PROTECTION CIRCUIT FOR SWITCHING TRANSISTOR

Abstract: 1. Protective circuit for a switching transistor (V1) which is triggered via a transformer (T1), comprising a semiconductor switch (D3) which is connected in parallel with the base-to-emitter path of the switching transistor (V1) and which is switched-on in the event of excess current in the collector-to-emitter path of the switching transistor (V1), there being arranged between the base and collector of the switching transistor (V1) the series connection of a resistance (R1) and a diode (D1) which is poled in a reverse direction in respect of the collector voltage of the switching transistor (V1), and the point of connection between the resistance (R1) and diode (D1) being connected via a capacitor (C1) to the reference potential of the circuit arrangement and via a threshold value member (D2) to the control input of the semiconductor switch (D3), characterised in that each trigger impulse on the primary side of the transformer (T1) is compared to a reference voltage, and in that a disturbance signal is emitted in the event of a fall below the reference voltage.

Description: Schutz schaltung für einen Schalttransistor Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für einen Schalttransistor mit einem zur Basis-Emitterstrecke parallel liegenden Halbleiterschalter, der bei Überstrom in der Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors eingeschaltet wird. Eine derartige Schutzschaltung zum Einsatz in einem stabilisierten Netzgerät ist aus dem Buch "Elektronik- Selbstbau-Praktikum" von S. Virsum, 4. Auflage, Seite 292 bekannt. Als Halbleiterschalter ist dabei ein Transistor vorgesehen, der bei überstrom die Kollektor Emitterstrecke des zu schützenden Endtransistors kurzschliesst,so dass dieser keinen Basisstrom mehr erhält und somit der Kollektor-Emitter-Strom annähernd auf Null zurückgeht. Zur Erfassung des Uberstroms ist im Emitter Strompfad ein Messwiderstand angeordnet. Dieser Messwider- stand wird vom gesamten Laststrom durchflossen und muss daher eine hohe Belastbarkeit aufweisen. Ausserdem bedingt er zusätzliche Verluste, die z.B. über einen Kühlkörper abgeführt werden müssen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass ein eventueller Uberstrom ohne gesonderte Widerstände im Kollektor-Emitterstrompfad erfasst wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen Basis und Kollektor des Schalttransistors die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode angeordnet ist, deren Kathode mit dem Kollektor verbunden ist und dass der Verbindungspunkt zwischen Widerstand und Diode über einen Kondensator mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung und über ein Schwellwertglied mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters verbunden ist. Bei dieser erfindungsgemässen Schutzschaltung wird das Ansteigen der Kollektor-Emitterspannung des Schalttransistors als Kriterium für das Auftreten eines Uber- stroms benutzt. Daher sind keine Widerstände mit hoher Belastbarkeit im Laststromkreis notwendig. Die Schaltung kann aus einfachen und billigen Bauteilen mit geringem Aufwand aufgebaut werden. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Widerstand und der Basis des Schalttransistors eine Z-Diode angeordnet. Damit steht bei angesteuertem Schalttransistor an der Reihenschaltung des Widerstandes und der Diode die Summe der Basis-Emitterspannung des Schalttransistors und der Zenerspannung der Z-Diode an, so dass zur Ansteuerung des Halbleiterschalters eine höhere Spannung zur Verfügung steht. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn das Schwellwertglied eine Z-Diode ist. Wenn der Schalttransistor durch einen übertrager angesteuert wird, kann jeder Ansteuerimpuls auf der Primärseites des übertrager mit einer Referenzspannung verglichen und bei Unterschreitung der Referenzspannung ein Störsignal abgegeben werden. Damit kann das Ansprechen der Schutzschaltung auf der Primärseite des Ubertragers erfasst werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in folgenden anhand der Figur erläutert. Die Figur zeigt einen Schalttransistor V1, der über einen Ubertrager T1 angesteuert wird. Die Primärseite des über tragers TI liegt in Reihe mit einem Ansteuertransistor V2 an einer Konstantstromquelle S. Die Sekundärwicklung des Ubertragers T1 ist einerseits mit dem Emitter des Schalttransistors V1 und andererseits über eine Ansteuerdiode D5, eine Z-Diode D4 und eine weitere Diode D6 mit der Basis des Schalttransistors V1 verbunden. Zwischen dem Kollektor des Schalttransistors VI und dem Verbindungspunkt zwischen der Ansteuerdiode D5 und der Z-Diode D4 liegt die Reihenschaltung einer Diode DI und eines Widerstandes RI, wobei die Diode D1 in Bezug auf die Kollektorspannung in Sperrichtung gepolt ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Ansteuerdiode D5 und der Z-Diode D4 ist über einen Thyristor D3 als Halbleiterschalter mit dem Emitter des Schalttransistors VI verbunden. Das Gitter des Thyristors D3 wird über eine weitere Z-Diode D2 durch die Spannung zwischen Widerstand R1 und Diode D1 angesteuert. Zur Verzögerung dieser Spannung ist zwischen dem Bezugspotential und dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und der Diode DI ein Kondensator C1 angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen Z-Diode D4 und Diode D6 ist mit einer in Bezug auf die Kollektorspannung in Sperrichtung gepolte Antisättigungsdiode D7 zum Kollektor des Schalttransistors VI überbrückt. Der Kollektor des Schalttransistors V1 liegt über einen Lastwiderstand R2 an der Lastspannung UL. Wenn der Ansteuertransistor eingeschaltet wird, so fliesst durch die Primärwicklung des Ubertragers TI ein konstanter Strom 1E > der auf die Sekundärseite des Ubertragers TA als Strom IA transformiert ird. Der Strom IA fliesst über die Diode D5,die Z-Diode D4 und die Diode D6 in die Basis Emitterstrecke des SchalttransistorsVI, der dadurch einschaltet. Die Antisättigungsdiode D7 ist vorgesehen, um bei zu hoher Basis-Emitterspannung den Strom IA über die Kollektor-Emitterstrecke abzuleiten und damit eine über sättigung des Transistors V1 zu verhindern. An dem durch den Widerstand R1 und die Diode D1 gebildeten Spannungsteiler steht an der Widerstandsseite die Summe der Zener spannung der Z-Diode D4, der Durchlassspannung der Diode D6 und der Basis-Emitterspannung des Schalttransistors V7 an. An der Diode dz steht die Kollektor-Emitterspannung des Schalttransistors V1 an. Die Rollektor-Emitter- spannung UA des Schalttransistors V1 hängt vom Laststrom IL ab. Solange dieser nicht zu gross wird, bleibt auch die Kollektor-Emitterspannung UA klein, so dass die zwischen dem Widerstand R1 und der Diode D1 abgegriffene Spannung unter der Zenerspannung der Z-Diode D2 liegt. Damit wird der Thyristor D3 nicht durchgesteuert. Steigt dagegen der Laststrom 1L an, so wird auch die Kollektor Emitterspannung UÄ grösser, bis schliesslich die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und der Diode D1 die Zenerspannung der Z-Diode D2 übersteigt und damit der Thyristor D3 gezündet wird. Dabei fliesst der Ansteuerstrom IA des Übertragers TI über den Thyristor D3, so dass der Schalttransistor VI sperrt und der Über- strom beseitigt ist. Der Thyristor D3 bleibt solange leitend, bis der Ansteuerstrom 1A verschwindet. Wenn beim nächsten Einschalten des Schalttransistors VI die Uberlastungsursache noch nicht beseitigt ist, so erfolgt wiederum eine Abschaltung des Schalttransistors V1. Beim Einschaltvorgang wird mit dem Ansteuerstrom 1A sofort die Spannung am Verbindungspunkt zwischen der Diode D5 und der Z-Diode D4 aufgebaut. Der Schalttransistor:: VI leitet dagegen im ersten Moment noch nicht, so dass eine hohe Rollektor-Emitterspannung UA ansteht. Um zu verhindernj dass diese hohe Spannung zu einem Durchsteuern des Thyristors D3 und damit zu einer llnerwunschten Ableitung des Ansteuerstroms 1A führt, ist ein Kondensator C1 vorgesehen, der zusammen mit dem Widerstand R1 ein RC-Glied bildet, das den Spannungsanstieg an der Z-Diode D2 verzögert. Die Spannung UE auf der Primärseite des Übertragers TI ist von der Spannung auf der Sekundärseite abhängig. Wenn der Thyristor D3 durchgeschaltet hat, wird die Spannung UE sehr klein. Diese Tatsache wird in der Schaltung nach Figur 1 zur Anzeige für das Ansprechen des Uberlastschutzes ausgewertet. Dazu ist ein Komparator K vorgesehen, der die Spannung UE auf der Primärseite des Ubertragers T7 mit einer Referenzspannung UREF vergleicht. Der Komparator K liefert an seinen Ausgang dann ein Störsignal, wenn die Spannung UE unter der Referenzspannung UREF .liegt, d.h. wenn der Thyristor D3 durchgezündet ist. Mit der beschriebenen Schaltung ist es also auf einfache Weise möglich, einen Transistor zuverlässig gegen Über- lastung zu schützen. Dabei list weder eine gesonderte Hilfsspannung noch ein Verluste verursachender Widerstand im Lastkreis erforderlich. Das Ansprechen der Uberwachungsschaltung kann unter Beibehaltung der Potentialtrennung zwischen Primär- und Sekundärseite auf der Primärseite des Ubertragers angezeigt werden. 1 Figur 4 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Schutzschaltung für einen Schalttransistor mit einem zur Basis-Emitterstrecke parallel liegenden Halbleiter- schalter, der bei Überstrom in der Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors eingeschaltet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen Basis und Kollektor des Schalttransistors (V1) die Reihenschaltung eines Widerstandes (R1) und einer Diode (D1) angeordnet ist, deren Kathode mit dem Kollektor verbunden ist und dass der Verbindungspunkt zwischen Widerstand (R1) und Diode (D1) über einen Kondensator (Ci) mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung und über ein Schwellwertglied (D2) mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters (D3) verbunden ist. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, d a d u r-c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Widerstand (R1) und der Basis des Schalttransistors (V1) eine Z-Diode (D4) angeordnet ist. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schwellwertglied (D2) eine Z-Diode ist. 4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis .3, wobei der Schalttransistor durch einen übertrager angesteuert wird, d a d u r c b - g e k--e n n z e i c h n e t , dass jeder Ansteuerimpuls auf der Primärseite des Ubertragers (T1) mit einer Referenzspannung verglichen wird und dass bei Unterschreitung der Referenzspannung ein Störsignal abgegeben wird.

Inventors: STEINIGEWEG, ROLF-JURGEN, Steinigeweg, Rolf-Jürgen
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: H03K17
IPC codes: H03K17