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Beschreibung
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer kurzschlußfesten
Transistorendstufe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Endstufen werden
in der Regel dort gefordert, wo auf hohe Zuverlässigkeit Wert gelegt wird. Bekannt
ist z.B., einen elektrischen Verbraucher zuerst mit einem Prüfimpuls zu beaufschlagen
und erst dann die Endstufe zu öffnen, wenn eine durch den Prüfimpuls ausgelöste
Reaktion ein korrektes Arbeiten des Verbrauchers anzeigt. Eine derartige Schaltungsanordnung.
die in der DE-OS 23 10 448 beschrieben ist, hat den Nachteil, daß Störspannungen
im Stromversorgungskreis des Verbrauchers zu einem Ansprechen der Ansteuerschaltung
führen können. indem diese Störspannungen einen Kurzschluß vortäuschen, so daß der
Verbraucher unnötig abgeschaltet wird.
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Aus der DE-OS 32 38 899 ist weiterhin eine kurzschlußfeste Endstufe
für einen elektrischen Verbraucher bekannt, bei der dem Ausgangstransistor ein Verbraucher
und ein Meßwiderstand in Reihe geschaltet sind.
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Um die Schaltung gegen Störspannungen in der Versorgungsleitung des
Verbrauchers unempfindlich zu machen. wird der Schalttransistor über einen Operationsverstärker
gesteuert, der in Abhängigkeit von der am Meßwiderstand auftretenden Spannung den
Ausgangstransistor ein- oder ausschaltet. Die am Meßwiderstand auftretende Meßspannung
wird zu diesem Zweck fieber eine Diode und einen Widerstand an einen Kondensator
angelegt, dessen Kondensatorspannung sich in Abhängigkeit von dem durch den Meßwiderstand
fließenden Strom mit einer Zeitkonstanten ändert. Die Kondensatorspannung wird bei
dieser Anordnung ständig nachgeführt und mit einem Referenzspannungswert mitlels
eines Komperators verglichen. Diese Schaltung kann bei langsamen Änderungen des
Ausgangsstroms. die im Bereich des maximalen Stroms (Kurzschlußstrom) liegen, in
einen instabilen Zustand kommen, da die Kontlcns;rtorspannur1 von der Meßspannung
nicht cntkopperlt ist. I)ie für das A hgreifen der Nleßspaniiiing verlor derliche
Diode hat den Nachteil. das.$ ein'fcil der zur Verfügung stehenden Mcl3spannung
als Diodenspannung verloren geht.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße kurzschlußfeste Transistorendstufe
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine rückwirkungsfreie
Überwachung der Meßspannung mittels eincs Schwellwertschalters erfolgt. Der bei
dieser Transistorendst ufe vorgesehene Kondensator wird stets zwischen zwei vorgegebenen
Potentialen umgeladen. die am Ausgang des Schwellwertschalters auftreten. Auf diese
Weise wird ein definiertes Laden und Entladen des Kondensators erreicht, weshalb
ein unerwünschtes Schwingen der gesamten Schaltung sicher vermieden wird. Für das
Entladen und das Laden des die Ein- und Ausschaltung des Ausgangstransistors bewirkenden
Kondensators sind untcrschiedliche Widerstände und somit untcrschieclliche Zeitkonstanten
vorgesehen. Tril 1 der Kurzschlut3fli II oder ein unzulässig hoher Ausgangsstrom
am Mel3widerstand auf, so hat dies ein schnelles Entladen des Kondensators und damit
ein schnelles Abschalten des Ausgangstransistors zur Folge. Der abgeschaltete Ausgangsstrom
bewirkt ein Abfallen der Meßspannung, so daß der Schwellwertschalter den Kondensator
mit einer langsameren Zeitkonstanten wieder zu laden beginnt.
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Bei Erreichen einer vorgegebenen Spannung wird daraufhin der Ausgangstransistor
wieder geöffnet und gegebenenfalls bei noch vorhandenem Kurzschluß sofort wieder
gesperrt. Die Meßspannung kann über einen Spannungsteiler auf eine proportionale
Spannung reduziert werden, wodurch eine Anpassung an die Schaltschwelle des verwendeten
Schwellwertschalters möglich ist. Durch geeignete Wahl des Spannungsteilers kann
die Ansteuerschaltung mehr oder weniger empfindlich gemacht werden.
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Der Schwellwertschalter ist vorzugsweise als Komperator ausgebildet.
Als Ausgangstransistor wird vorzugsweise ein Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor
eingesetzt.
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Mit der erfindungsgemäßen kurzschlußfesten Transistorenclstllfe ergeben
sich konstante Wiederholzeitcn und Einschaltzeiten im Kurzschlußbetrieb über sehr
große Temperatur- und Versorgungsspannungsbereiche. Nach Anlegen der Versorgungsspannung
an die Schaltung ist die Endstufe für eine Zeit von ungefähr 0,1 msec definiert
ausgeschaltet. In dieser Zeit können der Endstufe zugeordnete Prüf- und Steuereinrichtungen
aktiviert werden, so daß Einschaltstörungen sicher vcrmieden werden. Durch den Einsatz
eines Feldeffekttransistors entfallen die Probleme mit der Stromverstärkung von
bipolaren Transistoren, die beispielsweise bei tiefen Temperaturen und geringen
Steuerspannungen auftreten können.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher eriäutert.
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Die dargestellte kurzschlußfeste Transistorendstufe besteht aus einem
Ausgangstransistor T1, der einen elektrischen Verbraucher R1 und einen Meßwiderstand
Rr speist, und aus einer Ansteuerschaltung A. Die am Meßwiderstand Rnr auftretende
Meßspannung UM wird über einen aus zwei Widerständen R 1, R 2 bestehenden Spannungsteiler
abgegriffen. R 2 kann entweder an Masse oder an eine positive Spannung angeschlossen
sein. Die Teilerspannung wird dem Eingang eines Schwellwertschalters S 1 zugeführt,
dessen invertierender Ausgang hochohmig über einen Widerstand R 3 mit einem Kondensator
C verbunden ist. dessen anderer Anschluß auf Masse liegt. Dem Widerstand R3 ist
die Scrienschaltung einer Diode D 1 und eines niederohmigeren Widerstandes R 4 parallel
geschaltet. Die Kathode der Diode D 1 ist mit dem invertierenden Ausgang des Schwellwertschalters
S1 verbunden. Die Kondensatorspannung U, wird einem Eingang eines NAND-(;alters
1 zugeführt. an dessen anderem Eingang ein extern erzeugtes Signal zum Ein- und
Ausschalten der Tr..insistorendstufe anliegt. Der Ausgang des NAND-Gatters 1 ist
mit dem negativen Eingang eines Komperators 2 verbunden, an dessen positivem Eingang
eine Referenzspannung Uranliegt. Der Ausgang des Komperators 2 ist über einen Widerstand
R 5 mit dem Steuereingang des Ausgangstransistors T1 und über einen Widerstand R
6 mit der Betriebsspannung UB verbunden.
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Der Steuereingang des Transistors T1 ist außerdem über einen Widerstand
R 7 mit Masse verbunden. Die Widerstände R 5, R 6, R 7 bilden einen Spannungsteiler,
der für den Ausgangstransistor T1 eine Strombegrenzung bewirkt. Durch die Widerstände
R 5, R 6, R 7 besteht die Möglichkeit, die Schaltflanken zu verlangsamein, wodurch
die Störungen durch die Impulsströme auf der Leiterplatte verringert werden.
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Als Schutzmaßnahmen besitzt die Schaltungsanordnung eine Z-Diode
ZD zwischen der Steuerleitung des Ausgangstransistors T1 und dem Meßwiderstand RM
und eine Schutzdiode D2, die den Schwellwertschalter S 1 vor negativen Spannungen
schützt.
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Die Wirkungsweise der kurzschlußfesten Transistorendstufe soll im
folgenden anhand der Zeichnung erläutert werden. Im normalen Betrieb liegt die Ausgangsspannung
des Komperators 2 auf einem positiven Potential. so daß der Ausgangstransistor T1
aufgesteuert ist. Es fließt ein Ausgangsstrom, mit dem beispielsweise eine Lampe
(K,) betrieben wird. Tritt nun an der Lampe ein Kurzschluß auf, so erhöht sich dadurch
zunächst der Ausgangsstrom, bis am Meßwiderstand RAl eine Meß-Spannung I IAI erreicht
ist. die über den Spanntingsteiler K 1. R 2 den Sc hw ellwel tscl1.lllel- .S 1 .iiis'löst.
liirch dis Überschreiten der Schaltschwelle am Eingang des Schwellwertschalters
S 1, wird dessen Ausgang auf "0" gesetzt. Dadurch entlädt sich der Kondensator C
über den Widerstand R 4 und die Diode D 1. Der mit dem Kondensator C verbundene
Eingang des NAND-Gatters 1 wechselt damit nach einer Zeitverzögerung ebenfalls auf
"0", während der andere Eingang E weiterhin auf "1" bleibt. Dadurch wechselt der
Ausgang des NAND-Gatters auf "1': wodurch der Ausgang des Komperators 2 auf annähernd
0 Volt absinkt. Über R 5 wird damit der Ausgangstransistor T1 gesperrt und der Ausgangsstrom
abgeschaltet. Die Spannung am Meßwiderstand sinkt damit auf 0 Volt.
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Durch das Absenken der Meßspannung UM sinkt auch die am Eingang des
Schwellwertschalters S 1 anliegende Spannung unter den Schweilwert ab. so daß am
Ausgang des Schwellwertschalters S 1 ein positives Potential auftritt, welches dem
Zustand "1" entspricht. Der Kondensator C wird dadurch wieder über den hochohmigen
Widerstand R 3 langsam aufgeladen. Sobald die Kondensatorspannung Uc einen Wert
einnimmt, der dem "I"-Zustand entspricht, wechselt die Ausgangsspannung des NAND-Gatters
1 wieder auf "0", so daß am Ausgang des Komperators 2 die Spannung wieder ansteigt.
Dieser Spannungsanstieg bewirkt, daß der Endstransistor T1 wieder öffnet und ein
Ausgangsstrom fließen kann. Sollte der aufgetretene Kurzschluß noch bestehen, so
erfolgt über den Schwellwertschalter S 1 und die Reihenschaltung von R 4 und D 1
wieder ein schnelles Entladen des Kondensators C, wodurch über das NAND-Gatter 1
und den Komperator 2 der Ausgangstransistor T1 erneut gesperrt wird. Dieser Vorgang
kann sich solange periodisch wiederholen, bis der Kurzschluß oder gegebenenfalls
eine andere aufgetretene Betriebsstörung beseitigt ist.
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Der Meßwiderstand KA1 und der Spinnungsteiler, bestehend aus R 1
und R 2, können so gewählt werden, daß der Ausgangsstrom so begrenzt wird, daß der
Ausgangstransistor T 1 sicher vor einer Zerstörung durch Überlastung geschützt ist.
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Anstelle des NAND-Gatters 1 kann auch ein Komperator eingesetzt werden.
Setzt man für den Schwellwertschalter S 1 einen Komperator ein. wird man in der
Dimensionierung freier und die Schaltschwellen werden genauer eingehalten.