DE3629185A1

DE3629185A1 - Transistorschutzschaltung

Info

Publication number: DE3629185A1
Application number: DE19863629185
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Numata
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1986-08-28
Publication date: 1987-03-19
Also published as: US4845584A; JPS6258709A; DE3645008C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Transistorschutzschaltung, insbesondere eine verbesserte Transistorschutzschaltung, die einen Transistor vor einer Zerstörung durch eine über mäßig starke Zunahme eines Stroms in einer von dem Tran sistor gesteuerten Last schützt.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung, in der an den Kollektor eines Transistors 511 eine Last 513 angeschlossen ist. Der Kollek tor des Last-Treibertransistors 511 empfängt über die Last 513 von einer Spannungsquelle 515 eine Spannung. Die Basis des Transistors 511 empfängt über einen Widerstand 513 eine Eingangsspannung.

Wenn aus irgendeinem Grund die Last 513 kurzgeschlossen wird, fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 511 ein starker Strom, der den Transistor 511 zerstört.

Als Gegenmaßnahme kann man eine Sicherung in Reihe zu der Last 513 schalten, um eine Zerstörung des Transistors zu verhindern. Allerdings beträgt die Zeit bis zu einer durch die Sicherung verursachten Stromunterbrechung bei einem übermäßigen Strom mehrere Sekunden, und die Schaltung wird nicht dadurch wieder funktionsfähig, daß man lediglich die Ursache des Kurzschlusses erfaßt, sondern man muß auch die durchgebrannte Sicherung durch eine neue Sicherung ersetzen.

In einer in Fig. 6 gezeigten Schaltung befindet sich zwischen dem Emitter des Transistors 511 und Masse (Gemeinschaftspoten tialleitung) ein Widerstand 611, der die Zerstörung des Treibertransistors 511 ver hindern soll. Wenn die Last 513 kurzgeschlossen wird, erhöht sich der Spannungsabfall am Widerstand 611, jedoch bleibt der durch den Transistor 511 fließende Strom aufgrund der Rückkopplung zu der Basis im wesent lichen konstant (Konstant-Stromschaltung). Allerdings erfolgt bei dieser Schaltung eine starke Stromaufnahme in dem Transistor 511, so daß ein groß bemessener Kühl körper und/oder ein starker Transistor im Hinblick auf die Kapazität der Last vorgesehen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transistor schutzschaltung einfachen Aufbaus zu schaffen, die nicht nur einen Transistor vor Zerstörung bewahrt sondern außerdem die Fortsetzung des Betriebs gestattet, indem lediglich die Ursache des Kurzschlusses in der von dem Transistor gesteuerten Last beseitig wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 Schaltungsskizzen von Ausführungsformen der Erfindung, und

Fig. 5 und 6 Schaltungsskizzen zur Veranschaulichung bereits konzipierter Schaltungen.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein NPN-Bipolartransistor 111 als Last-Treibertransistor verwendet wird. Zwischen der Basis des Transistors 111 und Masse liegt ein Thyristor 113. Seine Anode ist an die Basis des Transistors, und seine Kathode ist an Masse angeschlossen. Zwischen der Steuer- oder Zündelektrode (Gate) des Thyristors 113 und den Emitter des Transistors 111 ist eine Diode 115 geschaltet, deren Anode an den Emitter des Transistors 111, und deren Kathode an das Gate des Thyristors 113 angeschlossen ist. Die anderen Teile in Fig. 1 sind identisch mit den entsprechenden Teilen in den Fig. 5 und 6, die die gleichen Bezugs zeichen besitzen.

Die oben beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:

Im Normalbetrieb der Schaltung wird eine Eingangsspannung über den Widerstand 517 an die Basis des Transistors 111 gelegt, und dementsprechend wird die Last 513 von einem Strom durchflossen. Der Thyristor 113 ist dabei ausge schaltet.

Im Störfall, d.h. wenn die Last 513 aus irgendeinem Grund kurzgeschlossen wird, fließt ein starker Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 111 und den Widerstand 611. Wenn die Spannung an den beiden Anschlüssen des Widerstands 611 die Gate-Spannung des Thyristors 113 (die Summe der Zündgatespannung des Thyristors 113 und der Durchlaßspannung der Diode 115) übersteigt, zündet der Thyristor 113. Aufgrund des durch den Thyristor 113 be wirkten Schaltvorgangs von "AUS" auf "EIN" fließt der in die Basis des Transistors 111 eingespeiste Strom jetzt in den Thyristor 113. Dies hat zur Folge, daß der Basis strom, der notwendig ist, um den Transistor 111 leitend zu halten, nicht mehr fließt und deshalb der Transistor 111 sperrt.

Der Ablauf, durch den der Transistor 111 in den nicht leitenden Zustand gelangt, benötigt nur sehr kurze Zeit, z. B. einige Mikrosekunden, in der eine Zerstörung des Transistors 111 ebenso wenig möglich ist wie eine nennenswerte Erwärmung des Widerstands 611.

Die Diode 115 blockiert einen Strom vom Gate des Thyristors 113 zu dem Widerstand 611, nachdem der Thyristor 113 gezündet hat, so daß die Anoden-Gate-Spannung zu keiner Zeit durch den vom Gate des eingeschalteten Thyristors 113 kommenden Strom erhöht wird. Die Anoden-Kathoden-Spannung nimmt nicht zu, und die Basisspannung des Transistors 111 steigt niemals auf einen Wert an, bei dem der Transistor 111 leitend werden könnte. Nachdem die Ursache des Kurz schlusses beseitigt ist, wird die Last 513 wieder normal angesteuert, nachdem das Eingangssignal vorübergehend beseitigt und dann wieder angelegt wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 durch eine umgekehrte Polarität unterscheidet. Ein Treiber transistor 211 ist hier ein PNP-Transistor, der Thyristor ist ein N-Kanal-Gate-Thyristor 213 (PUT), und die Diode 215 ist mit umgekehrter Polarität geschaltet. Die Spannungs quelle 217 liefert eine negative Spannung.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zum Ansteuern der Last ein Feldeffekt transistor 311 verwendet wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht der Unterschied zu der Ausführungs form nach Fig. 1 darin, daß anstelle des Thyristors als Schaltelement in einer Eingangsstufe der Schaltung ein Flipflop 411 verwendet wird. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, empfangen der T-Eingangsanschluß und der S-Eingangsan schluß des Flipflops 411 individuell eine Eingangsspannung V _i bzw. eine Emitterspannung V _e, und die Diode 413 ist zwischen die Basis des Transistors und den -Ausgangs anschluß gelegt.

Wie aus den Signaldiagrammen in den Fig. 4B bis 4D hervorgeht, steigt die Spannung über den beiden Anschlüssen des Widerstands 611 (Emitterspannung V _e) an, wenn nach Zuführen der Eingangsspannung V _i (Zeitpunkt t ₁) ein auf einen Kurzschluß in der Last 513 zurückzuführender abnormaler Strom fließt (Zeitpunkt t ₂). Das normalerweise im Rück setzzustand befindliche Flipflop 411 gelangt hierdurch in den Setzzustand und liefert an dem -Ausgang ein Signal mit niedrigem Pegel. Dadurch beginnt die Diode 413 zu leiten, und der Transistor wird abgeschaltet, da ihm keine Basis-Vorspannung zugeführt wird. Im Zeit punkt t ₃ wird die Eingangsspannung V _i nach kurzer Unter brechung erneut zugeführt, nachdem die Ursache für den Kurzschluß in der Last beseitigt ist.

Die Polaritäten bei der Ausführungsform nach Fig. 4 lassen sich ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 vertauschen.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, schafft die Erfindung eine Transistorschutzschaltung, die zuver lässig eine Zerstörung des Last-Treibertransistors aufgrund eines erhöhten Stromflusses in der Last ver hindert. Zur Wiederaufnahme des normalen Betriebs brauchen keine Schaltungsteile erneuert zu werden.

Claims

1. Transistorschutzschaltung, gekennzeichnet durch
einen Eingang, über den einem ersten Anschluß eines von der Schutzschaltung zu schützenden Transistors (111, 211, 311) ein Eingangssignal zugeführt wird,
eine Last (513) und eine Spannungsquelle (515, 217), die zwischen einem zweiten Anschluß des Transistors und einer Gemeinschaftspotentialleitung in Reihe geschaltet sind,
ein Detektorelement (611), das zwischen einen dritten An schluß des Transistors und die Gemeinschaftspotentiallei tung geschaltet ist, und
ein Schaltelement (113, 213, 411), das zwischen den ersten Anschluß des Transistors und die Gemeinschaftspotential leitung geschaltet ist und in seinem eingeschalteten Zustand verriegelbar ist.

2. Transistorschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Transistor ein Bipolar-Transistor ist.

3. Transistorsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein Feldeffekttransistor (311) ist.

4. Transistorschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Thyristor (113, 213) ist.

5. Transistorschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine digitale Logikschaltung ist, die im eingeschalteten Zustand verriegelbar ist.

6. Transistorschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement ein Widerstand (611) ist.

7. Transistorschutzschaltung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen die Gateelektrode des Thyristors und das Detektorelement (611) eine Diode (115, 215) ge schaltet ist, um einen Rückstrom von der Gateelektrode zu verhindern.

8. Transistorschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2 sowie 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des Transistors dessen Basis, der zweite Anschluß dessen Kollektor und der dritte Anschluß des Transistors dessen Emitter ist.

9. Transistorschutzschaltung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des Feldeffekttransistors dessen Gate, der zweite Anschluß des Feldeffekttransistors dessen Drain und der dritte Anschluß des Feldeffekttransistors dessen Source ist.