DD223608A1

DD223608A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SWITCHING A TRANSISTOR WITH INDUCTIVE LOAD

Info

Publication number: DD223608A1
Application number: DD25831083A
Authority: DD
Inventors: Christian Schiedewitz
Original assignee: Robotron Veb K
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1985-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum schnellen Schalten von Induktivitaeten, die besonders fuer den Einsatz in Motorsteuerungen und Schaltnetzteilen geeignet ist. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, dass beim Einschalten eine Uebersteuerung des Schalttransistors vermieden wird und dass sich waehrend des Einschaltvorganges ein Kondensator auflaedt, dessen Speicherladung zum beschleunigten Abschalten des Schalttransistors genutzt wird. Fig. 2The invention relates to a circuit arrangement for the rapid switching of inductors, which is particularly suitable for use in motor controllers and switching power supplies. The essence of the invention is that when switching over an override of the switching transistor is avoided and that auflaedt during the switch-on a capacitor whose storage charge is used to accelerate switching off the switching transistor. Fig. 2

Description

⁴ 19. 12. 1983 ⁴ 19. 12. 1983

ES El 249-Md/SiES El 249-Md / Si

Schaltungsanordnung zum Schalten eines Transistors mit induktiver LastCircuit arrangement for switching a transistor with inductive load

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schalten, eines Transistors mit induktiver Last, die besonders in Motorsteuerungen und Schaltnetzteilen eingesetzt werden kann_o The invention relates to a circuit arrangement for switching, a transistor with inductive load, which can be used especially in motor controllers and switching power supplies _o

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Der Ansteuerung von Transistoren sind insbesondere dann Grenzen gesetzt, wenn es erforderlich ist, schnelle Schaltvorgänge zu realisieren. Die Grenzen ergeben sich sowohl aus dem Schaltverhalten der.Transistoren selbst als auch aus den Ansteuerbedingungen.The control of transistors are particularly limited when it is necessary to realize fast switching operations. The limits arise both from the switching behavior der.Transistoren itself and from the driving conditions.

Beim Einschalten auf eine Induktivität mit prallel geschalteter Freilaufdiode ergibt sich für alle Anwendungsfälle mit nichtlückendem Strom eine hohe Einschaltbelastung des Schalttransistors. Wird nämlich der Schalttransistor erneut in den leitenden Zustand geschaltet und zwar mittels einer ♦''harten" Basisansteuerung, wirkt sich die Sperrverzögerungszeit der Freilaufdiode infolge der ihr innewohnenden Speicherladung so aus, daß der Transistor.kurzzeitig gegen Masse kurzgeschlossen ist (Elektronik 1980, Heft 22, S. 81). Dies ist nicht nur für die Belastbarkeit des Transistors kritisch, sondern es wird auch ein relativ hoher Impuls kurzzeitig auf Masse geführt, der in Geräten der EDY zur Zerstörung der Speicherinhalte führen kann. Zur Vermeidung einer zu "harten¹¹ Basisansteuerung sind Ver-When switching to an inductance with a parallel-connected freewheeling diode, a high turn-on load of the switching transistor results for all applications with non-leaking current. Namely, the switching transistor is switched to the conductive state again by means of a ♦ '' hard 'base drive, the reverse recovery time of the freewheeling diode acts as a result of their inherent storage charge so that the transistor is shorted short to ground (electronics 1980, Issue 22 , p 81). This is critical not only for the loading capacity of the transistor, but it is also guided, a relatively high pulse briefly grounded, which may lead to the destruction of the memory contents in units of the EDY. in order to avoid a too "hard ¹¹ base drive are

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zöge rungs schaltungen bekanntgeworden, bei denen die Basis des Schalttransistors direkt oder über einen Yorstufentransistor mit einem Spannungsteiler verbunden ist, der einen gegen Masse-geschalteten Kondensator aufweist. Der Schalttransistor wird nach Anlegen der Schaltspannung erst dann in den leitenden Zustand gesteuert, wenn der sich aufladende Kondensator die Emitter-Basis-Schwellspannung erreicht (DE-OS 19 11 851). Zöge tion circuits have become known, in which the base of the switching transistor is connected directly or via a Yorstufentransistor with a voltage divider having a ground-connected capacitor. The switching transistor is only controlled after application of the switching voltage in the conductive state when the charging capacitor reaches the emitter-base threshold voltage (DE-OS 19 11 851).

Für die Ausschaltung des Schalttransistors hat die.Sperrverzögerungszeit der Freilaufdiode keine Bedeutung. Bei schnellem Schalten einer induktiven Last ist es erforderlich, daß der Ausschaltvorgang beschleunigt erfolgt. Dies bedeutet, daß die Basiszone eine schnelle Ausräumung der für den leitenden Zustand erforderlichen Ladungsträger erfahren muß. Hierfür werden hauptsächlich drei verschiedene Schaltungsanordnungen eingesetzt. Die negativen Basisstromimpulse können aus einer zusätzlichen Spannungsquelle, aus einer Induktivität oder aus einem Kondensator entnommen werden (Elektronik 1980, H. 22, S. 83, Abb, 7b, c, d). Im letzteren Fall wird beim Einschalten des Schalttransistors ein positiver Impuls über eine Parallelschaltung aus dem Kondensator und einer in Sperrichtung geschalteten Zenerdiode auf die Basis des Schalttransistors geführt. Beim Ausschalten wird der positiv geladene Belag des Kondensators an Masse geschaltet, so daß die Speicherladung auf diesem Weg und über die Basis-Emitter-Strecke gegen Masse ab*· fließen kann.For the switching off of the switching transistor has the .Sperrverzögerungszeit the freewheeling diode is not important. With fast switching of an inductive load, it is necessary that the switch-off is accelerated. This means that the base zone must experience a rapid clearing of the charge carriers required for the conductive state. For this purpose, three different circuit arrangements are mainly used. The negative base current pulses can be taken from an additional voltage source, from an inductance or from a capacitor (Elektronik 1980, H. 22, p. 83, Abb, 7b, c, d). In the latter case, when the switching transistor is turned on, a positive pulse is fed to the base of the switching transistor via a parallel circuit of the capacitor and a reverse-connected zener diode. When switching off the positively charged coating of the capacitor is connected to ground, so that the storage charge in this way and over the base-emitter path to ground from * flow.

Für den Einsatz zum Schalten von Induktivitäten mit Freilaufdiode ist diese Schaltungsanordnung nicht .geeignet, da der EinsehaltVorgang beschleunigt erfolgt und mit der Sperrverzöge rungs zeit der Freilaufdiode zeitlich zusammen fällt. Dies führt zu einer Übersteuerung des Schalttransistors. Dadurch entstehen eine hohe Belastung für den Schalttransistor und ein impulsartiger Kurzschlußstrom, die es gerade zu vermeiden gilt.For use in switching inductors with freewheeling diode, this circuit arrangement is not .geeignet because the EinsehaltVorgang accelerated and with the Sperrverzöge tion time of the freewheeling diode coincides in time. This leads to an overload of the switching transistor. This results in a high load on the switching transistor and a pulse-like short-circuit current, which just applies to avoid.

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Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung bezweckt die "Vermeidung schädlicher und impulsartiger Kurzschlußströme· und hoher Schaltbelastungen eines Transistors. für schnelle Schaltvorgänge an Induktivitäten.The invention aims at "avoiding damaging and pulsed short circuit currents and high switching loads of a transistor for fast switching operations on inductors.

.Darlegung des Wesens der Erfindung.Development of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum schnellen Schalten einer induktiven Last zu schaffen, mittels der der Einschaltstrom für den Schalttransistor begrenzt und der Schalttransistor beschleunigt gesperrt wird, wobei ein Kondensator während der Einschaltphase aufladbar ist und dessen Ladung zur beschleunigten Sperrung des Schalttransistors nutzbar ist.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for rapidly switching an inductive load, limited by the inrush current for the switching transistor and the switching transistor is accelerated locked, wherein a capacitor during the switch-on is chargeable and its charge for accelerated blocking of the switching transistor available is.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Eingang der Schaltungsanordnung über den Kondensator und eine für den Aufladevorgang in Durchlaßrichtung gepolte Diode gegen Masse geschaltet ist und der Eingang über den Kondensator und die Emitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors mit der Basis des Schalttransistors verbunden ist. Ferner ist der negierte Eingang über einen als Konstantstromquelle wirkenden zweiten Transistor mit der Basis des Schalttransistors verbundeneAccording to the invention this is achieved in that an input of the circuit arrangement is connected via the capacitor and a polarity reversed for charging diode forward to ground and the input via the capacitor and the emitter-collector path of a first transistor is connected to the base of the switching transistor , Further, the negated input is connected to the base of the switching transistor via a second transistor acting as a constant current source

Zur zeitlich verzögerten Einschaltung ist der Eingang der Schaltungsanordnung mit der Basis eines dritten Transistors verbunden, dessen Ausgang zu der Basis des.als Konstantstromquelle wirkenden zweiten Transistors führt. Das periodische Abschalten der induktiven Last erfolgt mittels eines in Reihe zu dem Schalttransistor angeordneten Meßwiderstandes, dessen Spannungspotential einen vierten Transistor zur Rückstellung des Einganges der Schaltungsan-» Ordnung auf Uullpotential schaltet.For delayed activation, the input of the circuit arrangement is connected to the base of a third transistor whose output leads to the base of the second transistor acting as a constant current source. The periodic switching off of the inductive load takes place by means of a measuring resistor arranged in series with the switching transistor, the voltage potential of which switches a fourth transistor for resetting the input of the circuit arrangement to the zero potential.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Es zeigen hierbei:The invention will be described below with reference to the drawing of two embodiments. It show here:

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- r ο "β ' °- r ο "β '°

Fig. 1 die Schaltungsanordnung mit zeitlich, verzögertem Einschalt- und beschleunigtem Abschaltvorgang,1 shows the circuit arrangement with time-delayed, delayed switch-on and accelerated switch-off,

Fig. 2 die Schaltungsanordnung mit unverzögertem Einschalt- und "beschleunigtem Abschaltvorgang.Fig. 2 shows the circuit arrangement with instantaneous switch-on and "accelerated shutdown.

Ein Eingang 1 der Schaltungsanordnung zum Schalten einer Induktivität 2 mit parallelgeschalteter Freilaufdiode 3 ist einerseits über einen Kondensator 4 und eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 5 mit Masse M und andererseits über den Kondensator 4 und über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 6 mit der Basis eines in Reihe mit der Induktivität 2 liegenden Sehalttransistors7 verbunden. Der Eingang 1 führt zu. der Basis eines Vorstufentransistors 8, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand 9 mit der Masse M und dessen Kollektor mit der Basis eines weiteren.Transistors verbunden ist. Über einen Emitterwiderstand 11 liegt eine positive Betriebsspannung U₂ an dem Transistor 10 an, dessen Basis über einen Widerstand 12 ebenfalls mit U₂ verbunden ist. Die Betriebsspannung U₂ hat die gleiche Polarität wie eine Betriebsspannung U₁, die an der Induktivität 2 liegt und vorzugsweise einen höheren Betrag als U₂ aufweist. Der Kollektor des Transistors 10 ist direkt mit der Basis des Schalttransistors 7 verbunden.An input 1 of the circuit arrangement for switching an inductance 2 with parallel-connected freewheeling diode 3 is on the one hand via a capacitor 4 and a forward-connected diode 5 to ground M and on the other hand via the capacitor 4 and the emitter-collector path of a transistor 6 to the base connected in series with the inductance 2 Sehalttransistors7. Input 1 leads to. the base of a pre-stage transistor 8, whose emitter is connected via an emitter resistor 9 to the ground M and whose collector is connected to the base of a further.Transistors. Via an emitter resistor 11 is a positive operating voltage U ₂ to the transistor 10, whose base is also connected via a resistor 12 to U ₂ . The operating voltage U ₂ has the same polarity as an operating voltage U ₁ , which is located at the inductance 2 and preferably has a higher amount than U ₂ . The collector of the transistor 10 is connected directly to the base of the switching transistor 7.

In Reihe zu dem Schalttransistor 7 ist ein Meßwiderstand geschaltet, dessen Abgriff zu der Basis eines Transistors 14 führt. Der Transistor 14 schaltet den Rücksetzeingang R eines Flip-Flop 15, an dessen Setzeingang S Synchronisierimpulse I anliegen. Der Ausgang des Flip-Flop 15 ist mit einer Trennstiife 16 verbunden, deren Ausgang wiederum zu dem Eingang 1 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung führt.In series with the switching transistor 7, a measuring resistor is connected, the tap leads to the base of a transistor 14. The transistor 14 switches the reset input R of a flip-flop 15, at the set input S synchronizing pulses I are present. The output of the flip-flop 15 is connected to a Trennstiife 16, whose output in turn leads to the input 1 of the circuit arrangement according to the invention.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:The operation of the circuit arrangement is the following:

Mit der Uullflanke der Synchrpnisierimpulse I an dem Setzeingang S wird das Flip-Flop 15 geschaltet, und es erscheintWith the Uullflanke the Synchrpnisierimpulse I at the set input S, the flip-flop 15 is switched, and it appears

an dem Ausgang der Trennstufe 16 positives Potential. Der. Kondensator 4 kann sich nunmehr über die Diode 5 aufladen. Erreicht der mit dem Eingang 1 verbundene Belag des Kondensators 4 den Schwellwert der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 8, so beginnt dieser und infolgedessen der Transistor 10 und damit der Schalttransistor 7 Strom zu führen. Mit dem Ansteigen der Spannung an dem Meßwiderstand 13 wird ein bestimmter Spannungswert erreicht, der den Stromfluß durch den Schalttransistor 7 beenden soll. Hierzu wird dieser Spannungswert auf die Basis des Transistors 14 geführt, der über den Rücksetzeingang des Flip-Flop 15 und,die Trennstufe 16 den Eingang 1 auf ETullpotential schaltet. Es erfolgt nun eine schnelle Entladung des Kondensators 4, und durch die impulsartige Übertragung des Nullpotentials auf den Emitter des Transistors 6 wird dieser sofort leitend und zieht die Speicherladung aus der Basiszone des Schalttransistors 7 ab. Gleichzeitig befinden sich die Transistoren 8 und 10 im gesperrten Zustand.at the output of the separation stage 16 positive potential. The. Capacitor 4 can now charge via the diode 5. If the covering of the capacitor 4 connected to the input 1 reaches the threshold value of the emitter-base path of the transistor 8, then this, and consequently the transistor 10 and thus the switching transistor 7, starts to carry current. With the increase of the voltage across the measuring resistor 13, a certain voltage value is reached, which is to end the current flow through the switching transistor 7. For this purpose, this voltage value is fed to the base of the transistor 14, which switches the input 1 to zero potential via the reset input of the flip-flop 15 and, the isolator 16. There now takes place a rapid discharge of the capacitor 4, and by the pulse-like transmission of the zero potential to the emitter of the transistor 6, this is immediately conductive and pulls the storage charge from the base region of the switching transistor 7. At the same time, the transistors 8 and 10 are in the locked state.

Befindet sich der Schalttransistor 7 im gesperrten Zustand, so fließt der Strom infolge des sich abbauenden Magnetfeldes durch die Induktivität 2 weiter und zwar durch die Freilaufdiode 3. Beim erneuten Setzen des Flip-Flop 15 durch die Synchronisierimpulse I wird der Schalttransistor 7 wieder leitend. Infolge der Sperrverzögerungszeit der Freilauf·* diode 3 würde bei "harter" Durchsteuerung des Schalttransistors 7 in den Sättigungsbereich die Betriebsspannung U₁ über die Freilaufdiode 3, den Schalttransistor 7 und den Stellwiderstand 13 praktisch kurzgeschlossen und ein hoher Stromimpuls auftreten, der zu einer Gefährdung des Schalttransistors 7 und zu Störungen auf der Masseleitung führt. Dies wird dadurch verhindert, daß die Spannung am Eingang 1 der Schaltungsanordnung infolge des Ladestroms über den Kondensator 4 und die Diode 5 verzögert ansteigt. und die Verbindung zu der Basis des Schalttransistors 7 infolge der gesperrten Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 6 unter-If the switching transistor 7 is in the locked state, the current continues to flow through the inductance 2 as a result of the degrading magnetic field, namely through the freewheeling diode 3. When the flip-flop 15 is reset by the synchronizing pulses I, the switching transistor 7 becomes conductive again. As a result of the recovery delay of the freewheel · * diode 3 would be at "hard" control of the switching transistor 7 in the saturation region, the operating voltage U ₁ via the freewheeling diode 3, the switching transistor 7 and the variable resistor 13 practically short-circuited and a high current pulse occur, which is a threat to Switching transistor 7 and leads to disturbances on the ground line. This is prevented by the fact that the voltage at the input 1 of the circuit arrangement as a result of the charging current via the capacitor 4 and the diode 5 increases delayed. and the connection to the base of the switching transistor 7 as a result of the blocked emitter-collector path of the transistor 6 under-

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brechen bleibt. Beim Abschaltvorgang wird der negative Impuls über den zuvor aufgeladenen Kondensator 4 auf den Emitter des Transistors 6 geleitet, der sofort in den leitenden Zustand, schaltet und die Basis des Schalttransistors 7 beschleunigt ausräumt. Während dieses "Vorgangs ist die Diode 5 in Sperrichtung gepolt, so daß die Speicherladung ohne Verluste gegen Masse abgeführt werden kann.break remains. When switching off the negative pulse is passed through the previously charged capacitor 4 to the emitter of the transistor 6, which switches immediately in the conductive state, and clears the base of the switching transistor 7 accelerated. During this "operation, the diode 5 is reverse biased, so that the storage charge can be dissipated without loss to ground.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der Pig· 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Vorstufentransistor 8 entfällt und an seine Stelle ein Widerstand 18 tritt, der mit dem negierten Eingang 1 der Schaltungsanordnung verbunden ist. Hierzu ist der Wider- . stand 18 über eine entsprechende Trennstufe 17 mit dem anderen Ausgang des Flip-Flop 15 verbunden.The second embodiment according to Pig * 2 differs from the first embodiment in that the pre-stage transistor 8 is omitted and replaced by a resistor 18 which is connected to the negated input 1 of the circuit arrangement. For this is the cons. 18 was connected via a corresponding separation stage 17 to the other output of the flip-flop 15.

Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wirken der Widerstand 18 und der Transistor 10 mit den Widerständen 11 und 12 als Konstantstromquelle für das Ansteuern des Schalttransistors 7 in seinen leitenden Zustand. Beim Einschalten wird der Kondensator 4 über die Diode 5 aufgeladen, und der gesperrte Transistor 6 verhindert, daß der Schalttransistor 7 in seinen leitenden Zustand geschaltet wird und zwar durch eine aufgabengemäß zu vermeidende Übersteuerung desselben. Das Einschalten des Schalttransistors 7 erfolgt vielmehr in der oben beschriebenen Weise mit einem begrenzten, zeitlich nicht verzögerten Einsehaltstrom für die Basis des Schalttransistors 7. Das Abschalten erfolgt in der gleichen Weise, wie dies bereits zu dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde.As in the first embodiment, the resistor 18 and the transistor 10 with the resistors 11 and 12 act as a constant current source for driving the switching transistor 7 in its conducting state. When switched on, the capacitor 4 is charged via the diode 5, and the locked transistor 6 prevents the switching transistor 7 is switched to its conducting state and by a task according to avoid the same override. The turning on of the switching transistor 7 takes place rather in the manner described above with a limited, non-delayed Einsehaltstrom for the base of the switching transistor 7. The shutdown takes place in the same manner as has already been explained to the first embodiment.

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Claims

Erfindungsansρruch

1. A circuit arrangement for switching a transistor with inductive load, by means of which limits the Einsehaltstrom for the switching transistor and the one charging during the start-up and connected to ground capacitor, characterized in that an input (1) of the circuit arrangement via the capacitor

(4) and a diode (5) poled forwardly for charging in the forward direction is connected to the ground (M) and the input (1) is connected across the capacitor (4) and the emitter-collector path of a transistor (6) to the base the switching transistor (7) is connected and further that the negated input (1) über.einen acting as a constant current source transistor (10) to the base of the switching transistor (7) is connected.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the input (1) to the base of a transistor (8) is connected, whose output leads to the base of the acting as a constant current source transistor (10).

3. Circuit arrangement according to points 1 and 2, characterized in that the switching off of the inductance (2) by means of a series-connected to the switching transistor (7) arranged measuring resistor (13) whose voltage potential is a transistor (14) for resetting the input ( 1) switches to Hullpotential.

For this 2 sheets of drawings