DE2834678C2

DE2834678C2 - Schaltungsanordnung mit Kurzschlußschutz

Info

Publication number: DE2834678C2
Application number: DE2834678A
Authority: DE
Inventors: Udo 7120 Bietigheim-Bissingen Fürderer; Hartmut Dipl.-Ing. 7015 Korntal-Münchingen Schweizer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1987-01-08
Also published as: FR2433234B3; IT1122715B; IT7924963A0; DE2834678A1; FR2433234A1; GB2028047A; GB2028047B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Kurzschlußschutz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-AS 23 38 215).

Stand der Technik

Es sind bereits Schutzeinrichtungen für Schaltungsanordnungen nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs bekannt, bei welchen eine Zenerdiode an die Basis des zu schützenden Transistors angeschlossen ist und zu der Basis-Emitter-Strecke des Transistors und zu dem Emitter-Vorwiderstand parallel liegt. Bei dieser Schutzeinrichtung steigt bei einem Kurzschluß die Verlustleistung am Transistor sehr stark an. Es ist deshalb meist nur ein kurzzeitiger Schutz gegen Überlastung des Transistors möglich. Häufig ist es notwendig, den Transistor zusätzlich mit Hilfe eines Kühlsternes gegen unzulässig hohe Erwärmung zu schützen.
Aus der DE-AS 23 38 215 ist weiter eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers bekannt, bei der ein Vergleichsverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgang mit der Basis des den Stromfluß durch den elektrischen Verbraucher steuernden Transistors, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Abgriff eines ersten, an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers, dessen invertierender Eingang mit dem massefernen Anschluß des Emitterwiderstands des Transistors verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde auch bei länger andauernden Kurzschlüssen einen sicheren Schutz gegen Überlastung des Transistors zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst. Weitere Verbesserungen ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung in seinem Schaltbild wiedergegeben ist.
Die dargestellte Schaltungsanordnung dient zum Betrieb eines elektromagnetischen Relais, dessen Spule in der Zeichnung mit Sp angedeutet ist und mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors Tr sowie einem an dessen Emitter-Elektrode E angeschlossenen Vorwiderstand R _E in Reihe liegt. Die Spule Sp ist an die mit dem Pluspol einer nicht dargestellten Gleichstromquelle verbundene Plusleitung 10 angeschlossen. Zum Ein- und Ausschalten des Transistors Tr ist dessen Basis eine Steuerspannung U _st über einen Basis-Vorwiderstand R _B zugeführt.
Der Transistor Tr ist der Gefahr thermischer Überlastung und Zerstörung ausgesetzt, wenn er in den stromleitenden Zustand gesteuert wird und über der Spule ein Kurzschluß entsteht, welcher einen sehr kleinen Parallelwiderstand Rp bedeutet. Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es notwendig, den über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr fließenden Strom beim Auftreten eines solchen Kurzschlusses möglichst schnell auf einen ungefährlichen Wert zu begrenzen.
Hierzu ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, zu der zwei Spannungsteiler und ein Komparator K gehören. Der erste Spannungsteiler besteht aus den beiden Widerständen R 1 und R 2, welche in Reihe zueinander zwischen der Plusleitung 10 und einer gemeinsamen Masseleitung angeordnet sind. Der zweite Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R 3 und R 4 und liegt parallel zu der Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr und dem Emitter- Vorwiderstand R _E. Der Abgriff des ersten Spannungsteilers liegt an dem nichtinvertierenden Eingang 11 des Komparators K und der Abgriff des zweiten Spannungsteilers am invertierenden Eingang 12 des Komparators K. Dessen Ausgang ist über einen Widerstand R mit der Basis des Transistors Tr über eine Diode verbunden, deren Anode an die Basis des npn-Transistors Tr angeschlossen ist.
Solange kein Kurzschluß über der Spule Sp auftritt und der Transistor Tr leitend ist, fällt der größte Teil der Betriebsspannung an der Spule ab, so daß die Spannung am Kollektor des Transistors nur klein ist, was zur Folge hat, daß die Spannung am invertierenden Eingang 12 des Komparators K kleiner ist als am nichtinvertierenden Eingang 11. Hierdurch wird die Spannung am Ausgang des Komparators K ziemlich hoch und die Diode D ist dann in Sperr-Richtung gepolt. Die Ausgangsspannung des Komparators K hat demzufolge keinen Einfluß auf die Wirkungsweise des Schalttransistors Tr. Im Kurzschlußfall wird der Parallelwiderstand Rp sehr klein. Durch geeignete Dimensionierung der Spannungsteiler R 1/R 2 und R 3/R 4 kann ohne weiteres dafür gesorgt werden, daß dann die Spannung U 4 größer wird als die am Widerstand R 2 abfallende Spannung U 2. Dies hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung des Komparators K sehr niedrig wird und der durch den Transistor fließende Kollektor-Emitter-Strom einen zulässigen Höchstwert nicht überschreiten kann.
Durch entsprechende Dimensionierung des Widerstands R in der Verbindungsleitung von Komparator K zur Basis des Transistors Tr kann die Höhe des zulässigen Kurzschluß-Stromes eingestellt werden. Dieser Kurzschluß-Strom ist infolge der Diode D nahezu temperaturunabhängig.
Bei Benutzung eines Komparators K mit open-Kollektor-Ausgang und einem gewünschten, möglichst kleinen Kurzschlußstrom können die Bauteile R und D entfallen und durch eine direkte Verbindungsleitung ersetzt werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß sie dauerkurzschlußfest ist und im Gegensatz zur seither bekannten Schutzeinrichtung keine Kühlung des Transistors notwendig macht, daß ferner auch bei einem nicht satten Kurzschluß (Null &lt RP &lt Rsp) der Transistor tr nicht zerstört wird und der Einsatzpunkt, bei welchem die Schutzeinrichtung eine Stromreduzierung bewirkt, durch Dimensionierung der Spannungsteilerverhältnisse R 1/R 2 und R 3/R 4 festgelegt werden kann. Ferner kann das Spannungsteilerverhältnis R 3/R 4 des zweiten Spannungsteilers so eingestellt werden, daß entweder nach Aufhebung des Kurzschlusses ein Übergang zu Normalbetrieb möglich ist oder der Transistor Tr dauernd gesperrt bleibt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektromagnetischen Spule, der mit einem Transistor und einem an dessen Emitterelektrode angeschlossenen Emitter-Vorwiderstand in Reihe geschaltet ist, mit einer Einrichtung zum Schutz des Transistors gegen Überlastung bei einem Kurzschluß am Verbaucher, die einen ersten an die Betriebsspannung angeschlossenen Spannungsteiler und einen zweiten Spannungsteiler umfaßt, sowie einen Komparator, dessen Ausgang an die Basis des Transistors angeschlossen ist, und dessen nicht invertierender Eingang mit dem Abgriff des ersten Spannungsteilers und dessen invertierender Eingang mit dem Abgriff des zweiten Spannungsteilers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Spannungsteiler eine Reihenschaltung zweier Widerstände (R 3, R 4) vorgesehen ist, die parallel zu der aus dem Vorwiderstand (R _E) und der Emitter- Kollektor-Strecke des Transistors (Tr) bestehenden Reihenschaltung angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung vom Ausgang des Komparators (K) zur Basis des Transistors (Tr) eine Diode (D) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung vom Ausgang des Komparators (K) zur Basis des Transistors (Tr) ein Widerstand (R) angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Reihenschaltung aus der Basis-Emitter-Strecke des Transistors (Tr) und dessen Emitter-Vorwiderstand (R _E) eine Zenerdiode liegt.