DE1513057C

DE1513057C - Circuit arrangement for automatic shutdown of the operating voltage

Info

Publication number: DE1513057C
Authority: DE
Inventors: Günther Jagsch Christian 8000 München Mieth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-12-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Abschalten der Betriebsspannung ohne Polcnlialtrennung beim Auftreten von Überströmen bei elektrischen Geräten, insbesondere der Nachrichten- und Meßtechnik, bei der im Längszweig zwischen Stromquelle und Verbraucher eine Sericnschaltung, bestehend aus einem Meßwiderstand und der Emitter-Kollektorstrecke eines Stelltransistors, angeordnet ist, dessen Basisstrom vom Betriebszustand eines Steueftransistors abhängt, dessen ίο Emitter-Kollektorstrecke der Serienschaltung aus dem Meßwiderstand und der Emitter-Basisstrecke des Stclltransistors parallel geschaltet ist und in dessen Emitter-Basiskreis der Meßwiderstand liegt. ..,The invention relates to a circuit arrangement for automatically switching off the operating voltage without pole separation when overcurrents occur in electrical devices, in particular the communications and measurement technology, in the in-line branch A series circuit consisting of a measuring resistor between the power source and the consumer and the emitter-collector path of a control transistor is arranged, the base current of which depends on the operating state of a control transistor, whose ίο Emitter-collector path of the series connection of the measuring resistor and the emitter-base path of the Stclltransistor is connected in parallel and in whose emitter base circuit the measuring resistor is located. ..,

Vor allem bei Geräten, die mit Halbleiterbauelementen bestückt sind, besteht die Gefahr, 'daß diese Bauelemente bei Überlastung durch zu starke Erwärmung zerstört werden, wenn die Betriebsspannung nicht schnell genug abgeschaltet wird. Es ist bereits eine Anordnung zur Abschaltung der Betriebsspannung ohne Potentialtrennung bekannt, bei der zwischen Stromquelle und Verbraucher die Emitter-Kollektprstrecke eines Stelltransistors geschaltet ist, dessen Basissteuerstrom vom Betriebszustand eines Steuertransistors abhängt, dessen Emitter-Kollektorstrecke der Emitter-Basisstrecke des Stelltransistors parallel· geschaltet ist. Da in derartigen Schaltungen am Stelltransistor eine sehr große Verlustleistung auftreten kann, die in Wärme umgesetzt wird, müssen . unter Umständen dementsprechend große Kühlkörper vorgesehen werden.Especially with devices that use semiconductor components are equipped, there is a risk that these components will be overloaded by too strong Heating can be destroyed if the operating voltage is not switched off quickly enough. It is an arrangement for switching off the operating voltage without electrical isolation is already known in which the emitter-collector path between the power source and the consumer of a control transistor is connected, the base control current of the operating state of a Control transistor depends on the emitter-collector path of the emitter-base path of the control transistor is connected in parallel. Since a very large power loss occurs on the setting transistor in such circuits can, which is converted into heat, must. accordingly large heat sinks under certain circumstances are provided.

Die gleichen Maßnahmen zur Vermeidung unzulässig hoher Erwärmung des Stelltransistors bei Überstrom erfordert eine andere bekannte Schaltung, die als elektronische Sicherung für ein stabilisiertes Netzgerät arbeitet. Der Basis-Emitterstrecke des Stelltransistors ist die Kollektor-Emitterstrecke eines Steuertransistors in Serie mit einem Meßwiderstand parallel geschaltet. Die an einem Spannungsteiler der Stabilisierungsschaltung abgegriffene Steuerspannung für den Steuertransistor bewirkt in Verbindung mit dem Spannungsabfall am Meßwiderstand bei; Überstrom eine schnelle Sperrung des Stelltransistors.The same measures to avoid inadmissibly high heating of the control transistor in the event of overcurrent requires another known circuit that acts as an electronic fuse for a stabilized power supply is working. The base-emitter path of the control transistor is the collector-emitter path of a control transistor connected in series with a measuring resistor in parallel. The one at a voltage divider of the stabilization circuit tapped control voltage for the control transistor causes in connection with the Voltage drop at the measuring resistor at; Overcurrent a fast blocking of the control transistor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Stellglied in Serienregelschaltungen unmittelbar vor unzulässig hoher Erwärmung zu schützen. Gemäß der Erfindung wird das mit geringem Schaltungsaufwand bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung dadurch erreicht, daß in den Emitter-Basiskreis des Steuertransistors, der einen ausgeprägten Schwellwert in der Basis-Emitterkennlinie aufweist, zusätzlich ein mit dem Stelltransistor gut wärmeleitend verbundener Kaltleiter, der Teil eines Spannungsteilers im Querzweig der Schaltung ist, zur Temperaturüberwachung des Stelltransistors so eingeschaltet ist, daß die Summe der Spannungsabfälle wirksam ist.The invention is based on the object of directly providing the actuator in series control circuits to protect inadmissibly high temperatures. According to the invention, this is achieved with little circuit complexity achieved in the circuit arrangement described above that in the emitter base circuit of the control transistor, which has a pronounced threshold value in the base-emitter characteristic, In addition, a PTC thermistor connected to the setting transistor in a way that conducts heat well, which is part of a Voltage divider in the shunt of the circuit is switched on for temperature monitoring of the setting transistor is that the sum of the voltage drops is effective.

Unter Ausnutzung des Schwellwertes der Basis-Emittercharaktcristik des Steuertransistors wird der Stclltransistor vollkommen gesperrt,. wenn er nach einem Kurzschluß im Verbrauchergerät die maximal zugelassene Erwärmung und der zugeordnete Kaltleiter seinen Ansprechwert erreicht hat. Auf einen großen Kühlkörper, der in der Lage wäre, im Kurzschiußfall die Verlustwärme des Stelltransistors auch für längere Zeit in ausreichendem Maße abzuführen, kann hier verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß andere Bauteile, die mit dieser alsUsing the threshold value of the basic emitter characteristic of the control transistor, the control transistor is completely blocked. if he after a short circuit in the consumer device, the maximum permitted heating and the associated PTC thermistor has reached its response value. On a large heat sink that would be able to cut off in the event of a short circuit to dissipate the heat loss of the control transistor to a sufficient extent even for a longer period of time, can be omitted here. Another advantage is that other components with this as

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elektronische Sicherung wirkenden Schaltung zusammen in einem Gerät angeordnet sind, nicht unnötig aufgeheizt werden. In batteriebetriebenen Geräten wird außerdem die nutzlose Entladung der Stromquelle verhindert.electronic fuse-acting circuit are arranged together in one device, not unnecessary be heated up. In battery operated devices, the useless discharge of the power source is also avoided prevented.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. In
■ Fig. 1 ist ein Schaltbild der elektronischen Sicherung im Prinzip dargestellt; dieAn embodiment according to the invention is explained in more detail with reference to FIGS. In
1 shows a circuit diagram of the electronic fuse in principle; the

F i g. 2 und 3 zeigen die Kennlinie eines Kaltleiters und die der Strombegrenzung mit Temperaturüberwachung. F i g. 2 and 3 show the characteristic of a PTC thermistor and that of the current limitation with temperature monitoring.

Die elektronische Sicherung nach Fig. list zwischen der Betriebsspannungsquelle Ue und dem angedeuteten Gerät G, das einen vor Überstrom zu schützenden Verbraucher darstellt, angeordnet. Im Hauptstromkreis sind vom Laststrom durchflossen hintereinander der Meßwiderstand Rm und die Emitter-Kollektorstrecke des Stelltransistors Ts 1 angeordnet. In Abhängigkeit vom Aussteuerungszustand bewirkt der Stelltransistor die Strombegrenzung des bei Kurzschluß oder aus anderen Gründen auftretenden Überstromes. Die Basis des Stelltransistors ist über den Widerstand R1 mit dem anderen Pol (r-Pol) der Betriebsstromquelle verbunden. Die Steuerung des Stelltransistors erfolgt mit Hilfe des weiteren Transistors Ts 2, dessen Emitter über den Meß widerstand mit dem Emitter und dessen Kollektor mit der Basis des Stelltransistors verbunden sind. Zwischen Meßwiderstand/?/« und Stelltransistor ist im Qüerzweig der Schaltung ein Spannungsteiler angeordnet, . der aus einem Kaltleiter Rk und dem Widerstand R 2 besteht. Die . Basis des Steuertransistors Ts 2 ist mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden, so daß im Emitter-Basiskreis des Steuertransistors die Summe der Spannungsabfälle am Meßwiderstand und am Kaltleiter als Steuerspannung wirksam ist. Für die Wirkungsweise der Schaltung ist wichtig, daß der Steuertransistor Ts 2 in der Emitter-Basiskennlinie einen, ausgeprägten Schwellwert besitzt, wie er z. B. bei Silizium-Transistoren vorhanden ist. Die beiden Transistoren TiSl und Ts 2 sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp. Die Wirkungsweise ist jedoch nicht von der Verwendung von npn-Transistoren abhängig. Die Basis-Emitterspäünung am Transistor Ts 2 muß einen bestimmten Schwellwert überschreiten, damit er durchgesteuert werden kann. Als Folge davon sinkt die Ausgangsspannung am Verbraucher G ab. Bei Kurzschluß fließt, der durch den Meßwiderstand festgelegte Ausgangsstrom, während die Ausgangsspannung auf Null zurückgeht (Fig. 3). Die am Stelltransistor liegende Eingangsspannung und der. weiterhin fließende Strom- erwärmen den Transistor. Steigt die Temperatur über den Ansprechwert des Kaltleiters Rk, so erhöht sich dessen. Widerstand um einige Größenordungen (Fig. 2), so daß die Spannung an ihm steigt und der Steuertransistor Tj 2 vollkommen durchgeschaltet wird. Da in diesem Zustand die Emitter-Kollektorstrecke des Steuertransistors sehr niederohmig ist, geht der Basisstrom des Stelltransistors auf Null zurück und sperrt vollkommen; Da nun keine neue Verlustwärme mehr entsteht, kühlen der Stelltransistor und der Kaltleiter so weit ab, daß wieder Strom fließen kann. Nach und nach stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Verlustleistung des Transistors und dessen Temperatur bei einer dem Kaltleiter entsprechenden Temperatur ein. Der Stelltransistor Tj 1 kann sich inThe electronic fuse according to FIG. List is arranged between the operating voltage source Ue and the indicated device G, which represents a consumer to be protected from overcurrent. In the main circuit, the load current flows through the measuring resistor Rm and the emitter-collector path of the control transistor Ts 1 are arranged one behind the other. Depending on the modulation state, the control transistor limits the current of the overcurrent that occurs in the event of a short circuit or for other reasons. The base of the setting transistor is connected to the other pole (r-pole) of the operating current source via the resistor R 1. The control of the control transistor takes place with the help of the further transistor Ts 2, the emitter of which is connected to the emitter via the measuring resistor and the collector of which is connected to the base of the control transistor. A voltage divider is arranged in the cross-over branch of the circuit between the measuring resistor /? / «And the setting transistor. which consists of a PTC resistor Rk and the resistor R 2 . The . The base of the control transistor Ts 2 is connected to the tap of the voltage divider, so that the sum of the voltage drops across the measuring resistor and the PTC thermistor is effective as a control voltage in the emitter base circuit of the control transistor. For the operation of the circuit it is important that the control transistor Ts 2 in the emitter base characteristic has a pronounced threshold value, as it is, for. B. is present in silicon transistors. The two transistors TiSl and Ts 2 are of the same conductivity type. However, the mode of operation does not depend on the use of npn transistors. The base-emitter voltage at the transistor Ts 2 must exceed a certain threshold value so that it can be controlled. As a result, the output voltage at consumer G drops. In the event of a short circuit, the output current determined by the measuring resistor flows, while the output voltage drops to zero (FIG. 3). The input voltage applied to the setting transistor and the. current flowing- heat the transistor. If the temperature rises above the response value of the PTC thermistor Rk, it increases. Resistance by a few orders of magnitude (FIG. 2), so that the voltage across it rises and the control transistor Tj 2 is completely switched on. Since the emitter-collector path of the control transistor is very low-resistance in this state, the base current of the control transistor goes back to zero and blocks completely; Since there is no longer any new heat loss, the setting transistor and the PTC thermistor cool down to such an extent that current can flow again. Gradually, a thermal equilibrium is established between the power dissipation of the transistor and its temperature at a temperature corresponding to the PTC thermistor. The control transistor Tj 1 can be in

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τι Fall mehr unzulässig erwärmen. Der Einsatzder Temperaturüberwachung ist auf der Kennn F i g. 3 mit dem Buchstaben α bezeichnet. Der g. 3 gestrichelt dargestellte Kurvenverlauf besieh auf verschieden hohe Umgebungstempera-Bei tiefen Temperaturen, z. B. — 30° C, liegt nsprechwert höher, bei höheren Temperaturen, ■+- 60° C, tiefer als bei Raumtemperatur.τι case more impermissibly heat. The use of temperature monitoring is based on the Kennn F i g. 3 denoted by the letter α. The G. 3 curve shown in dashed lines on different high ambient temperatures - At low temperatures, z. B. - 30 ° C, the response value is higher, at higher temperatures, ■ + - 60 ° C, lower than at room temperature.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for automatically holding off the operating voltage without potential guiding when overcurrents occur in metric devices, especially the message and measurement technology, in which in the series branch vischen power source and consumer one irierschaltung, consisting of a measuring resistor and the emitter-collector section of a elltransistor, is arranged, whose base current) m operating state of a control transistor from

depends, the emitter-collector section of the series circuit of the measuring resistor and the emitter-base section of the control transistor is connected in parallel and in whose emitter-base circuit the measuring resistor is located, characterized in that in the emitter-base circuit of the control transistor (Ts 2), the one pronounced having threshold value in the base-emitter characteristic curve, in addition, a the control transistor PTC thermistor (Ts 1) a good heat conductor connected (Rk) which is part of a voltage divider in the transverse branch of the circuit, is turned on for monitoring the temperature of the control transistor (Ts 1) so that the sum the voltage drop is effective.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the PTC thermistor (Rk) with a further resistor (R 2) forms a voltage divider which is arranged in the shunt of the circuit and whose tap is connected to the base of the control transistor (Ts 2).

1 sheet of drawings