DE3020300A1

DE3020300A1 - Transistorschalter mit ueberstromschutz und automatischer rueckstellung

Info

Publication number: DE3020300A1
Application number: DE19803020300
Authority: DE
Inventors: Marcel Lefebvre; Daniel Ruellan
Original assignee: La Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-05-28
Publication date: 1980-12-11
Also published as: NL8003124A; FR2458180B2; FR2458180A2; ES491962A0; JPS55162630A; DE3020300C2; GB2050741B; JPS6352492B2; IT8022417A0; BE883408A; ES8102436A1; IT1130784B; US4430684A; GB2050741A; CH635712A5

Description

Transistorschalter mit Überstromschutz und automatischer

Rückstellung

Die Erfindung betrifft Steuerkreise, die in Ja-Nein-Arbeitsweise den Durchgang des Stroms durch eine Last steuern, die mindestens einen Hauptschalttransistor aufweist, der durch Eingabe eines im wesentlichen konstanten Stroms in seine Basis unter der Einwirkung eines Steuersignals freigegeben wird.

Derartige Schaltungen können unter anderem zur Umschaltung der Arbeits- und Ruhesignale in einem Naherungs- oder Anwesenheitsdetektor benutzt werden, der iduktiv oder mit einer mit Gleichstrom gespeisten Fotozelle arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem des Schutzes des HauptschaIttransistors gegen Überströme oder

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Kurzschlüsse an den Anschlüssen der Last zu lösen.

Eine bekannte Lösung besteht darin, die Schaltung mit Einrichtungen zu versehen, durch die die Kollektor-Emitter-Spannung des Haupttransistors mit einer Bezugsspannung verglichen wird und der Transistor gesperrt wird, sobald die Kollektor-Emitter-Spannung die Bezugsspannung überschreitet.

Bei einer in der französischen Patentanmeldung 76.13927 beschriebenen Ausführungsform bestehen diese Einrichtungen aus einem ersten Hilfstransistor, wobei die Emitter der beiden Transistoren gemeinsam sind, der Kollektor des Haupttransistors und die Basis des Hilfstransistors über zwei einander entgegengesetzt geschaltete Dioden bzw. über einen zweiten Hilfstransistor, der mit dem ersten als unstabiler Multivibrator geschaltet ist, mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind und der Kollektor des ersten Hilfstransistors mit der Basis des Haupttransistors verbunden ist.

Solange die Kollektor-Emitter-Spannung des Hauptschalttransistors unter dem zugelassenen Höchstwert liegt, ist der erste Hilfstransistor gesperrt und der zweite ist in leitendem Zustand. Oberhalb dieses Höchstwertes wird der erste Hilfstransistor freigegeben, wodurch der Hauptschalttransistor gesperrt wird. Die Freigabe des ersten Hilfstransistors bewirkt außerdem die Sperrung des zweiten, so daß der unstabile Multivibrator kippt. Dadurch wird an der Basis des Hauptschalttransistors ein Impuls geliefert, und der Haupttransistor geht wieder in den gesättigten Zustand über, in dem er bleiben kann, wenn die Last ihren normalen Wert wieder angenommen hat. Auf diese Weise findet eine automatische Rückstellung der Schaltung nach Verschwinden des Kurzschlusses statt.

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Die Erfindung schlägt eine vereinfachte Abwandlung der genannten Vergleichs- und Sperreinrichtungen vor, die nur dann angewandt werden kann, wenn das Steuersignal durch Integration von rekurrierenden Impulsen gebildet wird. Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet ist die Schaltung eines Detektors, der eine lichtaussendende Elektrolumineszenzdiode besitzt, die durch Impulse, die von einem Multivibrator geliefert werden, erregt wird und einem Empfänger-Fototransistor zugeordnet ist, dessen Strom gegebenenfalls nach Formung zur Bildung des Steuersignals integriert wird. Eine derartige Schaltung wird insbesondere in der französischen Patentanmeldung 79.13316 beschrieben.

Erfindungsgemäß besitzen die genannten Vergleichs- und Sperreinrichtungen einen Hilfstransistor, der mit dem Haupttransistor so verbunden ist, daß der normalerweise gesperrte Hilfstransistor freigegeben wird, wenn der Spannungsabfall an den Anschlüssen des Haupttransistors infolge eines Überstroms in der Last zunimmt, und daß die Freigabe des Hilfstransistors die Sperrung des Haupttransistors bewirkt; die Impulse, die von der Schaltung, die das Steuersignal erzeugt, kommen, werden an den Hilfstransistor angelegt, um ihn periodisch zu sperren, so daß die automatische Freigabe des Haupttransistors bei Verschwinden des Überstroms gewährleistet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schalters, der in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist.

Die Schaltung enthält einen Steuertransistor T.., dessen Basis über eine Widerstandsbrücke R^, Rp durch ein intermittierendes Steuersignal polarisiert wird, das an den

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Eingangsanschluß E angelegt ist.

Wenn T₁ leitend ist, wird die Basis eines Hauptschalttransistors T,-, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein pnp-Transistor ist, durch den Durchgang des Stroms durch zwei Widerstände R^ und R. polarisiert, so daß T₅ leitend wird. Die an R, und R. angelegte Spannung Vs wird durch einen Transistor T,, einen Widerstand R_Q eine Zenerdiode Z₁ stabilisiert und mit Hilfe eines Kondensators C. gefiltert.

Infolgedessen ist der Basisstrom von T,- konstant, wenn das Steuersignal vorhanden ist.

Im Pail eines Überstroms in der Last Rc beispielsweise infolge eines Kurzschlusses tritt ein Schutztransistor ^T3a* ^{im vorli}-^eS^eniien Fall ein pnp-Transistor, aus folgenden Gründen in den leitenden Zustand:

Die Basis von T^_a wird durch Widerstände Rq, R₁₀ und R₁₁ polarisiert, wobei der Rq und R₁₀ gemeinsame Punkt mit dieser Basis und der R₁₀ und R₁₁ gemeinsame Punkt A über eine Diode D_2a mit dem Punkt B des Kollektorkreises von Τι-verbunden ist. Wenn T,- normal gesättigt ist, erreicht die Spannung bei B aus, daß die Diode D_2a leitend ist. Die Summe der Spannungsabfälle in der Emitter-Kollektor-Strecke von Tp- im gesättigten· Zustand und in der Diode D_2a ist nun so groß, daß das Potential am Punkt A über dem Wert liegt, der sich aus dem Durchgang des Basisstroms von T*_a in der Widerstandsbrücke R₁₀-R₁₁ ergeben würde, wenn T, leitend wäre (der Transistor T*_a kann also nur gesperrt sein).

Im Pail eines Überstroms in der Last Rc nimmt der Spannungsabfall in der Emitter-Kollektor-Strecke von T,- zu und die Spannung bei B reicht nicht mehr für die Freigabe

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der Diode Dp_a aus. Der Transistor T, beginnt nun zu leiten. Daraus ergibt sich eine Erhöhung des Spannungsabfalls durch R. und T₁, d.h. die Basispolarisierung von T,-nimmt zu, so daß T,- gesperrt wird. Die Wirkung ist kumulierend und führt zu einer Sperrung von T , die so schnell vor sich geht, daß eine zu starke Erwärmung von T,- vermieden wird.

Die Impulse, die in der das Steuersignal herstellenden Schaltung (nicht dargestellt) erzeugt werden, werden an den Emitter des Transistors T- angelegt. Zu diesem Zweck ist beispielsweise der Punkt C mit der Kathode der Elektrolumineszenzdiode verbunden und erhält somit die Impulse, die der Multivibrator zur Erregung dieser Diode erzeugt.

Die Wirkung des Überstroms wird nur in Betracht gezogen, wenn der Transistor T₁ im leitenden Zustand ist, was zur Folge hat, daß T₁- und T-* leiten können. Während der Dauer jedes Impulses ist der Transistor T*_a notwendigerweise gesperrt (die Impulse werden zu diesem Zweck mit der entsprechenden Polarität angelegt).

Infolgedessen wird T,- während dieser Dauer freigegeben und bei dem ersten Impuls, der auf das Verschwinden des Überstroms folgt, wird die Vorrichtung automatisch rückgestellt. Bei jedem der Impulse jedoch, die während des Vorhandenseins des ÜberetrDms auftreten, muß T₁- einen

starken Strom unter der vollen Spannung aushalten. Das geht jedoch nur, wenn das Zyklusverhältnis der Impulse gering ist. Dies ist in der in der oben genannten Patentanmeldung beschriebenen Steuerschaltung der Fall, in der Impulse von 4 Mikrosekunden durch Intervalle von etwa einer Millisekunde getrennt sind.

Nun sei der Übergang des Transistors T₁ aus dem gesperrten

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Zustand in den leitenden Zustand bei Ankunft des Steuersignals betrachtet, wobei angenommen wird, daß zu diesem Zeitpunkt keine Möglichkeit eines Überstroms in der Last besteht. Da dieser Zeitpunkt nicht mit einem der Impulse zusammenfällt, ist T_x freigegeben und absorbiert den

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Strom von T., , so daß T,- nur zum Zeitpunkt des folgenden Impulses freigegeben werden kann, wobei T-, zu diesem Zeitpunkt gesperrt wird und gesperrt bleibt, solange kein Überstrom auftritt. Die Schutzvorrichtung bewirkt also eine leichte Verzögerung in der Umschaltung.

Diese Verzögerung jedoch, die kleiner als die Periode der Impulse, also nur von der Größenordnung einer Millisekunde ist, stellt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keinen praktischen Nachteil dar.

Die beschriebene Schutzvorrichtung arbeitet auch in dem Pail einer allmählichen und langsamen Erhöhung der von der Last abgegebenen Stromstärke.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Schaltung beschränkt, sondern läßt verschiedene Änderungen zu.

Bei dem erfindungsgemäßen Transistorschalter gibt ein Haupttransistor T₁- an eine Last Rc Strom ab, wenn ein Steuersignal einen Steuertransistor T.. sättigt, wobei eine Widerstandsbrücke IU, R., die durch eine Quelle gespeist wird, die Basis des Haupttransistors T₁- polari siert.

Die Basis eines Hilfstransistors T, ist mit dem Kollektor des Transistors T,- durch eine Diode Dp und einen der beiden Polarisationswiderstände R^q-R^. verbunden. Venn

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die Kollektor-Emitter-Spannung des Haupttransistors infolge eines Kurzschlusses in der Last zu. hoch wird, wird der Hilfstransistor T^_a gesättigt und sperrt den Haupttransistor T_c.
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Ein derartiger Transistorschalter ist für Detektoren anwendbar, die eine in Impulsen erregte Elektrolumineszenzdiode besitzen. Diese Impulse werden an den Hilfstransistor T-x angelegt und sperren ihn momentan, um die Rückstellung der Schaltung zu gewährleisten, wenn der Überstrom verschwunden ist.

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Leerseite

Claims

Manitz, FinstGfwsid & Grämkow
8 MQnchen 22, Re&ert-Koch-Straßai

LA TELEMECANIQUE ELECTRIQUE

bis, avenue du Marechal Joffre

2000 NANTERRE, Frankreich

München, den 28. Mai 1980 P/Ha-T 2228

Transistorschalter mit Überstromschutz und automatischer

Rückstellung

Patentansprüche

.J Schaltkreis mit einem Hauptschalttransistor, der Strom an eine Last abgibt und durch Eingabe eines im wesentlichen konstanten Stroms in seine Basis unter der Einwirkung eines Steuersignals freigegeben wird, wobei der Schaltkreis Einrichtungen zum Vergleich der Kollektor-Emitter-Spannung des Haupttransistors mit einer Bezugsspannung und zur Sperrung des Transistors besitzt, sobald die Kollektor-Emitter-Spannung die Bezugsspannung überschreitet, und das Steuersignal durch eine Schaltung erfolgt ist, die rekurrierende Impulse erzeugt und sie zur Bildung des Steuersignals integriert, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen einen Hilfstransistor besitzen, der mit dem Haupttransistor so verbunden ist, daß der normalerweise gesperrte Hilfstransistor freigegeben wird, wenn infolge eines Überstroms in der Last der Spannungsabfall an den Anschlüssen des Haupttransistors zunimmt, und die Freigabe des Hilfstransistors die Sperrung des Haupttransistors bewirkt, und daß die

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ORIGINAL lfv*SPECTED

302030Q

Impulse an den Hilfstransistor angelegt werden, um ihn periodisch zu sperren, damit der Haupttransistor bei Verschwinden des Überstroms automatisch freigegeben wird.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt, der zwei Widerständen einer Brücke gemeinsam ist, durch die die Basis des Hilfstransistors polarisiert wird, über eine Diode mit dem Kollektor des Haupttransistors verbunden ist.
3. Anwendung des Schaltkreises nach Anspruch 1 oder 2 auf einen fotoelektrischen Detektor mit einem Multivibrator, der in Impulsen eine Elektrolumineszenzdiode erregt, die mit einem Fototransistor gekoppelt ist, dessen Strom gegebenenfalls nach Formung zur Bildung des Steuersignals integriert wird, wobei die Impulse an den Emitter des Hilfstransistors angelegt sind.

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