DE2058891B1 - Schaltungsanordnung zum Schutz gegen UEberlastung fuer die Transistoren einer Leistungsendstufe - Google Patents

Description

• Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hat also der Schutztransistor bei Erreichen des vorgegebenen Schwellwertes, der wertemäßig dem oberen Grenzstromwert des zu schützenden Transistors entspricht, die Wirkung einer Gegenkopplung. Es findet also, um die Schutzwirkung zu erzielen, keine Verschiebung des Gleichstromarbeitspunktes der Vorstufe statt.
• Da der Vorstufentransistor nicht durch Kurzschluß unwirksam geschaltet wird, kann somit über den verbleibenden Signalrest festgestellt werden, daß der Verstärker nicht defekt ist, sondern lediglich ein gestörter Betrieb durch einen kurzgeschlossenen Ausgang oder durch einen Ausgangswiderstand, der klein ist gegenüber demjenigen, für den der Verstärker ausgelegt ist, vorliegt.
• Der Schwellwert für den Schutztransistor wird erfindungsgemäß bei geringstem Bauelementeaufwand dadurch vorgegeben, daß sein Emitter an dem Verbindungspunkt zweier, den Teilwiderstand eines die Vorspannung für den Basissteuerkreis des Vorstufentransistors festlegenden Spannungsteilers angeschlossen ist.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann, wenn der Vorstufentransistor den Verstärkertransistor einer Oszillatorschaltung darstellt, wobei dann die von der Oszillatorwicklung ausgekoppelte Spannung die Ansteuersignale für die beiden Leistungstransistoren der Gegentaktendstufe bilden.
• Die ausgangsseitige Verbindung des Schutztransistors kann durch Anschalten des Kollektors an die Eingangselektrode des Verstärkertransistors oder an das nicht unmittelbar mit der Eingangselektrode verbundene Ende einer Einkopplungswicklung, die im Falle der Oszillatorschaltung die Rückkopplungswicklung darstellt, erfolgen.
• Durch die integrierende Wirkung des Schwingkreises der Oszillatorschaltung wird bezogen auf beide Halbwellen ein voller Schutz für die Transistoren einer im Gegentakt-B-Betrieb arbeitenden Endstufe erreicht.
• Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.
• Das Prinzipschaltbild nach F i g. 1 stellt einen Leistungsgenerator dar. Die aus den Transistoren T3 und T4 bestehende Reihen-Gegentaktendstufe erhält ihre Eingangssignale von einer Oszillatorstufe, die durch den Transistor T2, dem aus der Wicklung des Übertragers Ü1 und dem Kondensator C'1 bestehenden frequenzbestimmenden Kreis sowie der Rückkopplungswicklung E2 des Übertragers Ü1 gebildet wird. Der aus der Reihenschaltung der Widerstände Ri, R3 und dem Widerstand R4 bestehende Spannungsteiler sowie der Widerstand R5 dienen zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors T2. In dem Ausführungsbeispiel ist die Schwingstufe in Kollektorschaltung ausgeführt, da durch den kleinen Ausgangswiderstand einer derartigen Stufe gewährleistet ist, daß die Sinusspannung bei Laständerung nicht verzerrt wird. Es ist jedoch bei entsprechender Abwandlung und unter Beachtung der Polaritäten möglich, eine andere Schaltungsart bzw. andere Transistortypen zu verwenden. Dies gilt für die Endstufe entsprechend.
• Durch transformatorische Ankopplung an die Schwingkreiswicklung werden über die Basiswicklungen E3 und E4 des Übertragers Ü1 die Transistoren T3 und T4 der Leistungsendstufe sinusförmig und gegenphasig angesteuert. Die Widerstände R6 und R7 dienen der Arbeitspunkteinstellung. Wird der Transistor T3 leitend gesteuert, so besteht ein Stromfluß über diesen Transistor, der Wicklung des Ausgangsübertragers Ü2 und dem Kondensator C3. Dieser erhält somit eine zusätzliche Ladung. Wird dagegen der Transistor T4 leitend, so entlädt sich der Kondensator C3 über die Wicklung des Ausgangsübertragers Ü2 und den Transistor T4 und gibt die vorher zusätzlich gespeicherte Energie ab. Während dieser Zeit wird aus der Versorgungsspannungsquelle kein Strom entnommen.
• Tritt nun ein gestörter Betriebsfall, z. B. durch einen Kurzschluß am Ausgang oder durch einen Ausgangswiderstand, der klein ist gegenüber demjenigen, für den der Verstärker ausgelegt ist, auf, so würde beispielsweise der Transistor T3 zerstört, wenn er sich im leitenden Zustand befindet. Um nun den Leistungstransistor in einem solchen Falle vor Überlastung zu schützen, wird gemäß der Erfindung ein weiterer Transistor T1 in Verbindung mit den Widerständen R1 und R2 verwendet. An dem Widerstand R2 steht eine dem halbwellenweise aufgenommenen Kollektorstrom des Leistungstransistors T3 entsprechende Spannung zur Verfügung. Diese wird zur Steuerung des Schutztransistors T1, der bei ordnungsgemäßem Betrieb gesperrt ist, verwendet. Damit nun die Aussteuerung des Transistors T1 erst bei einem bestimmten Lastfall erfolgt, wird für ihn ein Schwellwert vorgegeben. Dies wird durch die Anschaltung seines Emitters an den Verbindungspunkt der Teilwiderstände R 1 und R3, die zusammen den Teilwiderstand des die Vorspannung für den Transistor T2 liefernden und zusätzlich aus dem Widerstand R4 bestehenden Spannungsteilers darstellen, erreicht. Die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T1 wird somit mit Hilfe des Widerstandes R1 negativ vorgespannt.
• Die Polarität der Wicklungen des Übertragers Ü1 wird so gewählt, daß der Transistor T3 hochohmig und der Transistor T4 niederohmig gesteuert wird, wenn der Schwingkreistransistor T2 den niederohmigen Zustand einnimmt. Wenn nun in einem beispielsweise durch den Kurzschluß der Last vorliegenden Überlastfall während des leitenden Zustandes des Transistors T3 der Spannungsabfall am Widerstand R2 so groß wird, daß er die mit dem Widerstand R1 gewählte Schwellspannung überschreitet, dann wird der Transistor T1 leitend gesteuert. Zu diesem Zeitpunkt müßte der Transistor T2 auf Grund der gewählten Polaritäten für die Ansteuerwicklungen jedoch vom Schwingkreis aus hochohmig gesteuert werden.
• Dies wird jedoch durch das Leitendwerden des Transistors T1 verhindert, so daß die Spannung an der Schwingkreiswicklung WS und damit über die transformatorische Einkopplung an den Ansteuerwicklungen El bzw. E2 der Transistoren T3 und T4 in ihrer Amplitude so weit zurückgeregelt wird, daß der Stromfluß durch den Transistor T3 nicht weiter ansteigen kann. Der Schutztransistor T1 dient also als regelnde Begrenzung hinsichtlich der eingespeisten Signalspannungen für die Transistoren der Leistungsendstufe. Durch die integrierende Wirkung des Schwingkreises besteht also bei Verwendung nur eines zusätzlichen Schutztransistors ein voller Schutz für beide Leistungstransistoren der Endstufe. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung setzt in einer solch kurzen Zeit ein, daß die Endstufentransistoren noch nicht gefährdet werden.
• Wird der Überlastungsschutz auch bei reinem Verstärkerbetrieb angewendet, so ist es zweckmäßig, für jede der beiden Halbwellen einen Schutztransistor vorzusehen, da in einem solchen Fall die integrierende Wirkung des Schwingkreises fehlt. Die Anschaltung des weiteren Schutztransistors ist in dem Prinzipschaltbild nach der Fig.2 dargestellt. Während der negativen Halbwelle, in der eine Aussteuerung -des Transistors T4 stattfindet, wird durch den dem Schutztransistor T1 entsprechenden weiteren Schutztransistor T5 die Schutzwirkung erzielt. Die Aussteuerung des Transistors T5 erfolgt analog zur Aussteuerung des Transistors T1 über den zusätzlich ein- geschalteten Widerstand R8. Der Übertrager Ü3 soll die Einspeisung für den Vorstufentransistor T3 andeuten, und der mit der Primärwicklung in seinem Emitterkreis liegende Übertrager Ü1 dient wieder zur Einkopplung der Ansteuerspannung für die Transistoren T3 und T4 der Endstufe. Die übrigen Bauelemente sind in Übereinstimmung mit der F i g. 1 bezeichnet.
• Wird auf einen Vorstufentransistor verzichtet, so ist auch eine unmittelbare Beeinflussung des Leistungstransistors durch den Schutztransistor bei gleicher eründungsgemäßer Wirkung möglich.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überlastung für die Leistungstransistoren einer Gegentaktendstufe unter Verwendung eines Schutztransistors, der an einem im Versorgungsstromkreis eines Leistungstransistors angeordneten Widerstand angeschaltet ist, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß der Schutztransistor durch den im Überlastfall an dem Widerstand (R2) auftretenden erhöhten Spannungsabfall bei Überschreiten eines für ihn vorgegebenen Schwellwertes aufgesteuert wird und daß der Schutztransistor ausgangsseitig an die Eingangselektrode eines Vorstufentransistors (T2) angeschlossen ist und unmittelbar bei jeder Halbwelle des durch den Leistungstransistor fließenden Stromes wirksam in die Ansteuerung- der Endstufe eingreift.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Schutztransistors an den Verbindungspunkt zweier, den Teilwiderstand eines die Vorspannung für den Basissteuerkreis des Vorstufentransistors festlegenden Spannungsteilers angeschlossen ist, so daß dadurch der Schwellwert für den Schutztransistor vorgegeben werden kann.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorstufentransistor den Verstärkungstransistor einer Oszillatorstufe darstellt, wobei die von der Oszillatorwicklung (WS/ Ü1) ausgekoppelten Spannungen die Ansteuersignale fur die - Leistungstransistoren darstellen.

   Um Halbleiter-Bauelemente, insbesondere Transistoren in einer Leistungsendstufe vor Überströmen, die gewöhnlich eine Zerstörung oder bleibende Veränderung des Bauel-e-inentes - verursachen-'W-ürden, zu schützen, sind die verschiedensten mehr oder weniger komplizierten Ausführungsformen bekannt.

   Derartige Überströme treten hauptsächlich dann auf, wenn ein Kurzschluß der Last entsteht.

   Es sind unter anderem bereits Transistorverstärkerschaltungen bekannt, bei denen ein Hilfstransistor eine Regel- oder Schutzaufgabe übernimmt. In den meisten Fällen wird dabei im wesentlichen eine TemperatUr kompensation und damit eine Stabilisierung des Arbeitspunktes dadurch erzielt, daß mittels des Hilfstransistors der Arbeitspunkt entsprechend verlegtwird. Dies erfolgt z. B. in der Weise, daß dem Hilfstransistor eine Differeiizspannung'-zugetführt-wird, die aus einer dem Strom durch den Leistungstransistor proportionalen Spannung und einer dem Strom durch den die Vorstufe bildenden Transistor proportionalen Spannung gebildet wird. Durch die über den Hilfstransistor erzeugte Korrekturspannung wird dann die Vorstufe stabilisiert. Derartige Anordnungen, die in gewissen Grenzen die Temperaturabhängigkeit der Transistoren kompensieren, stellen jedoch keinen wirksamen Schutz gegen plötzliche Überlastungen dar.

   Weiterhin besteht ein bekanntes Lösungsprinzip zur Sicherung der Leistungstransistoren in Verstärkerstufen gegen Überlastung oder Kurzschluß darin, im Überlastfall einen Schutztransistor zu öffnen und die weitere Aussteuerung des Leistungstransistors durch-einen dadurch hergestellten Kurzschluß der Ansteuerspannung zu verhindern. Der Aufwand für die hierzu erforderlichen Bauelemente ist dabei sehr groß.

   Um zu verhindern, daß der Schutztransistor unerwünscht geöffnet wird, wenn der Leistungstransistor als Verstärker arbeitet, müssen bei einer bekannten Anordnung die seiner Basis über einen zwischen den Kollektor des Leistungstransistors und Erde gelegten Spannungsteiler zugeführten Steuerspannungen durch Kondensatoren geglättet werden. Da die Sperrung des Leistungstransistors auch dann noch andauert, wenn der Überlastfall nicht mehr besteht, muß zur Beseitigung des hergestellten Kurzschlusses ein Wiedereinschalteimpuls gegeben werden.

   Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist zur Erfassung des Überlastfalles eine Vergleichsstufe vorgesehen, durch die die Spannung über den Leistungstransistor und die zur Erfassung des Stromes durch den Leistungstransistor an einem entsprechenden Widerstand abfallende Spannung miteinander verglichen werden. Ein- derartiges Prinzip erfordert für jeden zu schützenden Leistungstransistor zwei zusätzliche Hilfstransistoren.

   Bei einer anderen bekannten Anordnung wird die Schutzwirkung dadurch erzielt, daß ein im Kollektorkreis des zu schützenden Transistors angeordneter weiterer Leistungstransistor dessen Kollektorstrom sperrt. Es sind hierbei für die Schutzschaltung ebenfalls zwei zusätzliche Transistoren erforderlich.

   Bei einem derartigen Lösungsprinzip kann nicht festgestellt werden, ob ein Defekt des Endverstärkers oder lediglich ein gestörter Betrieb durch einen kurzgeschlossenen Ausgang vorliegt.

   Bei einer weiteren bekannten Schutzschaltung ist in der Versorgungsleitung eines Endstufentransistors ein Widerstand angeordnet, wobei der an diesem Widerstand auftretende Spannungsabfall einen Schutztransistor steuert. Durch das Öffnen des Schutztransistors wird eine Verschiebung des Gleichstromarbeitspunktes der Vorstufe erzielt. Diese Verschiebung kann infolge der in der Schaltung vorhandenen Zeitkonstanten nur verzögert einsetzen. Es muß sich erst über mehrere Aussteuerhälbwellen ein Mittelwert herausbilden. Eine derartige Anordnung bildet also gegen plötzliche Überlastungen keinen ausreichenden Schutz.

   Es Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfach dimensionierende und eine betriebssichere hub er lastungsschutzschaltung für die Transistoren einer Gegentaktleistungsendstufe, insbesondere für eine Endstufe mit konstanter Aussteuerung3-wie-sie z. B.

   bei Generatoren vorliegt, zu schaffen, wobei ein Schutztransistor, der an einem im Versorgungsstromkreis eines Leistungstransistors angeordneten Widerstand angeschaltet ist, verwendet wird.

   Dies wird dadurch erreicht, daß der Schutztransistor - durch den im Überlastfall an dem Widerstand auftretenden erhöhten Spannungsabfall bei Überschreiten eines für ihn vorgegebenen Schwellwertes aufgesteuert wird und daß der Schutztransistor ausgangsseitig an die Eingangselektrode eines Vorstufentransistors angeschlossen ist und unmittelbar bei jeder Halbwelle des durch den Leistungstransistor fließenden Stromes wirksam in die Ansteuerung der Endstufe eingreift.