DE3515133A1 - Kurzschlussfeste transistorendstufe - Google Patents

Kurzschlussfeste transistorendstufe

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DE3515133A1
DE3515133A1 DE19853515133 DE3515133A DE3515133A1 DE 3515133 A1 DE3515133 A1 DE 3515133A1 DE 19853515133 DE19853515133 DE 19853515133 DE 3515133 A DE3515133 A DE 3515133A DE 3515133 A1 DE3515133 A1 DE 3515133A1
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DE
Germany
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transistor
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DE19853515133
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English (en)
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Heidebrecht 7537 Remchingen Hill
Franz 7526 Abstadt Pachner
Rainer Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Rudolph
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • Beschreibung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Schwellwertschalter ist vorzugsweise als Komperator ausgebildet. Als Ausgangstransistor wird vorzugsweise ein Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor eingesetzt.
  • 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.
  • Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher eriäutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Kurzschlußfeste Transistorendstufe mit einer Ansteuerschaltung zur Abschaltung des Endtransistors im Kurzschlußfall, deren Ausgangsstrom einen elektrischen Verbraucher und einen Meßwiderstand durchfließt und deren Ansteuerschaltung die am Meßwiderstand abfallende Meßspannung überwacht; dadurch gekennzeichnet, daß eine der Meßspannung (UM) proportionale Spannung am Eingang eines Schwellwertschalters (S1) anliegt, daß der Ausgang des Schwellwertschalters (S 1) bei einem eingangsseitigen Überschreiten seiner Schaltschwelle von einem ersten Potential auf ein zweites, im Kurzschlußfall auftretendes Potential wechselt, und daß das zweite Potential ein schnelles Abschalten, während das erste Potential ein verzögertes Wiedereinschalten des Ausgangstransistors (T1) bewirkt.
  2. 2. Transistorendstufe nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schwellwertschalters (S1) über einen ersten, größeren ohmschen Widerstand (R 3) und über die aus einer Diode und einen zweiten. kleineren ohmschen Widerstand (R 4) bestehende Reihenschaltung mit dem Irciell Aiischluß eines nn cincin konslanrcn l'otenlial liegenden Kondensator (C) verbunden ist. und daß der Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung (Ur) einoder ausgeschaltet wird.
  3. 3. Transistorendstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (S1) den Kondensator (C) bei zu hohem Ausgangsstrom bzw. im Kurzschlußfall über den niederohmigen Widerstand (R4) entlädt, worauf ein Abschalten des Ausgangsstroms erfolgt, und bei geringerem Ausgangsstrom über den hochohmigen Widerstand (R3) wieder auflädt, worauf ein Einschalten des Ausgangstransistors (T1) erfolgt.
  4. 4. Transistorendstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (S 1) ein Komperator oder ein NAND-Gatter ist.
  5. 5. Transistorendstufe nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorsp'.innung(t4) bei Überschreiten einer vorgcgebenen Schaltschwelle über einen nachfolgenden Komperator (2) die Steuerspannung des Ausgangstransistors (Tl), der vorzugsweise ein Leistungs-Feldeffekttransistor ist, umschaltet.
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