DE1229178B

DE1229178B - Circuit arrangement for the protection of circuits that are sensitive to polarity reversal of the supply voltage

Info

Publication number: DE1229178B
Application number: DES64221A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Mueller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-07-31
Filing date: 1959-07-31
Publication date: 1966-11-24

Description

Schaltungsanordnung zum Schutz von gegen Umpolung der Speisespannung empfindlichen Schaltungen Es sind Schaltungsanordnungen zum Schutz von gegen Umpolung der Speisespannung empfindlichen Schaltungen bzw. Schaltelementen, z. B. Transistoren in Zerhackerschaltungen, bekannt, in denen Relaisanordnungen oder Schaltungen mit Gleichrichterzellen, z. B. Halbleiterdioden, verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, daß Relaisschaltungen vor allem beim Schalten größerer Ströme nicht genügend betriebssicher oder auch zu langsam arbeiten. Durch Anwendung von Schaltungen mit Halbleiterdioden werden zwar die in Relaisschaltungen auftretenden Nachteile vermieden. Infolge der in Durchlaßrichtung der Dioden auftretenden Restspannung entstehen jedoch hier unter Umständen erhebliche Leistungsverluste.Circuit arrangement for protecting against polarity reversal of the supply voltage Sensitive circuits There are circuit arrangements to protect against polarity reversal the supply voltage sensitive circuits or switching elements, z. B. Transistors in chopper circuits, known in which relay arrangements or circuits with Rectifier cells, e.g. B. semiconductor diodes can be used. It turned out that relay switching, especially when switching larger currents, is not sufficiently reliable or work too slowly. By using circuits with semiconductor diodes the disadvantages occurring in relay circuits are avoided. As a result of However, residual voltage occurring in the forward direction of the diodes is created here under Considerable loss of performance under certain circumstances.

Dieser Nachteil wird, ohne daß zusätzliche Steuereinrichtungen erforderlich sind, unter Verwendung eines polungsabhängigen Widerstandselementes behoben, indem gemäß der Erfindung als polungsabhängiges Widerstandselement in die Stromversorgungsleitung in Reihe mit der zu schützenden Schaltung bzw. dem Schaltelement eine der Diodenstrecken Kollektor-Basis oder Emitter-Basis eines Transistors eingeschaltet ist, dessen jeweils freie Elektrode mit der Basiselektrode leitend verbunden ist.This disadvantage becomes necessary without the need for additional control devices are corrected by using a polarity-dependent resistance element by according to the invention as a polarity-dependent resistance element in the power supply line one of the diode paths in series with the circuit to be protected or the switching element Collector-base or emitter-base of a transistor is switched on, each of which free electrode is conductively connected to the base electrode.

Es ist bereits eine Transistorschutzschaltung bekannt, bei der die Temperaturabhängigkeit eines Transistors ausgenutzt wird. Der Emitter ist hierbei über einen zwischen Null und oo einstellbaren Widerstand mit der Basiselektrode verbunden. Im Kollektor-Basis-Kreis dieser Schaltung ist ein Verbraucher mit einer Speisequelle in Reihe geschaltet. Im Gegensatz zur Schaltung nach der Erfindung handelt es sich hier um eine reine Verstärkerschaltung. Bei normalem Betrieb dieser Schaltung wird im Emitterkreis ein Widerstand gewisser Größe immer eingeschaltet sein. Beim Anmeldungsgegenstand würde sich jedoch ein Widerstand zwischen Emitter und Basis bzw. Kollektor und Basis in jedem Falle als nachteilig erweisen.There is already a transistor protection circuit known in which the Temperature dependence of a transistor is exploited. The emitter is here Via a resistor that can be set between zero and oo with the base electrode tied together. In the collector-base circuit of this circuit there is a consumer with a Supply source connected in series. In contrast to the circuit according to the invention this is a pure amplifier circuit. In normal operation this Circuit, a resistor of a certain size is always switched on in the emitter circuit be. In the subject of the application, however, there would be a resistance between the emitter and base or collector and base prove to be disadvantageous in any case.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert.An exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention is illustrated with reference to FIGS. 1 and 2 explained in more detail.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines Transistor-Gegentaktzerhackers, an dem die Gefährdung der Transistoren durch Umpolung der Speisespannung gezeigt werden soll. Wenn die Batterie UB falsch gepolt ist, liegt am Kollektor der pnp-Transistoren Tr 1 und Tr2 jeweils positives und an der Basis negatives Potential, so daß die normalerweise in Sperrichtung betriebene Strecke Kollektor-Basis leitend wird, was praktisch einem Kurzschluß entspricht und vor allem bei höheren Batteriespannungen zur Zerstörung der Transistoren führen kann.F i g. 1 shows the circuit diagram of a transistor push-pull chopper, on which the danger to the transistors due to polarity reversal of the supply voltage is to be shown. If the battery UB is polarized incorrectly, there is a positive potential at the collector of the pnp transistors Tr 1 and Tr2 and a negative potential at the base, so that the collector-base path, which is normally operated in the reverse direction, becomes conductive, which practically corresponds to a short circuit and above all at higher battery voltages can lead to the destruction of the transistors.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel, wie eine Schaltung bzw. Schaltelement gegen falsche Polung der Speisespannung geschützt werden kann. Die zu schützende, nicht näher dargestellte SchaltungS, die z.B. die Zerhackerschaltung der F i g. 1 sein kann, erhält ihre Speisespannung über die beiden Klemmen A und B. Der pnp-Transistor Tr ist so in die Stromzuführung einer Gleichspannungsquelle eingeschaltet, daß einer der beiden pn-übergänge (Diodenstrecken) in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Im Ausführungsbeispiel liegt der pn-Übergang Kollektor-Basis in Reihe mit der zu schützenden Schaltung S an der Speisespannung, und zwar so, daß die Kollektorelektrode über die Klemme A mit dem positiven Pol einer Stromquelle verbunden ist. Bereits in dieser Ausführung ist ein Schutz für die Schaltung S gegeben, da bei Umpolung der Speisespannung der pn-übergang Kollektor-Basis sperrt. Der für die Leistungsverluste verantwortliche Durchgangswiderstand einer derartigen Schaltung wird dadurch herabgesetzt, daß der andere pn-übergang Emitter-Basis ausgenutzt wird, indem der äußere Anschluß des Emitters und der Basis miteinander verbunden sind. Da eine den pn-übergang Emitter-Basis öffnende äußere Spannung nicht vorhanden ist und die Anschlüsse dieser Diodenstrecke wie im Kurzschluß miteinander verbunden sind, könnte angenommen werden, daß der zweite pnübergang wirkungslos ist. Entgegen dieser Annahme bewirkt aber die äußere Verbindung von Emitter-und Basiselektrode eine erhebliche Verringerung des Durchlaßwiderstandes. Diese unerwartete Wirkung erklärt sich daraus, daß am Basis-Bahnwiderstand ein innerer Spannungsabfall entsteht, wenn die Speisespannung richtig gepolt ist und somit der pn-Übergang Kollektor-Basis leitend ist. Der innere Spannungsabfall ist so gepolt, daß auch der pn-Übergang Emitter-Basis leitend wird und der Transistor bis in die Restspannung durchgesteuert ist (Sättigungsbereich). Damit wirkt der scheinbar teilweise kurzgeschlossene Transistor ohne Zuhilfenahme zusätzlicher äußerer Schaltelemente wie ein gesteuerter Widerstand mit besonders geringen Durchlaßverlusten.F i g. 2 shows an example of how a circuit or switching element can be protected against incorrect polarity of the supply voltage. The circuit S to be protected, not shown in detail, which, for example, is the chopper circuit of FIG . 1 , receives its supply voltage via the two terminals A and B. The pnp transistor Tr is connected to the power supply of a DC voltage source that one of the two pn junctions (diode paths) is forward biased. In the exemplary embodiment, the pn junction collector-base is connected to the supply voltage in series with the circuit S to be protected, in such a way that the collector electrode is connected via terminal A to the positive pole of a current source. Protection for the circuit S is already provided in this embodiment, since when the polarity of the supply voltage is reversed, the pn junction collector-base blocks. The volume resistance of such a circuit, which is responsible for the power losses, is reduced by utilizing the other pn junction, emitter-base, in that the external connection of the emitter and the base are connected to one another. Since there is no external voltage that opens the pn junction, emitter-base, and the connections of this diode path are connected to one another as in a short circuit, it could be assumed that the second pn junction has no effect. Contrary to this assumption, however, the external connection of the emitter and base electrodes causes a considerable reduction in the forward resistance. This unexpected effect is explained by the fact that an internal voltage drop occurs at the base rail resistance when the supply voltage is correctly polarized and the pn junction collector-base is conductive. The internal voltage drop is polarized in such a way that the pn-junction emitter-base also becomes conductive and the transistor is controlled through to the residual voltage (saturation range). The apparently partially short-circuited transistor thus acts like a controlled resistor with particularly low on-state losses without the aid of additional external switching elements.

Die Schaltung nach F i g. 2 läßt sich so abändern, daß die Sperrung bei Umpolung der Speisespannung durch die Ernitter-Basis-Strecke erfolgt. Die Emitterelektrode ist dann mit dem positiven Pol der Speisespannung und der äußere Anschluß des Kollektors mit dem der Basis verbunden. Welche der beiden Diodenstrecken jeweils zum Sperren bei Umpolung der Speisespannung ausgenutzt wird, hängt ün wesentlichen von der Höhe der Speisespannung ab, da die zulässige Sperrspannung der beiden Diodenstrecken im allgemeinen unterschiedlich ist (die Kollektor-Basis-Strecke hat gewöhnlich die höhere zulässige Sperrspannung).The circuit according to FIG. 2 can be modified in such a way that the blocking occurs when the polarity of the supply voltage is reversed by the emitter-base path. The emitter electrode is then connected to the positive pole of the supply voltage and the external connection of the collector to that of the base. Which of the two diode sections is used for blocking when the polarity of the supply voltage is reversed depends largely on the level of the supply voltage, since the permissible reverse voltage of the two diode sections is generally different (the collector-base section usually has the higher permissible blocking voltage).

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung zum Schutz von Transistorzerhackerschaltungen ist es notwendig, den Transistor durch einen Kondensator C (F i g. 2) zu überbrücken, da der Speisespannung im Leerlauf der Zerhackerschaltung eine Wechselspannung überlagert ist, die durch das im übertrager des Zerhackers aufgebaute Magnetfeld induziert wird und die für den Magnetisierungsstrom des übertragers verantwortlich ist. Bei fehlendem Kondensator C, der auch dem Verbraucher parallel geschaltet sein kann, würde sich die negative Halb- welle des Magnetisierungsstroms im Leerlauf nicht ausbilden können.When using the circuit according to the invention to protect transistor chopper circuits, it is necessary to bypass the transistor with a capacitor C ( Fig. 2), since the supply voltage is superimposed on the supply voltage when the chopper circuit is idle, which is caused by the magnetic field built up in the chopper's transmitter is induced and which is responsible for the magnetizing current of the transformer. If there is no capacitor C, which can also be connected in parallel to the consumer, the negative half- wave of the magnetizing current would not be able to develop in no-load operation.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for protecting against polarity reversal of the supply voltage sensitive circuits or switching elements with the help of a polarity-dependent resistance element, d a - characterized in that as a polarity-dependent resistance element in the power supply line, in series with the circuit to be protected or the switching element one of the Diode path collector-base or emitter-base of a transistor is switched on, the free electrode of which is conductively connected to the base electrode.

2. Circuit arrangement according to claim 1, in application to a Trausistorzerhackerschaltung, characterized in that the transistor, a capacitor is connected in parallel. 3. Circuit arrangement according to claim 1, applied to a transistor chopper circuit, characterized in that the chopper circuit is connected in parallel with a capacitor. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1011059; H. Richter, "Transistorpraxis", Stuttgart, 1956, pp. 58 to 62.