DE3512563A1 - Schaltungsanordnung zur leistungsbegrenzung von kurzschlussfesten endstufen - Google Patents

Description

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14.03.1985 Ott/lu

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung von kurzschlußfesten Endstufen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen der Ausgangstransistor zum Ein- und Ausschalten einer Last dient, die als ohmsche oder induktive Last ausgebildet sein kann. Diese Schaltungsanordnungen können in diskreter Technik, in monolithisch integrierter Technik oder in Hybridtechnik ausgebildet sein. Wird im Störfall die Last kurzgeschlossen, so besteht die Gefahr, daß die Transistor-Endstufe zerstört wird.

Aus der DE-OS 32 38 880 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, mit der der über die Emitter-Kollektor-Strecke der Transistorendstufe fließende Ausgangsstrom begrenzt wird und dadurch im Kurzschlußfall eine Zerstörung der Transistorendstufe verhindert werden kann. Hierzu wird ein Stromregler verwendet, der den Ausgangsstrom überwacht. Auf diese Weise kann die Verlustleistung der Endstufe nur sehr grob begrenzt werden. Diese bekannte Schaltungsanordnung erlaubt keine stufenweise Verlustleistungsbegrenzung.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine entsprechende Anzahl von Stromquellen die Verlustleistung annähernd konstant gehalten werden kann. Bei Überschreiten vorgegebener Spannungswerte am Ausgang der Transistorendstufe, wird der Ausgangsstrom entsprechend verringert. Dies geschieht auf einfache Weise dadurch, daß der Meßwiderstand, der als Meßfühler zur Regelung des Ausgangsstroms dient, über eine oder mehrere Stromquellen mit einem zusätzlichen Strom in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Transistorendstufe beaufschlagt wird . Die Stromquellen werden vorzugsweise über Differenzverstärker ein- oder ausgeschaltet. Die Differenzverstärker sind jeweils mit einem ihrer Eingänge an einen Abgriff eines mehrstufigen Spannungsteilers angeschlossen, der die Ausgangsspannung in eine entsprechende Anzahl von Spannungswerten unterteilt. Sobald die Spannungswerte an den Abgriffen eine Referenzspannung überschreiten, schalten die Differenzverstärker die zugehörigen Stromquellen ein, wodurch die Spannung am Meßwiderstand erhöht und durch den Stromregler der Ausgangsstrom entsprechend reduziert wird. Auf einfache Weise können mehrere Stufen von Stromquellen parallel geschaltet werden, wodurch die Verlustleistung über den gesamten Spannungsbereich annähernd konstant gehalten werden kann. Eine besonders gute Verlustleistungsbegrenzung wird dadurch erhalten, daß die Teilerwiderstände des Spannungsteilers unterschiedliche Widerstandswerte besitzen. Damit kann eine besonders gute Annäherung an die Verlustleistungshyperbel erzielt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den

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Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Regler zur Regelung des Ausgangsstroms,

Figur 2 ein vereinfachtes Schaltbild des in Figur 1 dargestellten Reglers,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung und
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Figur 4 ein Strom-Spannungsdiagramm mit Verlustleistungshyperbel.

Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält als Transistorendstufe einen Ausgangstransistor Tl, dessen Kollektor K über eine Last L mit einer positiven Versorgungsspannung +Uw verbunden ist. Sein Emitter ist über einen niederohmigen Widerstand Rl mit dem negativen Potential -Uw der Versorgungsspannung verbunden. Die übrigen Schaltungselemente bilden den Stromregler für den Ausgangsstrom I. .

An die Betriebsspannung U_R des Reglers sind die Emitter dreier pnp-Transistoren T2, T3, T4 angeschlossen, deren Basen miteinander verbunden sind. Der Kollektor des Transistors T4 ist mit der Basis des Ausgangstransistors Tl verbunden. Die Kollektoren der Transistoren T2, T3 sind dagegen mit den Kollektoren zweier npn-Transistoren T5, T6 verbunden. Die Basis des Transistors T5 ist an seinen Kollektor und an die Basis des Transistors T6 an-

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geschlossen. Der Emitter des Transistors T6 ist mit einer Anschlußklemme V und über einen Meßwiderstand R2 mit dem Emitter des Ausgangsstransistors Tl verbunden. Der Emitter des Transistors T5 ist über einen Widerstand R3 mit dem negativen Potential -Uy der Versorgungsspannung verbunden. Zwischen Basis und Kollektor des Transistors T3 ist ein weiterer pnp-Transistor T7 angeschlossen, dessen Basis mit dem Kollektor und dessen Emitter mit der Basis des Transistors T3 verbunden ist. Sein Kollektor liegt auf Masse. Zwischen den Emittern der Transistoren T2, T3 und deren Basen ist eine zusätzliche Diode Dl angeschlossen. Zwischen den Basen der Transistoren T2, T3 und dem negativen Potential -IL· der Versorgungsspannung ist eine Startstromquelle I₅ vorgesehen, mit der der Stromregler in Betrieb gesetzt werden kann. Die Funktion dieser Schaltung ist ausführlich in der eingangs genannten DE-OS 32 38 880 erläutert. Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist von Bedeutung, daß die am Meßwiderstand R2 abfallende Spannung vom Stromregler gemessen wird und entsprechend der Ausgangsstrom I, verringert oder erhöht wird. Steigt die Spannung am Meßwiderstand R2, so wird der Ausgangsstrom I., der über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Tl und über den Widerstand Rl fließt, entsprechend verringert.

Um eine Begrenzung der Verlustleistung im Ausgangstransistor Tl bzw. eine wenigstens angenähert konstante Verlustleistung zu erhalten, wird an der Eingangsklemme V in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U_ft ein Konstantstrom eingespeist, so daß sich der Spannungsabfall am Widerstand R2 entsprechend ändert. Dies hat dann eine entsprechende Begrenzung bzw. Herabsetzung des Ausgangsstroms I. zur Folge, wodurch die am Ausgangstransistor Tl auftretende Verlustleistung verringert wird. Eine

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Schaltungsanordnung für die Stromeinspeisung an der Anschlußklemme V ist in Figur 3 angegeben.

In Figur 2 ist die Schaltung gemäß Figur 1 vereinfacht dargestellt.

Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält mehrere Konstantstromquellen II, 12, In, die zwischen der Betriebspannung U_ß und der Anschlußklemme V parallel angeordnet sind. Die Stromquellen werden über ihnen zugeordnete Differenzverstärker Vl, V2, Vn ein- oder ausgeschaltet. Die positiven Eingänge der Differenzverstärker sind zu diesem Zweck an verschiedene Abgriffe eines Spannungsteilers angeschlossen, der zwischen der Ausgangsspannung LL und der negativen Versorgungsspannung -Uy liegt. An den Abgriffen des Spannungsteilers treten die Teilerspannungen Uy₁, Uy„, U_T auf. Da die negativen Eingänge sämtlicher Differenzverstärker an einer gemeinsamen Referenzspannung U_D liegen, werden die Differenzverstärker bei ansteigender Ausgangsspannung U. nacheinander eingeschaltet, sobald die entsprechenden Teilerspannungen den Spannungswert der Referenzspannung U_R überschreiten. Die Referenzspannung U_R wird hier als Teilerspannung von einem zweiten Spannungsteiler bereitgestellt, der zwischen der Betriebsspannung U_ß und der negativen Versorgungsspannung -Uw liegt.

In Figur 4 ist der Verlauf des Ausgangsstroms I. in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U» dargestellt.

Außerdem ist in das Diagramm mit unterbrochener Linie eine Leistungshyperbel eingetragen, die die Werte für konstante Verlustleistung Py angibt. Erreicht die Ausgangsspannung U. die Spannung Ul, so wird der maximale Ausgangsstrom I. auf einen Wert I.^ verringert. Dies erfolgt dadurch, daß die Teilerspannung Uy. (Figur 3)

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die Referenzspannung U_R überschreitet und der Differenzverstärker Vl die Stromquelle Il aufsteuert. In entsprechender Weise erfolgt eine weitere Reduzierung des Ausgangsstroms auf die Werte I.„ und I.„ bei Erreichen der Ausgangsspannungen U2 und U3.

Bereits durch Verwendung von drei Differenzverstärkern kann eine gute Annäherung an die Leistungshyperbel erreicht werden. Selbstverständlich kann durch die Verwendung einer größeren Anzahl von Differenzverstärkern und zugeordneten Stromquellen eine noch bessere Angleichung an die Leistungshyperbel erzielt werden. Die im Ausführungsbeispiel von Figur 3 dargestellten Stromquellen können aber auch durch eine einzige, steuerbare Stromquelle ersetzt werden, die eine besonders gute Anpassung an die Leistungshyperbel ermöglicht.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   (1Λ Schaltungsanordnung zur Leistungsbegrenzung von kurz- ^■^ schlußfesten Endstufen, mit einem Stromregler und wenigstens einer Transistorendstufe, wobei der Stromregler in Abhängigkeit von der Spannung eines Meßwiderstandes den Ausgangsstrom der Transistorendstufe steuert, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stromquellen (Il bis In) vorgesehen sind, die ausgangsseitig mit einem Meßwiderstand (R2) verbunden sind und die bei Überschreiten vorgegebener Spannungswerte der Ausgangsspannung (U_ß) eingeschaltet werden, wodurch der Spannungsabfall am Meßwiderstand (R2) entsprechend erhöht wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe sämtlicher Ströme der jeweils wirksamen Stromquellen (Il bis In) den Meßwiderstand (R2) durchfließt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (Il bis In) in unterschiedlich großen Spannungsabständen der Ausgangsspannung (U/\) eingeschaltet werden und unterschiedlich große Ströme abgeben.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An-

   Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U-) in einem mehrstufigen, vorzugsweise asymmetrischen Spannungsteiler in verschiedene Teilerspannungen (Uy₁ bis Uy ) unterteilt ist, daß jede der Teilerspannungen (U_T1 bis U_T ) jeweils einem ersten Eingang eines zugehörigen Differenzverstärkers (Vl bis Vn) zugeführt wird, daß jeder Differenzverstärker (Vl bis Vn) ausgangsseitig mit dem Steuereingang einer zugeordneten Stromquelle (Il bis In) verbunden ist, und daß an den anderen Eingängen der Differenzverstärker (Vl bis Vn) eine gemeinsame Referenzspannung (U_R) anliegt.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß durch die Einprägung eines von der Ausgangsspannung (U-) abgeleiteten zusätzlichen Stroms in den Meßwiderstand (R2) die Verlustleistung der Transistorendstufe bei sich ändernder Last (L) wenigstens annähernd konstant bleibt.