DE2821404C2 - Schutzschaltungsanordnung gegen eine unnötig lange Einschaltdauer von Schaltverstärkern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung gegen eine unnötig lange Einschaltdauer von SchaltverEtärkern mit einem bipolaren Schalttransistor im zu schaltenden Laststromkreis. Einen solchen Stand der Technik nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zeigt die DE-AS 10 70 679.

Bei vielen Anwendungsfällen von Schaltverstärkern, und zwar insbesondere, wenn diese batteriegespeist sind, ist es erwünscht, die Einschaltdauer des Laststromkreises auf den zur Ausübung seiner Betriebsfunktion minimal erforderlichen Wert herabzusetzen, um einen Schutz gegen eine unnötige Belastung der Stromquelle zu bewirken. Dies gilt auch für den Fall, daß eine steuernde Gleichspannung an den Eingangsanschlüssen für eine längere Zeit anliegt

Monostabile Kippschaltungen, die eine genau definierte Einschaltdauer aufweisen, haben aber vor allem den Nachteil, daß sie auch im Ruhezustand (Abschaltzustand des Laststromkreises) einen Strom aufnehmen und damit eine speisende Batterie ständig mehr oder weniger belasten würden.

Ein Anwendungsfall eines Schaltverstärkers, bei dem insbesondere eine Energieeinsparung erwünscht ist, liegt in der zeitlichen Längenbegrenzung von Zählimpulsen in Fernsprechnetzen, sofern diese Impulse von einer Dauer sind, die über die zur Erzielung der Betriebsfunktion (Schalten von Zählrelais usw.) erforderliche Einschaltzeit hinausgehen und damit beispielsweise eine Ortsbatterie übermäßig belasten würden. Hier wird es sogar wünschenswert, in Impulspausen und besonders nach Ablauf der Einschaltperiode des Laststromkreises für die Ausübung seiner Schaltfunktion eine Speisestromaufnahme möglichst völlig zu unterbinden.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltungsanordnung der eingangs definierten Art zu schaffen, deren Laststromkreis mit dem Lastwiderstand nur während einer vorbestimmbaren, nach den Betriebsbedingungen der Schaltung festgelegten, unbedingt notwendigen Einschaltdauer einzuschalten ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Auftreten einer steuernden Eingangsspannung, und wobei die Speisestromaufnahme aus der Batterie des Laststromkreises nach Ablauf der Einschaltdauer völlig zu unterbinden ist, ebenso wie in den Pausen zwischen den Impulsen bei einer irnpulsförmigen Eingangsspannung.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene, erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor/Emitter-Stromkreis eines bipolaren Sperrtransistors zwischen die Basis des Schalttransistors und den Anschluß der Speisespannungsquelle geschaltet ist, daß die Basis des genannten bipolaren Schalttransistors über einen ersten Basisvorwiderstand mit einem der genannten Eingangsanschlüsse verbunden ist, daß die Basis des SDerrtransi-

stors über einen zweiten Basisvorwiderstand mit dem Eingangsanschluß verbunden ist, und daß zwischen der Basis des Sperrtransistors und dem zweiven Eingangsanschluß eine Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator zur Festlegung der Einschaltdauer des Schalttransistors und der Entladezeit des Kondensators zur Festlegung des minimalen Impulsabstandes der Eingangsspannung angeordnet ist Eine solche Schaltungsanordnung zeigt ein monostabiles Schaltverhalten und trennt den Laststromkreis nach Ablauf der vorbestimmten Einschaltdauer auf, selbst wenn die Eingangsspannung noch angelegt ist, sodann übernimmt die steuernde Eingangsspannung die Speisung des Sperrtransistors. Bei Abwesenheit einer Eingangsspannung geht die Leistungsaufnahme der Schaltung praktisch auf Null zurück. Die Schutzschaltungsanordnung verhindert somit eine unnötig lange Einschaltdauer bzw. eine unnötige Leistungsaufnahme.

Nach einem ausgestaltenden Merkmal der Erfindung kann die Einschaltdauer des Laststromkreises dadurch erhöht werden, daß in die Basisleitung des Sperrtransistors, zwischen die Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator und die Basis des Sperrtransistors eine oder mehrere Dioden zur Erhöhung der Einschaltdauer derart geschaltet sind, daß sie bei Aufladung des Kondensators durch die Gleichspannung oder impulsförmige Eingangsspannung leitend werden und damit den bipolaren Sperrtransistor ebenfalls leitend werden lassen, oder dadurch, daß in die Basisleitung des Sperrtransistors, zwischen die Parallelscnal- jo tung aus einem Widerstand und einem Kondensator und die Basis des Sperrtransistors, eine Zenerdiode zur Erhöhung der Einschaltdauer derart geschaltet ist, daß sie bei Aufladung des Kondensators durch die Gleichspannung oder impulsförmige Eingangsspannung ihre J5 Zenerspannung erreicht, und damit den bipolaren Sperrtransistor ebenfalls leitend werden läßt.

Die Einschaltdauer des Laststromkreises kann man nach einem weiteren ausgestaltenden Merkmal der Erfindung dadurch einstellbar machen, also an die jewei- -to Iigen Betriebsverhätnisse anpassen, daß der zweite Basisvorwiderstand einstellbar zur Voreinstellung der Einschaltdauer des Schalttransistors ausgeführt wird. Ebenso kann man den minimalen zeitlichen Abstand zwischen den Impulsen der Eingangsspannung dadurch -r> einstellbar machen, daß der Widerstand der Parallelschaltung als einstellbarer Widerstand zur Voreinstellung der Entladezeit des Kondensators ausgeführt wird.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von ^rM Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung zur Begrenzung der Einschaltdauer von Schaltverstärkern, ■»

F i g. 2A ein Schaltbild eines Teils der Schaltung nach F i g. 1 zur Darstellung einer anderen Ausführungsform und

F i g. 2B ein Schaltbild eines "⁷VIs der Schaltung nach F i g. 1 zur Darstellung noui einer weiteren Ausfüh- w> rungsform.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltung zur Begrenzung der Einschaltdauer von Schaltverstärkern dargestellt. Der eigentliche Laststromkreis, in dem ein Lastwiderstand R4 an eine Speisespannung Ut* bei- h> spielsweise eine speisende Batterie, für eine Einschaltdauer τ geschaltet werden soll, wobei diese Speisespannung Ub an zwei Anschlüssen, C und D, liegt, wird durch den Kollektor/Emitter-Stromkreis eines bipolaren Schalttransistors T₂ geschlossen.
Ober einen ersten Ba.iisvorwidemand R\ ist die Basis dieses Schalttransistors T₂ an einen Eingangsanschluß A für eine Eingangsspannung U_c angeschlossen, die eine zeitweilig aufgeschaltete Gleichspannung (positiv an dem Eingangsanschluß A gegenüber einem zweiten Eingangsanschluß B) oder eine rechteckförmige Impulsspannung sein kann. Wichtig ist hierbei, daß die Einschaltdauer vorbestimmt und zur Energieeinsparung wesentlich kürzer als die Dauer der Anwesenheit der Eingangsspannung U_e sein soll.

Nach der Erfindung wird die Begrenzung der Einschaltdauer durch den nun zu beschreibenden, neuartigen Teil der Schaltung erreicht, der im wesentlichen einen zwischen der Basis des Schalttransistors T₂ und dem Anschluß D der Speisespannung Ub mit seinem Kollektor/Emitter-Stromkreis liegenden Sperrtransistor T\ umfaßt, dessen Basis über einen zweiten Basisvorwiderstand R2 ebenfalls an dem Eingangsanschluß A liegt Zur Festlegung der Einschaltdauer und des minimalen zeitlichen Abstandes zwischen den einzelnen Impulsen der Eingangsspannung U_e ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand Rz und einem Kondensator C\ zwischen die Basis des Sperrtransistors Ti und den Eingangsanschluß B gelegt.

Liegt nun am Eingangsanschluß A gegenüber dem Eingangsanschluß B eine positive Eingangsspannung Uc, so fließt über den ersten Basisvorwiderstand Ri und die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors T2 ein Basisstrom, und damit wird die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors leitend und schaltet im Laststromkreis den Lastwiderstand R₄ auf die Speisespannung Ub- Nun fließt aber gleichzeitig über den zweiten Basisvorwiderstand R₂ ein Strom, der den Kondensator Ci auflädt. Erreicht die Spannung am Kondensator Q den Wert der Schwellen- oder Schleusenspannung zur Durchschaltung des Sperrtransistors Ti, so wird die Kollektor-Emitter-Strecke dieses letzteren niederohmig. Damit wird die Basis des Schalttransistors T₂ auf das Potential des zugehörigen Emitters gebracht, und damit der Kollektor/Emitter-Stromkreis gesperrt Dadurch wird der Lastwiderstand Ra von der Speisespannung Ub abgetrennt.

Die Zeit oder Einschaltdauer τ, in der der Schalttransistor T₂ leitend ist, ergibt sich aus dem Produkt von R₂ und Q als die Aufladezeitkonstante. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich der Kondensator Q wegen der auftretenden Spannungsteilerwirkung und der parallelgeschalteten Basis-Emitter-Strecke des Sperrtransistors nicht voll auf die Eingangsspannung U_a sondern praktisch auf die Basis-Emitter-Spannung des Sperrtransistors Ti auflädt Es ist also erforderlich, daß das die Spannungsteilung beeinflussende Verhältnis der Widerstände R₂ zu Ri so gewählt wird, daß bei allen zulässigen Werten der Eingangsspannung U_t der Kondensator Ci sich immer ausreichend hoch, nämlich bis auf die Schwellen- oder Schleuseiispannung des Sperrtransistors Ti aufladen kann.

Die Entladezeitkonstante T₁-, die den minimalen zeitlichen Abstand zwischen zwei Impulsen der Eingangsspanrung U_e festlegt, ergibt sich aus dem Produkt von Ri und Ci, also aus den Werten der Parallelschaltung, und der dazu parallel liegenden Basis-Emitter-Strecke des Sperrtransistors Ti.

Zur Vergrößerung der Einschaltdauer τ des Schalttransistors Ti können eine oder mehrere in Durchlaßrichtung vom steuernden Basisstrom durchflossene

Dioden D\ in die Basisleitung zum Sperrtransistor 71, zwischen die Parallelschaltung aus R3 und Q und die Basis des Sperrtransistors 71 geschaltet werden (siehe F i g. 2A). Anstelle dieser Dioden kann auch eine Zenerdiode Z\ in diese Basisleitung gelegt werden (F i g. 2B). In jedem Fall muß das Verhältnis der Widerstände R2 zu Ri derart gewählt sein, daß die Spannung am Kondensator C\ und damit an der Basis-Emitter-Strecke selbst hoch genug wird, um den Sperrtransistor 71 durchzusteuern.

Gemäß F i g. 2A und 2B kann durch die Einfügung einer Diode Lh im Emitterkreis des Schalttransistors 7*2, die während der Einschaltdauer in Durchlaßrichtung von dem Strom durchflossen wird und nach der Sperrung des Schalttransistors 7} die Sperrwirkung im Last-Stromkreis noch verbessert werden. Dann fließt kein Strom mehr im Laststromkreis. Der Sperrtransistor 71 bezieht seine Stromversorgung praktisch von der Eingangsspannung Ue und belastet den Laststromkreis nicht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Schalttransistor Ti nur während der Einschaltdauer den Laststromkreis schließt und damit geringstmöglich die Speisespannungsquelle belastet. Ist die Eingangsspannung Ue Null, so fließt praktisch kein Ruhestrom in der Schaltung, bei welcher nach Ablauf der Einschaltdauer τ der Lastwiderstand /?4 von der Speisespannung vollständig getrennt wird.

Will man die Einschaltdauer τ für bestimmte Betriebsbedingungen einstellbar machen, so kann man den zweiten Basiswiderstand R2 als Einstellwiderstand ausführen oder die Kapazität Q umschaltbar machen. Ebenso kann man den Minimalabstand bei impulsförmiger Eingangsspannung Ue oder die Entlpdezeit x_e dadurch einstellbar machen, daß man den Widerstand R3 verstellbar und/oder die Kapazität C\ umschaltbar macht.

Die erfindungsgemäße Schaltung, die in F i g. 1 bis F i g. 2B mit npn-Transistoren dargestellt ist, läßt sich selbstverständlich auch mit pnp-Transistoren aufbauen, dabei kehren sich die Vorzeichen der Ströme und Spannungen um, desgleichen die Polarität der verwendeten Dioden bzw. Zenerdioden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltungsanordnung gegen eine unnötig lange Einschaltdauer von Schaltverstärkern mit einem bipolaren Schalttransistor im zu schaltenden Laststromkreis, dessen Einschaltdauer durch ein Ä-C-Netzwerk bestimmt ist, wobei an die Eingangsanschlüsse dieser Schaltung eine Gleichspannung oder eine impulsförmige Spannung von einer Impulsdauer anlegbar ist, die im wesentlichen länger als die vorbestimmte Einschaltdauer des Schalttransistors ist, wobei der Emitter des Schalttransistors direkt mit einem Anschluß einer Speisespannung verbunden ist, während sein Kollektor in Reihe mit einem Lastwiderstand an den anderen Anschluß der Speisespannung geschaltet ist, dadurchgekennzeichnet, daß der Kollektor/Emitter-Stromkreis eines Sperrtransistors (Ti) zwischen die Basis des bipolaren Schalttransistors (T2) und den Anschluß (D) der Speisespannungsquelle (Ub) geschaltet ist, daß die Basis des genannten bipolaren Schalttransistors (T₂) über einen ersten Basisvorwiderstand (R]) mit einem der genannten Eingangsanschlüsse (A) verbunden ist, daß die Basis des Sperrtransistors (Ti) über einen zweiten Basisvorwiderstand (R2) mit dem Eingangsanschluß (A) verbunden ist und daß zwischen der Basis des Sperrtransistors (Ti) und dem zweiten Eingangsanschluß (B) eine Parallelschaltung aus einem Widerstand (Ri) und einem Kondensator (G) zur Festlegung der Einschaltdauer (τ) des Schalttransistors (T₂) und der Entladezeit (u_e) des Kondensators (G) zur Festlegung des minimalen Impulsabstandes der Eingangsspannung angeordnet ist.

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Basisleitung des Sperrtransistors (71), zwischen die Parallelschaltung aus einem Widerstand (Ri) und einem Kondensator (C\) und die Basis des Sperrtransistors (Ti) eine oder mehrere Dioden (Di) zur Erhöhung der Einschaltdauer (τ) derart geschaltet sind, daß sie bei Aufladung des Kondensators (G) durch die Gleichspannung oder impulsförmige Spannung (U_e) am Eingang leitend werden und damit den Sperrtransistor (Ti) ebenfalls leitend werden lassen.

3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Basisleitung des Sperrtransistors (Ti), zwischen die Parallelschaltung aus einem Widerstand (Ri) und einem Kondensator (G) und die Basis des Sperrtransistors (Ti) eine Zenerdiode (Zi) zur Erhöhung der Einschaltdauer (τ) derart geschaltet ist, daß sie bei Aufladung des Kondensators (C]) durch die Gleichspannung oder impulsförmige Spannung (U_c) am Eingang ihre Zenerspannung erreicht und damit den Sperrtransistor (Ti) ebenfalls leitend werden läßt.

4. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Basisvorwiderstand (Ri) zur Voreinstellung der Einschaltdauer (7^ des Schalttransistors (T₂) einstellbar ausgeführt ist.

5. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ri) der Parallelschaltung zur Voreinstellung der Entladezeit (v_c) des Kondensators (G) bzw. der minimalen Abstände zwischen zwei Impulsen der Eingangsspannung (U_e) als einstellbarer Widerstand ausgeführt ist.

6. Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Laststromkreis, zwischen den Emitter des Schalttransistors (Ti) und den einen Anschluß (D) der Speisespannung (Ub) eine durch den Strom im Laststromkreis in Durchlaßrichtung betreibbare Diode (Di) zur Erhöhung der Sperrwirkung nach Ende der Einschaltdauer (v) des Schalttransistors (Ti) angeordnet ist