DE2900236C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Transistoranordnung mit einem gegen Überstrom geschützten Schalttransistor und einer Überstromschutzvorrichtung, die einen mit einem Steuereingang versehenen Schwellwertkreis aufweist, der beim Überschreiten eines vorbestimmten Hauptstroms in der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors ein Sperrsignal zur Unterbrechung des Basisstromkreises des Schalttransistors liefert.

Eine Transistoranordnung dieser Art wird in der zeitrangälteren, nicht vorveröffentlichten DE-OS 27 49 804 vorgeschlagen.

Dabei wird ein mit einem Schwellwertkreis versehener Transistor beschrieben, bei welchem der Schwellwert­ kreis einen Eingang aufweist, der an der Kollektor-Emitter- Strecke des Transistors und/oder an einem Widerstand liegt, der in Reihe mit dieser Kollektor-Emitter-Strecke angeordnet ist. Die Verbindung des eingangs des Schwellwertkreises an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors eignet sich zum Schalten des Transistors von einem niederohmigen in einen hoch­ ohmigen Zustand bei Überschreiten des kritischen Kollektor­ stromwertes. Diese Verbindung ist jedoch weniger geeignet, um lediglich die Strombegrenzung des Kollektorstromes des Tran­ sistors vorzunehmen, da eine gelegentliche Abschaltung des Basisstromes eine hohe Eingangsspannung am Schwellwertkreis verursachen kann, die anschließend den Transistor in einem hochohmigen Zustand hält. Eine Verbindung des Eingangs des Schwellwertkreises unmittelbar an einem in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors liegenden Widerstand ist besser zur Begrenzung des Kollektorstromes geeignet, da eine gelegentliche Unterbrechung des Basisstromes zum Tran­ sistor lediglich eine verringerte Eingangsspannung zum Schwell­ wertkreis verursachen kann.

Der gegen Überstrom geschützte erfindungsgemäße Schalttransistor kann bezüglich des Stromes begrenzt werden, ohne daß die Ge­ fahr besteht, daß der Transistor durch den Schwellwertkreis in einem hochohmigen Zustand gehalten wird, und ohne daß die Ermittlung des Kollektorstromes den Nachteil mit sich bringt, einen zusätzlichen Spannungsabfall an dem in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors liegenden Widerstand zu verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transistoranordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß für einen Überstromschutz des Schalttransistors der Transistoranordnung an der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors keine gesonderte Spannungsabfallmessung erfolgt, die einen Reihenwiderstand im Kollektorstromkreis des Schalttransistors bedingen würde.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Transistoranordnung, das der Erfindung zugrunde liegt,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt, bei dem der Schalttransistor und der Schwellwertkreis der Transistoranordnung monolithisch integriert ausgebildet sind, wobei der Schalttransistor einen vertikalen Aufbau und der Eingangstransistor des Schwell­ wertkreises einen lateralen Aufbau besitzt.

Fig. 1 stellt ein Schaltbild eines zwei Klemmen aufweisenden Netzwerkes dar, das einen gegen Überstrom geschützten Schalttran­ sistor 1 enthält, der von einem niederohmigen in einen hoch­ ohmigen Zustand wechseln kann, wenn ein kritischer Wert des aus einem Kollektorbereich des Transistors 1 über einen Kollektor­ anschluß 2 austretenden Kollektorstromes gemessen wird. Ein regenerierender Schwellwertkreis 3 schaltet dann den Basis­ strom zum Transistor 1 ab. Der Schwellwertkreis 3 hat einen Steuereingang 4, welcher mit einer Verbindung 5 zum Kollektorbereich des Transistors 1, getrennt vom Kollektoran­ schluß 2, versehen ist.

Der regenerierende Schwellwertkreis 3 weist eine Ausgangs­ klemme 6 auf, die mit der Basiselektrode des Transistors 1 über einen zweiten Transistor 7 und einen dritten Transistor 8 verbunden ist, wobei diese Transistoren in Kaskade geschaltet sind und entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Um sicherzu­ stellen, daß der Schwellwertkreis 3 den Basisstrom zum Transistor 1 vollständig abschalten kann, liegt eine Diode 9 im Emitterkreis des Transistors 7 und ein Widerstand 10 bzw. 11 liegt jeweils parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Tran­ sistors 8 bzw. des Transistors 1. Ferner ist der letztgenannte Transistor gegen mögliche Einschaltstöße dadurch geschützt, daß seine Kollektor-Emitter-Strecke und seine Kollektor-Basis- Strecke jeweils mit einer Nebenschlußdiode 12 bzw. einer Neben­ schlußzenerdiode 13 versehen sind.

Der Steuereingang 4 des Schwellwertkreises 3 führt zu einer Eingangsstufe, die zwei Transistoren 14 und 15 aufweist, die entsprechend der dargestellten Ausführungsform entgegengesetzte Polarität aufweisen, und derart angeordnet sind, daß sie ein sogenanntes Haken-Flip-Flop bilden, wobei ein Widerstand 16 parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 15 und ein Widerstand 17 in Reihe mit den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 14 und 15 liegt. Ferner weist die Eingangsstufe einen Nebenschlußwiderstand 18 mit einem negativen Temperatur­ koeffizienten auf, der die Funktion des Zwei-Klemmen-Netzwerkes innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs aufrechter­ hält, sowie einen Spannungsabfall-Reihenwiderstand 19. Ge­ eignete Werte für die Bauteile der Schaltung sind beispiels­ weise 50 kΩ und ein negativer Temperaturkoeffizient von 0,00570 grd^-1 für den Widerstand 18, 150 kΩ für den Wider­ stand 19, 500 Ω für den Widerstand 10, 50 Ω für den Wider­ stand 11, 5 kΩ für den Widerstand 16 und 2 kΩ für den Widerstand 17. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kollektoranschluß 2 einen Innenwiderstand von 1 Ω.

Der Transistor 1, der Schwellwertkreis 3, die beiden in Kaskade geschalteten Transistoren 7 und 8, die Diode 9 und der Widerstand 10 sind zweckmäßig in einem monolithischen Schalt­ kreis integriert. Einer der in Kaskade geschalteten Transistoren kann dabei eine laterale Struktur aufweisen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer monolithischen Anordnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, und in welcher der gegen Überstrom geschützte Transistor nach Fig. 1 einen Emitterbereich 20, einen Basisbereich 21, eine Kollektorzone 22 und eine Kollektorelektrode 23 aufweist. Letztere ist mit der Kollektorzone 22 über einen Kontakt­ bereich 24 verbunden, der gemäß dem dargestellten Ausführungs­ beispiel im gleichen Verfahrensschritt wie der Emitterbereich 20 hergestellt wird und infolgedessen nicht hinab bis zu einem Sub-Kollektorbereich 25 des Schalttransistors 1 reicht. Abgesehen vom Nebenschlußwiderstand 18 und dem Spannungsabfall-Serienwider­ stand 19 ist der Transistor 14 in der Eingangsstufe des Schwell­ wertkreises 3 als lateraler Transistor hergestellt, der neben dem gegen Überstrom geschützten Transistor 1 liegt und diesem gegenüber eine entgegengesetzte Polarität aufweist. Der laterale Transistor 14 hat einen Emitterbereich 26 mit einer Emitterelektrode 27, die über einen Anschlußdraht 28 mit der Kollektorelektrode 23 des Transistors 1 verbunden ist, eine Basiszone 29, entsprechend dem Steuereingang 4 des Schwell­ wertkreises 3, wobei die Verbindung 5 zum Kollektorbereich 20 durch den Sub-Kollektorbereich 25 erfolgt, und einen Kollektor­ bereich 30. Gemäß der dargestellten Ausführungsform enthält der Kollektorbereich 30 einen flachen Bereich 31 entgegenge­ setzter Polarität, der den Emitterbereich des Transistors 15 bildet, so daß der Basisbereich und der Kollektorbereich des Transistors 15 sich jeweils mit dem Kollektorbereich 30 und dem Basisbereich 29 des Transistors 14 decken.

Die beschriebene monolithische Anordnung eignet sich nur zur Strombegrenzung des Transistors 1. Um den Transistor 1 von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand entsprechend der beabsichtigten Schaltkreisfunktion nach Fig. 1 zu schalten, wird der Transistor 14 gegenüber dem Schalttransistor 1 vergleichs­ weise isoliert hergestellt und die Bereiche 26 und 30 werden weggelassen, während der flache Bereich 31 in unveränderter Gestalt bleiben kann, um mit der Basis des Transistors 14 über den Reihenwiderstand 19 und den Nebenschlußwiderstand 18 ver­ bunden zu werden. Selbstverständlich kann der Bereich 31 tiefer ausgebildet werden, so daß er bis hinab zum Sub-Kollektorbereich 25 des Transistors 1 reicht, und das gleiche gilt bezüglich des Kontaktbereichs 24, jedoch wird es aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt, diese beiden Bereiche im gleichen Verfahrens­ schritt wie den Emitterbereich 20 herzustellen, wie auch die vorausgehend genannten beiden Bereiche 26 und 30 zweckmäßig im gleichen Verfahrensschritt wie der Basisbereich 21 herge­ stellt werden. Falls große Kollektorströme im Transistor 1 be­ nötigt werden, sollte jedoch der Kontaktbereich 24 bis hinab zum Kollektorbereich 25 reichen.

Claims (4)

1. Transistoranordnung mit einem gegen Überstrom geschützten Schalttransistor (1) und einer Überstromschutzvorrichtung, die einen mit einem Steuereingang (4) versehenen Schwellwertkreis (3) aufweist, der beim Überschreiten eines vorbestimmten Hauptstroms in der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors (1) ein Sperrsignal zur Unterbrechung des Basisstromkreises des Schalttransistors liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (1) einen Zweifachkollektor (2, 5) aufweist, dessen weiterer Kollektor (5) mit dem Steuereingang (4) des Schwellwertkreises (3) verbunden ist.

2. Transistoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (1) und der Schwellwertkreis (3) der Transistoranordnung monolithisch integriert ausgebildet sind.

3. Transistoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (1) einen vertikalen Aufbau und der Eingangstransistor (14) des Schwellwertkreises (3) einen lateralen Aufbau aufweist.

4. Transistoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der laterale Eingangstransistor (14) im monolithischen Körper neben dem vertikalen Schalttransistor (1) angeordnet ist, wobei der Leitungstyp des lateralen Eingangstransistors gegenüber dem vertikalen Schalttransistor komplementär ist und daß die Kollektorzone (22) des vertikalen Schalttransistors (1) in die Basiszone (29) des lateralen Eingangstransistors (14) übergeht.