DE3034023C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuersignals am Kollektor eines ersten Transistors beim Über­ schreiten eines vorgebbaren Werts eines überwachten Stroms, der durch einen Stromfühler fließt, dessen einer Anschluß an den Emitter eines zweiten Transistors angeschlossen ist.

Eine solche Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Stroms in einem Stromfühler und zur Abgabe eines Steuersignals zur Strombegrenzung bei einem Schaltregler ist aus Bild 10 der von der Firma Neumüller 1976 herausgegebenen Firmendruckschrift Neumüller, Elektronische Bauteile, mit der Bezeichnung SILICON GENERAL, SG 1524/2524/3524, bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung sind die beiden Anschlüsse des Stromfühlers je an den Emitter eines npn-Transistors gelegt. Einer der Transistoren gibt an seinem Kollektor ein Steuersignal bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes ab. Dieser Transistor ist mit seiner Basis an den Kollektor des zweiten Transistors angeschlossen, in dessen Kollektorkreis ein Widerstand angeordnet ist, dem ein eingeprägter Strom zugeführt wird. Zwischen Basis und Emitter des ersten Transistors ist ein Kondensator angeordnet. Die Basis des zweiten Transistors ist an die Konstant­ stromquelle angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Ansprechgenauigkeit erhöht wird und das Steuersignal nach dem Über­ schreiten des auf einfache Weise vorgebbaren Werts in kürzerer Zeit verfügbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merk­ male gelöst. Durch die kurzen Ansprechzeiten eignet sich die Anordnung insbesondere bei Schaltreglern, die mit hohen Schaltfrequenzen arbeiten. Das Steuersignal steht bei überschreiten eines kritischen Stroms des Schaltreglers so rechtzeitig zur Verfügung, daß eine Sperrung vor der Zerstörung von Bauelementen des Schaltreglers stattfinden kann. Durch die hohe Genauigkeit kann der überwachte Wert nahe an der für die einwandfreie Funktion des Schaltreglers maßgebenden oberen Grenze liegen. Die Kapazität des Schaltreglers läßt sich daher voll ausnutzen. Die Anwendung der Schaltungsanordnung ist nicht auf Schaltregler begrenzt. Ebensogut können Antriebe, Netzgeräte mit Serienreglern und andere Regelgeräte, bei denen die Ströme Grenzwerte nicht überschreiten dürfen, überwacht werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der zweite Transistor als Diode geschaltet, die mit einem Widerstand in Reihe angeordnet ist, der an den zweiten Pol der den Stromfühler über ihren ersten Pol speisenden Stromquelle angeschlossen ist und über den ein Strom fließt, der wesentlich kleinr als der überwachte Wert ist. Die Überwachungsschaltung zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau aus. Es werden keine Elemente für die Frequenzkompensation wie bei der bekannten Schaltung benötigt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Schaltbild einer an ein Schaltelement angeschlossenen Aus­ führungsform.

Eine Schaltungsanordnung 1 zur Erzeugung eines Steuersignals an einem Ausgang 2 bei Überschreiten eines vorgebbaren Werts eines Stroms enthält einen ersten pnp-Transistor 3, dessen Kollektor mit dem Ausgang 2 ver­ bunden ist. Der Emitter des Transistors 3 ist an eine Referenzspannungs­ quelle 4 gelegt, die weiterhin mit einem Anschluß eines Stromfühlers 5 verbunden ist. Über den Stromfühler 5 , einen Shunt, fließt der zu überwa­ chende Strom. Ein zweiter pnp-Transistor 6 ist mit dem Emitter an den an­ deren Anschluß des Stromfühlers 5 gelegt. Der Transistor 6 ist als Diode geschaltet, d. h. der Kollektor ist mit der Basis verbunden. Die Basis des Transistors 6 ist einerseits über einen Widerstand 7 an die Basis des ersten Transistors 3 und andererseits über einen Widerstand 8 an eine Leitung 9 gelegt. Während der Stromfühler 5 z. B. von einem Pol eines Netzgerätes gespeist wird, ist die Leitung 9 an den anderen Pol angeschlossen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung 10 mit einem Ausgang 11 zur Abgabe des Steuersignals ist als erster Transistor 12 ein npn-Transistor vorgesehen. Der zweite Transistor 13 ist ebenfalls ein npn-Transistor. Die übrigen Elemente 5, 4, 7 und 8 sind in gleicher Weise bei der Schaltung gemäß Fig. 1 angeordnet. Der Widerstand ist an eine Leitung 17 angeschlossen, in der ein Strom fließt, dessen Richtung gegenüber der Stromrichtung in der Leitung 9 umgekehrt ist. Die Stromrichtung in dem von der Schaltung 10 überwachten Stromfühler ist ebenfalls gegenüber der Stromrichtung in dem von der Schaltung 1 überwachten Stromfühler 5 umgekehrt.

Die Größe des Stroms, bei dem an den Ausgängen 2 oder 11 ein Steuersignal auftritt, ist durch den Quotienten zwischen der Höhe der Spannung der Refe­ renzspannungsquelle 4 und der Höhe des Widerstands des Stromfühlers 5 be­ stimmt. Bei gegebenem Wert des Widerstands des Stromfühlers kann der für die Überwachung maßgebende Stromgrenzwert auf einfache Weise mittels der Höhe der Spannung der Referenzspannungsquelle 4 eingestellt werden. Bei der Referenzspannungsquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Konstant­ spannungsquelle. Der Wert des Widerstands 8 ist so bemessen, daß der Strom im Widerstand wesentlich kleiner als der für die Überwachung fest­ gestellte Wert ist.

Wenn der durch den Stromfühler 5 fließende Strom, dessen Flußrichtung durch einen Pfeil in einer vom Widerstand ausgehenden Leitung dargestellt ist, kleiner als der über die Referenzspannungsquelle vorgegebene Wert ist, dann befinden sich die Transistoren 3 bzw. 12 im nichtleitenden Zustand. Durch die Transistoren 6 und 13 fließt dagegen ein Strom. Der Basisstrom der Transistoren 3 bzw. 12 ist bei nichtleitendem Zustand vernachlässigbar klein. Sobald der über den Fühler 5 fließende Strom die durch den Quotienten aus der Referenzspannung und dem Stromfühlerwiderstand festgelegte Grenze überschreitet, leiten jeweils die Transistoren 3 bzw. 12, so daß an den Aus­ gängen 2 bzw. 11 die Steuersignale verfügbar sind.

Die Transistoren 3 und 6 bzw. 12 und 13 sind gleich ausgebildet. Es kann sich um Transistoren handeln, deren Charakteristiken nahezu übereinstimmen. Von Bedeutung ist, daß eine weitgehende Übereinstimmung in bezug auf die Basis-Emitter-Spannungen herrscht. Die Transistoren 3 und 6 bzw. 12 und 13 können in einem Kristall integriert sein.

Bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts spricht der Transistor 3 oder 10 sehr schnell an. Das Steuersignal steht daher nach einer sehr kurzen Zeit zur Verfügung und kann zur Sperrung beispielsweise eines Transistorschalters benutzt werden, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Bei dem Schalttransistor gemäß Fig. 3 handelt es sich um einen Feldeffekttransistor, der im Zuge einer Leitung in Reihe mit dem Strom­ fühler 5 angeordnet ist. Mit dem Stromfühler 5 ist eine Überwachungs­ schaltung 10 verbunden, deren Ausgang 11 über einen Widerstand 15 an das Gate des Feldeffekttransistors 14 angeschlossen ist. Der Widerstand 15 liegt in Reihe mit einem weiteren Widerstand 16, über den ein Potential eingespeist wird, das den Feldeffekttransistor bei gesperrtem Transi­ stor 12 in leitendem Zustand hält. Wenn der Transistor 12 ein Steuersignal auf den Ausgang 11 gibt, gelangt ein Sperrpotential über den Widerstand 15 zum Gate des Feldeffekttransistors.

Ein besonderer Vorteil der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schal­ tungen 1 und 10 ist darin zu sehen, daß die Spannung am Stromfühler 5 frei wählbar ist. Die Schaltungen können daher ohne aufwendige An­ passung für die Überwachung von Geräten mit verschiedenartigen Spannun­ gen eingesetzt werden. Beispielsweise werden getaktete Netzgeräte überwacht. Durch das schnelle Ansprechen der Schaltungen 1 und 10 und die damit mögliche schnelle Sperrung der Geräte lassen sich Schäden anderer Bauelemente durch kurzzeitige Überlastung verhindern.

Der Stromfühler 5 kann z. B. in einem Schaltregler, einem Antrieb oder einem Serienregler angeordnet sein.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuersignals am Kollektor eines ersten Transistors beim Überschreiten eines vorgebbaren Werts eines überwachten Stroms, der durch einen Stromfühler fließt, dessen einer Anschluß an den Emitter eines zweiten Transistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Stromfühler (5) eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Referenzspannungsquelle (4), der Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors (3), der mit dem zweiten Transistor (6) gleichartig ist, einem Widerstand (7) un der Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors (6), angeordnet ist, daß über den zweiten Transistor (6) ein kontinuierlicher Strom fließt, und daß der zu überwachende Wert durch den Quotienten aus der Größe der Referenzspannung und dem Wider­ standswert des Stromfühlers (5) bestimmt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (6) als Diode geschaltet ist, die in Reihe mit einem Widerstand (8) angeordnet ist, der an den zweiten Pol der den Stromfühler (5) über ihren ersten Pol speisenden Stromquelle ange­ schlossen ist und über den ein Strom fließt, der wesentlich kleiner als der überwachte Wert ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors (12) mit dem Gate eines Feld­ effekttransistors (14) verbunden ist, der in Reihe mit dem Stromfühler (5) angeordnet ist.