DE1185221B - Impulsgesteuerter elektronischer Schalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1185 221

Aktenzeichen: B 69829 VIII a/21 al

Anmeldetag: 1. Dezember 1962

Auslegetag: 14. Januar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen impulsgesteuerten elektronischen Schalter, der einen abwechslungsweise vom stromleitenden in den gesperrten Zustand übergehenden Leistungstransistor mit einem in dessen Kollektorkreis angeordneten Verbraucher und einen auf den Leistungstransistor einwirkenden und durch eine Rückkopplung in einem jeweils zu diesem entgegengesetzten Betriebszustand gehaltenen Steuertransistor aufweist und außerdem ein zum Schutz des Leistungstransistors gegen unzulässig hohe Lastströme dienendes Kippgerät mit einem Eingangsund einem Ausgangstransistor hat, wobei der Eingangstransistor an einen in der Emitterzuleitung des Leistungstransistors liegenden Widerstand angeschlossen ist.

Es sind bereits elektronische Schalter dieser Art bekanntgeworden, bei welchen zum Schutz des Leistungstransistors eine bistabile Multivibratorschaltung vorgesehen ist, welche beim Auftreten unzulässig hoher Laststromwerte des Leistungstransistors in einen Betriebszustand umgesteuert wird, in welchem sie den Leistungstransistor unmittelbar sperrt. Hierbei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß gleichzeitig auch die laststromabhängige Steuergröße für das Kippgerät verschwindet und daher nur durch eine bistabile Ausbildung des Kippgeräts verhindert werden kann, daß dieses sofort wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückkippen kann. Zum Zurückholen des Kippgeräts ist bei den bekannten Schaltern eine von Hand betätigbare Taste vorgesehen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, in einem impulsgesteuerten elektronischen Schalter eine Schutzvorrichtung für den Leistungstransistor vorzusehen, welche es gestattet, den Leistungstransistor während eines noch laufenden Steuerimpulses in seinen Sperrzustand zurückzuführen, sobald und solange in dessen Laststromkreis ein Kurzschluß oder eine andere, einen zu hohen Laststrom ergebende Betriebsstörung vorliegt.

Von einer solchen Sicherungsvorrichtung gegen Überlastung wird außerdem verlangt, daß sie bei Erhöhungen des Laststromes im Leistungstransistor von nur wenigen Prozenten anspricht und so schnell wirksam wird, daß der Laststrom auch im Kurzschlußfall innerhalb der Ansprechzeit keine unzulässig hohen Werte annehmen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Kippgerät monostabil ausgebildet ist und daß sein Ausgangstransistor mit der Basis des Steuertransistors verbunden ist.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des Impulsgesteuerter elektronischer Schalter

Anmelder:

Robert Bosch G. m. b. H.,

Stuttgart 1, Breitscheidstr. 4

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Hermann Scholl, Stuttgart - -

Kippgerätes als monostabiler Multivibrator ergibt sich der Vorteil, daß der Leistungstransistor für einen nachfolgenden Steuerimpuls bereits nach sehr kurzer, auf die weggefallene Betriebsstörung folgender Verzögerungszeit selbsttätig betriebsbereit wird und nicht erst durch die sonst üblichen, bei den bekannten

zo bistabilen Sicherungsmultivibratoren vorgesehenen Rückholtasten in die Betriebsstellung zurückgeschaltet werden muß.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von drei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines monostabilen elektronischen Schalters mit monostabilem Sicherungsmultivibrator,

F i g. 2 das Schaltbild eines bistabilen Sicherungsmultivibrators zum Anschluß an den elektronischen Schalter nach Fig. 1 und

F i g. 3 das Schaltbild eines bistabilen elektronischen Schalters mit monostabilem Sicherungsmultivibrator.

Der elektronische Schalter nach Fig. 1 enthält einen Eingangstransistor Tl und einen Endtransistor Γ 2, die zusammen mit einem Kopplungskondensator 10 und einem Kopplungswiderstand 11 einen monostabilen Multivibrator bilden.

Der Eingangstransistor Π liegt mit seinem Emitter an einer zum Pluspol einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle führenden Plusleitung 12 und mit seinem Kollektor über einen Widerstand 13 an einer Minusleitung 14. Seine Basis ist über einen Widerstand 15 mit der Plusleitung 12, über eine in Durchlaßrichtung betriebene Diode 16 und einen Widerstand 17 mit der Minusleitung 14 und über einen Kondensator 18 mit einer Eingangsklemme 19 für die Steuerimpulse des monostabilen Multivibrators verbunden.

Der Endtransistor Γ 2 ist ebenso wie der Eingangstransistor Tl vom pnp-Typ. In seiner Emitterleitung

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liegt ein Widerstand 20 und in der Kollektorleitung löseimpulse ist. Dadurch wird erreicht, daß der

ein Lastwiderstand 21. elektronische Schalter während eines Auslöseimpulses

Zur Überwachung des durch den Transistor Γ 2 nicht zweimal betätigt werden kann, jedoch für jeden fließenden Laststromes dient ein mit einem unter- neuen Auslöseimpuls wieder betriebsbereit ist. Das brochenen Linienzug umrandeter monostabiler Multi- 5 ist besonders dann vorteilhaft, wenn mit vorwiegend vibrator 22, der die Funktion einer elektronischen kurzzeitigen Störungen oder Kurzschlüssen am Last-Sicherung für den Endtransistor Γ 2 ausübt und des- widerstand 21 gerechnet wird,
halb als Sicherungsmultivibrator bezeichnet wird. Er Soll die Sicherung den elektronischen Schalter im zeigt den bekannten Aufbau monostabiler Multivibra- Schadensfall so lange abschalten, bis der Schaden toren mit einem Eingangstransistor Γ3 und einem io behoben und die Sicherung durch eine von Hand Ausgangstransistor Γ4, einem Kopplungskondensator betätigte Signaleinrichtung wieder zurückgestellt ist, 23, den Basiswiderständen 24 und 25 und den KoI- so muß der Sicherungsmultivibrator bistabil ausgelegt lektorwiderständen 26 und 27. Die Emitter beider sein. Eine derartige Ausführung zeigt F i g. 2 in ihrem Transistoren Γ3 und Γ 4 sind über einen gemein- Schaltbild.

samen, einstellbaren Widerstand 28 mit der Plus- 15 Der Sicherungsmultivibrator 40 nach F i g. 2 unterleitung 12 verbunden. Der Eingangstransistor Γ 3 ist scheidet sich von dem Sicherungsmultivibrator 22 mit seiner Basis über einen Widerstand 29 an den nach F i g. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Kopp-Emitter des Endtransistors Tl und der Ausgangs- lungskondensator 23 des ersten Ausfünrungsbeispiels transistor Γ 4 mit seinem Kollektor über einen Wider- durch zwei Kopplungswiderstände 41 und 42 ersetzt stand 30 an die Basis des zum elektronischen Schalter 20 ist. Dadurch erhält der Multivibrator 40 zwei stabile gehörenden Eingangstransistors Tl angeschlossen. Schaltzustände. Die übrigen gleichwirkenden Schalt-

Der elektronische Schalter und der Sicherungs- elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie

multivibrator nach F i g. 1 wirken folgendermaßen beim Sicherungsmultivibrator 22 nach F i g. 1 ver-

zusammen: sehen.

Nach Einschalten der Betriebsspannung sind die 25 Um sicherzugehen, daß beim Einschalten des Transistoren Tl und Γ 4 stromleitend und die Tran- Gerätes stets der Ausgangstransistor Γ 4 des SichesistorenT2 und Γ 3 infolgedessen gesperrt. Gelangt rungsmultivibrators 40 stromleitend wird und der ein gegenüber dem Potential der Plusleitung 12 posi- Eingangstransistor Γ 3 gesperrt bleibt, ist zwischen tiver Impuls auf die Eingangsklemme 19 des elektro- dem Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 42 rüschen Schalters, so wird der Transistor Tl gesperrt, 30 und der Minusleitung 14 ein Kondensator 43 ange- und der aus den Transistoren Tl und Γ 2 bestehende ordnet. Dann herrscht beim Einschalten des Gerätes monostabile Multivibrator kippt in seinen labilen am Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 42 Schaltzustand. Während der Verweilzeit im labilen sofort die volle Betriebsspannung, so daß der Basis-Zustand, deren Länge durch die Zeitkonstante des strom durch den Transistor Γ 4 stärker ist als derdurch den Widerstand 17 und den Kondensator 10 35 jenige durch den Transistor Γ3.
gebildeten i?C-Gliedes bestimmt ist, liegt annähernd Überschreitet der Laststrom durch den Endtransidie volle Betriebsspannung am Lastwiderstand 21. stör Γ2 des elektronischen Schalters nach Fig. 1 Die Restspannung, die am Emitterwiderstand 20 ab- seinen zulässigen Höchstwert, so wechselt der Sichefällt, reicht bei dem maximal zulässigen Laststrom rungsmultivibrator 40 in seinen anderen, ebenfalls gerade noch nicht aus, um den Transistor Γ 3 in 40 stabilen Betriebszustand über, in dem der Eingangsseinen stromleitenden Zustand zu steuern. Über- transistor Γ 3 stromleitend und der Ausgangstransistor schreitet der durch den Transistor Γ 2 fließende Last- Γ 4 gesperrt ist. Durch die Kopplung mit dem Ausstrom, z. B. infolge eines Kurzschlusses am Last- gangstransistor Γ4 über den Widerstand 30 wird der widerstand 21, seinen zulässigen Höchstwert, so ver- Transistor Tl des elektronischen Schalters gleichschiebt sich das Emitterpotential des Transistors Γ 2 ₄₅ zeitig stromleitend und damit der Endtransistor Γ 2 zu negativeren Werten. Dann kann ein Basisstrom gesperrt. In diesem Zustand verharrt die Schaltung durch den Transistor Γ 3 fließen. Der Transistor Γ 3 so lange, bis der Sicherungsmultivibrator 40 durch wird stromleitend, und der Sicherungsmultivibrator eine von Hand betätigte Signaleinrichtung in seinen kippt in seinen labilen Schaltzustand. Dabei tritt am ursprünglichen Schaltzustand zurückgeschaltet ist und Kollektor des nunmehr gesperrten Transistors T 4 ein 50 damit der elektronische Schalter zur Aufnahme eines Spannungssprung in negativer Richtung auf, der über neuen Auslöseimpulses an der Eingangsklemme 19 den Widerstand 30 an die Basis des Transistors Π bereit ist.

geleitet wird. Unabhängig vom jeweiligen Entlade- In F i g. 3 ist schließlich die Kombination eines zustand des i?C-Gliedes 10 bis 17 wird der Transistor bistabilen elektronischen Schalters mit einem mono- Tl durch diesen Impuls sofort stromleitend, so daß 55 stabilen Sicherungsmultivibrator 50 in ihrem Schaltder elektronische Schalter in seinen stabilen Zustand bild dargestellt. Soweit auch hier gleichwirkende zurückkippt und der Endtransistor Γ 2 stromlos wird. Schaltelemente wie im ersten Ausführungsbeispiel Die Sperrung des Endtransistors Tl erfolgt innerhalb verwendet sind, sind sie mit den dortigen Bezugsweniger Mikrosekunden nach Überschreiten des zu- zeichen versehen.

lässigen Laststromwertes, bevor der Endtransistor 60 Der bistabile Schalter enthält die zwei Transisto-

beschädigt werden kann. renTl und TS. Der Kopplungskondensator 10 des

Die Verweilzeit des Sicherungsmultivibrators im monostabilen Schalters nach Fig. 1 ist durch einen

labilen Schaltzustand, die durch die Zeitkonstante Kopplungswiderstand 51 ersetzt. In der Kollektor-

des ÄC-Gliedes 23 bis 25 bestimmt wird, ist so be- zuleitung des Transistors Γ 5 liegt ein Widerstand 52,

messen, daß sie einerseits langer als die Dauer des 65 in seiner Emitterzuleitung ein Widerstand 53. Dem

auf den elektronischen Schalter wirkenden Auslöse- bistabilen Schalter ist eine Leistungsstufe nach-

impulses, andererseits kürzer als der kleinste auf- geschaltet, die einen Leistungstransistor T 6, den in

tretende Abstand zweier aufeinanderfolgender Aus- der Kollektorzuleitung angeordneten Lastwiderstand

21 und einen in Reihe mit einem nichtlinearen Widerstand 54 geschalteten Emitterwiderstand 55 enthält. Die Basis des Transistors Γ 6 ist mit dem Emitter des Transistors Γ 5 direkt verbunden. An dem Emitter des Transistors T 6 ist der Sicheningsmultivibrator 50 mit seinem Widerstand 29 angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als nichtlinearer Emitterwiderstand 54 eine Germanium- oder Siliziumdiode vorgesehen. Dies bringt den Vorteil, daß der Sicherungsmultivibrator 50 weitgehend temperaturunabhängig anspricht, da der Widerstand 54 und der Transistor T3 die gleiche Temperaturcharakteristik besitzen.

Die Kopplung des Ausgangstransistors Γ 4 des Sicherungsmultivibrators 50 mit dem Eingangstransistor Tl des elektronischen Schalters wird durch ein Differenzierglied 56, 57 und eine Diode 58, die mit ihrer Anode an der Basis des Transistors Tl angeschlossen ist, bewirkt. Diese Kopplung hat gegenüber der Widerstandskopplung nach Fig. 1 und 2 den Vorteil, daß sie leistungslos arbeitet.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 entspricht sinngemäß derjenigen des ersten und zweiten Ausführungsbeispieles. Der bistabile elektronische Schalter wird wechselweise durch jeweils einen positiven bzw. einen negativen Auslöseimpuls von seinem einen in den anderen stabilen Schaltzustand gekippt. Gleichzeitig mit dem Transistor Γ 5 wird der Leistungstransistor T 6 stromleitend. Dann liegt die volle Betriebsspannung am Lastwiderstand 21. Schon bei einem geringfügigen Überschreiten des Laststromhöchstwertes spricht der Sicherungsmultivibrator 50 an und schaltet in seinen labilen Betriebszustand um, in dem der Transistor TA gesperrt ist. Der Potentialsprung am Kollektor des Transistors Γ 4 zu negativeren Werten wird über den Kondensator 56 und die Diode 58 an die Basis des Transistors Tl gegeben, so daß der bistabile Schalter denjenigen Betriebszustand annimmt, in dem der Transistor Γ 5 und mit ihm der Leistungstransistor Γ 6 stromlos sind. Der nächstfolgende positive Auslöseimpuls an der Eingangsklemme 19 schaltet den Lastwiderstand 21 erneut an die Betriebsspannung, da der Sicherungsmultivibrator 50 — wie beim ersten Ausführungsbeispiel — in der Zwischenzeit in seine stabile Bereitschaftsstellung zurückgekippt ist. Besteht die Störung im Laststromkreis noch fort, so schaltet der Sicherungsmultivibrator 50 den elektronischen Schalter in der soeben beschriebenen Weise augenblicklich wieder zurück.

Selbstverständlich lassen sich auch die Endtransistoren aller anderen Schalt- und Steuergeräte durch einen der hier beschriebenen Sicherungsmultivibratoren vor Überlastung schützen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Impulsgesteuerter elektronischer Schalter, der einen abwechslungsweise vom stromleitenden in den gesperrten Zustand übergehenden Leistungstransistor mit einem in dessen Kollektorkreis angeordneten Verbraucher und einen auf den Leistungstransistor einwirkenden und durch eine Rückkopplung in einem jeweils zu diesem entgegengesetzten Betriebszustand gehaltenen Steuertransistor aufweist und außerdem ein zum Schutz des Leistungstransistors gegen unzulässig hohe Lastströme dienendes Kippgerät mit einem Eingangs- und einem Ausgangstransistor hat, wobei der Eingangstransistor an einen in der Emitterzuleitung des Leistungstransistors liegenden Widerstand angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippgerät(22, 40, 50) monostabil ausgebildet ist und daß sein Ausgangstransistor (Γ4) mit der Basis des Steuertransistors (Tl) verbunden ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Emitterwiderstand (55) des Leistungstransistors (T 6) ein nichtlinearer Widerstand (54) in Reihe geschaltet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Ausgangstransistors (Γ4) mit der Basis des Steuertransistors (Tl) über einen Kondensator verbunden ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Ausgangstransistors mit der Basis des Steuertransistors (Tl) über einen Kondensator (56) und eine mit diesem in Reihe geschaltete Diode (58) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1065 460,
804, 1139 879, 1080 606.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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