, wenn beispielsweise bei lastseitigem Kurzschluß der Kaltleiter seinen Widerstand um einige Größenordnungen auf Grund der dann steigenden Temperatur erhöht. In diesem Fall wird aber der Stelltransistor vollkommen gesperrt, da sein ganzer Basisstrom durch den Steuertranistor abgeleitet wird. Die bekannte Schaltungsanordnung, die eine elektronische Sicherung darstellt, weist ein digitales Verhalten mit einer bestimmten Verzögerung bzw. Hysterese auf. Die Kreisverstärkung der gesamten Schaltung, die sich aus dem Produkt der Spannungsverstärkungen der beiden Transistoren ergibt ist insgesamt größer als 1, so daß die Gesamtschaltung die Eigenschaft eines Relaxationsoszillators besitzt Diese bekannte Schaltung eignet sieb 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

ίο Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz von Transistoren anzugeben, die bei ansteigenden Temperaturen die Ansteuerung des zu schützenden Transistors stetig zurücknimmt Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Schaltung besitzt insgesamt das Verhalten eines Emitterfolgers mit einer Spannungsverstärkung von ungefähr 1 und neigt daher auch nicht zu Oszillationen. Rein schaltungstechnisch gesehen liegt der Kaltleiter im Hauptstromkreis des Steuertransistors und nicht in dessen Ansteuerkreis. Der Steuertranistor besitzt kein Schwellverhalten. Er ist im normalen Betriebszustand der Schaltung stromführend und sein Strom wird bei ansteigenden Temperaturen auf Grund der temperaturabhängigen Stromgegenkopplung zunehmend gedrosselt, so daß auch die Ansteuerung des zu schützenden Transistors zurückgenommen wird. Der Steuertransistor liegt direkt im Ansteuerkreis des zu schützenden Transistors und bildet im Gegensatz zu der bekannten Schaltungsanordnung keinen Bypass für den Ansteuerstrom des zu schützenden Transistors.

Eine Schaltungsanordnung, 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, ist bereits aus der DE-AS 23 54 054 bekannt Diese bekannte Schaltungsanordnung führt zwar zu sehr guten Ergebnissen solange der Ausgangsstrom des Endstufen-Schalttransistors einen bestimmten Wert von z.B. 200 mA nicht übersteigt; werden dagegen ausgangsseitig höhere Lastströme von z. B. 1 A 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.

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

F i g. 1 eine aus zwei Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps aufgebaute Transistorstufe, bei der der zu schützende Transistor, in einer Kollektorschaltung betrieben wird und
F i g. 2 eine aus zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebaute Transistorstufe, bei der der zu schützende Transistor in Emitterschaltung betrieben wird.

Gemäß F i g. 1 ist zwischen die Basis eines Steuertransistors Q 1 und Bezugspotential ein Spannungsbcgrenzer in Form einer Doppeldiode D1 geschaltet. Die Doppeldiode Dl begrenzt die Eingangsspannung auf den Maximalwert Vl. Der Emitter des Steuertransistors Q1 ist über einen niederohmigen Kaltleiter Rptc

an den Kollektor des zu schützenden Transistors Q 21 Angeschlossen. Der Kollektor des Steuertransistors Q 1 liegt an der Bais des zu schützenden Transistors Q 21. Der Emitter des Transistors Q21 ist über einen Lastwiderstand Rl an die Betriebsspannung + Vs angeschlossen und andererseits ist der Basis-Emitterstrecke des Transistors Q 21 ein Basiswiderstand Rb parallelgeschaltet Der Kaltleiter Rpjc'ist galvanisch reit dem Kollektor des zu schützenden Transistors Q 21 verbunden. Hierdurch ergibt sich ein kleiner thermischer Widerstand zwischen dem Kaltleiter und dem Gehäuse des Transistors Q21. Da der Kaltleiter Rpjc'im Steuerkreis des zu schützenden Transistors Q 21 angeordnet ist und somit dieser Kaltleiter kaum Leistung aufnimmt, kann dieser in seinen Abmessungen 1 s sehr klein gehalten werden, was zu einer ebenfalls kleinen thermischen Zeitkonstante führt

Setzt man voraus, daß einerseits der durch den Kaltleiter R<nc fließende Strom Ie\ sehr klein im Hinblick auf den Kollektorstrom /eist, daß andererseits der Widerstandswert des Kaltleiters Rprc relativ klein ist und schließlich der Laststrom Il ungefähr dem Kollektorstrom Ic entspricht, so reduziert sich die folgende Maschengleichung:

25

Vl =V_BE1+I_n-RrTc +U_E1+Ic)Rg Π)

auf folgende Gleichung für den Laststrom I_L:

11 ~ i;

(2)

30

Es ist ersichtlich, daß der Laststrom Il im wesentlichen der Differenz aus der durch den Spannungsbegrenzer Dl vorgegebenen Eingangsspannung Kl und der Basis-Emitterspannung V_Be\ des Steuertransistors Q1 proportional ist und sich andererseits umgekehrt proportional zu dem Wert des Gegenkopplungswider-

Standes Rg verhält Die Ausgangsspannung V_am weist auch bei hohen Lastströmen von z. B. 1 A eine niedrigen Wert auf.

Gemäß Fig.2 ist wiederum die Eingangsspannung des Steuertransistors Ql durch einen Spannungsbegrenzer in Form einer Doppeldiode D 2 begrenzt Der Emitter des Steuertransistors Q1 ist über den Kaltleiter RpcT an die Basis des zu schützenden Tr&jsistors Q 22 angeschlossen und der Kollektor des Steuertransistors Ql ist mit dem Kollektor des zu schützenden Transistors Q 22 verbunden. Beide Kollektoren sind über den Lastwiderstand Rl an die positive Betriebsspannung + Vb angeschlossen. Die Basis des zu schützenden Transistors Q 22 liegt über den Basiswiderstand Rb an BezugspotentiaL Andererseits ist der Emitter des Transistors Q 22 über den Gegenkopplungswiderstand Ag ebenfalls an das Bezugspotential angeschlossen. Hinsichtlich dieser Schaltung gilt folgende Formel:

Rr,

(2a)

unter der Voraussetzung, daß der Emitterstrom /fdes zu schützenden Transistors Q 22 sehr groß gegenüber dem durch den Kaltleiter fließenden Emitterstrom /f, des Steuertransistors Q1 ist, daß der Laststrom Il in etwa dem Emitterstrom h entspricht und daß der Kaltleiter Rp₇T bei Zimmertemperatur einen niederohmigen Widerstand aufweist.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Überlastungsschutz von Transistoren, insbesondere von Endstufen-Schalttransistoren, mit einem Steuertransistor im Ansteuerkreis des zu schützenden Transistors und mit einem thermisch mit dem zu schützenden Transistor gekoppelten Kaltleiter, der die Durchsteuerung des Steuertransistors vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (Rfic) in Reihe zu dem Hauptstromkreis des Steuertransistors (Q 1) im Sinne einer temperaturabhängigen Stromgegenkopplung geschaltet ist und daß am Eingang des Steuertransistors (Q 1) in an sich bekannter Weise ein Spannungsbegrenzer (D 1, D 2) angeordnet ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Steuertransistors (Q 1) und dem Kaltleiter (Rpjxy der Basis-Kollektorstrecke des zu schützenden Transistors (Q 21; Q 22) parallel geschaltet ist