DE3515133A1

DE3515133A1 - Short-circuit-resistant transistor output stage

Info

Publication number: DE3515133A1
Application number: DE19853515133
Authority: DE
Inventors: Heidebrecht 7537 Remchingen Hill; Franz 7526 Abstadt Pachner; Rainer Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Rudolph
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-11-06

Abstract

A short-circuit-resistant transistor output stage is proposed, whose drive circuit monitors the output current and, possibly, switches off the output transistor (T1). The output transistor (T1) is switched on and off as a function of a capacitor voltage (UC) which is reduced in the event of an excessive output current via a low-value resistor (R4) and is otherwise increased via a high-value resistor (R3). The use of the proposed transistor output stage results in constant repetition times and switching-on times in short-circuit operation, over very large temperature and supply-voltage ranges. <IMAGE>

Description

Beschreibung description

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer kurzschlußfesten Transistorendstufe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Endstufen werden in der Regel dort gefordert, wo auf hohe Zuverlässigkeit Wert gelegt wird. Bekannt ist z.B., einen elektrischen Verbraucher zuerst mit einem Prüfimpuls zu beaufschlagen und erst dann die Endstufe zu öffnen, wenn eine durch den Prüfimpuls ausgelöste Reaktion ein korrektes Arbeiten des Verbrauchers anzeigt. Eine derartige Schaltungsanordnung. die in der DE-OS 23 10 448 beschrieben ist, hat den Nachteil, daß Störspannungen im Stromversorgungskreis des Verbrauchers zu einem Ansprechen der Ansteuerschaltung führen können. indem diese Störspannungen einen Kurzschluß vortäuschen, so daß der Verbraucher unnötig abgeschaltet wird. PRIOR ART The invention is based on a short-circuit-proof Transistor output stage according to the preamble of the main claim. Such power amplifiers are usually required where high reliability is important. Known is e.g. to apply a test pulse to an electrical consumer first and only then to open the output stage when one is triggered by the test pulse Reaction indicates that the consumer is working correctly. Such a circuit arrangement. which is described in DE-OS 23 10 448, has the disadvantage that interference voltages in the power supply circuit of the consumer to a response of the control circuit being able to lead. in that these interference voltages simulate a short circuit, so that the Consumers are switched off unnecessarily.

Aus der DE-OS 32 38 899 ist weiterhin eine kurzschlußfeste Endstufe für einen elektrischen Verbraucher bekannt, bei der dem Ausgangstransistor ein Verbraucher und ein Meßwiderstand in Reihe geschaltet sind. From DE-OS 32 38 899 is still a short-circuit-proof output stage known for an electrical consumer in which the output transistor is a consumer and a measuring resistor are connected in series.

Um die Schaltung gegen Störspannungen in der Versorgungsleitung des Verbrauchers unempfindlich zu machen. wird der Schalttransistor über einen Operationsverstärker gesteuert, der in Abhängigkeit von der am Meßwiderstand auftretenden Spannung den Ausgangstransistor ein- oder ausschaltet. Die am Meßwiderstand auftretende Meßspannung wird zu diesem Zweck fieber eine Diode und einen Widerstand an einen Kondensator angelegt, dessen Kondensatorspannung sich in Abhängigkeit von dem durch den Meßwiderstand fließenden Strom mit einer Zeitkonstanten ändert. Die Kondensatorspannung wird bei dieser Anordnung ständig nachgeführt und mit einem Referenzspannungswert mitlels eines Komperators verglichen. Diese Schaltung kann bei langsamen Änderungen des Ausgangsstroms. die im Bereich des maximalen Stroms (Kurzschlußstrom) liegen, in einen instabilen Zustand kommen, da die Kontlcns;rtorspannur1 von der Meßspannung nicht cntkopperlt ist. I)ie für das A hgreifen der Nleßspaniiiing verlor derliche Diode hat den Nachteil. das.$ ein'fcil der zur Verfügung stehenden Mcl3spannung als Diodenspannung verloren geht.To protect the circuit against interference voltages in the supply line of the To make the consumer insensitive. is the switching transistor via an operational amplifier controlled, the depending on the voltage occurring at the measuring resistor Turns the output transistor on or off. The measuring voltage occurring at the measuring resistor for this purpose, a diode and a resistor on a capacitor are feverishly used applied, the capacitor voltage of which varies depending on the through the measuring resistor flowing current changes with a time constant. The capacitor voltage is at this arrangement is constantly tracked and with a reference voltage value a comparator compared. This circuit can with slow changes in the Output current. which are in the range of the maximum current (short-circuit current), in an unstable state come because the control voltage from the measuring voltage is not cntkopperlt. I) the things lost for the seizure of the neglect Diode has the disadvantage. the. $ part of the available Mcl3voltage as diode voltage is lost.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße kurzschlußfeste Transistorendstufe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine rückwirkungsfreie Überwachung der Meßspannung mittels eincs Schwellwertschalters erfolgt. Der bei dieser Transistorendst ufe vorgesehene Kondensator wird stets zwischen zwei vorgegebenen Potentialen umgeladen. die am Ausgang des Schwellwertschalters auftreten. Auf diese Weise wird ein definiertes Laden und Entladen des Kondensators erreicht, weshalb ein unerwünschtes Schwingen der gesamten Schaltung sicher vermieden wird. Für das Entladen und das Laden des die Ein- und Ausschaltung des Ausgangstransistors bewirkenden Kondensators sind untcrschiedliche Widerstände und somit untcrschieclliche Zeitkonstanten vorgesehen. Tril 1 der Kurzschlut3fli II oder ein unzulässig hoher Ausgangsstrom am Mel3widerstand auf, so hat dies ein schnelles Entladen des Kondensators und damit ein schnelles Abschalten des Ausgangstransistors zur Folge. Der abgeschaltete Ausgangsstrom bewirkt ein Abfallen der Meßspannung, so daß der Schwellwertschalter den Kondensator mit einer langsameren Zeitkonstanten wieder zu laden beginnt. Advantages of the Invention The short-circuit-proof transistor output stage according to the invention with the features of the main claim has the advantage that a non-reactive The measuring voltage is monitored by means of a threshold switch. The at This transistor output stage provided capacitor is always specified between two Reloaded potential. which occur at the output of the threshold switch. To this A defined charging and discharging of the capacitor is achieved, which is why an undesired oscillation of the entire circuit is reliably avoided. For the Discharging and charging the causing the switching on and off of the output transistor Capacitors are different resistances and thus different time constants intended. Tril 1 of short-circuit 3fli II or an impermissibly high output current at the Mel3 Resistance, this has a rapid discharge of the capacitor and thus result in a rapid shutdown of the output transistor. The switched off output current causes the measurement voltage to drop, so that the threshold switch removes the capacitor starts to load again with a slower time constant.

Bei Erreichen einer vorgegebenen Spannung wird daraufhin der Ausgangstransistor wieder geöffnet und gegebenenfalls bei noch vorhandenem Kurzschluß sofort wieder gesperrt. Die Meßspannung kann über einen Spannungsteiler auf eine proportionale Spannung reduziert werden, wodurch eine Anpassung an die Schaltschwelle des verwendeten Schwellwertschalters möglich ist. Durch geeignete Wahl des Spannungsteilers kann die Ansteuerschaltung mehr oder weniger empfindlich gemacht werden.When a predetermined voltage is reached, the output transistor will then reopened and if necessary again immediately if a short circuit is still present locked. The measuring voltage can be reduced to a proportional one via a voltage divider Voltage can be reduced, whereby an adaptation to the switching threshold of the used Threshold switch is possible. By suitable choice of the voltage divider can the control circuit can be made more or less sensitive.

Der Schwellwertschalter ist vorzugsweise als Komperator ausgebildet. Als Ausgangstransistor wird vorzugsweise ein Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor eingesetzt. The threshold switch is preferably designed as a comparator. A power MOS field effect transistor is preferably used as the output transistor used.

Mit der erfindungsgemäßen kurzschlußfesten Transistorenclstllfe ergeben sich konstante Wiederholzeitcn und Einschaltzeiten im Kurzschlußbetrieb über sehr große Temperatur- und Versorgungsspannungsbereiche. Nach Anlegen der Versorgungsspannung an die Schaltung ist die Endstufe für eine Zeit von ungefähr 0,1 msec definiert ausgeschaltet. In dieser Zeit können der Endstufe zugeordnete Prüf- und Steuereinrichtungen aktiviert werden, so daß Einschaltstörungen sicher vcrmieden werden. Durch den Einsatz eines Feldeffekttransistors entfallen die Probleme mit der Stromverstärkung von bipolaren Transistoren, die beispielsweise bei tiefen Temperaturen und geringen Steuerspannungen auftreten können. With the short-circuit-proof transistors according to the invention result constant repetition times and switch-on times in short-circuit operation for a long time large temperature and supply voltage ranges. After applying the supply voltage the output stage is defined on the circuit for a time of approximately 0.1 msec switched off. During this time, test and control devices assigned to the output stage can be used activated so that switch-on faults are reliably avoided. Because of the engagement a field effect transistor eliminates the problems with the current amplification of bipolar transistors, for example, at low temperatures and low Control voltages can occur.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher eriäutert. Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.

Die dargestellte kurzschlußfeste Transistorendstufe besteht aus einem Ausgangstransistor T1, der einen elektrischen Verbraucher R1 und einen Meßwiderstand Rr speist, und aus einer Ansteuerschaltung A. Die am Meßwiderstand Rnr auftretende Meßspannung UM wird über einen aus zwei Widerständen R 1, R 2 bestehenden Spannungsteiler abgegriffen. R 2 kann entweder an Masse oder an eine positive Spannung angeschlossen sein. Die Teilerspannung wird dem Eingang eines Schwellwertschalters S 1 zugeführt, dessen invertierender Ausgang hochohmig über einen Widerstand R 3 mit einem Kondensator C verbunden ist. dessen anderer Anschluß auf Masse liegt. Dem Widerstand R3 ist die Scrienschaltung einer Diode D 1 und eines niederohmigeren Widerstandes R 4 parallel geschaltet. Die Kathode der Diode D 1 ist mit dem invertierenden Ausgang des Schwellwertschalters S1 verbunden. Die Kondensatorspannung U, wird einem Eingang eines NAND-(;alters 1 zugeführt. an dessen anderem Eingang ein extern erzeugtes Signal zum Ein- und Ausschalten der Tr..insistorendstufe anliegt. Der Ausgang des NAND-Gatters 1 ist mit dem negativen Eingang eines Komperators 2 verbunden, an dessen positivem Eingang eine Referenzspannung Uranliegt. Der Ausgang des Komperators 2 ist über einen Widerstand R 5 mit dem Steuereingang des Ausgangstransistors T1 und über einen Widerstand R 6 mit der Betriebsspannung UB verbunden. The short-circuit-proof transistor output stage shown consists of one Output transistor T1, an electrical consumer R1 and a measuring resistor Rr feeds, and from a control circuit A. The occurring at the measuring resistor Rnr Measurement voltage UM is generated via a voltage divider consisting of two resistors R 1, R 2 tapped. R 2 can either be connected to ground or to a positive voltage be. The divider voltage is fed to the input of a threshold switch S 1, its inverting output has a high resistance via a resistor R 3 with a capacitor C is connected. whose other connection is ground. The resistor R3 is the circuit of a diode D 1 and a lower resistance R 4 in parallel switched. The cathode of the diode D 1 is connected to the inverting output of the threshold switch S1 connected. The capacitor voltage U, is an input of a NAND - (; age 1 supplied. at the other input an externally generated signal for input and Switching off the Tr..insistor output stage is present. The output of the NAND gate is 1 connected to the negative input of a comparator 2, at its positive input a reference voltage Uran is present. The output of the comparator 2 is through a resistor R 5 to the control input of the output transistor T1 and a resistor R 6 connected to the operating voltage UB.

Der Steuereingang des Transistors T1 ist außerdem über einen Widerstand R 7 mit Masse verbunden. Die Widerstände R 5, R 6, R 7 bilden einen Spannungsteiler, der für den Ausgangstransistor T1 eine Strombegrenzung bewirkt. Durch die Widerstände R 5, R 6, R 7 besteht die Möglichkeit, die Schaltflanken zu verlangsamein, wodurch die Störungen durch die Impulsströme auf der Leiterplatte verringert werden.The control input of the transistor T1 is also via a resistor R 7 connected to ground. The resistors R 5, R 6, R 7 form a voltage divider, which causes a current limitation for the output transistor T1. Through the resistances R 5, R 6, R 7 have the option of slowing down the switching edges, whereby the interference from the pulse currents on the circuit board can be reduced.

Als Schutzmaßnahmen besitzt die Schaltungsanordnung eine Z-Diode ZD zwischen der Steuerleitung des Ausgangstransistors T1 und dem Meßwiderstand RM und eine Schutzdiode D2, die den Schwellwertschalter S 1 vor negativen Spannungen schützt. The circuit arrangement has a Zener diode as a protective measure ZD between the control line of the output transistor T1 and the measuring resistor RM and a protective diode D2, which protects the threshold switch S 1 from negative voltages protects.

Die Wirkungsweise der kurzschlußfesten Transistorendstufe soll im folgenden anhand der Zeichnung erläutert werden. Im normalen Betrieb liegt die Ausgangsspannung des Komperators 2 auf einem positiven Potential. so daß der Ausgangstransistor T1 aufgesteuert ist. Es fließt ein Ausgangsstrom, mit dem beispielsweise eine Lampe (K,) betrieben wird. Tritt nun an der Lampe ein Kurzschluß auf, so erhöht sich dadurch zunächst der Ausgangsstrom, bis am Meßwiderstand RAl eine Meß-Spannung I IAI erreicht ist. die über den Spanntingsteiler K 1. R 2 den Sc hw ellwel tscl1.lllel- .S 1 .iiis'löst. liirch dis Überschreiten der Schaltschwelle am Eingang des Schwellwertschalters S 1, wird dessen Ausgang auf "0" gesetzt. Dadurch entlädt sich der Kondensator C über den Widerstand R 4 und die Diode D 1. Der mit dem Kondensator C verbundene Eingang des NAND-Gatters 1 wechselt damit nach einer Zeitverzögerung ebenfalls auf "0", während der andere Eingang E weiterhin auf "1" bleibt. Dadurch wechselt der Ausgang des NAND-Gatters auf "1': wodurch der Ausgang des Komperators 2 auf annähernd 0 Volt absinkt. Über R 5 wird damit der Ausgangstransistor T1 gesperrt und der Ausgangsstrom abgeschaltet. Die Spannung am Meßwiderstand sinkt damit auf 0 Volt. The mode of operation of the short-circuit-proof transistor output stage should be im will be explained below with reference to the drawing. The output voltage is in normal operation of the comparator 2 at a positive potential. so that the output transistor T1 is steered up. An output current flows with which, for example, a lamp (K,) is operated. If a short circuit now occurs on the lamp, this increases first of all the output current until a measuring voltage I IAI is reached at the measuring resistor RAl is. which solves the threshold world tscl1.lllel- .S 1 .iiis' via the tension divider K 1. R 2. liirch dis exceeding the switching threshold at the input of the threshold switch S 1, its output is set to "0". This causes the capacitor C to discharge Via the resistor R 4 and the diode D 1. The one connected to the capacitor C. The input of NAND gate 1 also changes after a time delay "0", while the other input E remains at "1". This changes the Output of the NAND gate to "1 ': whereby the output of the comparator 2 is approximately 0 volts drops. The output transistor T1 and the output current are blocked via R 5 switched off. The voltage at the measuring resistor drops to 0 volts.

Durch das Absenken der Meßspannung UM sinkt auch die am Eingang des Schwellwertschalters S 1 anliegende Spannung unter den Schweilwert ab. so daß am Ausgang des Schwellwertschalters S 1 ein positives Potential auftritt, welches dem Zustand "1" entspricht. Der Kondensator C wird dadurch wieder über den hochohmigen Widerstand R 3 langsam aufgeladen. Sobald die Kondensatorspannung Uc einen Wert einnimmt, der dem "I"-Zustand entspricht, wechselt die Ausgangsspannung des NAND-Gatters 1 wieder auf "0", so daß am Ausgang des Komperators 2 die Spannung wieder ansteigt. Dieser Spannungsanstieg bewirkt, daß der Endstransistor T1 wieder öffnet und ein Ausgangsstrom fließen kann. Sollte der aufgetretene Kurzschluß noch bestehen, so erfolgt über den Schwellwertschalter S 1 und die Reihenschaltung von R 4 und D 1 wieder ein schnelles Entladen des Kondensators C, wodurch über das NAND-Gatter 1 und den Komperator 2 der Ausgangstransistor T1 erneut gesperrt wird. Dieser Vorgang kann sich solange periodisch wiederholen, bis der Kurzschluß oder gegebenenfalls eine andere aufgetretene Betriebsstörung beseitigt ist. By lowering the measuring voltage UM, the one at the input of the also decreases Threshold switch S 1 applied voltage below the Schweilwert. so that on Output of the threshold switch S 1 a positive potential occurs, which the Corresponds to state "1". The capacitor C is again over the high resistance Resistor R 3 slowly charged. As soon as the capacitor voltage Uc has a value assumes, which corresponds to the "I" state, the output voltage of the NAND gate changes 1 back to "0" so that the voltage at the output of the comparator 2 rises again. This increase in voltage causes the output transistor T1 to open again and on Output current can flow. If the short circuit that has occurred still exists, then so takes place via the threshold switch S 1 and the series connection of R 4 and D 1 again a rapid discharge of the capacitor C, whereby via the NAND gate 1 and the comparator 2, the output transistor T1 is blocked again. This process can repeat itself periodically until the short circuit or if necessary another malfunction that has occurred has been eliminated.

Der Meßwiderstand KA1 und der Spinnungsteiler, bestehend aus R 1 und R 2, können so gewählt werden, daß der Ausgangsstrom so begrenzt wird, daß der Ausgangstransistor T 1 sicher vor einer Zerstörung durch Überlastung geschützt ist. The measuring resistor KA1 and the spinning divider, consisting of R 1 and R 2, can be chosen so that the output current is limited so that the Output transistor T 1 is safely protected from being destroyed by overload.

Anstelle des NAND-Gatters 1 kann auch ein Komperator eingesetzt werden. Setzt man für den Schwellwertschalter S 1 einen Komperator ein. wird man in der Dimensionierung freier und die Schaltschwellen werden genauer eingehalten. Instead of the NAND gate 1, a comparator can also be used. If a comparator is used for the threshold switch S 1. one becomes in the Dimensioning more freely and the switching thresholds are adhered to more precisely.

Claims

Claims 1. Short-circuit proof transistor output stage with a control circuit for switching off the output transistor in the event of a short circuit, the output current of which is a electrical loads and a measuring resistor flows through and their control circuit monitors the voltage drop across the measuring resistor; characterized in that a voltage proportional to the measuring voltage (UM) at the input of a threshold switch (S1) is applied that the output of the threshold switch (S 1) with an input Exceeding its switching threshold from a first potential to a second, in the event of a short circuit, the potential that occurs changes, and that the second potential a quick switch-off, while the first potential a delayed switch-on of the output transistor (T1) causes.

2. transistor output stage according to claim 1, characterized in that the output of the threshold switch (S1) via a first, larger ohmic resistor (R 3) and across from a diode and a second. smaller ohmic resistance (R 4) existing series connection with the Irciell Aiischluß a nn cincin Konslanrcn l'otenlial lying capacitor (C) is connected. and that the output current in Is switched on or off depending on the capacitor voltage (Ur).

3. transistor output stage according to claim 2, characterized in that the threshold switch (S1) disconnects the capacitor (C) if the output current is too high or in the event of a short circuit, discharges via the low-resistance resistor (R4), whereupon it is switched off of the output current takes place, and with a lower output current via the high-resistance Resistor (R3) charges again, whereupon the output transistor (T1) is switched on he follows.

4. transistor output stage according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the threshold switch (S 1) is a comparator or a NAND gate is.

5. transistor output stage according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the capacitor voltage (t4) is exceeded when a specified switching threshold is exceeded the control voltage of the output transistor via a downstream comparator (2) (Tl), which is preferably a power field effect transistor, switches.