DE3512563C2

DE3512563C2 -

Info

Publication number: DE3512563C2
Application number: DE19853512563
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 7410 Reutlingen De Kalkhof; Karl 7413 Gomaringen De Nagel; Lothar 7410 Reutlingen De Jakobi; Juergen 7417 Pfullingen De Jechel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1990-05-23
Also published as: JPS62502507A; WO1986005931A1; DE3512563A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 32 38 880).

Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen der Ausgangstransistor zum Ein- und Ausschalten einer Last dient, die als ohmsche oder induktive Last ausgebildet sein kann. Diese Schaltungsanordnungen können in diskreter Technik, in monolithisch integrierter Technik oder in Hybridtechnik ausge bildet sein. Wird im Störfall die Last kurzgeschlossen, so besteht die Gefahr, daß die Transistor-Endstufe zerstört wird.

Aus der DE-OS 32 38 880 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, mit der der über die Emitter-Kollektor-Strecke der Transistorendstufe fließende Ausgangsstrom begrenzt wird und dadurch im Kurzschlußfall eine Zerstörung der Transistorendstufe verhindert werden kann. Hierzu wird ein Stromregler verwendet, der den Ausgangsstrom über wacht. Auf diese Weise kann die Verlustleistung der Endstufe nur sehr grob begrenzt werden. Diese bekannte Schaltungsanordnung erlaubt keine stufenweise Verlustleistungsbegrenzung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Begrenzung der Ver lustleistung eine Überlastung der Endstufe zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine entsprechende Anzahl von Stromquellen die Verlustleistung annähernd konstant gehalten werden kann. Bei Überschreiten vorgegebener Spannungswerte am Ausgang der Transistorendstufe, wird der Ausgangsstrom entsprechend verringert. Dies geschieht auf einfache Weise dadurch, daß der Meßwiderstand, der als Meßfühler zur Regelung des Ausgangsstroms dient, über eine oder mehrere Stromquellen mit einem zusätzlichen Strom in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Transistor endstufe beaufschlagt wird. Die Stromquellen werden vor zugsweise über Differenzverstärker ein- oder ausge schaltet. Die Differenzverstärker sind jeweils mit einem ihrer Eingänge an einen Abgriff eines mehrstufigen Spannungsteilers angeschlossen, der die Ausgangsspannung in eine entsprechende Anzahl von Spannungswerten unter teilt. Sobald die Spannungswerte an den Abgriffen eine Referenzspannung überschreiten, schalten die Differenz verstärker die zugehörigen Stromquellen ein, wodurch die Spannung am Meßwiderstand erhöht und durch den Stromreg ler der Ausgangsstrom entsprechend reduziert wird. Auf einfache Weise können mehrere Stufen von Stromquellen parallel geschaltet werden, wodurch die Verlustleistung über den gesamten Spannungsbereich annähernd konstant gehalten werden kann. Eine besonders gute Verlust leistungsbegrenzung wird dadurch erhalten, daß die Teilerwiderstände des Spannungsteilers unterschiedliche Widerstandswerte besitzen. Damit kann eine besonders gute Annäherung an die Verlustleistungshyperbel erzielt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Regler zur Regelung des Ausgangsstroms,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild des in Fig. 1 dar gestellten Reglers,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 4 ein Strom-Spannungsdiagramm mit Verlust leistungshyperbel.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält als Transistorendstufe einen Ausgangstransistor T 1 dessen Kollektor K über eine Last L mit einer positiven Versorgungsspannung +U _V verbunden ist. Sein Emitter ist über einen niederohmigen Widerstand R 1 mit dem ne gativen Potential -U _V der Versorgungsspannung verbunden. Die übrigen Schaltungselemente bilden den Stromregler für den Ausgangsstrom I _L.

An die Betriebsspannung U _B des Reglers sind die Emitter dreier pnp-Transistoren T 2, T 3, T 4 angeschlossen, deren Basen miteinander verbunden sind. Der Kollektor des Transistors T 4 ist mit der Basis des Ausgangstransistors T 1 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren T 2, T 3 sind dagegen mit den Kollektoren zweier npn-Transistoren T 5, T 6 verbunden. Die Basis des Transistors T 5 ist an seinen Kollektor und an die Basis des Transistors T 6 an geschlossen. Der Emitter des Transistors T 6 ist mit einer Anschlußklemme V und über einen Meßwiderstand R 2 mit dem Emitter des Ausgangstransistors T 1 verbunden. Der Emitter des Transistors T 5 ist über einen Widerstand R 3 mit dem negativen Potential -U _V der Versorgungsspannung verbunden. Zwischen Basis und Kollektor des Transistors T 3 ist ein weiterer pnp-Transistor T 7 angeschlossen, dessen Basis mit dem Kollektor und dessen Emitter mit der Basis des Transistors T 3 verbunden ist. Sein Kollek tor liegt auf Masse. Zwischen den Emittern der Transis toren T 2, T 3 und deren Basen ist eine zusätzliche Diode D 1 angeschlossen. Zwischen den Basen der Transistoren T 2, T 3 und dem negativen Potential -U _V der Versorgungs spannung ist eine Startstromquelle I _S vorgesehen, mit der der Stromregler in Betrieb gesetzt werden kann. Die Funktion dieser Schaltung ist ausführlich in der ein gangs genannten DE-OS 32 38 880 erläutert. Für das Ver ständnis der vorliegenden Erfindung ist von Bedeutung, daß die am Meßwiderstand R 2 abfallende Spannung vom Stromregler gemessen wird und entsprechend der Ausgangs strom I _L verringert oder erhöht wird. Steigt die Spannung am Meßwiderstand R 2, so wird der Ausgangsstrom I _L, der über die Kollektor-Emitterstrecke des Transis tors T 1 und über den Widerstand R 1 fließt, entsprechend verringert.

Um eine Begrenzung der Verlustleistung im Ausgangstran sistor T 1 bzw. eine wenigstens angenähert konstante Ver lustleistung zu erhalten, wird an der Eingangsklemme V in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U _A ein Kon stantstrom eingespeist, so daß sich der Spannungsabfall am Widerstand R 2 entsprechend ändert. Dies hat dann eine entsprechende Begrenzung bzw. Herabsetzung des Ausgangs stroms I _L zur Folge, wodurch die am Ausgangstransistor T 1 auftretende Verlustleistung verringert wird. Eine Schaltungsanordnung für die Stromeinspeisung an der An schlußklemme V ist in Fig. 3 angegeben.

In Fig. 2 ist die Schaltung gemäß Fig. 1 vereinfacht dargestellt.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält mehrere Konstantstromquellen I 1, I 2, In, die zwischen der Betriebsspannung U _B und der Anschlußklemme V parallel an geordnet sind. Die Stromquellen werden über ihnen zuge ordnete Differenzverstärker V 1, V 2, Vn ein- oder ausge schaltet. Die positiven Eingänge der Differenzverstärker sind zu diesem Zweck an verschiedene Abgriffe eines Spannungsteilers angeschlossen, der zwischen der Aus gangsspannung U _A und der negativen Versorgungsspannung -U _V liegt. An den Abgriffen des Spannungsteilers treten die Teilerspannungen U _T₁, U _T₂, U _Tn auf. Da die negativen Eingänge sämtlicher Differenzverstärker an einer gemein samen Referenzspannung U _R liegen, werden die Differenz verstärker bei ansteigender Ausgangsspannung U _A nachein ander eingeschaltet, sobald die entsprechenden Teiler spannungen den Spannungswert der Referenzspannung U _R überschreiten. Die Referenzspannung U _R wird hier als Teilerspannung von einem zweiten Spannungsteiler bereit gestellt, der zwischen der Betriebsspannung U _B negativen Versorgungsspannung -U _V liegt.

In Fig. 4 ist der Verlauf des Ausgangsstroms I _L in Ab hängigkeit von der Ausgangsspannung U _A dargestellt. Außerdem ist in das Diagramm mit unterbrochener Linie eine Leistungshyperbel eingetragen, die die Werte für konstante Verlustleistung P _V angibt. Erreicht die Aus gangsspannung U _A die Spannung U 1, so wird der maximale Ausgangsstrom I _Lmax auf einen Wert I _L₁ verringert. Dies erfolgt dadurch, daß die Teilerspannung U _T₁ (Fig. 3) die Referenzspannung U _R überschreitet und der Differenz verstärker V 1 die Stromquelle I 1 aufsteuert. In ent sprechender Weise erfolgt eine weitere Reduzierung des Ausgangsstroms auf die Werte I _L₂ und I _L₃ bei Erreichen der Ausgangsspannungen U 2 und U 3.

Bereits durch Verwendung von drei Differenzverstärkern kann eine gute Annäherung an die Leistungshyperbel er reicht werden. Selbstverständlich kann durch die Ver wendung einer größeren Anzahl von Differenzverstärkern und zugeordneten Stromquellen eine noch bessere An gleichung an die Leistungshyperbel erzielt werden. Die im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 dargestellten Strom quellen können aber auch durch eine einzige, steuerbare Stromquelle ersetzt werden, die eine besonders gute An passung an die Leistungshyperbel ermöglicht.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung von kurzschlußfesten Endstufen, mit einem Stromregler und einer Transistorendstufe, wobei der Stromregler in Abhängigkeit von der Spannung eines ersten Meß widerstandes den Ausgangsstrom der Transistorendstufe steuert und aus einer Stromspiegelschaltung besteht, die mit ihren ersten beiden Anschlüssen mit einer Versorgungsspannung und mit dem ersten Anschluß der anderen beiden Anschlüsse mit dem ersten Meßwiderstand und mit dem zweiten Anschluß über einen zweiten Meßwiderstand mit dem ersten Meßwiderstand verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stromquellen (I 1 bis In) vorgesehen sind, die aus gangsseitig mit dem zweiten Meßwiderstand (R 2) verbunden sind und die bei Überschreiten vorgegebener Spannungswerte der Ausgangs spannung (U _A) eingeschaltet werden, wobei die Summe sämtlicher Ströme der jeweils wirksamen Stromquellen (I 1 bis In) den zweiten Meßwiderstand (R 2) durchfließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (I 1 bis In) in unterschiedlich großen Spannungsab ständen der Ausgangsspannung (U _A) eingeschaltet werden und unter schiedlich große Ströme abgeben.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U _A) in einem mehrstufigen, vorzugsweise asymmetrischen Spannungsteiler in ver schiedene Teilerspannungen (U _T₁ bis U _Tn) unterteilt ist, daß jede der Teilerspannungen (U _T₁ bis U _Tn) jeweils einem ersten Eingang eines zugehörigen Differenzverstärkers (V 1 bis Vn) zugeführt wird, daß jeder Differenzverstärker (V 1 bis Vn) ausgangsseitig mit dem Steuereingang einer zugeordneten Stromquelle (I 1 bis In) ver bunden ist, und daß an den anderen Eingängen der Differenzverstärker (V 1 bis Vn) eine gemeinsame Referenzspannung (U _R) anliegt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einprägung eines von der Aus gangsspannung (U _A) abgeleiteten zusätzlichen Stroms in den Meß widerstand (R 2) die Verlustleistung der Transistorendstufe bei sich ändernder Last (L) wenigstens annähernd konstant bleibt.