DE3119972C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzeinrichtung nach der Gattung der Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 38 82 840 (siehe auch die korrespondierende DE-OS 23 07 443) ist bereits eine Überlastschutzeinrichtung für eine Schaltungsanordnung mit einem in Serie mit einer Last liegenden hochsperrenden Leistungstransistor und mit einer den Leistungs­ transistor ansteuernden Steuerschaltung bekannt, bei der der Leistungstransistor vor unzulässig hoher Verlustleistung durch Abschalten geschützt wird. Diese Einrichtung hat jedoch den Nach­ teil, daß die den Leistungstransistor ansteuernde Steuerschaltung nicht vor unzulässigen Überspannungen geschützt ist und daß deshalb bei der Steuerschaltung höhersperrende Transistoren eingesetzt werden müssen.

Aus der US-PS 33 20 439 und aus der US-PS 35 34 245 sind ferner Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen ein als Diode geschalteter Transistor zusammen mit einem zweiten Transistor gleichen Leit­ fähigkeitstyps einen Stromspiegel bildet. Der Ausgangsstrom des Stromspiegels wird hierbei einer Last zugeführt, die im Kollektor­ kreis des zweiten Transistors angeordnet ist. Dabei kann (vergleiche US-PS 33 20 439) die Stromübersetzung des Stromspiegels durch Ein­ führung eines zum zweiten Transistor gehörenden Emitterwiderstandes einstellbar sein.

Aus der US-PS 41 86 418 ist des weiteren eine Überlastschutzein­ richtung nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt, bei der zwischen den beiden Betriebsstromleitungen der Steuerschaltung eine Zenerdiode vorgesehen ist, die als unterhalb einer bestimmten Schwellspannung sperrendes aktives Element dient. Mit dieser be­ kannten Überlastschutzeinrichtung läßt sich die an den genannten Betriebsstromleitungen anliegende Versorgungsspannung für die Steuerschaltung auf einen Wert begrenzen, der gleich der Durchbruch­ spannung der Zenerdiode ist. In Abhängigkeit vom Wert dieser Durch­ bruchspannung wird auch der der Steuerschaltung nachgeschaltete Leistungstransistor geschützt.

Aus der DE-AS 11 60 506 ist weiterhin eine Schutzeinrichtung zur Begrenzung von Überspannungen für einen im Schaltbetrieb arbeitenden Leistungstransistor bekannt, die darin besteht, daß über der ge­ fährdeten Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors ein schwellwertbildender Nebenschluß vorgesehen ist, der einen in Emitterschaltung betriebenen Transistor und eine zwischen dessen Kollektor und dessen Basis eingeschaltete Zenerdiode enthält, so daß bei einsetzenden Überspannungen an der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors der Nebenschluß leitend wird. Mit dieser Schutzeinrichtung läßt sich jedoch die an der Kollektor-Emitter- Strecke des Leistungstransistors auftretende Überspannung nur auf einen Wert begrenzen, der gleich der Durchbruchspannung der verwen­ deten Zenerdiode ist. Andere Werte für die Begrenzungsspannung lassen sich nicht realisieren.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überlastschutzein­ richtung nach der Gattung des Hauptanspruchs zu schaffen, bei der die Begrenzungsspannung, bei deren Überschreiten der Leistungs­ transistor abgeschaltet wird, auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Da die Einstellung der Begrenzungs­ spannung für das Abschalten des Leistungstransistors hierbei durch Variation des Emitterwiderstandes und/oder Kollektorwiderstandes des zweiten Transistors geschieht, kann bei der erfindungsgemäßen Über­ lastschutzeinrichtung die Begrenzungsspannung für das Abschalten des Leistungstransistors in besonders einfacher Weise an die unter­ schiedlichen Sperrspannungen angepaßt werden, die bei den verschie­ denen bei der monolithischen Integration elektronischer Schaltkreise verwendeten Technologien verfügbar sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Überlastschutzeinrichtung nach dem Hauptanspruch ergibt sich aus dem Unteranspruch 2.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Über­ lastschutzeinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel der Überlastschutzeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel der Überlastschutzein­ richtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 das unterhalb einer Schwellspannung sperrende aktive Element nach den Fig. 1 und 2 in herkömmlicher schaltungsmäßiger Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Gemäß Fig. 1 ist der Emitter eines hochsperrenden npn-Leistungstransistors T₁ an Masse gelegt, während sein Kollektor über eine Last R_L an eine Batterie­ spannung U_Bat angeschlossen ist. Die Emitter-Basis- Strecke des Leistungstransistors T₁ ist durch einen Widerstand R₃ überbrückt. Die Batteriespannung U_Bat ist einerseits über einen Widerstand R₁ an eine Klemme A, andererseits über einen Widerstand R₂ an eine Klemme C angeschlossen. Der Emitter des Leistungstransistors T₁ ist mit einer Klemme B, die Basis des Leistungstransistors T₁ mit einer Klemme D verbunden. An die Klemme A ist die erste Betriebsstromleitung 10, an die Klemme B die zweite Betriebsstromleitung 11 der nur teilweise dargestellten Steuerschaltung für den Leistungstransistor T₁ angeschlossen.

Zwischen den Klemmen A und C liegt eine Diode D₁, die mit ihrer Kathode an die Klemme A und mit ihrer Anode an die Klemme C angeschlossen ist. Diese Diode D₁ ist Bestandteil der Steuer­ schaltung des Leistungstransistors T₁. Bestandteil dieser Steuerschaltung ist ferner ein npn-Transistor T₂ und ein Widerstand R₄. Der Kollektor des npn-Transistors T₂ ist dabei an die Klemme C angeschlossen, während dessen Emitter an die Klemme D und dessen Basis über den Widerstand R₄ an die Betriebsstromleitung 10 angeschlossen ist.

Um die Steuerschaltung vor unzulässigen Überspannungen zu schützen, ist zwischen ihren beiden Betriebsstrom­ leitungen 10 und 11 die Serienschaltung aus zwei aktiven Elementen A₁ und A₂ und einen als Diode geschalteten npn-Transistor T₅ vorgesehen. Der Emitter des npn- Transistors T₅ ist dabei an die Betriebsstromleitung 11 angeschlossen. Die aktiven Elemente A₁ und A₂ haben beide denselben Aufbau. Sie bestehen jeweils aus einer Zenerdiode ZD₁ bzw. ZD₂, einem npn-Transistor T₆ bzw. T₇ und einem Widerstand R₆ bzw. R₇, wobei die Kathode der Zenerdiode ZD₁ bzw. ZD₂ mit dem Kollektor des npn- Transistors T₆ bzw. T₇, die Anode der Zenerdiode ZD₁ bzw. ZD₂ und ein Anschluß des Widerstandes R₆ bzw. R₇ mit der Basis des npn-Transistors T₆ bzw. T₇ und der zweite Anschluß des Widerstandes R₆ bzw. R₇ mit dem Emitter des npn-Transistors T₆ bzw. T₇ ver­ bunden ist. Die Basis des npn-Transistors T₅ ist an die Basis eines npn-Transistors T₄ angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand R₈ mit der Betriebsstrom­ leitung 11 und dessen Kollektor über einen Widerstand R₅ mit der Betriebsstromleitung 10 verbunden ist. Die am Widerstand R₅ abfallende Spannung U_TR dient als Ein­ gangsspannung eines Schmitt-Triggers ST, dessen Ausgang an die Basis eines npn-Steuertransistors T₃ angeschlossen ist, dessen Emitter mit der Betriebsstromleitung 11 ver­ bunden ist und dessen Kollektor am Verbindungspunkt 12 zwischen der Basis des npn-Transistors T₂ und dem Wider­ stand R₄ liegt.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist dabei folgende:

Wenn die Batteriespannung unter ihrem vorgeschriebenen Höchstwert liegt, ist der Leistungstransistor T₁ und der Transistor T₂ eingeschaltet und die Diode D₁ ge­ sperrt. Durch die Widerstände R₁, R₂, R₃ und R₄ fließt Strom. Die aktiven Elemente A₁ und A₂ und die Transistoren T₅, T₄ und T₃ sind gesperrt. Der Schmitt-Trigger ST arbeitet nicht. Die Widerstände R₅, R₆, R₇ und R₈ sind stromlos.

Steigt jedoch die Batteriespannung über ihren vorge­ schriebenen Höchstwert an, so fließt über die zuvor gesperrte Reihenschaltung der Elemente A₁, A₂, T₅ Strom, der auch den Transistor T₄ einschaltet, wobei der am Widerstand R₅ entstehende Spannungsabfall U_TR über den Schmitt-Trigger ST auch den Steuertransistor T₃ in den leitenden Zustand schaltet. Dieser steuert den Vortransistor T₂ und den Leistungstransistor T₁ in den Sperrzustand, so daß die Widerstände R_L und R₃ stromlos werden. Der verbleibende Strom fließt nun einerseits über den Widerstand R₁, andererseits über den Widerstand R₂ und die Diode D₁ in die Betriebsstromleitung 10 und von dort über die Überlastschutzeinrichtung zur Betriebsstromleitung 11.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 2 ist der Emitter eines hochsperrenden npn-Leistungs­ transistors T₁ an Masse gelegt, während sein Kollektor über eine Last L, R_L an eine Batteriespannung U_Bat ange­ schlossen ist. Die Basis des Leistungstransistors T₁ ist über einen Widerstand R₁₂ mit der Batteriespannung U_Bat verbunden. Die Batteriespannung U_Bat ist anderer­ seits über einen Widerstand R₁₁ mit einer Klemme A ver­ bunden, während der Emitter des Leistungstransistors T₁ an eine Klemme B und die Basis des Leistungstransistors T₁ an eine Klemme D angeschlossen ist. An die Klemme A ist die erste Betriebsstromleitung 10, an die Klemme B die zweite Betriebsstromleitung 11 der nur teilweise dargestellten Steuerschaltung für den Leistungstransistor T₁ angeschlossen. Bestandteil der Steuerschaltung des Leistungstransistors T₁ sind die Schaltungselemente T₁₂, T₁₀, R₁₀ und R₄. Der npn-Transistor T₁₂ ist dabei mit seinem Emitter an die Betriebsstromleitung 11 und mit seinem Kollektor an die Klemme D ange­ schlossen, während seine Basis an dem Verbindungs­ punkt des Kollektors des npn-Transistors T₁₀ mit dem Widerstand R₁₀ liegt, wobei der andere Anschluß des Widerstandes R₁₀ an die Betriebsstromleitung 10 der Emitter des Transistors T₁₀ an die Betriebsstrom­ leitung 11 und die Basis des Transistors T₁₀ über den Widerstand R₄ an die Betriebsstromleitung 10 angeschlossen ist. Die Überlastschutzeinrichtung ist in derselben Weise wie beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 aufgebaut und besteht aus den Schaltungselementen A₁, A₂, T₅, T₄, R₈, R₅, ST und T₃. Der Kollektor des Transistors T₃ ist dabei an den Verbindungspunkt 13 zwischen der Basis des Transistors T₁₀ und dem Widerstand R₄ angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist dabei folgende:

Wenn die Batteriespannung unter ihrem vorgeschriebenen Höchstwert liegt, ist der Leistungstransistor T₁ einge­ schaltet und der Transistor T₁₂ gesperrt. Durch die Last R_L, L und durch die Widerstände R₁₁, R₁₂, R₁₀, R₄ und durch den Transistor T₁₀ fließt Strom. Die aktiven Elemente A₁ und A₂ und die Transistoren T₅, T₄ und T₃ sind gesperrt. Der Schmitt-Trigger ST arbeitet nicht. Die Widerstände R₅, R₆, R₇ und R₈ sind stromlos.

Steigt jedoch die Batteriespannung über ihren vor­ geschriebenen Höchstwert an, so fließt über die zu­ vor gesperrte Reihenschaltung der Elemente A₁, A₂, T₅ Strom, der auch den Transistor T₄ einschaltet, wo­ bei der am Widerstand R₅ entstehende Spannungsabfall U_TR über den Schmitt-Trigger ST auch den Steuertransistor T₃ in den leitenden Zustand schaltet. Dieser steuert den Transistor T₁₀ in den gesperrten, den Transistor T₁₂ in den leitenden und den Leistungstransistor T₁ in den gesperrten Zustand.

Claims (2)

1. Überlastschutzeinrichtung für eine Schaltungsanordnung mit einem in Serie mit einer Last (R_L, L) liegenden hochsperrenden Leistungstransistor (T₁) und mit einer den Leistungstransistor (T₁) ansteuernden Steuerschaltung, wobei zwischen den beiden Betriebsstromleitungen (10, 11) der Steuerschaltung mindestens ein unterhalb einer Schwellspannung sperrendes aktives Element (A₁, A₂) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem mindestens einen aktiven Element (A₁, A₂) ein als Diode geschalteter Transistor (T₅) in Reihe geschaltet ist, daß der als Diode ge­ schaltete Transistor (T₅) zusammen mit einem zweiten Transistor (T₄) gleichen Leitfähigkeitstyps einen Stromspiegel (T₄, T₅) bildet, dessen Stromübersetzung durch Einführung eines zum zweiten Transistor (T₄) gehörenden Emitterwiderstandes (R₈) einstellbar ist, daß der Ausgangsstrom dieses Stromspiegels (T₄, T₅) mit Hilfe eines Kollektorwiderstandes (R₅) des zweiten Transistors (T₄) in eine auszuwertende Spannung (U_TR) umwandelbar ist, daß diese Spannung (U_TR) als Eingangsspannung eines Schmitt-Triggers (ST) dient, daß der Schmitt-Trigger (ST) zur Ansteuerung eines Steuertransistors (T₃) dient, der den zu schützenden Leistungstransistor (T₁) abschaltet, wenn die höchstzulässige Betriebsspannung überschritten wird.

2. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das aktive Element (A₁, A₂) aus einer Zenerdiode (ZD₁, ZD₂), einem Transistor (T₆, T₇) und einem Widerstand (R₆, R₇) besteht, wobei die Kathode der Zenerdiode (ZD₁, ZD₂) mit dem Kollektor des Transistors (T₆, T₇), die Anode der Zenderdiode (ZD₁, ZD₂) und ein Anschluß des Widerstandes (R₆, R₇) mit der Basis des Transistors (T₆, T₇) und der zweite Anschluß des Widerstandes (R₆, R₇) mit dem Emitter des Transistors (T₆, T₇) verbunden ist (Fig. 3).