DE3402341A1 - Schutzvorrichtung fuer ein leistungselement einer integrierten schaltung - Google Patents

Schutzvorrichtung fuer ein leistungselement einer integrierten schaltung

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DE3402341A1 DE19843402341 DE3402341A DE3402341A1 DE 3402341 A1 DE3402341 A1 DE 3402341A1 DE 19843402341 DE19843402341 DE 19843402341 DE 3402341 A DE3402341 A DE 3402341A DE 3402341 A1 DE3402341 A1 DE 3402341A1
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Description

\ 5
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Schutzvorrichtungen für Leistungselemente in integrierten Schaltungen und insbesondere Vorrichtungen zum Schutz vor beispielsweise durch einen Kurzschluß verursachten Überströmen und Überspannungen am Ausgang von Leistungsendstufentransistoren in monolithisch integrierten Verstärkerschaltungen.
Derartige Schutzvorrichtungen werden zusammen mit der Schaltung, die das zu schützende Leistungselement aufweist, integriert, so daß sie technisch einfach und wirtschaftlich herstellbar sein müssen und vor allem keine Nutzleistungsverluste verursachen dürfen, die die dynamische Funktion des Leistungselementes begrenzen.
Außerdem müssen sie eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, um mit Sicherheit den Schutz zu gewährleisten.
Eine bekannte Schutzvorrichtung, die diesen Anforderungen genügt, hat ein Schaltungsschema mit wenigstens einem aktiven Element, das thermisch mit dem zu schützenden Leistungselement gekoppelt ist. Dieses aktive Element ist mit einem SteuerSchaltungsmittel verbunden, das die integrierte Schaltung, zu dem das Leistungselement gehört, abschaltet, wenn das aktive Element einen gefährlichen Temperaturwert erreicht, der auf eine übermäßige Leistungsdissipation bzw. Verlustleistung bei Überspannung oder Überstrom hinweist.
Wenn auch ein derartiger Schutz wirksam und zuverlässig ist, so ist er doch ungünstig, wenn die anomalen Betriebsbedingungen nur vorübergehend vorhanden sind, denn auf jeden Fall bleibt die Vorrichtung ohne einen Eingriff von außen abgeschaltet.
Aus diesem Grund werden, auch wenn sie schaltungstechnisch komplizierter sind, häufiger Schutzvorrichtungen verwendet, deren AnsprechschwelIe nicht mit dem Wert der thermischen Dissipation gekoppelt ist, sondern mit dem Wert der elektrischen Größen Strom und Spannung des zu schützenden Elementes; aufgrund ihres Wertes werden diese Größen in geeigneter Weise geregelt, ohne die integrierte Schaltung ausschalten zu müssen.
Derartige Schutzschaltungen haben im allgemeinen Schaltungsmittel zum Erfassen und Verarbeiten des Wertes des durch das Leistungselement fließenden Stromes und der an den Anschlüssen des Leistungselementes auftretenden Spannung, um oberhalb einer bestimmten Schwelle für diese Werte eine Schwellenschaltung zu aktivieren, die die Größe des Stromes in dem Leistungselement auf den der Schwelle entsprechenden maximalen Wert reduziert, der von dem Wert der Spannung an den Anschlüssen abhängt.
Das Schaltbild einer derartigen Schutzschaltung, die normalerweise in monolithisch integrierten Verstärkerschaltungen verwendet wird, ist in Figur 1 dargestellt.
Die Schaltung schützt einen bipolaren NPN-Leistungsend-Stufentransistor T1, der zu einer in Figur 1 nicht weiter dargestellten, integrierten Schaltung gehört.
Der Emitter dieses Transistors ist mit dem Ausgangsanschluß U zum Anschließen einer Last über einen elektrisehen Leiter verbunden, der einen genau bestimmten verteilten Widerstand der Gesamtgröße R1 hat, welcher physisch beispielsweise durch einen Gold-"Faden" verwirklicht sein kann, dessen Abmessungstoleranzen sehr eng sind.
Zur besseren Verdeutlichung ist der Gesamtwiderstand R1 dieses Leiters in der Figur als ein konzentrierter Wider-
stand dargestellt.
Der Kollektor des Transistors T1 ist mit dem positiven Pol +V eines Speisespannungsgenerators verbunden, während die Basis des Transistors mit dem Emitter eines zwei ten bipolaren NPN-Transistors T verbunden ist, dessen Kollektor ebenfalls an +V angeschlossen ist.
cc
Das in der Leistung zu verstärkende Stromsignal wird einem Eingangsanschluß IN zugeführt, der mit der Basis des Transistors T„ verbunden ist, welcher T1 steuert.
Der Emitter des Transistors T1 ist über eine Diode D1 auch mit der Basis eines bipolaren NPN-Transistors T-verbunden, dessen Emitter ebenfalls mit dem Ausgangsanschluß U verbunden ist, und zwar über einen elektrischen Leiter mit einem verteilten Widerstand R2, dessen Gesamtwert sehr klein ist und der in der Figur zur besseren Darstellung als konzentrierter Widerstand eingezeichnet ist.
Die Basis des Transistors T ist über einen Vorspannwider stand R0 an +V angeschlossen.
3 cc
Der Kollektor des Transistors T3 ist mit der Basis eines bipolaren PNP-Tr ans is tors T1. verbunden, welche über eine Konstantstromquelle A1 außerdem an +V angeschlossen ist
I CC
Der Emitter und der Kollektor des Transistors Tn. sind an den Eingangsanschluß IN bzw. an den negativen Pol -V des Speisespannungsgenerators angeschlossen.
Die Diode D1, der Transistor T3 und der Widerstand R3 haben die Aufgabe, den Strom, der durch den Widerstand R1 fließt, und die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Leistungsendstufentransistors T1 zu verarbeiten.
Jeder Anstieg der Spannung und des AusgangsStromes des Transistors T. erzeugt einen Anstieg des Basisstroms und damit des Kollektorstromes des Transistors T3.
Der Transistor T1. und die Konstantstromquelle A1 bilden zusammen eine Schwellenschaltung; solange der Wert des Kollektorstromes des Transistors T3 geringer bleibt als der Wert des von A.. erzeugten Konstantstromes, ist der Transistor T1. gesperrt und wird das Stromsignal am Eingang IN ohne Veränderungen verstärkt und zum Ausgang U weitergeleitet/ aber sobald aufgrund eines starken Anstiegs der Spannung oder des Ausgangsstromes des Transistors T. der Kollektorstrom des Transistors T3 einen größeren Wert erreicht als denjenigen des von A1 erzeugten Bezugsstromes, beginnt der Transistor T5 zu leiten.
Dieser Transistor wird an der Basis durch den Strom gesteuert, der sich aus der Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Kollektorstrom des Transistors T ergibt, so daß ein Teil des Signalstromes am Eingang IN vom Transistor T5 aufgenommen wird; damit verringert der Transistor T1, der ja an der Basis von einem niedrigeren resultierenden Strom gesteuert wird, die Stärke seines eigenen Leitens im Verhältnis zur Spannung an seinen Anschlüssen bis auf den Wert, bei dem der Kollektorstrom des Transistors T_ auf den Grenzwert der Schwelle des von A1 erzeugten Stromes absinkt.
Auf diese Weise übersteigt der Ausgangsstrom in bezug auf die Spannung an den Anschlüssen des Transistors T1 nicht den Maximalwert, der automatisch gesteuert wird und der den Schutzeingriff bestimmt.
Die soeben beschriebene Schutzschaltung ist so aufgebaut, daß das genannte Verhältnis zwischen dem Strom, der durch den Leistungsendstufentransistor fließt, und der Spannung
an den Anschlüssen des Transistors, das von der Versorgungsspannung und den Lastbedingungen abhängt, aufgrund der Diode in der Schaltung für Verarbeitung der unter der Steuerung stehenden Größen einen exponentieIlen Verlauf hat, was analytisch leicht festgestellt werden kann.
Durch geeignete Wahl der Werte der Komponenten der Schaltung kann dieses Verhältnis in dem Kennlinienfeld des Leistungstransistors als eine Kurve dargestellt werden, die sich teilweise der Kurve der maximalen Verlustleistung nähert, welche von diesem Transistor verkraftet werden kann, und die sich teilweise der Kurve des zweiten Durchbruchs ("second breakdown") des Transistors nähert, wobei sie jedoch an allen Stellen unter diesen Kurven bleibt.
Bekanntlich ist die Kurve der maximal zulässigen Verlustleistung ein Hyperbelzweig, dessen Asymptoten die Koordinatenachsen des Kennlijiienfeldes sind, d.h. eine Ortskurve der Punkte, bei der
V·I = const.,
während die Kurve des zweiten Durchbruchs einen für jede Leistungstransistorbauart typischen Verlauf hat.
Selbstverständlich kann ein Fachmann durch geeignete Ausbildung der Schutzschaltung, von der lediglich ein Beispiel angegeben worden ist, in dem Kennlinienfeld das Verhältnis herstellen, das für die Bauart des Endtransistors und den Anwendungsfall besser angepaßt ist.
Im Fall des Kurzschlusses am Ausgang ist die maximale Spannung an den Anschlüssen des Leistungstransistors, d.h. die Kollektor-Emmiter-Vorspannung, unter Außerachtlassung der vernachlässigbaren Spannungsabfälle an den Widerstandselementen der Schaltung gleich der Speise-
spannung, auch wenn die Spannung an den Anschlüssen des Transistors bei induktiven Lasten während eines kurzen Anfangsübergangs die Speisespannung überschreiten kann.
Deshalb ist nach diesem möglichen Übergangsszustand die maximale elektrische Leistung im Transistor gleich dem Produkt aus der Speisespannung und dem in dem Transistor bei dem Wert dieser Spannung von der Schutzschaltung maximal erlaubten Strom.
Der Maximalwert des Stromes, der ohne Nachteile durch den Leistungstransistor fließen kann und von dem die Dimensionierung der Schutzschaltung abhängt, wird durch dessen physikalische Eigenschaften bestimmt.
Im allgemeinen dimensionieren die Verwender der integrierten Schaltungen mit Leistungselementen aus ökonomischen Gründen die externen Wärmeableiter für die von diesen Elementen erzeugte Wärme aufgrund von Anforderungen normaler Betriebsbedingungen, weil kurze Perioden erhöhter Verlustleistungswärme hingenommen werden können.
Jedoch besteht unter den Bedingungen eines längeren Kurzschlusses die Gefahr sowohl der Beschädigung der integrierten Schaltung als auch der überhitzung und damit eines möglichen Brandes des umgebenden Materials aufgrund der erzeugten Wärme, die nicht ordnungsgemäß nach außen abgegeben worden ist.
Andererseits ist es ungünstig, den Maximalwert für den Strom in dem Leistungselement durch Absenken der Schutzeingriff sschwelle zu verringern, weil auf diese Weise die dynamischen Leistungen der Schaltung unter normalen Betriebsbedingungen unnötig begrenzt würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung für ein Leistungselement einer integrierten Schaltung zu schaffen, die im Vergleich zu den bekannten Schutzvorrichtungen auch bei längeren Betriebszuständen eines Überstroms und einer Überspannung dem geschützten Element ohne jeden Nutzleistungsverlust eine höhere Zuverlässigkeit sichert und eine sicherere Verwendung der integrierten Schaltung erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Schutzvorrichtung durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Es zeigen:
Figur 1 das Schaltungsschema der Schutzvorrichtung für ein Leistungselement einer integrierten Schaltung nach dem bereits beschriebenen Stand der Technik, und
Figur 2 das Schaltungsschema einer Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung.
In den Figuren werden für übereinstimmende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das Schaltungsschema der Figur 2 weist einen bipolaren NPN-Transistor T. auf, der das Endleistungselement einer monolithisch integrierten Verstärkerschaltung bildet und an dessen Basis der Emitter eines zweiten bipolaren NPN-Transistors T2 angeschlossen ist.
a Al
Die Basis des Transistors T„ ist an einen Eingangsanschluß IN für das Stromsignal angeschlossen, das zur Basis des Transistors T^ geleitet wird, um diesen in den leitenden Zustand zu steuern; der Kollektor von T„ ist an den positiven Pol +V einer VersorgungsSpannungsquelle ange-
CO
schlossen.
Der Kollektor des Transistors T. ist an die Anode einer
Diode D1 und über einen Widerstand R1 an +V angeschlos-Ί l cc
sen; der Emitter ist an einen Ausgangsanschluß U, mit dem eine äußere Last verbunden werden kann, und über einen Widerstand R„ an die Anode einer Zener-Diode Dg angeschlossen.
Die Kathode der Diode D1 sowie die Kathode der Zener-Diode D2 sind beide an die Basis eines dritten bipolaren PNP-Transistors T3 sowie an den Kollektor eines vierten bipolaren NPN-Transistors T. angeschlossen.
Die Basis des Transistors T. ist mit einer Spannungsreferenz VR verbunden (deren Besonderheit darin liegt, daß sie doppelt so groß ist wie die normale Basis-Emitter-Spannung eines NPN-Transistors), während der Emitter über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R-. und R. an den negativen Pol -V der VersorgungsSpannungsquelle ange-
OO
schlossen ist.
Der Emitter des Transistors T_. ist an +V angeschlossen,
-J CC
während sein Kollektor über eine Konstantstromquelle A-mit -V und über einen Widerstand Rn. mit der Basis eines
OC 3
fünften NPN-Transistors Tc sowie über einen Widerstand R,
5 6
mit der Basis eines sechsten NPN-Transistors T^ verbunden
ist.
Der Emitter und der Kollektor des Transistors T5 sind an -V bzw. an den Eingangsanschluß IN angeschlossen. Der
OO
Emitter und der Kollektor des Transistors T^ sind mit
-V bzw. dem Verbindungspunkt zwischen den beiden in Reihe geschalteten Widerständen R_ und R. verbunden.
Nachstehend soll die Funktion der Schaltung gemäß Figur 2 im einzelnen untersucht werden.
Der Strom im Widerstand R- ist gleich der Summe aus dem Strom Iß, der durch die Diode D1 fließt, und aus dem Kollektorstrom I des Leistungsendtransistors T-. Bei Werten für die Kollektor-Emitter-Spannung v"CE1 von T1, die nicht ausreichend groß sind, um das Leiten der Zener-Diode D„ zu erlauben, ist der Strom In gleich dem Kollektorstrom des Transistors T4, wobei der vernachlässigbare Basisstrom des Transistors T^ unberücksichtigt ist.
Da die Basis des Transistors T. auf einem bezüglich -V festen Potential gehalten wird, das doppelt so groß ist wie die Basis-Emitter-Spannung V eines normalen NPN-Transistors, ergibt sich:
VBE
1D =
R3 + R4
Für Werte der Kollektor-Emitter-Spannung von T1, die ein Leiten der Diode D17 gestatten, ergibt sich jedoch ohne
Berücksichtigung des vernachlässigbaren Basisstromes von T3:
2) ID =
VBE VCEi - VD -
R3 + R4
wobei V und V die Spannungen über dem Halbleiterübergang 35
der Diode D1 bzw. der Diode D17 bezeichnen.
I Δ
Zwischem dem Kollektorstrom I_ des Transistors T_ und dem
Kollektorstrom ID, der in die Diode D1 fließt, die durch Verbinden von Kollektor und Basis eines normalen Transistors erhalten worden ist, besteht die folgende Beziehung:
I3 A D
f 1η
wobei VD1-, die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T_
und A0 sowie An die Emitterflächen des Transistors T-. bzw. 3 D 3
des Transistors, dessen Basis mit seinem Kollektor kurzgeschlossen ist und der nach den üblichen Integrationstechniken die Diode D.. bildet, bedeuten.
,15 K ist die Boltzmann-Konstante, T ist die absolute Temperatur der Halbleiterübergänge, und q ist die Ladung des Elektrons.
Da
20
VBE3 ■ VD = \ = R1 · 1C + R1 ' 1D '
ergibt sich, daß Zunahmen des Stromes I„ im Leistungselement T1 gemäß der vorstehenden Beziehung 3) entsprechende Anstiege des Kollektorstroms I3 des Transistors T3 bestimmen, wobei nach den Beziehungen 1) und 2) jedoch auch eine Abhängigkeit vom Spannungspegel V_ an den An-Schlüssen dieses Elementes besteht.
Solange der Wert des Stromes I3 nicht denjenigen des vom Generator A aufgeprägten Stromes IT überschreitet, können die Transistoren Tc und T,. nicht leiten, da sie an der Basis keine Versorgung haben.
Die Transistoren T5 und Tg sowie deren Basiswiderstände R5 und R6 sind so dimensioniert, daß unmittelbar, nachdem
der Wert von I3 größer als derjenige von I- geworden ist, der Transistor T als erster sofort im Sättigungszustand zu leiten beginnt, unmittelbar gefolgt vom Transistor T5, der jedoch beim Leiten in der aktiven Zone seines Funktionsfeldes bleibt.
Da ein gesättigter Transistor praktisch einen Kurzschluß zwischen Kollektor und Emitter darstellt, ist der Widerstand R. an seinen Anschlüssen kurzgeschlossen, so daß die möglichen Stromwerte ID für solche Werte der Spannung V"CE , bei denen die Zener-Diode abgeschaltet bleibt, bzw. für Werte der Spammng ν_ , die ein Leiten gestatten, auf die folgenden Werte ansteigen:
VBE VBE VCEi - VD - VZ
bzw.
D R3 D R3 R2
Der resultierende Stromanstieg wird damit durch die Größe des Widerstandes R4, der in geeigneter Weise dimensioniert werden kann, bestimmt. Er erzeugt einen Anstieg des Spannungsabfalls am Widerstand R1, weshalb wegen
auch der Kollektorstrom I3 des Transistors T um einen vorbestimmten Wert ansteigt.
Damit wird der Transistor Tg, der unmittelbar nach dem Transistor T zu leiten beginnt, wenn I3 die "Stromschwelle" Im überschreitet, sofort auf einen hoher.. Wert des Leitens gesteuert, da I3 schlagartig über den Wert des Schwellenstroms umgeschaltet wird.
Der Transistor T5, dessen Kollektor mit dem Eingang IN verbunden ist, nimmt in diesem Fall einen erheblichen
Teil des Signalstroms am Eingang auf. Deshalb ist der resultierende Steuerstrom, der über den Transistor T3 das Leiten von T. steuert, bei gleichbleibendem Pegel der Schutzeingriffsschwelle kleiner als derjenige in der zuvor beschriebenen, bekannten Schutzschaltung, weshalb auch der Stromwert im Leistungselement nach dem Schutzeingriff entsprechend kleiner ist.
Ohne jeden Nutzleistungsverlust bei normalen Betriebsbedingungen bleibt im Fall von Überstromzuständen im Leistungselement aufgrund einer beliebigen Ursache die Größe dieses Stromes nicht fest auf einem Maximalwert, der gleich demjenigen ist, welcher den Schutzeingriff bestimmt und der von der Höhe der Spannung an den An-Schlüssen dieses Elementes abhängt, sondern der Strom sinkt auf einen Wert, der um eine vorbestimmte Größe kleiner ist als dieser Maximalwert.
Die mathematische Beziehung zwischen dem Wert der Spannung Vpp an den Anschlüssen des Leistungselementes T«, welche durch die Last, die Versorgungsspannung und die Spannungsabfälle an den Widerstandselementen der Schaltung, die in Reihe mit dem Leistungselement geschaltet sind, aufgeprägt wird, und dem Wert des Maximalstromes, der bei einer solchen Spannung in das Leistungselement fließen kann, wenn dieses durch die beschriebene Schutzvorrichtung geschützt ist, kann leicht durch die Beziehungen 1), 2), 3) und 4) erhalten werden, wobei dann zu berücksichtigen ist, daß die Schaltung so dimensioniert ist, daß der Strom In im Vergleich mit Ic immer vernachlässigbar ist, und daß daher V ~ RI ist.
•Κ μ IC
Da der Schutz nur für Werte von I-, eintritt, die größer sind als der Schwellenstrom I_, fließt im Transistor T1 der Maximalstrom, wenn I. = I_ ist.
/Π
Damit ist die Beziehung zwischen Spannung und resultierendem Maximalstrom:
KT
5 5) I
C MAX
In
AD
BE/
R3 +
= const.
für V <
KT
6) I
C MAX
In
AD
, und
be/r3+r4 +
für V~„ <£ V^+Vr,, wobei der Wert des Maximalstromes mit
1
Zunahme' der Spannung V logarithmisch abnimmt. Wenn aus einem beliebigen Grund, beispielsweise bei Kurzschluß, der Strom Ic dazu neigt, diese Maximalwerte zu überschreiten, überschrextet der Wert von I3 den Wert der Schwelle I_, wodurch der Schutz eingreift, der über die gesamte Zeit, in der der Grund für den Überstrom besteht, I^ auf einem geringeren Wert halt als den Maximalwert, d.h. auf dem Wert
25 7)
KT
In
AD
V.
BE/.
= const.
für V_„ < Vr, +V17, und auf dem Wert
KT
8) In =
C gR.
In
AD
A3 VBE/
R R
2 J
VV
H At
Im Kennlinienfeld des Leistungsendstufentransistors können die beiden obigen Beziehungen 5) und 6) zwischen den möglichen Werten für die Kollektor-Emitter-Spannung und den entsprechenden maximalen Stromwerten mit einer einzigen Kurve dargestellt werden, die sich ebenfalls an die "Kurve der maximalen Verlustleistung" annähert und aufgrund der bereits ein wirksamer Schutz gesichert wäre, der bei Überspannungs- oder Überstrombedingungen während nicht zu langer Zeiträume wenigstens gleich dem Schutz ist, der von den bekannten Schutzvorrichtungen gewährleistet wird.
Es ist jedoch eine Eigenschaft der Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung, daß die Möglichkeit besteht, den End-Stufentransistor, sobald dessen Leistungsbedingungen den Schutz aktiviert haben, nach einer Kurve betreiben zu lassen, die sich aus den mathematischen Beziehungen 7) und 8) ergibt und im Kennlinienfeld etwa parallel zu der zuvor genannten verläuft, jedoch weiter innen bezüglich der "Kurve maximal zulässiger Verlustleistung", so daß sogar zeitlich unbegrenzte Kurzschlußbedingungen mit externen Wärmeableitern, die nur für einen normalen Betrieb dimensioniert sind, ohne jeden Schaden sicher ertragen werden können.
Wie die obigen Ausführungen zeigen, hat eine Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung außer den Schaltungsmitteln zur Erfassung und Verarbeitung der elektrischen Größen bezüglich des zu schützenden Leistungselementes und der Schwellenschaltung für die Aktivierung des Schatzes nur für den Fall, daß das von diesen Schaltungsmitteln gelieferte Meßsignal einen vorbestimmten Wert erreicht, auch Schaltungsmittel zur Verfügung, die in der Lage sind, dieses Meßsignal zu verstärken, sobald es den Schwellenwert erreicht hat. Auf diese Weise bleibt über die gesamte Zeit, während der die anomalen Bedingungen bestehen,
der Strom im Leistungselement auf einem konstanten Wert, der um einen vorbestimmten Wert kleiner ist als die Größe des Stromes, der den Schutz aktiviert hat.
Obwohl lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestellt worden ist, sind zahlreiche Abänderungen möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So kann beispielsweise eine Schutzvorrichtung gemäß der Erfindung außer den Schaltungsmitteln zum Verstärken des Meßsignals oder statt dieser Schaltungsmittel Schaltungsmittel aufweisen, die geeignet sind, den vorbestimmten Schwellenwert abzusenken, sobald das Meßsignal diesen erreicht.

Claims (4)

  1. KADOR · KUINKER · SCHMITT-NILSOV · HIRSCH BVTENTAN^ÄLTE
    EUROPEAN ΒΟΈΝΤ ATTORNEY
    K 20 888 SM/6SW
    10 SGS-ATES Component! Elettronici S.p.A.
    Via C. Olivetti 2 Agrate (Mailand)/ Italien
    Priorität: Italien Nr. 19 341 A/83 31. Januar 1983
    Schutzvorrichtung für ein Leistungselement einer integrierten Schaltung
    Patentansprüche
    30 ( 1. j)Schutzvorrichtung für ein in einer integrierten Schal- ^-^ tung befindliches Leistungselement, die ein Schaltungsmittel zum Erfassen und Verarbeiten des Wertes des in dem Leistungselement fließenden Stromes und des Wertes der an den Anschlüssen des Leistungselementes vorhandenen
    35 Spannung und zur Erzeugung eines Meßsignales aufweist sowie eine Schwellenschaltung, die durch das Meßsignal
    aktiviert wird, wenn dieses einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, und die nach ihrer Aktivierung ein Steuersignal zum Absenken des Wertes des in dem Leistungselement fließenden Stromes erzeugt, g e kennzeichnet durch ein Schaltungsmittel zum Verstärken des Meßsignals, wenn dieses den vorbestimmten Grenzwert zur Aktivierung der Schwellenschaltung erreicht.
  2. 2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 für einen Leistungsendstufentransistor (T1), der zu einer monolithisch integrierten Verstärkerschaltung gehört, von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und einen ersten Anschluß, einen zweiten Anschluß sowie einen Steueranschluß aufweist, wobei der Steueranschluß über einen Steuertransistor (T„) mit einem Eingangsanschluß (IN) für das zu verstärkende Signal verbunden ist, wobei das Schaltungsmittel zum Erfassen und Verarbeiten eine erste Diode (D1), von der ein erster Anschluß mit dem zweiten Anschluß des Leistungsendstufentransistors (T1) und über einen ersten Widerstand (R1) mit einem ersten Pol (+V ) einer Speisespannungsquelle verbunden ist, eine zweite, Zener-Diode (P2) / von der ei*1 erster Anschluß über einen zweiten Widerstand (R_) an den ersten Anschluß des Leistungsendstufentransistors (T1) angeschlossen ist, der einen Ausgangsanschluß (U) . der Verstärkerschaltung darstellt, sowie einen dritten Transistor (T3) und einen vierten Transistor (T4) aufweist, die beide von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten, zweiten Leitfähigkeitstyp sind und jeweils einen ersten Anschluß, einen zweiten Anschluß und einen Steueranschluß haben, wobei der Steueranschluß des dritten Transistors (T-.) und der zweite Anschluß des vierten Transistors (T.) beide, an den zweiten Anschluß der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (Dz) angeschlossen sind und der erste Anschluß
    des dritten Transistors (T3) und derjenige des vierten
    Transistors (TJ mit dem ersten Pol (+V ) bzw. über 4 cc
    ein Widerstandselement (R3, R.) mit dem zweiten Pol (-V ), der zum ersten entgegengesetzt ist, der Speisespannungsquelle verbunden sind und der Steueranschluß des vierten Transistors (T.) an eine Konstantspannungs-
    referenz (Vn) angeschlossen ist, und wobei die Schwellt
    lenschaltung einen fünften Transistor (T1.) vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einem ersten Anschluß, einem zweiten Anschluß und einem Steueranschluß hat, wobei ferner eine Konstantstromquelle (A1) vorgesehen ist und der zweite Anschluß des dritten Transistors (T ) über die Konstantstromquelle (A.) an den zweiten Pol (-V ) der Speisespannungsquelle sowie über einen vierten Widerstand (R5) an den Steueranschluß des fünften Transistors (T5) angeschlossen ist, dessen erster Anschluß und zweiter Anschluß an den zweiten Pol ("V) der Speisespannungsquelle bzw. an den Eingangsanschluß (IN) angeschlossen ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Schaltungsmittel zum Verstärken des Meßsignals einen sechsten Transistor (Tg) vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einem ersten Anschluß, einem zweiten Anschluß und einem Steueranschluß hat, wobei der Steueranschluß über einen fünften Widerstand (R,) mit dem zweiten Anschluß des dritten Transistors
    (T ) und der erste Anschluß des sechsten Transistors (T ) mit dem zweiten Pol (-V ) der Speisespannungsquelle verbunden ist, und daß das Widerstandselement, über welches der erste Anschluß des vierten Transistors (T.) mit dem zweiten Pol (-V ) der Speisespannungs-
    ^t CC
    quelle verbunden ist, aus zwei Widerständen (R3, R.) besteht, die in Reihe miteinander verbunden sind und deren Verbindungspunkt mit dem zweiten Anschluß des sechsten Transistors (T,.) verbunden ist.
  3. 3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die in ihr enthaltenen Transistoren bipolare Transistoren sind, deren erster Anschluß, Steueranschluß und zweiter Anschluß jeweils der Emitter, die Basis bzw. der Kollektor sind, und daß der erste Anschluß und der zweite Anschluß jeder Diode deren Anode bzw. Kathode ist.
  4. 4. Schutzvorrichtung für ein in einer integrierten Schaltung befindliches Leistungselement, die ein Schaltungsmittel zum Erfassen und Verarbeiten des Wertes des in dem Leistungselement fließenden Stromes und des Wertes der Spannung an den Anschlüssen des Leistungselementes und zum Erzeugen eines Meßsignals aufweist sowie eine Schwellenschaltung, die von diesem Meßsignal aktiviert wird, wenn dieses einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, und die nach ihrer Aktivierung ein Steuersignal zum Verringern des Wertes des in dem Leistungselement fließenden Stromes erzeugt, gekennzeichnet durch ein Schaltungsmittel zum Verringern des Grenzwertes für das Meßsignal, das zur Aktivierung der Schwellenschaltung vorbestimmt ist, wenn das Meßsignal den Grenzwert erreicht.
DE19843402341 1983-01-31 1984-01-24 Schutzvorrichtung fuer ein leistungselement einer integrierten schaltung Granted DE3402341A1 (de)

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