DD222740A1

DD222740A1 - Ueberstromschutzschaltung fuer einen leistungstransistor

Info

Publication number: DD222740A1
Application number: DD26145784A
Authority: DD
Inventors: Walter Toelge
Original assignee: Werkzeugmaschinenbau Fz
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-05-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ueberstromschutzschaltung fuer einen Leistungstransistor mit einem Messwiderstand, einem opto-elektronischen Koppler als Schwellwertschalter sowie unter Verwendung eines der Abschaltverzoegerung dienenden RC-Glieds mit einem ersten Zeitgliedwiderstand. Ziel der Errfindung ist, die zeitverzoegerte Wirksamkeit des Schutzes in Abhaengigkeit von der Groesse des Ueberstroms zu gestalten. Es wird die Aufgabe geloest, den Leistungstransistor bei Kurzschluss und kurzschlussaehnlichen Ueberstroemen zeitverzoegert schneller zu sperren als bei einer Ueberlast unterhalb der kurzschlussaehnlichen Ueberstroeme. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass das RC-Glied parallel zum Messwiderstand, der Kondensator des RC-Gliedes parallel zur Reihenschaltung der Lumineszenzdiode und des Schutzwiderstands des opto-elektronischen Kopplers, dem ersten Zeitgliedwiderstand die Reihenschaltung eines zweiten Zeitgliedwiderstandes und einer Zenerdiode parallel geschaltet und der Widerstandswert des zweiten Zeitgliedwiderstands kleiner als der des ersten Zeitgliedwiderstands ausgefuehrt ist. Die Erfindung ist beim Ueberstromschutz von Leistungstransistoren fuer beliebige Steuer- oder Schaltzwecke anwendbar. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überstromschutzschaltung für einen Leistungstransistor, in dessen Laststrompfad ein Meßwiderstand eingebunden ist, mit einem optoelektronischen Koppler, zu dessen Lumineszenzdiode ein Schutzwiderstand in Reihe geschaltet und von dessen Fototransistor der Leistungstransistor abschaltbar ist. Verwendung findet ein der Abschaltverzögerung dienendes RC-Glied mit einem Kondensator und einem demselben seriell angefügten ersten Zeitgliedwiderstand.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus DD 140317 ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Überstromschutz eines Schalttransistors bekannt, in dessen Laststrompfad ein Meßwiderstand vorgesehen ist.

Parallel zum Meßwiderstand ist die Reihenschaltung der Lumineszenzdiode eines opto-elektronischen Kopplers und eines Schutzwiderstands angeordnet. Überschreitet der stromproportionaie Spannungsabfall über dem Meßwiderstand anteilig die Spannungsschwelle der Lumineszenzdiode, bewirkt der nun leitend gewordene Fototransistor dieses Kopplers unter Zwischenschaltung weiterer Funktionsbaugruppen, daß der Steuerelektrode des Schalttransistors ein Sperrsignal für den Laststrornpfad zugeführt wird. Der Überstromschutz ist damit allein stromabhängig verwirklicht. Nachteiligerweise besteht keine Möglichkeit, das Sperren des Schalttransistors auch davon abhängig zu machen, ob der Überstrom nur kurzzeitig oder aber längere Zeit anliegt. ., ·.'..

Aus DE-AS 2854313 ist weiterhin bereits eine mit einem Meßwiderstand arbeitende Übertastungsschutzanordnurigfür einen Leistungstransistor bekannt, die bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzstroms, der größer als der Nennstrom und kleiner als der zulässige Maximalström des Leistungstransistors ist, denselben zeitverzögert sperrt. Diese Zeitverzögerung verhindert, daß bei nur kurzzeitigen Stromspitzen größer als der Nennstrom bereits eine Abschaltung des Leistungstransistors erfolgt. Die Zeitverzögerung wird von einem RC-Glied verwirklicht, das in einem ersten Ansteuerkreis enthalten ist und neben dem Kondensator einen ersten Zeitgliedwiderstand aufweist. Bleibt der Überlastungszustand auch nach Ablauf der Zeitverzögerung, bestehen, wird der Leistungstransistor gesperrt. Über dem jm Laststrompfad des Leistungstransistors liegenden Meßwiderstand bricht der zu hoch gewordene Spannungsabfall zusammen. Der erste Ansteuerkreis wird für den Überlastungsschutz unwirksam. ,

Um eine unzulässige Wiedereinschaltung des Leistungstransistors zu vermeiden, tritt anstelle des ersten Ansteuerkreises ein zweiter Ansteuerkreis, der aber im Unterschied nicht mehr abhängig vom Spannungsabfall über dem Meßwiderstand arbeitet, sondern vom Ausgangspotential des Leistungstransistors zugeschaltet wird.

Bestandteil des zweiten Ansteuerkreises ist ein zweiter Zeitgliedwiderstand, der zusammen mit dem wirksam bleibenden aufgeladenen Kondensator des genannten RC-Glieds eine Nachladezeitkonstante verwirklicht. Diese muß kleiner als die Entladezeitkonstante bemessen werden. DasZeitgiied des zweiten Ansteuerkreises hält auf diese Weise bei bleibender Überlast den Sperrzustand des Leistungstransistors aufrecht. Die Überlastungsschutzanordnung beendet ihre Wirksamkeit erst dann, wenn das betriebsmäßige Ansteuersignal wechselt. Diese Schutzanordnung sperrt den Leistungstransistor im Überlastfall zwar zeitverzögert, bezieht sich dabei aber stets auf ein und dieselbe Überstromgröße, die zwischen Nennstrom und zulässigem Maxiamistrom liegt. Nachteiligerweise vermag sie auf unterschiedliche Größen des Überstroms nicht mit einem unterschiedlichen Abschaltzeitverhalten zu reagieren.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, die zeitverzögerte Wirksamkeit des Schutzes in Abhängigkeit von der Größe des Überstroms zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die in der Charakteristik'der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mängel haben ihre Ursache darin, daß der Kurzschluß als normaler Überlastfall behandelt wird. - ''.'' ''

Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Überstromschutzschaltung für einen Leistungstransistor, in dessen Laststrom pfad ein Meßwiderstand eingebunden ist, mit einem opto-elektronischen Koppler, zu dessen Lumineszenzdiode ein Schutzwiderstand In Reihe geschaltet und von dessen Fototransistor der Leistungstransistor abschaltbar ist, unter Verwendung eines der Abschaltverzögerung dienenden RC-Glieds mit einem Kondensator und einem demselben seriell angefügten ersten Zeitgiiedwiderstand, zu schaffen, die den Leistungstransistor bei Kurzschluß und kurzschlußähnliche.n Überströmen zeitverzögert schneller sperrt als bei einer-Überlast unterhalb der kurzschlußähnlichen Überströme. - ...

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das RC-Glied parallel zum Meßwiderstand, der Kondensator parallel zur Reihenschaltung der Lumineszenzdiode und des Schutzwiderstands, ein zweiter Zeitgliedwiderstand und eine mit ihm seriell verbundene Zenerdiode parallel zum ersten Zeitgliedwiderstand geschaltet und der Widerstandswert des zweiten Zeitgliedwiderstands kleiner als der Widerstandswert des ersten Zeitgliedwiderstands ausgeführt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung läßt innerhalb einer vorbestimmten Zeit einen begrenzten Überstrom zu, schaltet aber höhere Überströme und dabei insbesondere den Kurzschlußstrom praktisch verzögerungsfrei ab.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Figur 1: die erfindungsgemäße Überstromschutzschaltung

Figur 2: die mit der Überstromschutzschaltung gemäß Figur 1 erreichte Abschaltzeit-Üb'erstrom-Kennlinie. _:

Im Cäststrompfad eines Leistungstransistors 1 sind gemäß Figur 1 seriell ein Lastwiderstand 2 und ein Meßwiderstand 3 angeordnet. Parallel zum Meßwiderstand 3 ist ein RC-Glied 4 geschaltet. Es setzt sich aus einem Kondensator 5 und aus einem ersten Zeitgliedwiderstand 6 zusammen. Parallel zum ersten Zeitgliedwiderstand 6 ist die Reihenschaltung eines zweiten

Zeitgliedwiderstandes 7 und einer Zenerdiode 8 vorgesehen. '

Ein bpto-elektronischer Koppler 9 enthält eine Lumineszenzdiode 10 und einen Fototransistor 11. Der Lumineszenzdiode 10 ist ein Schutzwiderstand 12 vorgeschaltet. Beide sind parallel zum Kondensator 5 angeordnet. Der Ausgang des Fototransistors 11 ist über ein Flip-Flop 13 auf den ersten Eingang eines NOR-Gatters 14 geführt. Dem zweiten Eingang des NOR-Gatters 14 wird das betriebsmäßige Ansteuersignal für den Leistungstransistor 1 zugeführt. Ein¹ Basiswiderstand 15 verbindet den Ausgang des NOR-Gatters 14 mit dem Basisanschluß des Leistungstransistors 1.

Bei einem betriebsmäßigen Ansteuersignal (O-Signal) am zweiten Eingang des NOR-Gatters 14 und einem nicht aktivierten opto-elektronischen Koppler 9, wodurch auch am ersten Eingang des NOR-Gatters 14 ein O-Signal anliegt, erhält die Basis des Leistungstransistors 1 ein L-Signal, das denselben durchlässig schaltet. Entsprechend der Last fließt ein Strom über den Lastwiderstand 2, die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 1 und den Meßwiderstand 3. Der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 3 ist stromproportional.

Bei einem Laststrom gemäß Figur 2 kleiner als die nennstrombezogene Größe k, · I_n bleibt der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 3 in einer niederen Größenordnung, wobei die Schweljspannung des opto-elektronischen Kopplers 9 noch nicht erreicht wird. Der Kondensator 5 lädt sich dementsprechend auf. Der Faktor k-, berücksichtigt das Toleranzspektrum der Bauelementeparameter, erfaßt somit die zulässige Nennstromüberschreitung im stationären Betrieb und beträgt etwa 1,2.

Bei einem Laststrom größer als k, I_n überschreitet der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand die Schwellspannung des opto-elektronischen Kopplers 9.

Infolge des RC-Glieds 4, dessen Kondensator 5 eine weitere Aufladung erfährt,<wird der opto-elektronische Koppler zeitverzögert aktiviert. Die überstromabhängig zeitverzögerte Sperrung des Leistungstransistors 1 folgt der Kennlinie A-B.

Ein La_xStStTOm von der nennstrombezogenen Größe k₂ · I_n erzeugt über dem Meßwiderstand 3 einen Spannungsabfall, bei dem die Zenerdiode 8 aus ihrem gesperrten Zustand in ihren durchlässigen Zustand wechselt. Der Faktor k₂ erfaßt alle betriebsmäßig

zulässigen Überströme, die bei Schalthandiungen auftreten können, und ist größer als der Faktor k_v Dem ersten Zeitgliedwiderstand 6 wird ein wesentlich kleinerer zweiter Zeitgliedwiderstand 7 parallel zugeschaltet, wodurch sich die bisher wirksame Zeitkonstante erheblich verringert. Die Kennlinie A-B schneidet sich mit der Kennlinie k₂ · I_n im Punkt E und endet an diesem Schnittpunkt. Für Lastströme größer als k₂ · I_n gilt die steilere Kennlinie C-D, die vom Schnittpunkt E ab gültig

ist. -

Ein Kurzschlußstrom läßt die kleinere Zeitkonstante der Kennlinie C-D sofort wirksam werden und sperrt den Leistungstransistor 1, noch bevor die Zeitkonstante entsprechend der Kennlinie A-B wirksam werden konnte.

Die Überstromschutzschaltung reagiert somit auf Überströme kleiner oder größer als k₂ I_n mit einem unterschiedlich schnellen

Abschaltverhalten. '

Claims

Erfindungsansprüche:

Überstromschutzschaltung für einen Leistungstransistor, in dessen Laststrompfad ein Meßwiderstand eingebunden ist, mit einem opto-elektronischen Koppler, zu dessen Lumineszenzdiode ein Schutzwiderstand in Reihe geschaltet und von dessen Fototransistor der Leistungstransistor abschaltbar ist, unter Verwendung eines der Abschaltverzögerung dienenden RC-Giieds mit einem Kondensator und einem demselben seriell angefügten ersten Zeitgliedwiderstand, gekennzeichnet dadurch, daß das RC-Glied (4) parallel zum Meßwiderstand (3), der Kondensator (5) parallel zur Reihenschaltung der Lumineszenzdiode (10) und des Schutzwiderstands (12), ein zweiter Zeitgliedwiderstand (7) und eine mit ihm seriell verbundene Zenerdiode (8) parallel zum ersten Zeitgliedwiderstand (6) geschaltet und der Widerstandswert des zweiten Zeitgliedwiderstands (7) kleiner.als der Widerstandswert des ersten Zeitgliedwiderstands (6) ausgeführt ist. '