CH665515A5 - Circuit for controlling a power switching transistors with galvanic isolation. - Google Patents

Circuit for controlling a power switching transistors with galvanic isolation. Download PDF

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CH665515A5
CH665515A5 CH4440/83A CH444083A CH665515A5 CH 665515 A5 CH665515 A5 CH 665515A5 CH 4440/83 A CH4440/83 A CH 4440/83A CH 444083 A CH444083 A CH 444083A CH 665515 A5 CH665515 A5 CH 665515A5
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CH
Switzerland
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transistor
current
diode
transistors
connection
Prior art date
Application number
CH4440/83A
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German (de)
Inventor
Miran Dipl-Ing Kosmac
Original Assignee
Iskra Sozd Elektro Indus
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • H03K17/601Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors using transformer coupling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

665 515 665 515

2 2nd

PATENTANSPRUCH Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Leistungsschalttransistors mit galvanischer Trennung, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Eingangsklemme (VH1) mit der Basis eines ersten Transistors (Tl) verbunden ist, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor an den gemeinsamen Punkt einer ersten Zener-Diode (ZD1) und eines ersten Anschlusses der Primärwicklung (Nl) eines ersten Transformators (TRI) angeschlossen ist, wobei ein zweiter Anschluss dieser Wicklung (Nl) mit einem Stromgenerator (Igl) und einem Anschluss einer neunten Diode (ND9) und deren zweiter Anschluss mit der ersten Zener-Diode (ZD1) verbunden sind, dass zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung (N2) des ersten Transformators (TRI) ein erster und zweiter Widerstand (RI, R2) in Reihe geschaltet sind, wobei an den gemeinsamen Punkt dieser Widerstände (RI, R2) die Basis und an den gemeinsamen Punkt des Anschlusses der Wicklung (N2) und des zweiten Widerstandes (R2) der Emitter eines vierten Transistors (T4) angeschlossen sind, dass die Kollektoren des vierten und eines fünften Transistors (T4, T5) zusammen mit einem Anschluss der Sekundärwicklung (N8) eines dritten Transformators (TR3), der eine Ausgangsklemme (IZ2), dem Emitter des Leistungsschalttransistors (MST), an den auch der eine Anschluss einer zwölften Diode (Dmst) verbunden ist, angeschlossen ist, dass an den gemeinsamen Punkt des ersten Widerstandes (Rl) und des Anschlusses der Sekundärwicklung (N2) der eine Anschluss der Sekundärwicklung (N3) des ersten Transformators (TRI) und der eine Anschluss einer ersten Diode (Dl) verbunden sind, deren anderer Anschluss mit einem Anschluss einer dritten Diode (D3), der Basis des Leistungsschalttransistors (MST) und einem Anschluss der Reihenschaltung einer fünften, sechsten, siebenten und achten Diode (D5, D6, D7, D8) verbunden ist, PATENT CLAIM Circuit arrangement for controlling a power switching transistor with electrical isolation, characterized in that a first input terminal (VH1) is connected to the base of a first transistor (Tl), the emitter of which is connected to ground and the collector of which is connected to the common point of a first Zener diode (ZD1 ) and a first connection of the primary winding (Nl) of a first transformer (TRI) is connected, a second connection of this winding (Nl) with a current generator (Igl) and a connection of a ninth diode (ND9) and its second connection with the first Zener diode (ZD1) are connected so that a first and second resistor (RI, R2) are connected in series between the connections of the secondary winding (N2) of the first transformer (TRI), with the common point of these resistors (RI, R2 ) the base and at the common point of connection of the winding (N2) and the second resistor (R2) the emitter of a fourth transistor (T4) are connected that the collectors of the fourth and a fifth transistor (T4, T5) together with a connection of the secondary winding (N8) of a third transformer (TR3), which has an output terminal (IZ2), the emitter of the power switching transistor (MST) , to which the one connection of a twelfth diode (Dmst) is connected, is connected that to the common point of the first resistor (Rl) and the connection of the secondary winding (N2) the one connection of the secondary winding (N3) of the first transformer ( TRI) and one connection of a first diode (Dl) are connected, the other connection of which is connected to a connection of a third diode (D3), the base of the power switching transistor (MST) and a connection of the series connection of a fifth, sixth, seventh and eighth diode ( D5, D6, D7, D8) is connected,

dass der andere Anschluss der Reihenschaltung mit dem anderen Anschluss der Sekundärwicklung (N8) des dritten Transformators (TR3) verbunden ist, dass zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung (N6) eines zweiten Transformators (TR2) ein dritter und vierter Widerstand (R3, R4) in Reihe geschaltet sind, wobei an den gemeinsamen Punkt dieser Widerstände (R3, R4) die Basis und an den gemeinsamen Punkt des Anschlusses der Wicklung (N6) des zweiten Transformators (TR2) und des vierten Widerstandes (R4) der Emitter des fünften Transistors (T5) angeschlossen sind, dass an den gemeinsamen Punkt des dritten Widerstandes (R3) und des Anschlusses der Sekundärwicklung (N6) der eine Anschluss der Wicklung (N5) und der eine Anschluss der dritten Diode (D3) verbunden sind, dass der andere Anschluss der Wicklung (N3) des ersten Transformators (TRI) über eine zweite Diode (D2) und der andere Anschluss der Wicklung (N5) des zweiten Transformators (TR2) über eine vierte Diode (D4) mit dem Kollektor des Leistungsschalttransistors (MST), an den auch der andere Anschluss der zwölften Diode (Dmst) angeschlossen ist, zusammen mit der anderen Ausgangsklemme (IZ1) verbunden sind, dass eine zweite Eingangsklemme (VH2) mit der Basis eines zweiten Transistors (T2) verbunden ist, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor an den gemeinsamen Punkt einer zweiten Zener-Diode (ZD2) und des ersten Anschlusses der Primärwicklung (N4) des zweiten Transformators (TR2) angeschlossen ist, wobei der zweite Anschluss dieser Wicklung (N4) mit einem zweiten Stromgenerator (Ig2) und einem Anschluss einer zehnten Diode (DIO) und deren zweiten Anschluss mit der zweiten Zener-Diode (ZD2) verbunden sind, dass eine dritte Eingangsklemme (VH3) mit der Basis eines dritten Transistors (T3) verbunden ist, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor an den gemeinsamen Punkt einer dritten Zener-Diode (ZD3) und des ersten Anschlusses der Primärwicklung (N7) des dritten Transformators (TR3) angeschlossen sind, wobei der zweite Anschluss dieser Wicklung (N7) mit einer Klemme ( +V) und einem Anschluss einer elften Diode (Dil) und deren zweiter Anschluss mit der dritten Zener-Diode (ZD3) verbunden ist. that the other connection of the series circuit is connected to the other connection of the secondary winding (N8) of the third transformer (TR3), that between the connections of the secondary winding (N6) of a second transformer (TR2) a third and fourth resistor (R3, R4) in Are connected in series, at the common point of these resistors (R3, R4) the base and at the common point of connection of the winding (N6) of the second transformer (TR2) and the fourth resistor (R4) the emitter of the fifth transistor (T5 ) that the one connection of the winding (N5) and the one connection of the third diode (D3) are connected to the common point of the third resistor (R3) and the connection of the secondary winding (N6), that the other connection of the winding (N3) of the first transformer (TRI) via a second diode (D2) and the other connection of the winding (N5) of the second transformer (TR2) via a fourth diode (D4) to the collector de s power switching transistor (MST), to which the other terminal of the twelfth diode (Dmst) is connected, are connected together with the other output terminal (IZ1), that a second input terminal (VH2) is connected to the base of a second transistor (T2) , whose emitter is connected to ground and whose collector is connected to the common point of a second Zener diode (ZD2) and the first connection of the primary winding (N4) of the second transformer (TR2), the second connection of this winding (N4) being connected to a second Current generator (Ig2) and a terminal of a tenth diode (DIO) and the second terminal of which are connected to the second Zener diode (ZD2), that a third input terminal (VH3) is connected to the base of a third transistor (T3) whose emitter are connected to ground and its collector at the common point of a third Zener diode (ZD3) and the first connection of the primary winding (N7) of the third transformer (TR3), where the second connection of this winding (N7) is connected to a terminal (+ V) and a connection of an eleventh diode (Dil) and the second connection of which is connected to the third Zener diode (ZD3).

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Leistungsschalttransistors mit galvanischer Trennung. The present invention relates to a circuit arrangement for controlling a power switching transistor with electrical isolation.

Das zu lösende technische Problem ist die Steuerung eines Leistungsschalttransistors mit einer Rückführungsdiode, die diskret oder schon an gleicher monolithischer Schaltung wie der Leistungstransistor integriert sein kann, wobei auch eine galvanische Trennung erreicht werden muss. The technical problem to be solved is the control of a power switching transistor with a feedback diode, which can be integrated discretely or already on the same monolithic circuit as the power transistor, with galvanic isolation also having to be achieved.

Die Arbeitszustände des Transistors sind wie folgt: The operating states of the transistor are as follows:

— ununterbrochener Leitzustand; - uninterrupted control status;

— ununterbrochener Sperrzustand; - uninterrupted locked state;

— alle Zwischenzustände mit der Frequenz von 100 kHz; - all intermediate states with the frequency of 100 kHz;

— ununterbrochener Betrieb als Diode; - continuous operation as a diode;

— die Verwendung eines Niederspannungsbipolartransistors für die Steuerung eines Leistungsschalttransistors. - The use of a low voltage bipolar transistor for the control of a power switching transistor.

Bekannte Lösungen der Steuerung von Leistungsschalttransistoren können in einige Gruppen unterteilt werden: Known solutions for controlling power switching transistors can be divided into several groups:

1. unmittelbare Steuerung des Basisstromes; 1. immediate control of the base current;

2. unmittelbare Steuerung des Basisstromes von grösseren in der Darlington-Schaltung sich befindenden Transistoren; 2. direct control of the base current of larger transistors located in the Darlington circuit;

3. Steuerung von NPN Schalttransistoren mit einem PNP Transistor; 3. Control of NPN switching transistors with a PNP transistor;

4. Steuerung eines PNP Leistungsschalttransistors; 4. Control of a PNP power switching transistor;

5. Steuerung eines Leistungsschalttransistors über Transformatoren. 5. Control of a power switching transistor via transformers.

1. Unter unmittelbarer Steuerung ist die Art gemeint, bei welcher die Energie zur Speisung der Transistorbasis aus einer Speiseeinheit, die galvanisch von der Steuerungselektronik getrennt sein muss, zugeführt wird. Das Steuerungssignal wird über eine optische Verbindung übertragen. Diese Schaltungen werden schon seitens der Hersteller von Leistungsschalttransistoren angegeben und werden von ihnen als Testschaltungen verwendet. Daneben werden auch andere Schaltungen angegeben, die einfachere und preiswertere Äquivalente der Basissteuerung sind. Dazu könnte auch die Steuerung des Transistors mit einer einzigen galvanisch getrennten Speisestufe gezählt werden. Die Beispiele sind im Applikationsbuch der Firma Motorola: Switchmode Application Manual, gedruckt im Jahre 1980 in der Schweiz, im letzten Teil des Buches, dessen Seiten nicht numeriert sind, angeführt. 1. Direct control means the type in which the energy for supplying the transistor base is supplied from a supply unit which must be galvanically separated from the control electronics. The control signal is transmitted via an optical connection. These circuits are already specified by the manufacturers of power switching transistors and are used by them as test circuits. In addition, other circuits are specified that are simpler and cheaper equivalents of the basic control. The control of the transistor could also be counted with a single galvanically isolated supply stage. The examples are given in the Motorola application book: Switchmode Application Manual, printed in Switzerland in 1980, in the last part of the book, the pages of which are not numbered.

Grundsätzliche Lösungen der Steuerung gibt auch die Firma Westinghouse an in ihrer Publikation: Merle Morozovich: Where, Why and How to Use the D60T Transistor, Westinghouse Semiconductor Division, Youngwood, PA 15697, 1979, S. 30, Fig. B und C. The Westinghouse company also provides basic control solutions in its publication: Merle Morozovich: Where, Why and How to Use the D60T Transistor, Westinghouse Semiconductor Division, Youngwood, PA 15697, 1979, p. 30, Fig. B and C.

Bei dieser Art wird der Transistor soviel angesteuert, wieviel es eben notwendig ist, und er kann stark in den gesättigten Zustand gebracht und die Verluste beim Leiten können reduziert werden. Dadurch werden die Schaltverluste erhöht und die Abschaltung verlängert. Auch dies kann derart reduziert werden, dass eine Schaltung zur Verhinderung der Übersättigung eingebaut wird. Ohne Schwierigkeiten kann eine beliebige Form des Basisstromes gebildet werden. Der Nachteil liegt vor allem darin, dass für eine galvanische Trennung zwei galvanisch getrennte Speiseeinheiten notwendig sind, je eine für eine positive und negative Basisspannung. Die Speiseeinheit für die positive Basisspannung muss die Fähigkeit besitzen, einen genügend hohen Strom in der Größenordnung von mehreren Ampere abzugeben, was bei niedriger Spannung wegen niedrigen Wirkungsgrades ziemlich ungünstig ist. Die Transistoren für das Öffnen des Leistungsschalttransistors müssen imstande sein, den gesamten Basisstrom zu liefern. Die Kapazität des Speiseteils gegenüber dem Netz und der Masse der Speiseelektronik übt einen negativen Einfluss auf das Benehmen der Schaltung besonders bei hohen Frequenzen aus. Das Problem wird teilweise mit einem Optokoppler gelöst, mit dem jedoch bei hohen Frequenzen die Informationsübertragung gestört wird. In this way, the transistor is driven as much as is necessary, and it can be brought into the saturated state and the losses during conduction can be reduced. This increases switching losses and extends shutdown. This can also be reduced in such a way that a circuit for preventing oversaturation is installed. Any form of base stream can be formed without difficulty. The main disadvantage is that two galvanically isolated supply units are required for electrical isolation, one each for a positive and negative base voltage. The supply unit for the positive base voltage must have the ability to supply a sufficiently high current in the order of magnitude of several amperes, which is quite unfavorable at low voltage because of its low efficiency. The transistors for opening the power switching transistor must be able to supply the entire base current. The capacity of the supply part compared to the network and the mass of the supply electronics exerts a negative influence on the behavior of the circuit, especially at high frequencies. The problem is partially solved with an optocoupler, but with which the information transmission is disturbed at high frequencies.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

665 515 665 515

2. Um den notwendigen Basistrom herabzusetzen, wurden zwei oder mehrere Transistoren in einer Darlington-Schaltung geschaltet. Diese Art wird in der Praxis am meisten verwendet und kann deshalb bei den Industrieerzeugnissen am leichtesten gefunden werden. Die galvanische Trennung ist ebenfalls mit optisch verbundenen galvanisch getrennten Speiseeinheiten realisiert. 2. In order to reduce the necessary base current, two or more transistors were connected in a Darlington circuit. This type is most widely used in practice and is therefore the easiest to find in industrial products. The galvanic isolation is also realized with optically connected galvanically isolated supply units.

Der diesbezügliche Vorteil liegt vor allem in niedrigerem Steuerungsstrom bei gleichem Kollektorstrom. Dadurch wird die notwendige Leistung des galvanisch getrennten Speiseteils für den positiven Basisstrom wesentlich reduziert. Niedrigere Verlustleistung brauchen auch die Transistoren für das Öffnen der Darlington-Schaltung im Vergleich zu der Variante unter Punkt 1 zu besitzen. Die Nachteile dabei sind wie folgt: The main advantage in this regard is the lower control current with the same collector current. This significantly reduces the power required by the galvanically isolated supply section for the positive base current. The transistors for opening the Darlington circuit also need to have lower power dissipation compared to the variant under item 1. The disadvantages are as follows:

— höhere Spannung beim leitenden Zustand des Transistors, was auch höhere Verluste verursacht; - higher voltage when the transistor is in the on state, which also causes higher losses;

— wegen der Verzögerung des Transistors für das Öffnendes Leistungstransistors sind die Einschalt- und die Ausschaltzeiten länger; - Because of the delay of the transistor for opening the power transistor, the switch-on and switch-off times are longer;

— höherer Preis wegen des teuren Öffnungstransistors, der die Spannung Uce (SVS) gleich derjenigen des Leistungsschalttransistors und den Kollektorstrom I mindestens gleich demjenigen des Leistungsschalttransistor haben muss; - Higher price because of the expensive opening transistor, which must have the voltage Uce (SVS) equal to that of the power switching transistor and the collector current I at least equal to that of the power switching transistor;

— ebenso wie bei der Variante unter Punkt 1 muss ein galvanisch getrennter Speiseteil bestehen und die Signalübertragung über den Optoisolator erfolgen. - As with the variant under point 1, there must be an electrically isolated supply section and the signal transmission must take place via the optoisolator.

Diese Art der Steuerung wird bei transistorisierten Geräten für die Einstellung der Geschwindigkeit für Gleichstrom-Servomotoren der Firma Siemens der Typen: GRB 2012, GRB 2025, GRB 2030 und des Servo-Gerätes für die Einstellung der Geschwindigkeit FANUK verwendet (Dokumentationskode A205-0089-0320/01). This type of control is used in transistorized devices for setting the speed for DC servomotors from Siemens of the types: GRB 2012, GRB 2025, GRB 2030 and the servo device for setting the speed FANUK (documentation code A205-0089-0320 / 01).

3. Oft wird das Öffnen eines Leistungs-Transistors mit einem PNP Transistor verwendet. Bei der Mehrzahl der Applikationen ist eine galvanische Trennung nicht notwendig, da dabei am Niederspannungspegel des nächsten Transistors, der den PNP Transistor öffnet, gesteuert werden kann. Diese Lösung wird schon mehrere Jahre von der Firma General Electric im Transistor-Servoregler HI-AK, der aufgrund der US-Patentschrift 3 883 786 geschützt ist, verwendet. Grundsätzlich gleiche Lösung der Steuerung der Leistungsschalttransistoren kann man auch in den US-Patentschriften 3 652 913 und 3 560 829 finden. 3. Often opening a power transistor with a PNP transistor is used. In the majority of applications, galvanic isolation is not necessary, since it can be controlled at the low voltage level of the next transistor that opens the PNP transistor. This solution has been used by General Electric in the HI-AK transistor servo drive, which is protected on the basis of US Pat. No. 3,883,786, for several years. Fundamentally the same solution for controlling the power switching transistors can also be found in US Pat. Nos. 3,652,913 and 3,560,829.

Bei vielen Applikationen, wie das die Brückenschaltungen sind, wird durch diese Steuerungsart die Notwendigkeit nach einer galvanischen Trennung des Leistungsschalt-NPN-Transi-stors umgangen. In many applications, such as bridge circuits, this type of control avoids the need for electrical isolation of the power switching NPN transistor.

Derart kann ein Leistungstransistor gut ausgesteuert und dadurch die Verluste während dem Leitzustand reduziert werden. In this way, a power transistor can be controlled well, thereby reducing losses during the conducting state.

Die ungünstige Seite dieser Art zeigt sich bei höheren Spannungen, da sie einen schlechten Wirkungsgrad wegen Leistungsverlustes am Widerstand für die Basisstrombegrenzung durch den PNP Transistor aufweist. Es entstehen grosse Schaltverluste und lange Abschaltzeiten. The unfavorable side of this type is shown at higher voltages, since it has a poor efficiency due to loss of power at the resistor for the base current limitation by the PNP transistor. There are large switching losses and long switch-off times.

4. Für die Steuerung eines Leistungsschalt-PNP-Transistors bestehen mehrere Lösungen und ein charakteristisches Beispiel kann im Buch der Motorola Semiconductor Product Inc., Semiconductor Power Circuits Handbook, Nov. 1968, S. 6-29, gefunden werden. 4. There are several solutions for controlling a power switching PNP transistor and a characteristic example can be found in the book of Motorola Semiconductor Product Inc., Semiconductor Power Circuits Handbook, Nov. 1968, pp. 6-29.

Bei dieser Art kann der Leistungs-NPN-Transistor mit einem PNP Transistor geöffnet werden. Dieser Darlington-Transistor kann in einen höheren Sättigungszustand gebracht werden und dadurch werden Verluste wegen des Spannungsabfalls am Transistor herabgesetzt, wenn dieser leitet. Folgende Nachteile zeigen sich dabei: In this way, the power NPN transistor can be opened with a PNP transistor. This Darlington transistor can be brought into a higher saturation state and thereby losses due to the voltage drop across the transistor are reduced when it conducts. The following disadvantages can be seen:

— es bestehen keine kommerziellen PNP Transistoren für hohe Spannungen und Stöme; - There are no commercial PNP transistors for high voltages and currents;

— der Öffnungstransistor muss die gleiche Spannung Uce - The opening transistor must have the same voltage Uce

(SVS) wie der Leistungsschalttransistor besitzen und der Kollektorstrom Ic muss in der Grössenordnung des Basisstromes des Leistungsschalttransistors sein, weswegen diese Transistoren kostspielig sind; (SVS) like the power switching transistor and the collector current Ic must be in the order of the base current of the power switching transistor, which is why these transistors are expensive;

— die Abschaltzeiten sind nicht minimal, da die Sperrung nicht mit negativem Strom erfolgt, und beide Transistoren sind unkontrolliert in der Sättigung; - The turn-off times are not minimal, since the blocking is not carried out with negative current, and both transistors are uncontrolled in saturation;

— auch hier ist eine optoelektronische Trennung des Signals und eine galvanisch getrennte Speiseeinheit für den Basisstrom notwendig. - Optoelectronic isolation of the signal and a galvanically isolated supply unit for the base current are also necessary here.

5. Die Steuerung der Basis des Leistungsschalttransistors über die Transformatoren ermöglicht eine maximale Ausnutzung des Transistors in allen Betriebszuständen, so dass sie immer mehr verwendet wird. 5. Controlling the base of the power switching transistor via the transformers enables maximum utilization of the transistor in all operating states, so that it is used more and more.

a) Beispiele einer solchen galvanisch getrennten Steuerung gibt sehr prinzipiell die Firma Westinghouse an in der Publikation: Merle Morozovich: Where and How to Use the D60T Transistor, S. 30, Fig. A. Detailliert ist dies in Techn. Tips 2-9, M. Morozovich transistorized 50 kHz Popcorn Popper; Westinghouse Power Semiconductor Division, Youngwood, PA 15 15976, wiedergegeben. Nachteile sind wie folgt: a) Examples of such an electrically isolated control are given in principle by the Westinghouse company in the publication: Merle Morozovich: Where and How to Use the D60T Transistor, p. 30, Fig. A. This is detailed in Techn. Tips 2-9, M. Morozovich transistorized 50 kHz Popcorn Popper; Westinghouse Power Semiconductor Division, Youngwood, PA 15 15976. Disadvantages are as follows:

— Es kann nicht mit niedriger Frequenz oder sogar im Betriebszustand eines ständig leitenden Leistungstransistors wegen Sättigung des Transformatorkernes gearbeitet werden, was eine Unterbrechung der Energie auf der Sekundärseite zur Folge hat. Um bei niedrigeren Frequenzen arbeiten zu können, müssen über die sämtliche Masse grosse Transformatoren für den Basisstrom verwendet werden und die Ausführung ist nicht mehr ökonomisch. - It is not possible to work at a low frequency or even in the operating state of a continuously conducting power transistor due to saturation of the transformer core, which leads to an interruption in the energy on the secondary side. In order to be able to work at lower frequencies, large transformers must be used for the base current over the entire mass and the design is no longer economical.

— Es kann nicht in einem Betriebszustand gearbeitet werden, in dem der Transistor den Grossteil der Periode leitend ist und wegen Gleichstromvormagnetisierung des ferromagneti-schen Kernes nur eine kurze Zeit gesperrt ist. Derweise kann nur in einem Betriebszustand gearbeitet werden, in dem die Leitzustandszeit 80% der Gesamtperiode oder weniger beträgt. - It is not possible to work in an operating state in which the transistor is conductive for most of the period and is only blocked for a short time because of the DC bias of the ferromagnetic core. This means that work can only be carried out in an operating state in which the leading state time is 80% of the total period or less.

b) Ähnliche Lösungen besitzt auch die Firma Motorola gemäss Switchmode Application Manual, Schweiz, 1980. Dabei werden mehrere möglichen Arten der Sperrung des Transistors verwendet, für welche festgestellt werden kann, dass sie technisch klarer sind als jene gemäss oben angeführter Literatur. In beiden Fällen sind gute und schlechte Eigenschaften ähnlich. b) The Motorola company has similar solutions according to the Switchmode Application Manual, Switzerland, 1980. Several possible types of transistor blocking are used, for which it can be determined that they are technically clearer than those according to the literature cited above. In both cases, good and bad properties are similar.

c) Die Lösung gemäss der deutschen Patentanmeldung P 27 29 407 besitzt von den oben erwähnten Lösungen den Vorteil, dass nicht Dioden gegen Übersättigung notwendig sind, da der Kollektorstrom selbst zusätzlich den Transistor öffnet. Dadurch wird eine kurze «Storage time» erreicht. Dabei wird auf der Primärseite wenig Energie für das Öffnen des Transistors gebraucht. Diese Variante besitzt ähnliche Nachteile wie in Beispiel 5a. c) The solution according to German patent application P 27 29 407 has the advantage of the above-mentioned solutions that diodes against oversaturation are not necessary, since the collector current itself also opens the transistor. This ensures a short "storage time". Little energy is needed to open the transistor on the primary side. This variant has similar disadvantages as in Example 5a.

d) Eine ähnliche Lösung wie in 5c wird in Artikel von John Klimek: Reverse magnetic spike driver switching transistor effi-ciently, Pretoria, South Africa, Electronics, Dec. 29, 1981, S. 94, gefunden. d) A similar solution as in 5c is provided in John Klimek's article: Reverse magnetic spike driver switching transistor effi-ciently, Pretoria, South Africa, Electronics, Dec. 29, 1981, p. 94.

Das Wesen dieser Lösung liegt darin, dass der Transistor neben einem zusätzlichen Öffnen mit dem Kollektorstrom auch mit der im Transformator angesammelten Magnetenergie gesperrt wird. Bei dieser Lösung tritt ebenfalls das Problem der niedrigen Frequenzen bei einem Arbeitszustand auf, bei welchem die Zeit des Leitzustandes viel länger als die Sperrzeit ist. The essence of this solution is that, in addition to being opened with the collector current, the transistor is also blocked with the magnetic energy accumulated in the transformer. With this solution, the problem of low frequencies also arises in a working state in which the time of the leading state is much longer than the blocking time.

e) Die Lösung, welche Helmut Knöll in seiner Doktordissertation behandelt, ermöglicht alle Arbeitszustände des Transistors bei minimalen statischen und Schaltverlusten und maximaler Geschwindigkeit. e) The solution that Helmut Knöll deals with in his doctoral dissertation enables all operating states of the transistor with minimal static and switching losses and maximum speed.

— Von allen behandelten Lösungen ist diese vom technischen Standpunkt die beste, da die Forderung nach optimaler Steuerung das Transistors erfüllt ist. - Of all the solutions dealt with, this is the best from a technical point of view, since the requirement for optimal control of the transistor is fulfilled.

Nachteile treten vor allem bei der Realisierung und dem Preis der Gesamtlösung auf, und zwar: The main disadvantages are the implementation and the price of the overall solution, namely:

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

665 515 665 515

4 4th

— Die Stromquelle ist mit einem Transistor und anderen notwendigen Bauteilen ausgeführt und benimmt sich bei geringeren Änderungen der Impedanz wie eine konstante Quelle. Bei einer grösseren Änderung der Schaltungsimpedanz während der Kommutierung benimmt sich die Quelle wie Drossel. Beim Abschalten muss deshalb ein Kurzschluss durchgeführt werden und erst dann werden die Transistoren für die Speisung der Transformatoren gesperrt. Der Kurzschluss muss die ganze Zeit dauern, so dass der Stromgenerator für die Stromzufuhr vorbereitet ist; im Intervall, in welchem der Leistungsschalttransistor gesperrt ist, wird deswegen die ganze Energie am Stromgenerator verbraucht. - The current source is designed with a transistor and other necessary components and behaves like a constant source with minor changes in impedance. If there is a major change in the circuit impedance during commutation, the source behaves like a choke. A short circuit must therefore be carried out when switching off and only then will the transistors for the supply of the transformers be blocked. The short circuit must last all the time so that the power generator is ready for power supply; in the interval in which the power switching transistor is blocked, all the energy on the power generator is therefore consumed.

— Der Stromgenerator muss eine Kontrollschaltung besitzen, weshalb er kostspielig ist. - The power generator must have a control circuit, which is why it is expensive.

— An Transistoren, die den Strom durch die Transformatoren liefern, treten während der Kommutierung hohe Spannungen auf, was vom Autor in seinem Artikel nicht angeführt wird. - Transistors, which supply the current through the transformers, experience high voltages during commutation, which is not mentioned by the author in his article.

f) Eine technisch noch bessere Lösung wurde vom H. Boe-heiniger und F. Bruger veröffentlicht im Artikel: Transformatorlose Transistor-Pulsumrichter mit Ausgangsleistungen bis 50 KVA, E und M, 1979, S. 539-545. f) A technically even better solution was published by H. Boe-Heiniger and F. Bruger in the article: Transformerless transistor pulse converters with output powers up to 50 KVA, E and M, 1979, pp. 539-545.

Die gleiche Lösung wird auch angegeben im Artikel: R. Würslin, Transistor converter opération on 380 V three-phase mains, 2nd Annual European Power Conversion Conference, Sept. 3-5, 1980, Munich. The same solution is also given in the article: R. Würslin, Transistor converter operation on 380 V three-phase mains, 2nd Annual European Power Conversion Conference, Sept. 3-5, 1980, Munich.

Diese Lösungen besitzen keine funktionellen Nachteile, These solutions have no functional disadvantages,

doch wegen des hohen Preises der verwendeten MOS FET Transistoren, der den Preis des gesteuerten Leistungsbipolartransistors übertreffen kann, sind sie unwirtschaftlich. In diesem Fall arbeiten die MOS FET Transistoren teilweise in einer analogen und teilweise in einer Schalt-Arbeitsweise und daran wird eine ziemlich grosse Leistung verbraucht. however, due to the high price of the MOS FET transistors used, which can exceed the price of the controlled power bipolar transistor, they are uneconomical. In this case, the MOS FET transistors work partly in an analog and partly in a switching mode and a fairly large amount of power is consumed on them.

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Leistungsschalttransistors mit galvanischer Trennung zu schaffen, die die Nachteile des gennanten Standes der Technik nicht aufweist. The object of the invention is to provide a circuit arrangement for controlling a power switching transistor with galvanic isolation, which does not have the disadvantages of the prior art mentioned.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches gelöst. According to the invention the object is achieved with the characterizing features of the patent claim.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung, und Fig. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the circuit arrangement, and

Fig. 2 ein Zeitdiagramm für die Schaltungsanordnung. Fig. 2 is a timing diagram for the circuit arrangement.

Die Eingangsklemme VH1 ist mit der Basis des Transistors T1 verbunden, wogegen der Emitter mit Masse und der Kollektor mit dem gemeinsamen Punkt der Zener-Diode ZD1 und der Primärwicklung Nl des Transformators TRI verbunden sind. Der zweite Anschluss der Wicklung Nl ist mit dem Stromgenerator Igl verbunden. Zwischen den Anschlüssen der Wicklung N1 befindet sich eine Reihenschaltung der Diode D9 und der Zener-Diode ZD1 und zwischen den Anschlüssen der Wicklung N2 des Transformators TRI befindet sich eine Reihenschaltung der Widerstände R1 und R2, deren Verbindungspunkt mit der Basis des Transistors T4 verbunden ist, wobei der Emitter mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstandes R2 und der Wicklung N2 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren T4 und T5 sind zusammen in einem gemeinsamen Punkt mit dem Anschluss der Wicklung N8 des Transformators TR3, dem Emitter des Transistors MST und der Diode Dmst verbunden. Mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstandes Rl, der Wicklung N2 und der Wicklung N3 ist die Diode Dl und mit dem anderen Anschluss der Wicklung N3 die Diode D2 verbunden. The input terminal VH1 is connected to the base of the transistor T1, whereas the emitter is connected to ground and the collector to the common point of the Zener diode ZD1 and the primary winding N1 of the transformer TRI. The second connection of the winding Nl is connected to the current generator Igl. Between the connections of the winding N1 there is a series connection of the diode D9 and the Zener diode ZD1 and between the connections of the winding N2 of the transformer TRI there is a series connection of the resistors R1 and R2, the connection point of which is connected to the base of the transistor T4, the emitter being connected to the common point of resistor R2 and winding N2. The collectors of the transistors T4 and T5 are connected together at a common point to the connection of the winding N8 of the transformer TR3, the emitter of the transistor MST and the diode Dmst. The diode D1 is connected to the common point of the resistor R1, the winding N2 and the winding N3 and the diode D2 is connected to the other connection of the winding N3.

Auf gleiche Weise ist ein Transformator TR2 an einen Anschluss der Sekundärwicklung N6 die Diode D4 verbunden. Die Dioden D2 und D4 sind in einem gemeinsamen Punkt mit den Kollektor des Transistors MST und der Diode Dmst verbunden. Zwischen die Anschlüsse der Sekundärwicklung N5 des Transformators TR2 sind in Reihe die Widerstände R3 und R4 angeschlossen, ihr gemeinsamer Punkt ist mit der Basis des Transistors T5, der Emitter mit dem gemeinsamen Punkt der Wicklung N5 und des Widerstandes R4 und der Kollektor mit dem Kollektor des Transistors T4 verbunden. In the same way, a transformer TR2 is connected to a connection of the secondary winding N6 the diode D4. The diodes D2 and D4 are connected at a common point to the collector of the transistor MST and the diode Dmst. Between the connections of the secondary winding N5 of the transformer TR2, the resistors R3 and R4 are connected in series, their common point is with the base of the transistor T5, the emitter with the common point of the winding N5 and the resistor R4 and the collector with the collector of the Transistor T4 connected.

Der gemeinsame Punkt der Wicklung N6, der Wicklung N5 und des Widerstandes R3 ist mit der Diode D3 verbunden. Die Diode D2 und die Diode D3 sind zusammen mit dem Kollektor des Transistors MST verbunden. The common point of winding N6, winding N5 and resistor R3 is connected to diode D3. The diode D2 and the diode D3 are connected together to the collector of the transistor MST.

Die Eingangsklemme VH2 ist mit der Basis des Transistors T2 verbunden, wobei der Emitter mit Masse und der Kollektor mit dem gemeinsamen Punkt der Zener-Diode ZD2 und des Anschlusses der Primärwicklung N4 des Transformators TR2 verbunden ist. Der zweite Anschluss der Wicklung N4 ist mit dem Stromgenerator Ig2 verbunden. Zwischen den Anschlüssen der Wicklung N4 befindet sich eine Reihenschaltung der Diode DIO und der Zener-Diode ZD2. The input terminal VH2 is connected to the base of the transistor T2, the emitter being connected to ground and the collector being connected to the common point of the Zener diode ZD2 and the connection of the primary winding N4 of the transformer TR2. The second connection of the winding N4 is connected to the current generator Ig2. There is a series connection of the diode DIO and the Zener diode ZD2 between the connections of the winding N4.

Die Eingangsklemme VH3 ist mit der Basis des Transistors T3 verbunden, wobei der Kollektor mit dem gemeinsamen Punkt des Anschlusses der Wicklung N7 des Transformators TR3 und der Zener-Diode ZD3 verbunden ist. Zwischen den Anschlüssen der Wicklung N7 ist eine Reihenschaltung der Diode Dil und der Zener-Diode ZD3 angeschlossen. Der gemeinsame Punkt der Diode Dil und des Anschlusses der Wicklung N7 ist mit der Klemme + V verbunden. Zwischen dem Anschluss der Wicklung N8 des Transformators TR3 und der Basis des Transistors MST sind die Dioden D8, D7, D6 und D5 in Reihe geschaltet. The input terminal VH3 is connected to the base of the transistor T3, the collector being connected to the common point of connection of the winding N7 of the transformer TR3 and the Zener diode ZD3. A series connection of the diode Dil and the Zener diode ZD3 is connected between the connections of the winding N7. The common point of the diode Dil and the connection of the winding N7 is connected to the terminal + V. The diodes D8, D7, D6 and D5 are connected in series between the connection of the winding N8 of the transformer TR3 and the base of the transistor MST.

Parallel zum Kollektor und zum Emitter des Transistors MST ist die Diode Dmst geschaltet; diese zwei Punkte bilden gleichzeitig auch die Ausgangsklemmen IZ1 und IZ2 der Schaltung, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. The diode Dmst is connected in parallel with the collector and the emitter of the transistor MST; these two points simultaneously form the output terminals IZ1 and IZ2 of the circuit, as shown in FIG. 1.

Wenn der Befehl für das Leiten des Leistungsschalttransistors MST erhalten wird, wird der Transistor T1 oder T2 geöffnet. Falls der Transistor T1 öffnet, fliesst durch die Primärwicklung Nl des Transformators TRI ein Strom, der vom Stromgenerator Igl bestimmt wird. Auf der Sekundärseite des Transformators TRI muss ein Sekundärstrom fliessen, da dieser wie ein Stromtransformator arbeitet. Im ersten Moment fliesst ein Strom durch den Widerstand Rl und die Basis des Transistors T4 und deswegen öffnet der Transistor T4. Nun beginnt der Strom durch die Diode Dl in die Basis des Transistors MST zu fliessen, der deswegen öffnet. Wenn der Transistor MST leitet, wird der Basisstrom Ibmst kleiner, da sich der Sekundärstrom des Transformators TRI über die Diode D2 und den Kollektor des Transistors MST abzuschliessen beginnt. Dann fliesst durch den Kollektor des Transistors MST der Laststrom und ein Teil des Sekundärstromes des Transformators. Vom Laststrom Ib ist es abhängig, wieviel vom Sekundärstrom Is2 durch die Basis des Transistors MST und wieviel von diesem Strom durch den Kollektor fliessen wird. Je grösser der Laststrom IB ist, desto grösser wird die Sättigungsspannung Uce und desto weniger Strom wird sich über den Kollektor des Transistors und desto mehr Strom durch die Basis des Transistors MST abschliessen. Dadurch wird sich die Spannung Übe des Transistors MST erhöhen und deswegen wird auch der Strom durch die Basis des Transistors T4 höher. Da sich der Basisstrom Ib4 erhöhen wird, wird die Spannung Uce4 geringer werden und demgemäss wird sich die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators TRI nicht wesentlich ändern. Die Zahl der Windungen der verlängerten Wicklung (N3 und N5) an den Sekundärwicklungen der Transformatoren TRI und TR2 hängt davon ab, welche Sättigungsspannung (Uce) am Transistor MST auftreten soll. Je höher die Zahl der Windungen (N3 und N5) sein wird, desto höher wird die Sättigungsspannung; sie bewegt sich zwischen N2/2 (N4/2) und Null. Null tritt hauptsächlich bei Leistungs-Darlington-Transistoren auf. When the command for conducting the power switching transistor MST is received, the transistor T1 or T2 is opened. If the transistor T1 opens, a current flows through the primary winding N1 of the transformer TRI, which current is determined by the current generator Igl. A secondary current must flow on the secondary side of the transformer TRI, since it works like a current transformer. At first, a current flows through the resistor R1 and the base of the transistor T4 and therefore the transistor T4 opens. Now the current begins to flow through the diode Dl into the base of the transistor MST, which therefore opens. If the transistor MST conducts, the base current Ibmst becomes smaller since the secondary current of the transformer TRI begins to terminate via the diode D2 and the collector of the transistor MST. Then the load current and part of the secondary current of the transformer flow through the collector of the transistor MST. It depends on the load current Ib how much of the secondary current Is2 will flow through the base of the transistor MST and how much of this current will flow through the collector. The greater the load current IB, the greater the saturation voltage Uce and the less current will be terminated via the collector of the transistor and the more current through the base of the transistor MST. As a result, the voltage Übe of the transistor MST will increase and therefore the current through the base of the transistor T4 will also be higher. As the base current Ib4 will increase, the voltage Uce4 will decrease and accordingly the voltage on the secondary winding of the transformer TRI will not change significantly. The number of turns of the extended winding (N3 and N5) on the secondary windings of the transformers TRI and TR2 depends on which saturation voltage (Uce) is to occur at the transistor MST. The higher the number of turns (N3 and N5), the higher the saturation voltage; it moves between N2 / 2 (N4 / 2) and zero. Zero mainly occurs in power Darlington transistors.

Da der Kern des Transformators TRI in die Sättigung kommen würde, wenn der Transistor T1 zu lange geöffnet wäre, Since the core of the transformer TRI would saturate if the transistor T1 were open too long,

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muss der Transistor TI gesperrt und schon etwas früher den Transistor T2 öffnen. In der Zeit, als beide Transistoren (T1 und T2) leiten, wird die Kommutierung durchgeführt. Da wegen der Induktivität der Leitungen und der Streuinduktivität des Transformators der Strom in seinem vollen Wert nicht fliessen kann und er auch auf Null aus demselben Grund nicht fallen kann, kann mit einer richtig gewählten Zeit der Überlappung (der Kommutierung) erreicht werden, dass der Basisstrom des Transistors MST ohne Stromeinbuchtungen sein wird (s. Fig. 2). Das bedeutet, dass während der Kommutierung der Basisstrom nicht unter den notwendigen Wert fallen wird. Normalerweise wird die Kommutierung um soviel verlängert, dass die Summe beider Ströme während der Kommutierung grösser als der normale Basisstrom ist, der zu der Basis des Transistors MST fliesst, wenn nur ein Transistor leitet (T1 oder T2). Wichtig ist vor allem, dass zwei Stromgeneratoren verwendet werden (Igl, Ig2), da dadurch der gegenseitige Einfluss zwischen den beiden Zweigen eliminiert wird. Wenn der Transistor T2 leitet und der Transistor T1 noch gesperrt ist, wiederholt sich das identische Bild wie im Fall, wenn nur der Transistor T1 leitet. the transistor TI must be blocked and the transistor T2 opened a little earlier. Commutation is carried out in the time when both transistors (T1 and T2) are conducting. Since, due to the inductance of the lines and the leakage inductance of the transformer, the full value of the current cannot flow and it cannot drop to zero for the same reason, the base current can be achieved with a correctly selected time of overlap (commutation) of the transistor MST will be without current indentations (see FIG. 2). This means that the base current will not drop below the necessary value during commutation. Normally, the commutation is extended by so much that the sum of both currents during commutation is greater than the normal base current that flows to the base of the transistor MST if only one transistor is conducting (T1 or T2). It is particularly important that two current generators are used (Igl, Ig2), as this eliminates the mutual influence between the two branches. If the transistor T2 conducts and the transistor T1 is still blocked, the identical picture is repeated as in the case when only the transistor T1 conducts.

In der Zeit des Leitzustandes des Transistors MST wird mit einer Frequenz der Leitzustand der Transistoren T1 und T2 gewechselt, wobei ständig eine Überlappung durchgeführt wird. During the time when the transistor MST is in the on state, the on state of the transistors T1 and T2 is changed at a frequency, an overlap being carried out continuously.

Wichtig ist auch die Rolle der Zener-Dioden ZD1 und ZD2, die den Primärwicklungen Nl und N4 der Transformatoren TRI und TR2 parallel geschaltet sind. Die Dioden D9 und DIO verhindern den Strom durch die Zener-Dioden ZD1 und ZD2, wenn die Transistoren Tl und T2 im leitenden Zustand sind. Wenn die Transistoren Tl und T2 gesperrt sind, induziert sich an den Primärseiten der Transformatoren eine Spannung mit Gegenpolarität und mit einer Höhe, die mit der Schwelle der Zener-Dioden ZD1 und ZD2 begrenzt ist. An den Zener-Dioden wird jetzt die Energie verbraucht, die früher in den Transformatoren TRI und TR2 während des Leitens der Transistoren Tl und T2 gespeichert wurde. The role of the Zener diodes ZD1 and ZD2, which are connected in parallel to the primary windings N1 and N4 of the transformers TRI and TR2, is also important. The diodes D9 and DIO prevent the current through the Zener diodes ZD1 and ZD2 when the transistors T1 and T2 are in the conductive state. When the transistors T1 and T2 are blocked, a voltage of opposite polarity and with a height which is limited by the threshold of the Zener diodes ZD1 and ZD2 is induced on the primary sides of the transformers. The energy that was previously stored in the transformers TRI and TR2 during the conduction of the transistors T1 and T2 is now consumed at the Zener diodes.

Die Spannung der Zener-Dioden ZD1 und ZD2 muss hoch genug sein, so dass während der Pause, d.h. während der Zeit, in welcher der Transistor Tl und T2 gesperrt ist, die sämtliche magnetische Energie verbraucht wird. Dadurch wurde sichergestellt, dass der Kern in den folgenden Perioden wegen Gleichstromvormagnetisierung in eine Sättigung kommen wird. The voltage of the Zener diodes ZD1 and ZD2 must be high enough so that during the pause, i.e. all the magnetic energy is consumed during the period in which the transistors T1 and T2 are blocked. This ensured that the core would saturate in the following periods due to DC bias.

Die Sperrung des Transistors MST verläuft derweise, dass beide Transistoren Tl und T2 gesperrt und für eine kurze Zeit der Transistor T3 geöffnet wird. Dadurch wird eine schnelle Sperrung des Transistors MST sichergestellt, da er mit einer negativen Spannung zwischen Basis und dem Emitter des Transistors MST gesperrt wird. Wie lange diese Spannung dauern wird, hängt vom Transformator TR3 ab. Es besteht ein ähnliches Problem wie bei Transformatoren TRI und TR2, die Dioden D5, D6, D7 und D8 verhindern den Strom durch den Transformator TR3, wenn der Transistor MST leitend ist. The transistor MST is blocked in such a way that both transistors T1 and T2 are blocked and transistor T3 is opened for a short time. This ensures a fast blocking of the transistor MST, since it is blocked with a negative voltage between the base and the emitter of the transistor MST. How long this voltage will last depends on the transformer TR3. There is a problem similar to that of transformers TRI and TR2, the diodes D5, D6, D7 and D8 prevent the current through the transformer TR3 when the transistor MST is conductive.

Die Rolle der Transistoren T4 und T5 ist wie folgt: Der Transistor MST mit der parallel geschalteten Diode Dmst kann auch nur als Diode arbeiten. Wenn der Transistor MST mit einer integrierten Rückspannungsdiode Dmst verwendet wird, besitzt diese in der Durchlassrichtung einen Spannungsabfall bis zu 5 V, was viel mehr als bei diskreten Dioden und gleichem Strom beträgt. The role of the transistors T4 and T5 is as follows: The transistor MST with the diode Dmst connected in parallel can also work only as a diode. If the transistor MST is used with an integrated reverse voltage diode Dmst, this has a voltage drop in the forward direction of up to 5 V, which is much more than with discrete diodes and the same current.

Wegen des Spannungsabfalls an der Diode Dmst würde sich der Strom auch durch die beiden Sekundärwicklungen der Because of the voltage drop across the diode Dmst, the current would also flow through the two secondary windings

Transformatoren TRI und TR2 als auch die Dioden D2 und D4 abschliessen. Da dieser Leitzustand der Diode Dmst beliebig lang ist, was vor allem von der Verwendungsart des Leistungsschalttransistors abhängig ist, gelangen die Kerne der Transformatoren TRI und TR2 in den Sättigungszustand. Der Widerstandswert der Sekundärwicklungen der Transformatoren TRI und TR2 ist sehr klein und deswegen ist der Spannungsabfall an den Dioden D2 und D4 höher. Da diese Dioden diskret ausgeführt sind und einen kleinen Spannungsabfall verursachen, fliesst durch die Dioden D2 und D4 ein grosser Strom, der normalerweise durch die Diode Dmst und den Transistor MST fliessen und sie beide thermisch zerstören würde. Terminate transformers TRI and TR2 as well as diodes D2 and D4. Since this leading state of the diode Dmst is of any length, which is primarily dependent on the type of use of the power switching transistor, the cores of the transformers TRI and TR2 reach the saturation state. The resistance value of the secondary windings of the transformers TRI and TR2 is very small and therefore the voltage drop across the diodes D2 and D4 is higher. Since these diodes are designed to be discrete and cause a small voltage drop, a large current flows through the diodes D2 and D4, which would normally flow through the diode Dmst and the transistor MST and thermally destroy them both.

Wenn die Transistoren T4 und T5 verwendet werden, können jedoch bei einer solchen Arbeitsweise (Tätigkeit der Diode Dmst) die Transistoren Tl und T2 und demgemäss auch die Transistoren T4 und T5 gesperrt werden. Nun ist die Impedanz im Stromkreis hoch und der ganze Strom schliesst sich durch die Diode Dmst ab. If the transistors T4 and T5 are used, however, the transistors Tl and T2 and accordingly also the transistors T4 and T5 can be blocked in such a mode of operation (operation of the diode Dmst). Now the impedance in the circuit is high and the entire current is terminated by the diode Dmst.

Auch wenn die Schaltung für das Öffnen des Transistors MST arbeitet, d.h., dass die Transistoren Tl und T2 kommu-tieren, kann der Transistor MST mit der Diode Dmst in der Funktion einer Diode verwendet werden. Diesmal ist wegen des Stromes durch die Diode Dmst der Kollektorstrom des Transistors MST gleich Null; deswegen ist auch eine Basis-Emitterspannung gleich Null notwendig. Da der Sekundärstrom aufgezwungen ist, fliesst durch den Widerstand Rl und die Basis des Transistors T4 in der ersten Periode (s. Fig. 1) und den Widerstand R3 und die Basis des Transistors T5 in der zweiten Periode der Umschaltung der Transformatoren TRI und TR2 nur ein solcher Strom, dass der Kollektorstrom der Transistoren T4 und T5 den ganzen übrigen Sekundärstrom darstellt. Dieser Teil der Spannung, der den Unterschied zwischen den Spannungsabfällen an den Dioden D2 und D4 und der Diode Dmst darstellt, tritt nun an den Transistoren T4 und T5 auf. Even if the circuit for opening the transistor MST works, i.e. that the transistors T1 and T2 commutate, the transistor MST with the diode Dmst can be used as a diode. This time, because of the current through the diode Dmst, the collector current of the transistor MST is zero; therefore a base-emitter voltage of zero is necessary. Since the secondary current is forced, the resistor R1 and the base of the transistor T4 in the first period (see FIG. 1) and the resistor R3 and the base of the transistor T5 in the second period of the switching of the transformers TRI and TR2 only flow such a current that the collector current of transistors T4 and T5 represents all of the remaining secondary current. This part of the voltage, which represents the difference between the voltage drops across diodes D2 and D4 and diode Dmst, now occurs at transistors T4 and T5.

Zwei Transistoren werden deswegen verwendet, dass durch einen Transistor, der funktionsgemäss zwei ersetzen könnte, während der Kommutierung nicht ein grösserer Strom abgeschlossen wird. Man müsste nämlich einen Transistor auf maximalen Strom dimensionieren, weswegen es besser ist, zwei für niedrigeren Strom zu nehmen, da sie sehr genau dimensioniert werden können. Two transistors are used because a transistor that could functionally replace two does not terminate a larger current during commutation. You would have to dimension one transistor for maximum current, which is why it is better to use two for lower current, since they can be dimensioned very precisely.

Die galvanische Trennung mit dem Leistungsschalttransistor und der Steuerungselektronik kann mit einer Isolierung zwischen Primär- und den Sekundärwicklungen der Transformatoren TRI, TR2 und TR3 erreicht werden. The electrical isolation with the power switching transistor and the control electronics can be achieved with an insulation between the primary and the secondary windings of the transformers TRI, TR2 and TR3.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Steuerung eines Leistungstransistors in sehr anspruchsvollen Arbeitsbedingungen bei einer Verwendung von preiswerten Bauteilen, was wesentlich auch die ganze Vorrichtung verbilligt. Gemeint sind vor allem die Transistoren TI, T2 und T3, die bipolare Niederspannungsschalttransistoren sind. Diese Schaltung bietet den gröss-ten Vorteil, wenn für den Leistungsschalttransistor MST ein Leistungs-Darlington-Transistor mit einer integrierten Diode verwendet wird. Diese Transistoren besitzen eine etwas höhere Sättigungsspannung und die gleiche Verstärkung wie diskrete Transistoren. The proposed solution enables the control of a power transistor in very demanding working conditions when using inexpensive components, which also significantly cheaper the entire device. This primarily means the transistors TI, T2 and T3, which are bipolar low-voltage switching transistors. This circuit offers the greatest advantage if a power Darlington transistor with an integrated diode is used for the power switching transistor MST. These transistors have a slightly higher saturation voltage and the same gain as discrete transistors.

Durch Verwendung der vorgeschlagenen Schaltung können diese in allen Arbeitsbedingungen verwendet werden, gleichzeitig verbessert sich aber der Wirkungsgrad der Vorrichtungen wegen niedrigerer Verluste am Leistungs-Darlington-Transistor. By using the proposed circuit, these can be used in all working conditions, but at the same time the efficiency of the devices improves because of lower losses on the power Darlington transistor.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

CH4440/83A 1982-08-16 1983-08-15 Circuit for controlling a power switching transistors with galvanic isolation. CH665515A5 (en)

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