DD216832A1 - Schaltungsanordnung zur ansteuerung von bipolaren transistorleistungsschaltern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von bipolaren Transistorleistungsschaltern, die vorzugsweise in Wechselrichterbrueckenschaltungen eingesetzt wird. Es sollen mit einer funktionssicheren Schaltung gute dynamische Eigenschaften mit wenigen Bauelementen zur Erzielung der notwendigen Basisstromueberhoehung ohne Induktivitaeten erreicht werden. Aufgabe ist, die bekannte Schaltung so zu veraendern, dass ausgehend von einem Dauerimpuls und optoelektronischer Potentialtrennung mittels integrierter und diskreter Bauelemente steile Basisstromimpulse mit ueberhoehter positiver und negativer Stromspitze zur Ansteuerung eines Transistorleistungsschalters gebildet werden. Der ueber einen Optokoppler angesteuerte Impulsverstaerker mit Differenzeingang enthaelt erfindungsgemaess eine Schwellwertstufe und dessen negierter Ausgang eine Zeitverzoegerung . Die nachfolgende Gegentaktstufe mit den beiden Treibertransistoren zum Ein- und Ausschalten des Transistorleistungsschalters ist direkt mit der positiven und negativen Betriebsspannung verbunden.Der Ausgang der Gegentaktstufe ist an eine aus der Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes in Reihe mit einem weiteren Widerstand gebildete Impulsformerstufe fuer die positiven und negativen Basisstromspitzen angeschlossen.Zweckmaessigerweise ist der Impulsverstaerker ein integrierter Initiatorschaltkreis.

Description

Titel der Erfindung , .

Schaltungsanordnung zur .Ansteuerung von bipolaren Transistorleistungsschaltern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur . Ansteuerung von bipolaren Transistorleistungsschal- ; tern, die vorzugsweise in Wechselrichterbrückenschaltungen eingesetzt wird·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DD-PS 119 506 (H 03 K 17/04) ist eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Schaltverhaltens von Transistoren bekannt. Nach dieser Schaltungs- > anordnung weist der Basisableitwiderstand des End- . stufenschalttransistors eines in Emitterfolgeschaltung betriebenen Schaltverstärkers einen induktiven Anteil auf. Dem Sndstufenschalttransistor ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand parallelgeschaltet, der durch eine in der Richtung der Emitter-Kollektor-Strecke des Endstufenschalttransistors gepolte Diode überbrückt ist· Dem induktiven Anteil des Basisableitwiderstandes ist ein Dämpfungswiderstand parallelgeschaltet· In_;die Speise-

spannungszuleitung ist eine Drosselspule zur Strombegrenzung mit einer parallelgeschalteten, der Speise-* spannung entgegengesetzt gepolten.Diode eingeschaltet. Zur Erreichung des. verbesserten Schaltverhaltens sind· mehrere technologisch aufwendige Induktivitäten erforderlich, die dem Endstufenschalttransistor .zugeordnet sind/ Diese Schaltungsanordnung ist nicht für · höhere Leistungen geeignet.

Au's der"Elektric 5/79, S. 240 ff ist eine Ansteüer-'schaltung für die Leistungstransistor-Schalter eines Leistungstransistor-Moduls für hohe Schaltfrequenzen bekannt. Das Ansteuersignal gelangt zur Potentialtrennung über einen Optokoppler auf einen Impulsverstärker. An den beiden Ausgängen des Impulsverstärkers liegen die Treibertransistoren, die in bestürmter Zuordnung su den logischen Pegeln des Steuersignals abwechselnd.eingeschaltet werden. Über eine positive. Gleichspannung an einem Treibertransistor werden die Leistungstransistoren eingeschaltet und über eine negative Gleichspannung am.zweiten . Treibertransistor ausgeschaltet. Zur Stromüberhöhung im positiven Zweig der,Gegentakt-Treiberstufe ist in diesem Zweig ein RC-Glied vorgesehen. Die Stromüberhöhung im negativen Zweig erfolgt über ein RL-Glied. Da nach dem Optokoppler.nur ein Verstärker verwendet wird, treten relativ große,Verzögerung'szeiten auf.. Zur Erreichung der erforderlichen Überhöhung des Basisstromes sind vier Bauelemente, 'davon eine technologisch-aufwendige Induktivität erforderlich»

Ziel der Erfindung . . .

Ziel der Erfindung ist die Schaffung^:einer funktionssicheren Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von bi-

polaren Transistorleistungsschaltern, die -gute dynamische Eigenschaften aufweist und wenige Bauelemente zur Erzielung der notwendigen Basisstromüberhöhung erfordert, wobei keine Induktivität erforderlich sein darf.

Darlegung des Wesens der Erfindung _:

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird. _t .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von bipolaren Transistorleistungsschaltern so zu verändern, daß ausgehend von einem Dauerimpuls und optoelektronischer Potentialtrennung mittels integrierter und diskreter Bauelemente steile Basisstromimpulse mit überhöhter positiver und negativer Stromspitze zur Ansteuerung eines Transistorleistungsschalters gebildet werden.·

Merkmale der Erfindung

Die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von bipolaren Transistorleistungsschaltern, bei der das Ansteuer-· signal über einen Optokoppler mit einem Impulsverstärker in Verbindung steht und der Impulsverstärker einen Ausgang und einen negierten Ausgang, aufweist, an die die.Basen von zwei in Gegentaktschaltung betriebenen Treibertransistoren angeschlossen sind, enthält erfindungsgemäS der Impulsverstärker eine .Schwellwertstufe un^!d dessen negierter Ausgang eine Zeitverzögerung. Die Gegentaktstufe mit den beiden Treibertransistoren ist direkt mit der positiven und negativen Betriebsspannung verbunden· Der gemeinsame Verbindungs-

punkt.der beiden Treibertransistoren ist über einen

Impulsformer aus einer RC-Beschaltung an die Basis des Transistorleistungsschalters angeschlossen. In Ausgestaltung der Erfindung ist der Impulsverstär- · ker ein integrierter Initiatorschaltkreis. Nach der Erfindung wird der Impulsformer aus einer Parallelschaltung'eines Kondensators mit einem vierten Widerstand in'Reihe mit einem fünften Widerstand gebildet« . In weiterer Ausgestaltung werden die beiden Treibertransistoren der Gegentaktstufe durch eine Darlingtonschaltung von je. zwei Transistoren gebildet. Die Treibertransistoren können Transistoren gleichen oder unterschiedlichen L_eitfähigkeitstyps sein. Erfindungsgemäß sind bei einer Anordnung mit Treibertransistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps an den negierten Ausgang des Impulsverstärker eine in Durchlaßrichtung betriebene Diode gegen die negative Betriebsspannung und die Basis eines weiteren Transistors über einen ersten Widerstand angeschlossen" sowie der zweite Anschluß dieses Transistors mit der negativen Betriebsspannung und der dritte Anschluß sowohl über einen zweiten Widerstand mit der Basis des. zweiten Treibertransistors als auch über einen dritten Widerstand mit der positiven Betriebsspannung verbunden. . - ' . .

Ausführungsbeispiel

-Die Erfindung wird nachstehend.an einem Ausführungs- , beispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen

zeigen: ι .

Hg. 1: das Blockschaltbild der. Erfindung Mg. 2: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

Nach Fig. 1 liegt das Steuersignal St zur Potentialtrennung sum Leistungsteil des Iransistorsch.alters an einem Optodiodenkoppler 1. Die Ausgänge des Optodiodenkopplers 1 liegen an den Eingängen +B; -E des als Leistungsverstärker arbeitenden Inipulsverstärkers 2. Der Impulsverstärker enthält eine Schwellwertstufe 2a und einen Verstärker 2b und weist einen Ausgang A und einen negierten Ausgang A auf. Der negierte Ausgang H ist über ein Verzögerungsglied 2c innerhalb, des Im- pulsverstärkers 2 oder durch eine äußere Beschaltung zeitverzögert. Die Ausgänge A; A sind mit den'Treiber-. transistoren 3a; 3b der Gegentaktstufe 3 verbunden, die über einen Impulsformer 4 den Transistorleistungsschalter 5 ein- und ausschalten. . In Pig. 2 wird die Erfindung als Ausführungsbeispiel· mit einem Initiators.chaltkreis· IS 2 als Impulsverstar- ' ker 2 dargestellt. Die Eingangsschaltung bildet zwischen Masse und der positiven Betriebsspannung +U-g die Reihenschaltung der Emitter-Kollektor-Strecke eines npn-Transistors T1 mit der LED des Optodiodenkopplers IS 1 und dem Begrensungswiderstand R2. Liegt am Eingang E über den Widerstand R1 an der Basis des npn-Transistors T1ein Dauerimpuls an, wird der npn-Transistor T1 durchgesteuert. Die LSD des Optodiodenkopplers IS 1 wird leitend und -steuert die Empfängerdiode auf der Leistungsseite in den leitenden Zustand. Die Empfängerdiode des Optodiodenkopplers IS 1 liegt in Reihe mit dem Widerstand R3 zwischen den Eingängen +E und -E des Initiatorschaltkreises IS 2. Der Eingang -E wird mittels der negativen Betriebsspannung -U-p und dem Spannungsteiler mit dem Widerstand R 4/R 3 negativ vorgespannt. Der beim übergang in den leitenden Zustand über der Empfängerdiode des Optodiodenkopplers IS 1 am Widerstand R3 ansteigende "Spannungsabfall bringt eine Schwellwertstufe mit

Differenzverstärkereingang im Initiatorschaltkreis IS2 zum Kippen und führt am Ausgang A zur Abgabe eines Signals. Durch dieses Signal werden die beiden'npn-Transistoren T3,; T4 des Treibertransistors 3a durchgesteuert, deren Arbeitspunkteinstellung durch den Widerstand R5 erfolgt. Die beiden npn-Transistoren S3; T4 werden in Darlingtonschaltung betrieben. Der Treibertranistor 3a sorgt für die notwendige Stromverstärkung des positi- . ven Basisansteuerstromes für den Transistorleistungsschalter 5· Der negierte Ausgang A des Initiatorschaltkreises IS 2 bewirkt indessen, daß der npn-Transiator T2 über, den Widerstand R6 nicht angesteuert- wird und die Basis der komplementären Darlingtonstufe aus ' dem pnp-Transistor T5 und dem npn-Transistor T6, die den Treibertransistor 3b bilden über die Widerstände R9; R8 auf dem Potential der ,positiven Betriebsspannung +U^ liegt.'Mit den Widerständen R8; R9 wird der Basistrom des pnp-Transistors T5 eingestellt.

Die .· am negierten Ausgang Ä gegen die negative Betriebsspannung -U-Q-geschaltete Diode D1 dient in Verbindung mit dem Widerstand R7 der Erzeugung der Vorspannung für den npn-Transistor T2. Die Diode DL-kann, eine Diode mit geringem Spannungsabfall, vorzugsweise eine Leuchtdiode sein. Wird eine Leuchtdiode verwendet, kann diese gleichzeitig zur Anzeige der Punktionsfähigkeit ausgenutzt werden.

Am Ausgang B der durch die Treibertranistoren'3a; 3b gebildeten Gegentaktstufe 3 ist die Impulsformerstufe 4 ¹ angeschlossen,, die aus der Parallelschaltung eines Kondensators C2 mit einem Widerstand RtO in Reihe mit R11 gebildet;wird. Der Kondensator C2 dient der Ladungsspeicherung und der Widerstand R10 stellt den zugehörigen 'Entladewiderstand dar. Der Widerstand R11 dient der Strombegrenzung. Die Impulsformerstufe 4' bewirkt eine zusätzliche positive Basiss troErsnit ze des vom Treiber-

transistor 3a gelieferten Ansteuersignals zum Einschalten des anzusteuernden Transistorleistungsschalters und gleichzeitig eine negative. Basisstromspitze des vom Treibertransistor 3b gelieferten Ansteuersignals sum Abschalten. Damit wird mit dem gleichen, im Steuerbereich beider Treibertransistoren 3a; 3b liegenden RC-Glied sowohl ein günstiges Schalt- als auch Abschaltverhalten erreicht.

Damit die Gegentaktstufe 3 keinen Kursschluß der Betriebsspannungen +U-g, -Ug auf Grund langsamer Sin- bzw. Abschaltzeiten der beteiligten Treibertransistoren 3a; 3b bewirkt, wird mittels des Kondensators C1 zusammen mit dem im Initiatorschaltkreis IS 2 vorhandenen Widerstand eine Zeitverzögerung des am negierten Ausgang A des abgegebenen Signals vorgenommen. Durch dieses Verzögerungsglied wird ein verzögertes Einschalten des pnp-Transistors T5 und des npn-Transistors T6 über den negierten Ausgang A des Initiatorschaltkreises IS 2, den Widerstand R6, den npn-Transistor T2 und den Widerstand R9 gewährleistet. Die Gegentaktstufe 3 mit den Treibertransistoren 3a; 3b kann auch durch einen integrierten Leistungsverstärker realisiert werden. Die Verzögerung mittels Verzögerungsglied 2c- zum verzögerten betriebsmäßigen Abschalten der Transistorleistungsschalter 5 &uß dann vor dem integrierten Leistungsverstärker erfolgen.

Bei der Erfindung wird ausgehend von einem Dauerimpuls eine Potentialtrennung, Schwellwertdetektion, Triggerung und nachfolgender Bildung eines Basisstromimpulses mit überhöhter positiver und negativer Stromspitze zur Ansteuerung eines Transistorleistungsschalters vorgenommen. Damit ?/erden durch eine schnelle Ansteuerung mit wenigen Bauelementen gute dynamische Eigenschaften erreicht. Durch die Zeit-

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Claims (3)

1. . Brfindungsanspruch . ' _N

   1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von bipolaren Transistorleistungsschaltern, insbesondere in V/echselrichterbrückenschaltungen, wobei das An—

   . steuersignal über, einen Optokoppler mit einem Im-' pulsverstärker in Verbindung steht und der Impuls_vverstärker einen Ausgang und einen negierten Aus- , gang aufweist, an die die Basen von zwei'in Gegentaktschaltung betriebenen Treibertransistoren an-- · geschlossen sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Impulsverstärker (2) eine Schwellwertstufe (2a) und dessen negierter Ausgang (A) eine Zeitverzö- . gerung (2c) enthält,, die Gegentakt stufe (3) mit . den Treibertransistoren (3a; 3b) direkt mit der, positiven und negativen'Betriebsspannung (+ U^; - ü-g) und der gemeinsame Verbindungspunkt (B) über einen Impulsformer (4) aus einer RC-Beschaltung mit der Basis des Transistorleistungsschalters (5) verbunden sind.

   2« Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Impulsverstärker (3) ein inte- _x grierter Initiatorschaltkreis ist.

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2. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Impulsformer (4) aus einer Parallel--, schaltung eines Kondensators (C2) mit einem vierten ,Widerstand (H10) in Reihe mit einem fünften Widerstand (R11) gebildet wird, .
3. 4. Schaltungsanordnung nach Punkt' 1, gekennzeichnet- ,dadurch, daß die Treibertransistoren (3a; 3b) der Gegentaktstufe (3)' durch eine. Darlingtonschaltung von je-.zwei Transistoren (T3; T4 und T5; T6)gebil-, det werden. ' ,

   5· Schaltungsanordnung nach Punkt 4, gekennzeichnet' dadurch, daß die Treibertransistoren (3a; 3b) Transistoren gleichen Leitfähigkeitstjrps sind.

   β· Schaltungsanordnung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibertransistoren (3a; 3b) Transistoren unterschiedlichen leitfähigkeitstyps sind.

   7· Schaltungsanordnung nach Punkt 1,2, 4 und 6, ge-., kennzeichnet dadurch, daß an den negierten Aus- · gang (A) des Impulsverstärkers (2) eine in Durchlaßrichtung betriebene Diode (D1) gegen.die negative Betriebsspannung (- lO und die Basis eines _sweiteren Transistors (T2) über¹ einen ersten Wider-.stand (R6) angeschlossen sind sowie der zweite An-." schluß des Transistors (T2) mit der negativen Betriebsspannung (- U₃) und der dritte Anschluß so- , wohl über einen zweiten Widerstand (R9.) mit der Basis des zweiten Treibertransistors (3b) als auch ·. über einen dritten'Widerstand mit der positiven Betriebsspannung (+ U-o) verbunden sind.

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