DE2753245C3

DE2753245C3 - Kurzschluß- und Überlastungsfester Transistorschalter

Info

Publication number: DE2753245C3
Application number: DE19772753245
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter 1000 Berlin Daum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1981-11-19
Also published as: DE2753245A1; DE2753245B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kurzschluß- und überlastungsfesten Transistorschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger Transistorschalter ist aus der DE-AS 27 310 bekannt. Im Kurzschlußfall wird der Ausgangstransistor des Transistorschalters beim Überschreiten des zulässigen Laststromes gesperrt und der Laststrom dann durch einen, mittels eines zweiten Transistors zugeschalteten ohnischen Widerstand begrenzt. Das führt zu Verlusten in diesem Widerstand. Auch wird der maximal mögliche Laststrom durch den Ausgangstransistor wegen des instabilen Betriebspunktes nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für den eingangs angegebenen Transistorschalter anzugeben, mit der bei einer geringen Verlustleistung im Kurzschlußfall der maximal mögliche Laststrom aufrechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der Ausgangstransistor des Transistorschalters geht nach seiner Sperrung beim Überschreiten des zulässigen Laststromes vorteilhafterweise in einen stromgeregelten Schaltbetrieb mit einem Tastverhältnis über, das eine Funktion des an den Ausgang des Transistorschalters angeschlossenen Lastwiderstandes bei maximal zulässigem Laststrom ist. Der Ausgangstransistor übernimmt bei Überlast nur die reine Schaltverlustleistung, die nicht wesentlich größer als seine Beiriebsverlustleistungisl.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Grundschaltung eines Transistorschalter,

F i g. 2 die Schaltung eines Ausl'ührungsbeispieles von einem kurzschluß- und überlastungsfesten Transistorschalter.

In der F i g. 1 ist eine F.ingangsklemnic n des Transistorschalters über einen Vorwiderstand R, mit der Basis eines Transistors 71 verbunden, dessen Emitter auf Bezugspotential liegt und dessen Kollektor über eine Reihenschaltung zweier Widerstände Ry und Ri mit der Versorgungsspannung Uo verbunden ist. Zwischen Basis des Transistors 7Ί und dem Bezugspotential liegt ein Widerstand Re- Zwischen die Widerstände R₂ und /?j ist die Basis eines Transistors Ti angeschlossen, der mit einem Transistor Ti eine Darlington Schaltung bildet.

Der Emitter des Transistors T] ist über einen Widerstand Rb mit dem Bezugspotential, mit einer Klemme b, die für Fig. 1 den Ausgang des Transistorschalters darstellt und einem Anschluß eines Widerstandes /?4, der andererseits zum Kollektor des Transistors

r> Γ2 führt, verbunden. Die Versorgungsspannung der Darlington Schaltung mit den Transistoren Tz und Tj ist Uo.

In der F i g. 2 ist innerhalb des umrandeten Teiles die Fig. 1 dargestellt, die durch weitere Bauelemente erweitert ist So ist zwischen die Verbindung der Widerstände R2 und R3 außerdem der Kollektor eines Transistors Ts angeschlossen, dessen Emitter zusammen mit der Kathode einer Diode D_x auf dem Potential der Versorgungsspannung Uo liegt, und dessen Basis mit der

r> Anode der Diode D₁ und über einen Widerstand R] mit dem Kollektor eines Transistors 7} und dem Belag eines Kondensators C dessen anderer Belag zum Kollektor des Transistors Ti bzw. zu der Basis des Transistors Ts führt, verbunden ist. An die Klemme b ist ein Anschluß

JH eines Widerstandes Rj und eines Widerstandes Rs, der mit einem Widerstand R_b in Reihe liegt, angeschlossen. Der andere Anschluß des Widerstandes 6 liegt auf Bezugspotential. In der Verbindung der Widerstände /?s und R_b liegt die Basis des Transistors 7}, dessen Emitter

i^ri zu einer Klemme C, die den Ausgang der erfindungsgemäßen Schaltung darstellt, führt.

Die Wirkungsweise des Transistorschalters nach F i g. 1 ist nun folgende:

Beim Anlegen einer positiven Spannung U_c an die Klemme a wird der Transistor 7Ί leitend und steuert den Transistor 7} auf. Dieser liefert den Basisstrom für den Transistor Tj, wodurch dieser leitend wird und sich an Klemme b eine Ausgangsspannung Ua=Uo-Uces ergibt. Bei Kurzschluß am Ausgang der Schaltung bleibt

4^r> Transistor Ts im leitenden Zustand und es besteht die Gefahr seiner Zerstörung.

Im nicht überlasteten Betriebsfall ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Transistorschalter nach F i g. 2 die gleichen Verhältnisse, wie in Fig. 1, wenn an

μ Klemme a eine positive Eingangsspannung U_c angeschlossen ist. Die Transistoren Ti, T2 und Ts sind dann leitend. Durch Wahl der Widerstände /?s und Rb wird die Spannung U] an der Basis des Transistors T₄ so eingestellt, daß sie kleiner als die Ausgangsspannung U₁, an der Klemme c ist. Der Transistor 7} ist somit gesperrt, ebenso der Transistor Γ5. Die Spannung über dem Kondensator Ci ist annähernd Null Volt, da dieser über dem Transistor T2 und der Emitter-Basisstrecke des Transistors 7s und dem Widerstand R] an der

fco Versorgungsspannung Unliegt.

Die Ausgangsspannung U₁, an der Klemme eist

U₁₁= Ui,-(Uri:_t i + ii ■ Ri)-

Erhöht sich nun der Ausgangsstrom ;'/. durch h^ri überlastung so weit, bis durch den Spannungsabfall

er Rj die Ausgangsspannung U₁, um den Basis-Emitterschwellwert des Transistors T4 kleiner als U\ wird, so schallet der Transistor Tt durch. Damit wird

gleichzeitig die Spannung Ui <als die Versorgungsfoannung Up und der Transistor Tj wird leitend, so daß der Transistor T2 gesperrt wird. Damit erhält der Transistor Tj keinen Basisstrom mehr und sperrt ebenfalls. Die Ausgangsspannung LA, an Klemme c wird Null Volt und damit auch die Spannung LA· und U_s.

Der Ausgangstransistor 7Ί bleibt nun so lange gesperrt, bis sich der Kondensator C\ über die Basis-Emitterstrecke des Transistors Ts und die Wider stände Äi, A4, >°i und Ri. auf nahezu + Uo aufgeladen hat.

Bei Uj=:+ Uo sperrt der Transistor 7? und 7VTj werden wieder leitend. Hierbei erhöht sich die Spannung Uj auf 2 Up. Durch die Diode D\ wird die Basisspannung von T₅ auf

damit ist:

U„=t/i-i/_ee = Konst. τ*

U₁₁ = R₁-Jf =Konst.

Hieraus folgt für

- u„

=Konst.

= Konst.

begrenzt, so daß an der Basis-Emitterstrecke von T5 kein Zenereffekt auftritt Der AusgangstransMor bleibt nun so lange leitend, bis sich der Kondensator C\ über den Transistor T₄ auf eine Spannung LA₅ < Uo entladen hat. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor T5 wieder leitend und der Ausgangstransistor T3 gesperrt. Während dieser Zeit arbeitet der Transistor T₄ als Konstantstromquelle, so daß /;. auf den maximal zulässigen Wert begrenzt wird.

Der Teilerstrom über die Widerstände Zf₅, R_b ist U₁₁ = /* ■ R_L = Konst.

Somit ist

und

ΊιιιΙ,ι,Ι,- ~

C₁ ■ t/,

d. H.,
stand
bleibt.

die Einschaltzeit von T, im überlasteten Zuist eine Funk.ion von R₁, wobei /, konstant

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kurzschluß- und überlastungsfester aus einer Versorgungsgleichspannung gespeister Transistorschalter, der beim Überschreiten des zulässigen Laststromes seines Ausgangstransistors gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors (Tj) die Reihenschaltung eines Kondensators (C) und eines weiteren Transistors (Ta) vorgesehen ist,

daß der Basisanschluß dieses weiteren Transistors (Ta) an einen Teilabgriff der Ausgangsspannung des Ausgangstransistors (Ti) angeschlossen ist, daß zwischen dem Verbindungspunkt zwischen Kondensator (C) und weiterem Transistor (Ta) sowie der Versorgungsspannung (Uo) eine Widerstands-Dioden-Serienschaltung (D] — R]) mir zur Versorgungsspannung (Up) gepolter Diode (Di) vorgesehen ist und

daß zwischen Diode (Di) und Widerstand (R]) der Basisanschluß eines Transistors (Ts) angeschlossen ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen der Versorgungsspannung (Uo) und der Basisansteuerung (Transistor Ti) des Ausgangstransistors (Tj) liegt.