DE3919950C1 - Circuit for central and current monitoring - has collector-emitter path of transistor and loud coupled across DC supply - Google Patents

Circuit for central and current monitoring - has collector-emitter path of transistor and loud coupled across DC supply

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DE3919950C1 DE19893919950 DE3919950A DE3919950C1 DE 3919950 C1 DE3919950 C1 DE 3919950C1 DE 19893919950 DE19893919950 DE 19893919950 DE 3919950 A DE3919950 A DE 3919950A DE 3919950 C1 DE3919950 C1 DE 3919950C1
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
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Abstract

A series circuit of the collector-emitter path of a first transistor (T1) and the load are coupled across the dc supply. To the base of the first transistor is coupled the base of a second transistor (T2). The emitter area of the first transistor is greater than that of the second. A control current fed to the commoned bases may correspond to at least the maximum allowable load current divided by the current join of the first transistor. The emitter of the first transistor may be in times that of the second, and a current is fed to the second transistor collector, equal to one with the load limit. ADVANTAGE - Low loss.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Leistungssteuerung und Stromüberwachung eines Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 25 55 509).The invention relates to a circuit for power control and Current monitoring of a consumer according to the preamble of Claim 1 (DE-OS 25 55 509).

Die Begrenzung eines Stromes durch einen Verbraucher, die Anzeige eines Stromes durch einen Verbraucher oder auch die Abschaltung eines Stromes durch einen Verbrau­ cher erfordern die Überwachung des Stromes durch den Verbraucher. Bei Verwendung einer integrierten Ansteu­ erschaltung für den Verbraucher ist es zudem erforder­ lich, daß der Verbraucher möglichst verlustarm an die Betriebsspannung geschaltet wird.Limiting a current through a consumer, the display of a current by a consumer or also the switching off of a current through a consumption cher require monitoring the current through the Consumer. When using an integrated control circuitry for the consumer is also required Lich that the consumer as little loss to the Operating voltage is switched.

Aus der DE-OS 25 55 509 ist eine Schaltungsanordnung mit einem kurzschlußfesten Ausgang mit einem Aus­ gangstransistor bekannt, in dessen Ausgangskreis die Last liegt. Bei der bekannten Schaltungsanordnung sind Mittel zum Erkennen eines Kurzschlusses im Ausgangs­ kreis und von diesen angesteuerte Mittel zum periodi­ schen Wirksam- und Unwirksamschalten des Ausgangstran­ sistors vorhanden. Zur Begrenzung des Stromes im Aus­ gangskreis dienen ein im Emitterzweig des Ausgangstran­ sistors liegender Widerstand und eine die Basis-Emitterstrecke des Ausgangstransistors und den Widerstand überbrückende Diodenschaltung. Die Diodenschaltung ent­ hält die Basis-Emitterstrecke eines weiteren Transi­ stors, durch den die Mittel zum periodischen Wirksam- und Unwirksamschalten des Ausgangstransistors ansteuerbar sind.From DE-OS 25 55 509 is a circuit arrangement with a short-circuit proof output with an off known transistor, in the output circuit of which Load lies. In the known circuit arrangement Means for detecting a short circuit in the output circle and means driven by them for the period the output train is switched on and off sistors present. To limit the current in the off circuit serve a in the emitter branch of the output train resistor and a base-emitter path of the output transistor and the resistor bridging diode circuit. The diode circuit ent holds the base-emitter path of another transi through which the means for periodic and disabling the output transistor  are controllable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tung anzugeben, die eine verlustarme Leistungssteuerung eines Verbrauchers sowie eine Überwachung des Stromes durch den Verbraucher ermöglicht.The invention has for its object a scarf indication that a low-loss power control of a consumer as well as monitoring the electricity enabled by the consumer.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task will by a circuit with the characteristic features of claim 1 solved.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.The invention is based on an embodiment example explained.

Die Figur zeigt eine Schaltung, die die Funktion eines Leistungsschalters sowie die Funktion einer Überwa­ chungsschaltung hat. Überwacht wird der Strom eines Verbrauchers, der im Ausführungsbeispiel ein Motor M ist. In Reihe zum Motor M liegt die Emitter-Kollek­ torstrecke eines ersten Transistors T 1. Die Reihen­ schaltung des Motors M mit der Emitter-Kollektorstrecke des Transistors T 1 liegt zwischen der Betriebsspannung und dem Bezugspunkt. Bei der Schaltung der Figur ist paral­ lel zur Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors T 1 die Basis-Emitterstrecke eines zweiten Transistors T 2 geschaltet. Der Kollektor des Transistors T 2 ist über einen Widerstand R 2 mit der Bezugsspannung verbunden, während sein Emitter am Bezugspunkt liegt. Die Basen der Transistoren T 1 und T 2 werden durch einen Steuer­ strom I steuer geschaltet. Die Schaltung der Figur weist einen dritten Transistor T 3 auf, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors T 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T 3 liegt am Bezugspunkt, während sein Kollektor über einen Widerstand R 1 mit der Bezugsspan­ nung verbunden ist.The figure shows a circuit which has the function of a circuit breaker and the function of a monitoring circuit. The current of a consumer, which in the exemplary embodiment is a motor M, is monitored. In series with the motor M is the emitter collector gate section of a first transistor T 1 . The series circuit of the motor M with the emitter-collector path of the transistor T 1 is between the operating voltage and the reference point. In the circuit of the figure, the base-emitter path of a second transistor T 2 is connected in parallel with the base-emitter path of the first transistor T 1 . The collector of transistor T 2 is connected to the reference voltage via a resistor R 2 , while its emitter is at the reference point. The bases of the transistors T 1 and T 2 are switched by a control current I tax . The circuit of the figure has a third transistor T 3 , the base of which is connected to the collector of transistor T 2 . The emitter of transistor T 3 is at the reference point, while its collector is connected via a resistor R 1 to the reference voltage.

Die in der Figur dargestellte Schaltung funktioniert wie folgt. Der Transistor T 1 hat die Aufgabe, den Mo­ tor M im Betriebszustand an die Betriebsspannung sowie an den Bezugspunkt zu schalten. Dies soll möglichst verlustleistungsarm erfolgen. Die verlustleistungsarme Anschaltung des Verbrauchers an die Betriebsspannung geschieht dadurch, daß die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors T 1 leitend geschaltet wird. Die Emitter- Kollektorstrecke des Transistors T 1 wird durch einen Steuerstrom I steuer leitend geschaltet. Dieser Steuer­ strom wird so gewählt, daß sein Wert dem maximal zu­ lässigen Motorstrom geteilt durch den Stromverstärkungs­ faktor des Transistors T 1 entspricht. Schaltet man wie im Ausführungsbeispiel parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors T 1 die Basis-Emitterstrecke des Transi­ stors T 2 und wählt bei dieser Schaltungsart für den Transistor T 2 eine Emitterfläche, die um den Faktor n (z. B. 40) kleiner ist als die Emitterfläche des Tran­ sistors T 1, und bietet dem Kollektor des Transistors T 2 einen Strom an, der um den gleichen Faktor n kleiner als der maximal zulässige Motorstrom (I c von T 1) ist, dann kann unter diesen Umständen der Transistor T 2 erst dann durchschalten (U c 2 gegen Null), wenn der Motor­ strom seinen zulässigen Maximalwert erreicht. Denn erst unter diesen Umständen ist die für die Basis-Emitter­ spannung von T 1 und damit auch von T 2 verantwortliche Stromdichte im Emitter so groß geworden, daß der Tran­ sistor T 2 den angebotenen Referenzstrom (Kollektorstrom des Transistors T 2) übernehmen kann. Dieser Referenz­ strom wird bestimmt durch die Spannung U B - U BET 3 am Widerstand R 2 und den Wert von R 2. Sobald der Motor­ strom seinen Grenzwert erreicht, wird dem Transistor T 3 der Basisstrom über den Transistor T 2 weggeschaltet, wodurch der Transistor T 3 hochohmig wird. Dies führt dazu, daß der Kollektor des Transistors T 3 über den Widerstand R 1 gegen das Betriebspotential +U B gezogen wird. Dabei entsteht am Kollektor des Widerstandes R 1 bzw. am Kollektor des Transistors T 3 ein Signal, wel­ ches angibt, daß der Motorstrom zu groß ist. Dieses Signal kann zur Anzeige, zum Abschalten des Motors oder auch zur Strombegrenzung verwendet werden. Die Steuer- bzw. Überwachungsschaltung nach der Erfindung wird vor­ zugsweise integriert. Bei einer intergrierten Lösung sollen der erste und der zweite Transistor (geometrisch) möglichst eng nebeneinander angeordnet sein.The circuit shown in the figure works as follows. The transistor T 1 has the task of switching the motor M in the operating state to the operating voltage and to the reference point. This should be done with as little power loss as possible. The low-power connection of the consumer to the operating voltage occurs in that the emitter-collector path of the transistor T 1 is turned on. The emitter-collector path of the transistor T 1 is switched to conductive by controlling a control current I. This control current is chosen so that its value corresponds to the maximum permissible motor current divided by the current gain factor of the transistor T 1 . If one switches as in the embodiment in parallel with the base-emitter path of the transistor T 1, the base-emitter path of the transi stors T 2 and selects this type of circuit for the transistor T 2 is an emitter area which is a factor of n (eg., 40) is less than the emitter area of the transistor T 1 , and offers the collector of the transistor T 2 a current that is smaller by the same factor n than the maximum permissible motor current (I c of T 1 ), then the transistor T 2 only switch through (U c 2 towards zero) when the motor current reaches its permissible maximum value. For it is only in these circumstances is for the base-emitter voltage of T 1 and thus also of T2 in charge current density in the emitter become so great that the Tran sistor T 2 the reference current offer can take over (collector current of the transistor T 2). This reference current is determined by the voltage U B - U BET 3 across the resistor R 2 and the value of R 2 . As soon as the motor current reaches its limit value, the transistor T 3 the base current is switched off via the transistor T 2 , whereby the transistor T 3 becomes high-resistance. This leads to the collector of the transistor T 3 being pulled via the resistor R 1 to the operating potential + U B. This creates a signal at the collector of the resistor R 1 or at the collector of the transistor T 3 , which indicates that the motor current is too large. This signal can be used to display, to switch off the motor or to limit the current. The control or monitoring circuit according to the invention is preferably integrated before. In the case of an integrated solution, the first and the second transistor (geometrically) should be arranged as closely as possible next to one another.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Basis- Emitterspannung U BE eines lastführenden Transistors T 1 mit der Emitter-Basis-Emitterspannung eines mit einem Meßstrom beaufschlagten Referenztransistors T 2 vergli­ chen wird. Solange der Verbraucherstrom (Motorstrom) kleiner als n · I R 2 bleibt, kann der Referenztransistor T 2 den Strom I R 2 nicht übernehmen. Der Transistor T 3 ist dabei durchgeschaltet. Sobald jedoch der Verbrau­ cher- bzw. Motorstrom größer als n · I R 2 wird, über­ nimmt der Transistor T 2 den Strom I R 2 und der Transi­ stor T 3 wird gesperrt. Für die Emitterflächen der Tran­ sistoren T 1 und T 2 gilt die Bedingung F E 2 = F E 1/n, wo­ bei F E 1 die Emitterfläche des Transistors T 1 und F E 2 die Emitterfläche des Transistors T 2 ist. n wird so gewählt, daß die Verlustleistung hervorgerufen durch I R 2 hinreichend klein bleibt. Die Transistoren T 1 und T 2 sollen bei einer Integration der Schaltung in mög­ lichst geringem Abstand voneinander im Halbleiterkörper angeordnet sein (thermisch gekoppelt). Für den Strom durch den Widerstand R 2 gilt die Beziehung I R 2 = I max /n, wobei I max der maximal zulässige Strom durch den Motor M bzw. allgemein durch einen Verbraucher ist.The essence of the invention is that the base-emitter voltage V BE of a load-carrying transistor T 1 to the emitter-base-emitter voltage of a charged with a measuring current reference transistor T 2 is vergli chen. As long as the load current (motor current) remains less than n · I R 2, the reference transistor T 2 2 can not take over the current I R. The transistor T 3 is turned on. However, as soon as the consumer or motor current is greater than n * I R 2 , the transistor T 2 takes over the current I R 2 and the transistor T 3 is blocked. For the emitter areas of the transistors T 1 and T 2 , the condition F E 2 = F E 1 / n applies, where in F E 1 the emitter area of the transistor T 1 and F E 2 is the emitter area of the transistor T 2 . n is chosen so that the power loss caused by I R 2 remains sufficiently small. When the circuit is integrated, the transistors T 1 and T 2 should be arranged at the smallest possible distance from one another in the semiconductor body (thermally coupled). The relationship I R 2 = I max / n applies to the current through the resistor R 2 , where I max is the maximum permissible current through the motor M or generally through a consumer.

Claims (10)

1. Schaltung zur Leistungssteuerung und Stromüberwachung eines Verbrau­ chers, mit einem ersten und zweiten Transistor, mit einer Reihenschaltung, bestehend aus der Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors und einem Widerstand, zwischen zwei Gleichspannungsanschlüssen, bei der die Emitter der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, den Basen der beiden Transistoren ein gemeinsamer Steuerstrom zugeführt wird und am Kollektor des zweiten Transistors das Signal zur Stromüberwachung abgreif­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung, bestehend aus der Kollektor-Emitterstrecke des ersten Transistors und dem Verbraucher, an den Gleichspannungsanschlüssen liegt, daß die Basen des ersten und zweiten Transistors miteinander verbunden sind, daß die beiden Transistoren unterschiedliche Emitterflächen haben und daß die Emitterfläche des ersten Transistors größer als die Emitterfläche des zweiten Transistors ist.1. Circuit for power control and current monitoring of a consumer, with a first and second transistor, with a series circuit consisting of the collector-emitter path of the second transistor and a resistor, between two DC voltage connections, in which the emitters of the two transistors are connected to one another, a common control current is supplied to the bases of the two transistors and the signal for current monitoring can be tapped at the collector of the second transistor, characterized in that a series circuit consisting of the collector-emitter path of the first transistor and the consumer is connected to the DC voltage connections that the bases of the first and second transistors are connected to one another, that the two transistors have different emitter areas and that the emitter area of the first transistor is larger than the emitter area of the second transistor. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Basen des ersten und zweiten Transistors zugeführte Steuerstrom mindestens dem maximal zulässigen Verbraucherstrom geteilt durch den Stromverstärkungs­ faktor des ersten Transistors entspricht.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the bases of the first and second transistor supplied control current at least that maximum permissible consumer current divided by the current gain factor of the first transistor corresponds. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterfläche des ersten Transistors n-mal größer als die Emitterfläche des zweiten Transistors ist und daß dem Kollektor des zweiten Transistors ein Referenzstrom zugeführt wird, der n-mal kleiner als derjenige Strom ist, der maximal durch den Verbraucher fließen darf. 3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the emitter area of the first transistor is n times larger than the emitter area of the second transistor and that the collector of the second transistor is supplied with a reference current which is n times smaller than that current that can flow through the consumer at most. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß n derart gewählt ist, daß die durch den Referenzstrom hervorgerufene Verlustleistung hinreichend gering bleibt.4. A circuit according to claim 3, characterized in that n is selected such that the power loss caused by the reference current remains sufficiently low. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe zur Emitter-Kollektorstrecke des zweiten Transistors angeordnete Widerstand derart gewählt ist, daß der durch ihn fließende Strom gerade dem Referenzstrom entspricht, wenn der zweite Transistor aktiviert ist.5. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that in series with the emitter-collector path of the second transistor arranged resistance is chosen such that the flowing through it Current just corresponds to the reference current when the second transistor is activated. 6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Transistor vorgesehen ist, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist.6. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that that a third transistor is provided, the base of which is connected to the collector of the second transistor is connected. 7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Emitter-Kollektorstrecke des dritten Transistors ein Wider­ stand angeordnet ist.7. Circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that that in series with the emitter-collector path of the third transistor a cons stand is arranged. 8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe zur Emitter-Kollektorstrecke des dritten Transistors ange­ ordnete Widerstand derart gewählt ist, daß er die nachfolgende Logik-Schal­ tung treiben kann.8. Circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the in series to the emitter-collector path of the third transistor ordered resistance is chosen such that it is the subsequent logic scarf can drive. 9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus der Emitter-Kollektorstrecke des dritten Tran­ sistors und dem Widerstand an die Betriebsspannung geschaltet ist.9. Circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the series connection from the emitter-collector section of the third train sistors and the resistor is connected to the operating voltage. 10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie integriert ist und daß der erste und der zweite Transistor möglichst eng benachbart sind.10. Circuit according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is integrated and that the first and the second transistor as possible are closely adjacent.
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