DE4039990A1 - Overload and short-circuit protection system for MOSFET load switch - uses voltage across measuring resistance for automatic cut=out of working current path - Google Patents
Overload and short-circuit protection system for MOSFET load switch - uses voltage across measuring resistance for automatic cut=out of working current pathInfo
- Publication number
- DE4039990A1 DE4039990A1 DE19904039990 DE4039990A DE4039990A1 DE 4039990 A1 DE4039990 A1 DE 4039990A1 DE 19904039990 DE19904039990 DE 19904039990 DE 4039990 A DE4039990 A DE 4039990A DE 4039990 A1 DE4039990 A1 DE 4039990A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- voltage
- electronic switch
- short
- overload
- resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlast- und Kurzschlußschutzanordnung für einen elektronischen Schalter, insbesondere Wechselstromschalter wie Feldeffekttransistor, welcher über eine Gleichrichterbrücke an die Last angeschlossen ist und in dessen Arbeitsstromkreis ein Meßwiderstand liegt, an dem bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromhöchstbetrages ein meßbarer Spannungsabfall entsteht, der als Steuerbefehl an die Steuerelektrode des elektronischen Schalters geführt ist, um eine Unterbrechung des Arbeitsstromkreises durch den elektronischen Schalter einzuleiten.The invention relates to an overload and Short-circuit protection arrangement for an electronic switch, in particular AC switches such as field effect transistors, which is connected to the load via a rectifier bridge is connected and in its working circuit Measuring resistance is at which when a predetermined maximum current is a measurable Voltage drop arises, which as a control command to the Control electrode of the electronic switch is guided to an interruption of the working circuit by the initiate electronic switch.
Bei elektronischen Wechselspannungsgeräten wie Schalt- oder Steuergeräten, beispielsweise Helligkeitssteuergeräten oder Näherungsschaltern mit einem nicht selbstsperrenden elektronischen Lastschalter wie Thyristor oder Triac, ist zur Verwirklichung einer wirksamen Überlast- und Kurzschlußschutzsicherung eine Stromüberwachung und eine Strombegrenzung im Kurzschlußfall notwendig, weil nach der Abschaltung der Zündspannung durch die Stromüberwachungseinrichtung innerhalb der anstehenden Periode der Wechselspannung noch der volle Kurzschlußstrom durch den elektronischen Schalter fließt, bevor im Nulldurchgang der Wechselspannung eine Abschaltung des elektronischen Schalters erfolgt. Mit einer Strombegrenzungseinrichtung kann dieser Kurzschlußstrom auf einen für den elektronischen Schalter ungefährlichen Wert herabgesetzt werden.With electronic AC devices such as switching or Control devices, for example brightness control devices or Proximity switches with a non-self-locking electronic load switch such as thyristor or triac to achieve effective overload and Short-circuit protection fuse, a current monitor and a Current limitation in the event of a short circuit is necessary because after the Switching off the ignition voltage by the Current monitoring device within the upcoming Period of the alternating voltage is still the full short-circuit current flows through the electronic switch before im Zero crossing of the AC voltage a shutdown of the electronic switch. With a Current limiting device can this short-circuit current a value that is not dangerous for the electronic switch be reduced.
Für elektronische Schalter, z. B. Transistoren, die zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der anstehenden Periode der Wechselspannung den Lastkreis abschalten können, ist eine Strombegrenzungseinrichtung der beschriebenen Art entbehrlich. Allen genannten elektronischen Schaltern gemeinsam ist ein Meßwiderstand im Lastkreis zur Stromüberwachung.For electronic switches, e.g. B. transistors to each any point in time within the upcoming period of AC voltage can switch off the load circuit is one Current limiting device of the type described dispensable. All mentioned electronic switches together there is a measuring resistor in the load circuit Current monitoring.
Durch die DE-AS 21 49 063 ist ein Schaltgerät bekannt geworden, dessen Schaltanordnung zum Überlast- und Kurzschlußschutz aus einer Reihenschaltung des elektronischen Schalters mit einem Schutzwiderstand und einer Gleichrichterbrücke besteht. Dabei ist parallel zum Schutzwiderstand ein sich im Kurzschlußfall über einen Gleichrichter auf den Spannungsspitzenwert aufladender Kondensator geschaltet, der derart über einen Entladewiderstand auf die Steuerstrecke eines Verstärkers einwirkt, daß dessen Ausgang während eines Teils der Dauer der Kondensatorentladung das den elektronischen Schalter leitend steuernde Signal so beeinflußt, daß der elektronische Schalter nach Beendigung der anstehenden Stromhalbwelle den Stromfluß unterbricht.A switching device is known from DE-AS 21 49 063 become, whose switching arrangement for overload and Short circuit protection from a series connection of the electronic switch with a protective resistor and there is a rectifier bridge. It is parallel to Protective resistor in the event of a short circuit via a Rectifier charging to the voltage peak Capacitor connected in such a way Discharge resistance on the control path of an amplifier acts that its output for part of the duration the capacitor discharge that the electronic switch Conductively controlling signal influenced so that the electronic switches after completion of the pending Current half-wave interrupts the flow of electricity.
Nach einer gewissen Zeit, die der Ladezeitkonstante des Kondensators und des Ladewiderstandes entspricht, öffnet der elektronische Schalter wieder, wobei der auf den Spitzenwert der am Schutzwiderstand anstehenden Kurzschlußspannung aufgeladene Kondensator sich jedoch durch eine zwischengeschaltete Diode nur über den hochohmigen Entladewiderstand entladen kann, der mit der Steuerelektrode des elektronischen Schalters verbunden ist. Erst wenn sich nach einiger Zeit (t = R·C) der Kondensator soweit entladen hat, daß der Verstärker nicht mehr angesteuert werden kann, sperrt dieser wieder und der elektronische Schalter erhält erneut Steuerspannung.After a certain amount of time that the charging time constant of the The capacitor and the charging resistance, the opens electronic switches again, being at the peak the short-circuit voltage present at the protective resistor charged capacitor, however, by a intermediate diode only over the high-resistance Discharge resistor can discharge the control electrode of the electronic switch is connected. Only when after some time (t = R · C) the capacitor discharges so far has that the amplifier can no longer be controlled, blocks it again and the electronic switch receives control voltage again.
Der in Reihe mit der Last liegende Schutzwiderstand soll in seinem Wert einerseits klein genug sein, um im normalen Betriebsfall, also bei Nennstrom, nicht zu "stören", andererseits jedoch im Fall eines Kurzschlusses den Kurzschlußstrom auf einen Wert begrenzen, den der elektronische Schalter ohne Gefahr der Beschädigung während der Dauer einer Halbwelle schalten kann.The protective resistor in series with the load should be in its value, on the one hand, be small enough to be normal Operating case, ie at nominal current, not to be "disturbed", on the other hand, however, in the event of a short circuit Limit short circuit current to a value that the electronic switches with no risk of damage during the duration of a half wave can switch.
Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung ist relativ einfach im Aufbau, jedoch hinsichtlich des im Laststromkreis liegenden Schutzwiderstandes noch verbesserungsfähig.The circuit arrangement described above is relative simple in construction, but with regard to that in the load circuit lying protective resistor can still be improved.
Bei der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung dient der Schutzwiderstand gleichzeitig zur Stromüberwachung und zur Strombegrenzung. Bedingt durch diese Vereinigung der Funktionen mit einem Widerstand muß der Schutzwiderstand relativ hochohmig sein und ein großes Bauvolumen haben, um im Fall eines Kurzschlusses die Verlustleistung aufnehmen zu können. Das bedeutet jedoch für die Funktion der Stromüberwachung mit dem aufgrund der Strombegrenzung hochohmigen Widerstand im Lastkreis einen relativ großen Spannungsabfall am Schutzwiderstand bei Normalbetrieb (Nennstrom).In the circuit arrangement described above the protective resistor simultaneously for current monitoring and for current limitation. Due to this union of Functions with a resistor must be the protective resistor be relatively high impedance and have a large construction volume in order absorb the power loss in the event of a short circuit can. However, this means for the function of the Current monitoring with the due to the current limitation high resistance in the load circuit a relatively large Voltage drop across the protective resistor during normal operation (Rated current).
Hat beispielsweise der Schutzwiderstand den für ein Schaltgerät der eingangs beschriebenen Art gängigen Wert von 30 Ω, dann ist der Spannungsabfall bei einem Nennstrom von 500 mA eines gängigen Schützes gleich 15 Volt. Die untere Ansprechspannung des vorstehenden Schützes für 220 V∼ liegt z. B. bei 160 Volt∼. Unter Berücksichtigung der zulassigen Netzspannungsschwankung von 15% gleich 187 Volt∼ stehen bei Abzug von 15 Volt Spannungsabfall am Schutzwiderstand und zusätzlich z. B. ca. 6 Volt Betriebsspannung für das Schaltgerät für die Last (Schütz) noch 166 Volt zur Verfügung. Dieser Wert liegt bereits an der unteren Grenze des Ansprechbereiches eines gängigen Schützes.If, for example, the protective resistor has the common value of 30 Ω for a switching device of the type described at the beginning, then the voltage drop at a nominal current of 500 mA of a common contactor is 15 volts. The lower response voltage of the above contactor for 220 V ∼ is z. B. at 160 volts ∼ . Taking into account the allowable voltage fluctuation of 15% is equal to 187 volts ~ stand at deduction of 15 Volts voltage drop at the protection resistor and additionally z. B. approx. 6 volts operating voltage for the switching device for the load (contactor) still 166 volts available. This value is already at the lower limit of the response range of a common contactor.
Unter Zugrundelegung der vorstehend aufgezählten Spannungsverluste versagt jedoch bei einer Spannungsquelle von 24 Volt∼ jedes gängige Schütz für 24 V∼. Der feste Schutzwiderstand im Lastkreis hat neben dem großen Bauvolumen den Nachteil, daß bereits bei Nennstrom ein relativ hoher Restspannungsanteil am Schaltgerät ansteht, der sich, wie vorstehend erläutert, um so ungünstiger auswirkt, je niederiger die Spannung der Wechselspannungsquelle ist. Die vorstehend beschriebene Kurzschlußsicherung ist deshalb nur für Schaltgeräte verwendbar, die einen kleinen Spannungsbereich haben.Based on the above-enumerated voltage losses but fails at a voltage source of 24 volts ~ every common contactor 24 V ~. The fixed protective resistor in the load circuit has the disadvantage, in addition to the large structural volume, that a relatively high residual voltage component is present at the switching device even at nominal current, which, as explained above, has a more unfavorable effect the lower the voltage of the AC voltage source. The short-circuit protection described above can therefore only be used for switching devices that have a small voltage range.
Um diesen Nachteil der Schaltungsanordnung zu vermeiden, ist in der DE-PS 25 45 919 vorgeschlagen worden, den relativ hochohmigen Schutzwiderstand von der Funktion der Strombegrenzung zu trennen und somit hinreichend niederohmig zu bemessen, damit er bei Normalbetrieb keine wesentliche Belastung für den Lastkreis darstellt. In einer derartigen Schaltungsanordnung ist vorgesehen, daß die Strombegrenzungsschaltung von der Stromüberwachungsschaltung getrennt ausgeführt ist und mit dieser und dem elektronischen Schalter in Reihe geschaltet ist, wobei die Stromüberwachungsschaltung einen niederohmigen Festwiderstand und einen Verstärker enthält, und daß die Strombegrenzungsschaltung einen stromabhängigen Widerstand enthält, der aus einem mit der Kollektor-Emitter-Strecke im Lastkreis liegenden Transistor und in Reihe mit dem Emitter- Vorwiderstand dazu parallel liegenden Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diodenstrecke besteht, an deren Verknüpfungspunkt die Basis des Transistors angeschlossen ist.In order to avoid this disadvantage of the circuit arrangement proposed in DE-PS 25 45 919, the relative high resistance protection from the function of the Separate current limitation and therefore sufficiently low resistance dimensioned so that it is not essential during normal operation Represents load for the load circuit. In such a Circuit arrangement is provided that the Current limiting circuit from the current monitoring circuit is executed separately and with this and that electronic switch is connected in series, the Current monitoring circuit a low-resistance Contains fixed resistor and an amplifier, and that the Current limiting circuit a current dependent resistor contains the one with the collector-emitter path in the Load circuit lying transistor and in series with the emitter Series resistor in parallel series connection of a Resistance and a diode path exists at the Junction point connected to the base of the transistor is.
Durch diese Schaltungsanordnung ist bei einem Nennstrom von Null bis Maximal der Widerstand sehr niederohmig, also für den Kreis nicht "störend" und steigt bei Überschreitung des Grenzwertes auf einen bestimmten Wert an, der bei einem Kurzschluß des Lastwiderstandes bei der gegebenen Betriebsspannung nur einen kleinen Kurzschlußstrom zuläßt. Dabei steuert der Basisstrom über den Basisvorwiderstand den Transistor auf, so daß an der Schaltung nur eine kleine Restspannung abfällt und der Nennstrom im wesentlichen bestimmt durch den Lastwiderstand und der Spannung der Spannungsquelle fließen kann. Diese Restspannung wird gebildet durch den Spannungsabfall am Basisvorwiderstand des Transistors, der Flußspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors und dem Spannungsabfall des im Lastkreis liegenden Emitter-Vorwiderstandes.Through this circuit arrangement is at a nominal current of Zero to maximum the resistance is very low, so for the circle is not "disturbing" and increases when the Limit value to a certain value, which at a Short circuit of the load resistance at the given Operating voltage only allows a small short-circuit current. The base current controls the Transistor on, so that only a small on the circuit Residual voltage drops and the nominal current essentially determined by the load resistance and the voltage of the Voltage source can flow. This residual tension will formed by the voltage drop across the base series resistor of the Transistor, the forward voltage of the base-emitter path of the Transistor and the voltage drop of the in the load circuit lying emitter series resistor.
Überschreitet der Nennstrom einen gewissen Grenzwert, ist der Spannungsabfall am Emitter-Vorwiderstand und damit an der Basis des Transistors so groß, daß die Diodenstrecke leitend wird und bei weiterer Stromerhöhung fast keine weitere Basisstromerhöhung zuläßt, also die Spannung an der Basis etwa konstant bleibt. Von nun an fließt durch den Transistor etwa ein konstanter Stromanteil, wobei der Differenzwert des Stromes allein durch die Reihenschaltung von Basisvorwiderstand und Diode geführt wird, so daß nun im Lastkreis eine höhere ohmsche Komponente, nämlich der Wert des Basisvorwiderstandes, in Erscheinung tritt und schließlich bei Lastkurzschluß eine Strombegrenzung bewirkt.If the nominal current exceeds a certain limit, the voltage drop across the emitter series resistor and thus on the base of the transistor so large that the diode path becomes conductive and almost no further increases in current allows further base current increase, i.e. the voltage at the Base remains about constant. From now on flows through the Transistor approximately a constant current component, the Differential value of the current solely through the series connection of base resistor and diode is performed, so that now in Load circuit a higher ohmic component, namely the value of the basic series resistor, appears and finally causes a current limitation in the event of a load short circuit.
Durch die DE-OS 37 43 453 ist schließlich eine Schaltungsanordnung zum Kurzschlußschutz eines Halbleiterverstärkerelementes bekannt geworden, in dessen Arbeitsstromkreis außer dem Lastwiderstand ein Meßwiderstand angeordnet ist, der mit der Steuerelektrode des Verstärkerelementes derart verbunden ist, daß das Verstärkerelement bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalstromes gesperrt wird.DE-OS 37 43 453 is finally one Circuit arrangement for short-circuit protection of a Semiconductor amplifier element become known, in the Working circuit in addition to the load resistor a measuring resistor is arranged with the control electrode of the Amplifier element is connected such that the Amplifier element when a predetermined one is exceeded Maximum current is blocked.
Im einzelnen ist der Meßwiderstand mit dem Eingang eines Schwellwertverstärkers verbunden, an dessen Ausgang bei Überschreiten eines Schwellwertes ein dem Laststrom entsprechendes Steuersignal erzeugt wird und der Ausgang des Schwellwertverstärkers über einen Verstärker mit der Steuerelektrode des Verstärkerelementes verbunden ist. Bei dieser Ausführung ist das Halbleiterverstärkerelement als MOS-Feldeffekttransistor ausgebildet.In detail, the measuring resistor with the input is a Threshold amplifier connected to its output at Exceeding a threshold value in the load current corresponding control signal is generated and the output of the Threshold amplifier via an amplifier with the Control electrode of the amplifier element is connected. At this version is the semiconductor amplifier element as MOS field effect transistor formed.
Bei dieser Schaltungsanordnung ist eine spezielle Strombegrenzung vorhanden. Die am Meßwiderstand abfallende Spannung ist ein Maß für die Belastung des Halbleiterverstärkerelementes. Die Spannung wird einem Differenzverstärker zugeführt. Überschreitet die dem Laststrom entsprechende Spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so erzeugt der Verstärker ein Regelsignal, das über ein Übertragungsglied der Steuerlektrode des zu überwachenden Halbleiterverstärkerelementes derart zugeführt wird, daß der Laststrom selbst bei Kurzschluß im Laststromkreis auf einen maximal zulässigen Strom begrenzt wird.This circuit arrangement is a special one Current limitation available. The one falling at the measuring resistor Tension is a measure of the load on the Semiconductor amplifier element. The tension becomes one Differential amplifier supplied. Exceeds that Load current corresponding voltage a predetermined Threshold value, the amplifier generates a control signal that via a transmission element of the control electrode of the monitoring semiconductor amplifier element supplied in this way is that the load current even in the event of a short circuit Load circuit limited to a maximum permissible current becomes.
Bei allen beschriebenen Schaltungen ist ein mehr oder weniger niederohmiger Meßwiderstand im Lastkreis vorhanden, an dem eine Spannung abfällt, die ein Maß für die Belastung des elektronischen Schalters darstellt. Trotz der dargelegten schrittweisen Verbesserungen stellt der Meßwiderstand in Reihe mit der Last einen elektrischen Verbraucher dar, der einen zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand erfordert und der sich sowohl für die Funktion der Schaltungsanordnung (Wärmequelle) als auch für die Funktion der zu schaltenden Last als nachteilig herausstellt.In all of the circuits described there is one or more less low-resistance measuring resistor in the load circuit, at which a voltage drops, which is a measure of the load of the electronic switch. Despite the outlined incremental improvements Measuring resistor in series with the load an electrical Consumer represents an additional circuitry required and both for the function of the circuit arrangement (heat source) as also disadvantageous for the function of the load to be switched turns out.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs beschriebene Kurzschlußschutzanordnung für einen Leistungs- Feldeffekttransistor dahingehend zu verbessern, daß auf einen separaten Meßwiderstand verzichtet wird.The object of the invention is to begin with Short-circuit protection arrangement described for a power Field effect transistor to improve that a separate measuring resistor is dispensed with.
Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß bei Feldeffekttransistoren zwischen den Anschlüssen Gate, Source und Drain komplexe Leitwerte und Bahnwiderstände auftreten. In der Drain-Source-Strecke befindet sich im eingeschalteten Zustand der Drain-Source-Widerstand RDS(ON), der sich im wesentlichen aus der Summe des n⁻-Epitaxieschicht- Widerstandes und dem Kanalwiderstand zusammensetzt.The invention takes advantage of the fact that complex conductance values and path resistances occur between field connections in the gate, source and drain connections. In the switched-on state, the drain-source resistance R DS (ON) is located in the drain-source path, which is composed essentially of the sum of the n Kanal epitaxial layer resistance and the channel resistance.
Dieser Einschaltwiderstand ist typenabhängig und liegt zwischen 0,1 Ω und 10 Ω. An diesem Einschaltwiderstand fällt eine dem Durchlaßstrom proportionale Spannung ab.This on-resistance is type-dependent and lies between 0.1 Ω and 10 Ω. This switch-on resistor drops a voltage proportional to the forward current.
Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daß der Einschaltwiderstand eines Feldeffekttransistors das gleiche Verhalten zeigt wie ein separater, im Lastkreis liegender Meßwiderstand. Daraus ist dann erfindungsgemäß abgeleitet worden, daß auf einen separaten Meßwiderstand verzichtet werden kann, wenn an dem Einschaltwiderstand des Leistungstransistors, vorzugsweise MOS-Feldeffekttransistor, der Spannungsabfall des Einschaltwiderstandes gemessen und mit einem Sollwert verglichen wird, wobei die Überschreitung des Sollwertes ein Indiz für einen unzulässigen Betriebszustand des Transistors darstellt, in der Regel einen Überlaststrom oder einen Kurzschlußstrom anzeigt. Da der Einschaltwiderstand eines MOS-Feldeffekttransistors auch eine lineare Abhängigkeit von der Chip-Temperatur besitzt, kann diese Anordnung auch zur Temperaturüberwachung benutzt werden. Der den Sollwert übersteigende Istwert der gemessenen Spannung kann dazu benutzt werden, die Steuerspannung des elektronischen Schalters zu unterbrechen, beispielsweise kurzzuschließen oder gegen Masse abzuleiten.The invention is therefore based on the knowledge that the On resistance of a field effect transistor the same Behavior shows like a separate one lying in the load circuit Measuring resistor. This is then derived according to the invention that a separate measuring resistor has been dispensed with can be when the on resistance of the Power transistor, preferably MOS field effect transistor, the voltage drop of the on-resistance measured and is compared with a target value, the overshoot of the setpoint is an indication of an impermissible one Represents the operating state of the transistor, as a rule indicates an overload current or a short circuit current. There the on-resistance of a MOS field effect transistor too has a linear dependence on the chip temperature, this arrangement can also be used for temperature monitoring will. The actual value exceeding the setpoint measured voltage can be used to To interrupt the control voltage of the electronic switch, For example, short-circuit or derive against ground.
Hat beispielsweise der Einschaltwiderstand eines MOS- Feldeffekttransistors den gängigen Wert von 1 Ω, dann ist der Spannungsabfall bei einem max. Nennstrom von 1,2 A gleich 1,2 Volt. Diese Spannung gibt die Höhe der Referenzspannung des Komparators vor, die mit der tatsächlich gemessenen Spannung verglichen wird.For example, does the on-resistance of a MOS Field effect transistor is the common value of 1 Ω, then the voltage drop at a max. Nominal current of 1.2 A. equal to 1.2 volts. This tension gives the amount of Reference voltage of the comparator before that with the actually measured voltage is compared.
In bezug auf den Spannungskomparator kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung das Gate des Feldeffekttransistors an die Kollektoren eines Darlington-Transistors angeschlossen sein. Als Referenzspannung dient der Spannungsabfall der beiden Basis- Emitter-Strecken. Die Basis des Darlington-Transistors ist am Abgriff eines zwischen dem Plus-Pol und dem Minus-Pol der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers angeschlossen. Die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers wird mit der Referenzspannung verglichen. Übersteigt die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers die Referenzspannung, fließt im Kollektor-Kreis des Darlington-Transistors ein Strom, der über einen Widerstand einen Spannungsabfall bewirkt, der die Steuerspannung am Gate des Feldeffekttransistors kurzschließt. Das Fehlen der Steuerspannung bewirkt ein Abschalten des Feldeffekttransistors. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung, und dieser Zustand wird solange aufrecht erhalten, bis die Ursache der Überlastung bzw. des Kurzschlusses beseitigt ist.With regard to the voltage comparator, a preferred embodiment of the circuit arrangement, the gate of the field effect transistor to the collectors Darlington transistor can be connected. As The voltage drop of the two basic Emitter lines. The base of the Darlington transistor is at the tap one between the plus pole and the minus pole Operating voltage connected voltage divider connected. The voltage at the tap of the voltage divider is with the Reference voltage compared. If the voltage exceeds Tapping the voltage divider the reference voltage flows in the Collector circuit of the Darlington transistor a current that causes a voltage drop across a resistor, which causes the Control voltage at the gate of the field effect transistor shorts. The lack of the control voltage causes a Turn off the field effect transistor. This process repeats at every zero crossing of the AC voltage, and this state is maintained until the The cause of the overload or short circuit has been eliminated is.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Spannungskomparator als Operationsverstärker ausgebildet sein. Dadurch wird die Schaltungsanordnung variabel und läßt sich auf einfache Weise den erforderlichen Betriebsbedingungen anpassen.In a further embodiment, the Voltage comparator designed as an operational amplifier be. As a result, the circuit arrangement is variable and leaves the required way in a simple way Adjust operating conditions.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Überlast- und Kurzschlußschutzanordnung näher beschrieben. Es zeigen:An exemplary embodiment is given below with reference to the drawing the overload and short-circuit protection arrangement closer described. Show it:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung der Überlast und Kurzschlußschutzanordnung, Fig. 1 shows a circuit arrangement of the overload and short circuit protection arrangement,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung des Spannungskomparators. Fig. 2 shows a circuit arrangement of the voltage comparator.
Die Fig. 1 der Zeichnung stellt eine Überlast- und Kurzschlußschutzanordnung für einen elektronischen Wechselstromschalter dar, die Teil eines elektronischen Schalt- oder Steuergerätes, beispielsweise eines nach dem Phasenanschnitt- oder Phasenabschnitt-Prinzip arbeitenden Helligkeitssteuergerätes ist. Fig. 1 of the drawing illustrates a overload and short circuit protection arrangement is for an electronic alternating current switch that is part of an electronic switching or control device, for example one by Phase or phase-principle working brightness control unit.
Ein derartiges elektronisches Gerät ist über insgesamt nur zwei Anschlußleitungen 1, 2 einerseits an eine Spannungsquelle direkt und andererseits über die Last angeschlossen. Als Last dient in diesem Fall eine Glüh- oder Leuchtstofflampe 4.Such an electronic device is connected via a total of only two connecting lines 1 , 2 on the one hand to a voltage source directly and on the other hand via the load. In this case, an incandescent or fluorescent lamp 4 serves as the load.
Die Spannungsquelle ist die Netzspannung 230 Volt oder ein Teil der Netzspannung. Zwischen der Wechselspannungsquelle und dem Schalt- oder Steuergerät liegt eine Gleichrichterbrücke 5.The voltage source is the mains voltage 230 volts or part of the mains voltage. A rectifier bridge 5 is located between the AC voltage source and the switching or control device.
Ein derartiges elektronisches Schalt- oder Steuergerät besteht aus dem elektronischen Schalter T1, im Ausführungsbeispiel einem MOS-Feldeffekttransistor, der Überlast- und Kurzschlußschutzanordnung 6 und einer Ablaufsteuerung 7, die im eingeschalteten Zustand des Feldeffekttransistors T1 die Steuerspannung für das Gate des Feldeffekttransistors zur Verfügung stellt.Such an electronic switching or control device consists of the electronic switch T 1 , in the exemplary embodiment a MOS field-effect transistor, the overload and short-circuit protection arrangement 6 and a sequence control 7 , the control voltage for the gate of the field-effect transistor being available when the field-effect transistor T 1 is switched on poses.
Um die in der Ablaufsteuerung 7 zusammengefaßten Baugruppen des Schalt- oder Steuergerätes mit Energie zu versorgen, kann der Feldeffekttransistor T1 mit einem Phasenwinkel größer Null betrieben werden. Dadurch steht auch bei leitendem Feldeffekttransistor T1 eine ausreichende Betriebsspannung für das Schalt- oder Steuergerät zur Verfügung. Es kann aber auch im Brücken-Zweig des Gleichrichters 5 eine Zenerdiode geschaltet sein, deren Zenerspannung als Betriebsspannung benutzt wird.In order to supply the modules of the switching or control device combined in the sequential control 7 with energy, the field effect transistor T 1 can be operated with a phase angle greater than zero. As a result, a sufficient operating voltage is available for the switching or control device even with a conductive field effect transistor T 1 . However, a zener diode can also be connected in the bridge branch of the rectifier 5 , the zener voltage of which is used as the operating voltage.
Die Überlast- und Kurzschlußanordnung 6 für den Feldeffekttransistor T1 enthält einen zwischen dem Plus-Pol und dem Minus-Pol der Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler R1, R2 und einen Darlington-Transistor T2, der den Spannungskomparator bildet. Das Gate des Feldeffekttransistor T1 ist an die Kollektoren des Darlington-Transistors T2 und dessen Basis ist an den Abgriff des Spannungsteilers R1, R2 angeschlossen.The overload and short-circuit arrangement 6 for the field effect transistor T 1 contains a voltage divider R 1 , R 2 between the positive pole and the negative pole of the operating voltage and a Darlington transistor T 2 , which forms the voltage comparator. The gate of the field effect transistor T 1 is connected to the collectors of the Darlington transistor T 2 and its base is connected to the tap of the voltage divider R 1 , R 2 .
Steigt der Laststrom auf einen in weiten Grenzen vorbestimmbaren Höchstwert an, fällt am Einschaltwiderstand des Feldeffekttransistors T1 eine proportionale Spannung ab, die sich aus dem Widerstandswert des Einschaltwiderstandes des Feldeffekttransistors T1 und dem jeweiligen Laststrom ergibt. Ein Teil dieser Spannung liegt ebenfalls an dem Abgriff des Spannungsteilers R1, R2 an.Increases the load current to a predeterminable maximum value within wide limits, the field effect transistor T 1 is incident on the on-resistance from a proportional voltage, which results from the resistance value of the on resistance of the field effect transistor T 1 and the respective load current. Part of this voltage is also applied to the tap of the voltage divider R 1 , R 2 .
Der Darlington-Transistor T2 mit seinen beiden Basis- Emitter-Strecken in Reihe bildet den Spannungskomparator. Die beiden Basis-Emitter-Spannungen stellen die Referenz des Komparators dar, die mit der Spannung am Abgriff des Spannungsteilers R1, R2 verglichen wird. Übersteigt die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers R1, R2 die Referenzspannung, fließt im Kollektor-Kreis des Darlington- Transistors T2 ein Strom, der einen Spannungsabfall über R3 bewirkt, der die Steuerspannung der Ablaufsteuerung 7 kurzschließt. Das Fehlen der Steuerspannung bewirkt ein Abschalten des Feldeffekttransistors T1.The Darlington transistor T 2 with its two base-emitter paths in series forms the voltage comparator. The two base-emitter voltages represent the reference of the comparator, which is compared with the voltage at the tap of the voltage divider R 1 , R 2 . If the voltage at the tap of the voltage divider R 1 , R 2 exceeds the reference voltage, a current flows in the collector circuit of the Darlington transistor T 2 , which causes a voltage drop across R3, which short-circuits the control voltage of the sequence controller 7 . The absence of the control voltage causes the field effect transistor T 1 to be switched off .
Während des Nulldurchgangs der Wechselspannung, und somit im nichtleitenden Zustand des Feldeffekttransistors, stellt die Ablaufsteuerung 7 über die Verbindung 8 zur Basis des Darlington-Transistors T2 sicher, daß der Kollektorstrom des Darlington-Transistors zu Null wird. Damit werden gleiche Startbedingungen für den beschriebenen Vorgang im Nulldurchgang der Wechselspannung hergestellt.During the zero crossing of the AC voltage, and thus in the non-conductive state of the field effect transistor, the sequence controller 7 ensures via connection 8 to the base of the Darlington transistor T 2 that the collector current of the Darlington transistor becomes zero. This creates the same starting conditions for the process described in the zero crossing of the AC voltage.
Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine Variante des Spannungskomparators mit einem Operationsverstärker OP. Der Operationsverstärker OP ist mit seinem invertierenden Eingang am Abgriff eines Spannungsteilers R4, R5 angeschlossen, dessen beiden anderen Anschlüsse an Drain und Source des Feldeffekttransistors T1 liegen. Der nicht invertierende Eingang ist über den Widerstand R6 mit einer die Schwellwertspannung bestimmenden Spannungsquelle und über den Widerstand R7 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP ist über den Widerstand R8 mit dem Gate des Feldeffekttransistors T1 verbunden. Der Spannungsteiler R4, R5 kann durch ein Potentiometer ersetzt werden, dessen Schleifer am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP liegt. Dadurch läßt sich die Höhe des Laststromes einstellen. Die Widerstände R6, R7 bewirken ein ausgeprägtes Hystereseverhalten des Komparators.The Fig. 2 of the drawings shows a variation of the voltage with an operational amplifier OP. The operational amplifier OP is connected with its inverting input to the tap of a voltage divider R 4 , R 5 , the other two connections of which are connected to the drain and source of the field effect transistor T 1 . The non-inverting input is connected via resistor R 6 to a voltage source determining the threshold value voltage and via resistor R 7 to the output of the operational amplifier OP. The output of the operational amplifier OP is connected via the resistor R 8 to the gate of the field effect transistor T 1 . The voltage divider R 4 , R 5 can be replaced by a potentiometer, the wiper of which is located at the inverting input of the operational amplifier OP. This allows the amount of load current to be set. The resistors R 6 , R 7 cause a pronounced hysteresis behavior of the comparator.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904039990 DE4039990A1 (en) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Overload and short-circuit protection system for MOSFET load switch - uses voltage across measuring resistance for automatic cut=out of working current path |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904039990 DE4039990A1 (en) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Overload and short-circuit protection system for MOSFET load switch - uses voltage across measuring resistance for automatic cut=out of working current path |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4039990A1 true DE4039990A1 (en) | 1992-06-17 |
Family
ID=6420350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19904039990 Ceased DE4039990A1 (en) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Overload and short-circuit protection system for MOSFET load switch - uses voltage across measuring resistance for automatic cut=out of working current path |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4039990A1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4342480C1 (en) * | 1993-12-13 | 1995-07-27 | Siemens Ag | Remote supply circuit in communication systems |
| DE19546132C2 (en) * | 1995-12-11 | 2000-10-12 | Berthold Fuld | Circuit arrangement for protection against overcurrent on the input side for voltage intermediate circuit converters |
| WO2003052932A3 (en) * | 2001-12-18 | 2004-03-11 | Honeywell Int Inc | Short circuit protection for a driver |
| DE102005001342B3 (en) * | 2005-01-11 | 2005-12-22 | Legrand Gmbh | Staircase light switch that can be touched at night has touch signal lead directly connected from rectifier to timing circuit |
| DE102005005578B3 (en) * | 2005-02-07 | 2006-05-18 | Legrand-Bticino Gmbh | Automatic time switch for staircase lighting has a mains alternating voltage feed to a filter network/rectifier circuit feeding a timer circuit |
| CN104362592A (en) * | 2014-11-10 | 2015-02-18 | 广东威创视讯科技股份有限公司 | Overload protector of main-power MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor) of boost circuit |
| CN107219882A (en) * | 2017-07-12 | 2017-09-29 | 山东建筑大学 | A kind of positive-negative power with short-circuit protection function |
| DE202017100974U1 (en) * | 2017-02-22 | 2018-05-24 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Power supply with extra-low voltages at different potentials |
| CN109932664A (en) * | 2019-02-28 | 2019-06-25 | 深圳市鼎阳科技有限公司 | A kind of switching circuit and control method for electronic load short-circuit mode |
-
1990
- 1990-12-14 DE DE19904039990 patent/DE4039990A1/en not_active Ceased
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4342480C1 (en) * | 1993-12-13 | 1995-07-27 | Siemens Ag | Remote supply circuit in communication systems |
| US5543669A (en) * | 1993-12-13 | 1996-08-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Remote feed circuit in communication systems |
| DE19546132C2 (en) * | 1995-12-11 | 2000-10-12 | Berthold Fuld | Circuit arrangement for protection against overcurrent on the input side for voltage intermediate circuit converters |
| WO2003052932A3 (en) * | 2001-12-18 | 2004-03-11 | Honeywell Int Inc | Short circuit protection for a driver |
| DE102005001342B3 (en) * | 2005-01-11 | 2005-12-22 | Legrand Gmbh | Staircase light switch that can be touched at night has touch signal lead directly connected from rectifier to timing circuit |
| DE102005001342B8 (en) * | 2005-01-11 | 2006-05-04 | Legrand-Bticino Gmbh | Submersible staircase lighting timer |
| DE102005005578B3 (en) * | 2005-02-07 | 2006-05-18 | Legrand-Bticino Gmbh | Automatic time switch for staircase lighting has a mains alternating voltage feed to a filter network/rectifier circuit feeding a timer circuit |
| CN104362592A (en) * | 2014-11-10 | 2015-02-18 | 广东威创视讯科技股份有限公司 | Overload protector of main-power MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor) of boost circuit |
| CN104362592B (en) * | 2014-11-10 | 2018-01-23 | 广东威创视讯科技股份有限公司 | The main power MOSFET of BOOST booster circuits overload protection arrangement |
| DE202017100974U1 (en) * | 2017-02-22 | 2018-05-24 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Power supply with extra-low voltages at different potentials |
| CN107219882A (en) * | 2017-07-12 | 2017-09-29 | 山东建筑大学 | A kind of positive-negative power with short-circuit protection function |
| CN109932664A (en) * | 2019-02-28 | 2019-06-25 | 深圳市鼎阳科技有限公司 | A kind of switching circuit and control method for electronic load short-circuit mode |
| CN109932664B (en) * | 2019-02-28 | 2020-12-15 | 深圳市鼎阳科技股份有限公司 | Switching circuit for electronic load short-circuit mode and control method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0423885B1 (en) | Current supply with inrush current limitation | |
| DE69432748T2 (en) | ENERGY-SAVING POWER CONTROL SYSTEM | |
| DE102006054354B4 (en) | Self-protective Crowbar | |
| DE102006061183A1 (en) | Power supply controller | |
| DE3121754C1 (en) | Circuit breaker with a field-effect transistor | |
| DE2504648C2 (en) | Circuit arrangement for disconnection in the event of overcurrent or overvoltage | |
| WO2007131762A2 (en) | Power circuit with short-circuit protective circuit | |
| DE4039990A1 (en) | Overload and short-circuit protection system for MOSFET load switch - uses voltage across measuring resistance for automatic cut=out of working current path | |
| DE3535864C2 (en) | ||
| DE69218602T2 (en) | PROTECTIVE DEVICE FOR CIRCUIT | |
| DE2929818A1 (en) | CONTROL CIRCUIT FOR A POWER SUPPLY | |
| DE102013203732A1 (en) | Circuit arrangement and method for operating at least one light source | |
| EP0588273A1 (en) | Process for electronically dimming and dimmer for carrying out this process | |
| DE102015015466B4 (en) | Electronic security device | |
| DE4223338A1 (en) | Overload protection circuit for regulator setting element | |
| DE19546132C2 (en) | Circuit arrangement for protection against overcurrent on the input side for voltage intermediate circuit converters | |
| DE3937978C2 (en) | Inrush current limiter | |
| DE2414393C2 (en) | Motor vehicle lighting system | |
| DE102010018588A1 (en) | Switch-free DIAC replacement circuit | |
| DE2431167A1 (en) | Monitor for overload protection circuit - has comparator comparing resistor and capacitor volts in two RC timing circuits to return supply | |
| EP0622902A2 (en) | Solid-state relay | |
| DE3338627A1 (en) | Drive circuit for a solid-state switch which consists of a series circuit of a bipolar transistor and a field-effect transistor | |
| DE1763847A1 (en) | Electrical control system, on-off | |
| DE3903789A1 (en) | Circuit arrangement for switch-on (making) current limitation | |
| DE2738249A1 (en) | Starting current limiter for universal AC motor - has current limiting circuit with thyristor and transistor, blocked for period during each half-wave |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |