DE2000993A1 - Schaltungsanordnung zur Kurzschlussstrombegrenzung - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Kurzschlußstrombegrenzung Elektronische Digital-Schaltkreise der kontaktlosen Steuer-und Regeltechnik enthalten am Ausgang einen Schalttransistor, dessen Emitter meist direkt mit einem Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist und dessen Kollektor den Ausgang darstellt. Kurzschlüsse des Ausgangs gegen eine der Speisespannungspole sind bei gesperrtem Transistor unkritisch. Ist der Transistor jedoch durchlässig und tritt ein Kurzschluß des Ausgangs gegen den Pol auf, der dem am Emitter entgegengesetzt ist, so fließt infolge der niederohmigen Kollektor-Emitter-Strecke ein großer Strom, der den Transistor in relativ kurzer Zeit thermisch zerstört. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Lösung der Aufgabe, den Kurzschlußstrom auf einen durch die Dimensionierung der Schaltung festzulegenden Wert zu begrenzen.
• Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußstrombegrenzung in den Transistor-Ausgangsstromkreisen elektronischer Bausteine der kontaktlosen Steuer-und Regeltechnik, und die Erfindung besteht darin, daß eine dem Laststrom des Ausgangstransistors proportionale Spannung in den Steuerkreis eines Hilfstransistors eingespeist wird, dessen Kollektor mit der Basis des Ausgangertransistors verbunden ist.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dient der Spannungsabfall am Emitterwiderstand des Ausgangs transistors ale Steuerspannung für den Hilfetransistor. Die Kollektoren beider Transistoren sind über Je einen Kollektorwiderstand mit dem Betriebspotential der Speisestromquelle verbunden, und die Ansteuerung des Ausgangsstromkreises erfolgt über eine mit dem Kollektor des Hilfstransistors verbundene Eingangssteuerleitung, die mit dem Ausgangskreis eines vorgeschalteten Steuerbausteins verbunden sein kann.
• Bei Totem-Pole-Transistor-Ausgangsstromkreisen, also bei Ausgangsstromkreisen, die zwei mit ihren Schaltstrecken hintereinandergeschaltete Ausgangstransistoren enthalten, kann die Erfindung in der Weise realisiert werden, daß die den Hilfstransistor enthaltende Strombegrenzungsschaltung dem bezugspotentialseitigen Ausgangstransistor der Totem-Pole-Auagangsschaltung zugeordnet ist, und die Ansteuerung des Kreises über eine Steuerleitung erfolgt, die an die Basis eines Steuertransistors angreift, dessen Emitter mit dem Kollektor des Hilfstransistors und dessen Kollektor einerseits mit der Basis des betriebspotentialseitigen Ausgangstransistors und andererseits über den Kollektorwiderstand mit dem Betriebspotential verbunden ist.
• Die Erfindung beruht auf folgenden Uberlegungen: Im Emitterkreis des Ausgangs transistors befindet sich ein kleiner Widerstand, dessen Spannungsabfall für Nennstrom die Ausgangsspannung des Transistors im Zustand der logischen Null nicht unzulässig erhöht. Uberschreitet der Laststrom einen bestimmten Wert, so übersteigt die Spannung an dem Widerstand die Basis-Emitter-Schwellspannung eines Hilfstransistors, dessen Kollektor mit der Basis des Haupttransistors verbunden ist. Dadurch wird der Hilfstransistor leitend und entzieht dem Ausgangstransistor gerade soviel Basisstrom, daß der Ausgangs transistor soweit gesperrt wird, daß nur noch der vorgegebene Strom fließen kann. Aufgrund der relativ einfachen Schaltung kann diese Art der Stromgegenkopplung ohne große Kosten in Schaltkreissysteme eingebaut werden. Besondere Vorteile ergeben sich bei integrierter monolytischer Technik, da hier praktisch keine Mehrkosten entstehen. Die Schaltung ist, wie achon dargelegt, anwendbar für Ausgänge mit nur einem Transietor, aber auch für solche mit Doppeltraneistoren in Hintereinanderschaltung.
• Die Erfindung sei nachstehend anhand zweier Figuren näher erläutert.
• In der Fig. 1 stellt der Transistor T11 den Ausgang eines Schaltkreises dar, dessen übrige Anordnung für die Erfindung unwesentlich und deshalb nicht dargestellt ist. Wird der Ausgang A gegen den negativen Pol der Speisespannung kurzgeschlossen, so wird der Strom durch den Lastwiderstand RL begrenzt. Findet jedoch ein Kurzschluß gegen den positiven Pol statt und ist der Transistor T11 leitend, so fließt über die niederohmige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T11 ein sehr großer Strom, der zur Zerstörung des Ausgangstransistors führen kann. Durch die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1, die desweiteren einen Widerstand RE1 und einen Hilfstransistor T21 enthält, kann der Kurzschlußstrom auf einen gewünschen Wert begrenzt werden. Der Widerstand RE1 im Emitterkreis des Transistors Tll wird in seiner Größe so gewählt, daß das Produkt aus dem Widerstand und dem gewünschten Maximalstrom gleich der Basis-Emitter-Schwellspannung des Transistors T21 ist. Erreicht der Strom im Transistor T11, z.B. durch Uberlastung oder durch Kurzschluß, diesen Maximalstromwert, eo wird der Transistor T21 leitend und entzieht dem Transistor Til einen Teil des Basisstromes. Der Transistor T11 wird nun gerade soweit gesperrt, daß nur noch der gewünschte Maximalstrom fließen kann. Für die Zeit des Kurzschlusses entsteht am Transistor Til eine Verlustleistung, die dem Produkt aus dem vorgegebenen Strom und nahezu der vollen Batteriespannung entspricht, und es ist eine Frage der Dimensionierung des Transistors und seiner Kühlschelle, ob diese Verlustleistung im Dauerkurzschluß übernommen werden kann. Für kurzzeitige Kurzschlüsse, die bei bisherigen Ausgangsechaltungen sicher zur Zerstörung führen, ist diese Schaltungsanordnung in jedem Fall ein ausreichender Schutz.
• Der Kollektor des Hilfstransistors T21 ist einerseits mit der Basis des Ausgangstransistors Til und andererseits über den Kollektorwiderstand RB1 mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden, während der Emitter des Transistors T21 am negativen Pol dieser Quelle liegt. Die Kosten eines solchen Aufbaues sind aufgrund der sehr einfachen Schaltungsanordnung, die nur einen weiteren Transistor, nämlich den Uilfstransistor T211 und einen Widerstand benötigt, außerordentlich gering; für integrierte monolytische Schaltkreise ist dieser Mehraufwand durchaus vernachlässigbar.
• Die Fig. 2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei hintereinandergeschalteten Ausgangstransistoren T12 und T42 in Totem-Pole-Schaltung. Der Ausgang des Schaltkreises - ebenfalls mit A bezeichnet - ist an den Kollektor des Transistors T12 angeschlossen. Der Emitter des Transistors T12 ist über den Widerstand RE1 mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbunden, während der Kollektor des Transistors T12 über die Diode D mit dem Emitter des darübergeschalteten Ausgangstransistors T42 verbunden ist; der Kollektor dieses Transistors liegt über den Lastwideratand RL am positiven Pol der Betriebsstromquelle. Die Basis des Transistors T22 ist mit dem Emitter des Transistors T12 verbunden, und der Kollektor des Transistors T22 liegt am Emitter des Transistors T32 und ist überdies mit der Basis des Transistors T12 verbunden.
• Der Kollektor des Transistors T32 ist einerseits an die Basis des Transistors T42 angeschlossen und andererseits über den Kollektorwiderstand RB2 mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden. Die Ansteuerung des Schaltkreises erfolgt von der Eingangs steuerleitung E her, die an die Basic des Transistors T32 angreift.
• 2 Figuren 4 Patentansprüche

Claims (4)

1. Patentansprüche S Schaltungsanordnung zur Kurzschlußstrombegrenzung in den Transistor-Ausgangsstromkreisen elektronischer Bausteine der kontaktlosen Steuer- und Regeltechnik, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Laststrom des Ausgangstransistors (T11) proportionale Spannung in den Steuerkreis eines Hilfstransistors (T21) eingespeist wird, dessen Kollektor mit der Basis des Ausgangstransistors (T11) verbunden ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall am Emitterwiderstand (RE1) des Ausgangs transistors (teil) als Steuerspannung für den Hilfstransistor (T21) dient.
3. 3, Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren beider Transistoren (Til, 21) über Je einen Kollektorwiderstand (RL, RB1) mit dem Betriebspotential-der Speisestromquelle verbunden sind, und die Ansteuerung des Äusgangsstromkreises über eine mit dem Kollektor des Hilfstransistors (221) verbundene Eingangssteuerleitung (E) erfolgt, die mit dem Ausgangskreis eines vorgeschalteten Steuerbausteins verbunden sein kann (Fig. 1).
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für Totem-Pole-Transistor-Auegangsstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hilfstransistor (T22) enthaltende Strombegrenzungsschaltung dem bezugepotentialseitigen Ausgangstransistor (T12) der Totem-Pole-Ausgangsschaltung zugeordnet ist, und die Ansteuerung des Kreises über eine Steuerleitung (E) erfolgt, die an die Basis eines Steuertransistors (T32) angreift, dessen Emitter mit dem Kollektor dee Hilfetran tore <T22) und dessen Kollektor einerseite mit der Basis des betriebspotentialseitigen Ausgangs transistors (T42) und andererseits über den Kollektorwiderstand (RB2) mit dem Betriebepotential verbunden ist. Leerseite