DE2950700C2

DE2950700C2 - Anordnung zur Beeinflussung des Abschaltverhaltens von Transistorstufen

Info

Publication number: DE2950700C2
Application number: DE19792950700
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Dr. 6902 Sandhausen Viebig
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1979-12-17
Publication date: 1986-01-16
Also published as: FR2472300A1; DE2950700A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Beeinflussung des Abschaltverhaltens von Transistorstufen mit einem NPN-Haupttransistor, der durch einen PNP-Vortransistor steuerbar ist (DE-PS I 31 504). Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Steuer- und Regeltechnik.

Das Abschalten eines Stromversorgungsgerätes bei t>o Über- oder Unterspannung durch unterschiedliche Schaltungsanordnungen mittels komplementärer Transistoren ist aus DE-PS 1 31 504 bekannt.

Anordnungen zum Schalten von elektrischen Lasten bei erhöhtem Strom oder Kurzschluß am Ausgang sind vielfältig bekannt. So ist aus der DE-OS 23 60 678 eine Ansteuerschaltung für Relais, Ventile und Lampen bekannt, die im Überlastfall abschaltet. Die Anordnung besteht aus logischen Verknüpfungsgliedern, Spannungsbegrenzern, Schwellwertschalter und Flipflop. Bei zu hohem Strom wird ein Signal vom Flipflop abgegeben, das über Verknüpfungsglieder die Endstufe abschaltet und über einen Taktgenerator wieder rücksetzbar ist

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 26 40 337 und 26 40 33S sind Schaltungsanordnungen r.ir Kurzschluß- und Oberlastsicherung von Schaltkreisen bekannt Auch hier werden über UND-Glieder, Schwellwertschalter, Oberlastfühler und Verzögerer Signale gebildet, die den Ausgang bei unzulässig hohem Strom abschalten. Dazu wird in einem Rückführkanal ein Signal verzögen und ein Speicherglied solange abgeschaltet, bis die Verzögerungszeit abgelaufen ist Das Gerät taktet also und fühlt periodisch ab, ob der erhöhte Strom noch ansteht Bedingt durch die vielen Bauteile sind derartige Anordnungen natürlich aufwendig und teuer.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine einfache und billige Schaltungsanordnung zu finden, die kurzschlußfest Ströme im Amperebereich liefert, die bei Kurzschluß abschaltet diesen abgeschalteten Zustand beibehält und erst nach einem Quittierbefehl in den Normalzustand zurückschaltet

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Ausgestaltungen sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist besonders die erhebliche Kosteneinsparung sowohl beim Material als auch bei der Fertigung und beim Prüfaufwand. Vorteilhaft ist weiter, daß bei einem Kurzschluß am Ausgang kein Bauteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zerstört wird. Durch die geringen Kosten ist es jetzt erstmalig möglich, sämtliche Transistorieistungssiufen kurzschiußfest auszuführen. Die Kurzschlußfestigkeit einer Endstufe war bisher schon immer erwünscht, aufgrund der hohen Kosten jedoch nur gewissen Sonderfällen vorbehalten. Durch einfache Schaltungsvarianten ist es zudem möglich, eine verzögerte Abschaltung der Leistungsendstufe zu erreichen. Es ist auch möglich, durch differenzierende Glieder innerhalb der Netzwerke eine alternierende Abfrage bei erhöhtem Strom vorzunehmen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt dabei das Prinzipschaltbild, während

Fig.2 die erfindungsgemäße Anordnung mit einer nachgeschalteten Schaltstufe zeigt

Ein PNP-Vortransistor 1, ein NPN-Haupttransistor 2 und zwei passive Netzwerke 3 und 4, bestehend aus Widerständen und Kondensatoren, sind derart geschaltet, daß am Ausgang K elektronische Lasten angeschaltet werden können. Am Anschluß A (Anode) muß dabei positives Potential gegenüber Anschluß K (Kathode) vorherrschen.

Der Anschluß A ist auf den Emitter des PN P-Vortransistors 1 geführt, während dessen Basis mit dem ersten Netzwerk 3 und dessen Kollektor mit dem zweiten Netzwerk 4 verbunden ist. Das zweite Netzwerk 4 ist einmal auf die Basis des NPN-Haupttransistors 2 und einmal mit einem weiteren Ausgang auf den Emitter des Transistors 2 gelegt. Der Emitter des NPN-Transistors 2 wird als Ausgang K bezeichnet. Der Kollektor dieses Transistors führt auf das erste Netzwerk 3, wobei dieses Netzwerk noch zusätzlich mit dem Anschluß A verbunden ist. Das zweite Netzwerk 4 weist einen zweiten

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Steuereingang GK auf, durch dessen Pegeländerung die In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnachgeschaltete Basis des Haupttransistors 2 angesteu- nung an eine Transistorstufe bzw. Leistungsendstufe anert wird und die gesamte Anordnung Strom zieht Das geschaltet Der nur beispielsweise gewählte Darlingtonerste Netzwerk 3 weist einen ersten Eingang GA auf. Transistor 7 ist mit seiner Basis an den Ausgang K ge-Durch Pegeländerungen an den beiden Eingängen GK 5 legt Der Emitter des Leistungs-Transistors 7 ist über oder GA können wahlweise Ein- oder Ausschaltvorgän- einen Widerstand 6 an positive Spannung (gleichzusetge vorgenommen werden. Die Netzwerke bestehen bei- zen mit Anschluß A) gelegt Durch den Leistungs-Transpielsweise aus RC-Glieder, die wahlweise zusammen- sistor 7 fließt der Arbeitsstrom (Betriebsstrom) Il, herschaltbar sind. Selbstverständlich können aucb hier an- vorgerufen durch den Steuerstrom h an der Basis des dere passive Bauelemente eingesetzt werden. Durch un- 10 Leistungs-Transistors 7. Bei erhöhtem Strom 4 durch terschiedliche Größen der RC-Glieder in den Netzwer- den Transistor 7 tritt am Widerstand 6 ein Spannungsken 3 und 4 kann ein variables Zertverhalten der erfin- abfall auf (am Eingang GA), der über einen SchutzwidungsgemäSen Schaltungsanordnung erzielt werden. derstand 5 auf den Transistor 1 einwirkt und den Strom An den Ausgang K wird eine Transistorstafe in Form /1 hervorruft Der Strom /1 wirkt auf das Netzwerk 4 ein, eines Leistungstransistors 7 angeschaltet Anstelle der 15 das beispielsweise aus einem Kondensator 8 und einem NPN- und PNP-Transistoren können auch die jeweili- Widerstand 9 besteht Der Kondensator 8 lädt sich langgen Komplementärtypen gewählt werden. sam auf und der Strom I\ beeinflußt noch nicht den

Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet wie folgt: Transistor 2, sondern wirkt schwächend auf den Steuer-

Im Ruhezustand, d. Il₁ wenn eine Spannung zwischen strom I₈ des Leistungs-Transistors 7. Hierdurch wird der die Anschlüsse A und K gelegt ist und die Steuereingän- 20 Laststrom I_L verringert, am Widerst^d 6 entsteht wenige GA und GK nicht beschältet sind, iläeSt kein Ström ger Spannungsabfall und die Schaltung arbeitet in eidurch die Schaltung. Wird über den Eingang GK eine nem Begrenzungszustand. Durch diesen jetzt fließenden Pegeländerung vorgegeben, die den Transistor 2 auf- Laststrom I_L tritt eine Schutzfunktion der Schaltungssteuert, fließt ein Strom I₂ von dem Anschluß K über den stufe ein. Bei einem vorher festgelegten Schutz- oder Emitter/Kollektor von Transistor 2 und das Netzwerk 3 25 Grenzstrom arbeitet die Schaltstufe noch einwandfrei, nach Anschluß A. Wird der Strom größer, schaltet sich die Stufe immer

Der Strom h verursacht am Netzwerk 3 einen Span- weiter ab. Nach einer gewissen Zeit ist der Kondensator nungsabfall, der den Transistor t aufreißt Hierdurch 8 aufgeladen und die Basis des Transistors 2 kann angefließt ein Strom h von dem Anschluß A über Emitter/ steuert werden. Es fließt jetzt ein erhöhier Strom h + I₂ Kollektor von Transistor 1 und das Netzwerk 4 nach 30 von A nach K, wodurch die erfindungsgemäße Schal-Anschluß K. Der Spannungsabfall am Netzwerk 4 steu- tungsanordnung in den Haltezustand kommt Der erert mit erhöhter Spannung die Basis von Transistor 2 an, höhte Strom von I, und I₂ wirkt dem Basisstrom I_B zuso daß die gesamte Schaltung im Selbsthaltezustand sätzlich entgegen und vermindert den Laststrom Il bleibt (auch bei abgeschaltetem Steuereingang GK). nochmals. Ein stark erhöhter Laststrom I_L bewirkt also Durch eine Impulsreihe am Eingang GK geht die An- 35 erst verzögert ein Abschalten der Leistungsstufe 7. Ordnung also in den Haltezustand (Betriebszustand) Bedingt durch lange Leitungen bei der Siromzufühüber. Derselbe Effekt wird durch eine negative Impuls- rung für den Leistungstransistor 7 können sich Störimreihe am Eingang GA erzielt. Durch Zuführung eines pulse von mehreren Volt ausbreiten und über den entgegengesetzten Spannungspotentials auf einen der Schutzwiderstand 5 den Eingang von Transistor 1 beEingänge GA oder GK hört der Stromfluß auf, d. h, I, 40 einflussen. Durch die Zeitkonstante des Netzwerkes 4 und I₂ werden zu Null. Durch die Beschallung der Netz- (mu Kondensator 8 und Widerstand 9) tritt auch bei werke mit KC-Gliedern kann ein Zeitverhalten in die solchen Störungen kein erhöhter Strom <7| + I₂) auf, der Anordnung gebracht werden. So kann beispielsweise den Leistungstransistor 7 abschalten würde, für eine gewisse Zeit nur ein Strom I₂ fließen, oder der Um die Funktionsweise des Leistun !^transistors 7 Strom/ι schaltet sich erst verzögert ab. 45 (beispielsweise bei einem PNP-Typ) jederzeit zu ge-

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, der die währleisten (ausreichende Basis-Emitter-Spannung), eigentüche Leistungsschaltstufe nachgeschaltet ist, wird in die Basis des Transistors 7 ein Spannungsteiler weist Thyristoreigenschaften auf, sie ersetzt einen Thy- mit einem Widerstand an positive Spannung und einem ristor oder programmierbaren Unijunktion-Transistor Widerstand an den Anschluß K geschaltet Diese Schal-(PUT). Es können jedoch zusätzliche Funktionen ausge- 50 tungsvariante ist in der Zeichnung nicht dargestellt Anführt werden, die mit Thyristoren nicht möglich sind. dere Varianten für eine Spannungsversorgung sind Beispielsweise kann das unerwünschte Durchzünden ei- ebenfalls möglich.

nes Thyristors durch Spannungserhöhung oder durch In JiT Anordnung gemäß F i g. 2 ist eine Herausfühkurzzeilige Störimpulse an seinem Steuereingang mit rung der externen Anschlüsse (Eingänge GA und GK) der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verhin- 55 nicht unbedingt erforderlich. Der Eingang GA, der den dert werden. Die Anordnung geht erst dann in den Hai- Spannung ibfall vom Widerstand 6 erhält, kann entfalte- Betriebszustand über, wenn eine Potentialänderung len. Der Eingang GK ist aber erforderlich, um bei abgeeine gewisse Zeit (abhängig von den RC-Gliedem der schaltetem Leistunes-Transistor 7 (beispielsweise Kurz-Netzwerke 3 und 4) ansteht. Es kann also in vorteilhaf- Schluß oder stark erhöhter Strom) ein Einschalten der ter Weise ein einstellbares (dimensionierbares) Durch- eo Anordnung zu ermöglichen. Dies erfolgt durch einen schalten der Anordnung erfolgen. Die erfindungsgemä- negativen Spannungsimpuls am Eingang GK, der dann ße Anordnung hat neben dem Ruhezustand und dem als Quittiereingang benutzt wird. Betriebszustand zwei weitere Zustände. Bei einem er- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungssten positiven Impuls am Eingang GK fließt ein erhöh- gemäßen Anordp.unp wird beispielsweise das Netzwerk <er Strom I₂, während I\ noch Null ist. Dieser Zwischen- 65 4 aus Bauteilen mit differenzierender Wirkung gezustand macht sich zwischen den Anschlüssen A und K bildet. Damit tritt keine verzögerte Abschaltung des durch einen erhöhten Su-om bemerkbar. Ein weiterer Leistungs-Transistors 7 auf, sondern dieser schaltet sich Zustand kann sich einstellen, wenn U eher fließt als I₂. sofort ab. Es wird dabei aber periodisch (taktend) abee-

fragt, ob der erhöhte Strom noch fließt Dies wird beispielsweise dadurch ermöglicht, daß der Kondensator 8 zwischen den Kollektor von Transistor 1 und die Basis von Transistor 2 gelegt wird. Die Anordnung weist dann eine Blockerfunktion auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Beeinflussung des Abschaltverhaltens von Transistorstufen mit einem NPN-Haupttransistor, der durch einen PNP-Vortransistor steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortransistor (1) mit einem der Basis vorgeschalteten ersten RC-Netzwerk (3) über seinen Kollektor und über ein zweites RC-Netzwerk (4) die Basis des Haupttransistors (2) ansteuert, dessen Kollektor wiederum über das erste RC-Netzwerk (3) die Basis des Vortransistors (1) beeinflußt, daß die RC-Netzwerke (3,4) jeweils mit den Emittern der Transistoren (1, 2) verbunden sind, daß das erste Netzwerk (3) einen ersten Steuereingang (GA) und das zweite Netzwerk (4) einen zweiten Steuereingang (GK) aufweist, so daß durch eine negative Impulsreihe am ersten Eingang (GA) oder eine positive impulsreihe am zweiten Steuereingang (GK) die An-Ordnung in den Betriebszustand geht und durch eine positive Impulsreihe am ersten Steuereingang (GA) oder eine negative Impulsreihe am zweiten Steuereingang (GK) die Anordnung in den stromlosen Zustand übergeht, daß von dem Emitter des NPN-Haupttransistors (2) die Basii der Transistorstufe (7) ansteuerbar ist und daß der erste Eingang (GA) des RC-Netzwerkes (3) mit der Kollektor-Emitter-Strecke der Transistorstufe (7) verbunden ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dü3 eines oder beide RC-Netzwerke (3,4) eine Verzögerungsscb.altung aufweisen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder beide ^cC-Netzwerke (3—4) eine Schaltung mit differenzierenden Eigenschaften aufweisen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des RC-Netzwerkes auf dem Emitter der Transistorstufe (7) führt und daß der Emitter der Transistorstufe (7) über einen Emitterwiderstand (6) mit dem Emitter des Vortransistors (1) gemeinsam an Spannungspotential gelegt ist

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorstufe (7) Basis-Spannungsteiler vorgeschaltet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorstufe (7) ein Darlington-Transistor ist.

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