DD280642A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING CIRCUIT BREAK TRANSISTORS - Google Patents

CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING CIRCUIT BREAK TRANSISTORS Download PDF

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DD280642A1 DD32672889A DD32672889A DD280642A1 DD 280642 A1 DD280642 A1 DD 280642A1 DD 32672889 A DD32672889 A DD 32672889A DD 32672889 A DD32672889 A DD 32672889A DD 280642 A1 DD280642 A1 DD 280642A1
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Norbert Futschek
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Teltov Geraete Regler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Schaltregler und Schaltnetzteile. Parallel zur Sekundaerwicklung eines im Kollektorzweig des Leistungsschalttransistors liegenden Stromwandlers ist ein Widerstand angeordnet. Parallel zu diesem Widerstand ist eine variable Stromquelle geschaltet, die ueber eine separat gesteuerte Umschalteinrichtung mit der Basis des Leistungsschalttransistors verbunden ist. Die ueber den Parallelwiderstand abfallende leistungsabhaengige Spannung stellt die Eingangsspannung fuer die variable Stromquelle dar. Proportional dieser Spannung liefert die variable Stromquelle einen lastabhaengigen Strom, der ueber die Umschalteinrichtung auf die Basis des Leistungsschalttransistors geschaltet wird. Fig. 1The invention relates to a circuit arrangement for driving power switching transistors. Preferred application are switching regulator and switching power supplies. Parallel to the secondary winding of a lying in the collector branch of the power switching transistor current transformer, a resistor is arranged. Parallel to this resistor, a variable current source is connected, which is connected via a separately controlled switching device to the base of the power switching transistor. The voltage drop across the shunt resistor is the input voltage to the variable current source. Proportionally of this voltage, the variable current source provides a load-dependent current which is switched to the base of the power switching transistor via the switching means. Fig. 1

Description

Kollektorstromkreises liegenden Stromwandler und wird im Verhältnis von Primär- zur Sekundärwicklung auf die Sekundärseite transformiert. In dem parallel zur Sekundärwicklung liegenden Widerstand wird dadurch die Eingangsspannung für die parallel zum Widerstand liegende variable Stromquelle erzeugt. Proportional dieser Spannung liefert die variable Stromquelle einen lastabhängigen Strom, der ebenfalls in die Basis des Leistungsschalttransistors fließt, womit eine Anpassung von Kollektorstrom und Basisstrom erfolgt.Collector circuit lying current transformer and is transformed in the ratio of primary to secondary to the secondary side. In the parallel to the secondary winding resistance, the input voltage for the parallel to the resistance variable current source is thereby generated. Proportional to this voltage, the variable current source provides a load dependent current which also flows into the base of the power switching transistor, thus matching collector current and base current.

Schaltet die separat gesteuerte Umschalteinrichtung den Basisstrom ab, so sperrt der Leistungsschalttransistor, die variable Stromquelle liefert keinen Strom mehr, und es fließt nur noch der Minimalstrom gegen Masse ab.If the separately controlled switching device switches off the base current, the power switching transistor blocks, the variable current source no longer supplies any current, and only the minimum current flows to ground.

Ausfuhrungsbeispielexemplary

Anschließend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausiührungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigenSubsequently, the solution according to the invention will be explained in more detail on a Ausiührungsbeispiel. Show

Fig. 1: eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 2: ein praktisches Ausführungsbeispiel.Fig. 1: a basic circuit of the circuit arrangement according to the invention and Fig. 2: a practical embodiment.

Die variable Stromquelle 1 für den Basisstrom des Leistungsschalttransistors 3 ist mit der separat gesteuerten Umschalteinrichtung 2 verbunden. Diese kann den Strom indie Basis des Leistungsschalttransistors 3 oder gegen Masse leiten. Zur Ansteuerung der Umschalteinrichtung dient ein Impulsgenerator 6. Im Kollektorzweig des Leistungsschalttransistors 3 ist der Stromwandler 4 angeordnet zu dem parallel der Widerstand 5 liegt, der die Eingangsspannung für die variable Stromquelle 1 erzeugt.The variable current source 1 for the base current of the power switching transistor 3 is connected to the separately controlled switching device 2. This can conduct the current to the base of the power switching transistor 3 or to ground. To control the switching means is a pulse generator 6. In the collector branch of the power switching transistor 3, the current transformer 4 is arranged to the parallel resistor 5 which generates the input voltage for the variable current source 1.

Die Stromquelle 1 wird aus dem Transistor 1.1, dem Widerstand 1.2,1.3,1.4 und derDicde 1.5 gebildet. Die Diode 1.5 und der Widerstand 1.4 kompensieren die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 1.1. Der Stromwandler 4 besteht aus der direkt im Kollektorzweig des Leistungsschalttransistors 3 liegenden Primärwicklung 4.1 und der Sekundärwicklung 4.2. Die separat gesteuerte Umschulteinrichtung 2 bildet der Transistor 7.The current source 1 is formed from the transistor 1.1, the resistor 1.2, 3.1, 4.1 and the diode 1.5. The diode 1.5 and the resistor 1.4 compensate for the emitter-base voltage of the transistor 1.1. The current transformer 4 consists of the directly in the collector branch of the power switching transistor 3 lying primary winding 4.1 and the secondary winding 4.2. The separately controlled Umschulteinrichtung 2 forms the transistor. 7

An die Basis des Transistors 7 gelangen die Einschaltimpulse aus der Ansteuerbaugruppe 6. Ist der Transistor 7 gesperrt, so fließt durch den Widerstand 1.3 ein relativ geringer Strom I0 in die Basis des Leistungsschalttransistors 3 und öffnet diesen. Der jetzt ansteigende Kollektorstrom iL It) fließt durch die Primärwicklung 4.1 des Stromwandlers 4, wird auf die Sekundärseite 4.2 transformiert und erzeugt am Widerstand 5 eine dem Kollektorstrom it (t) proportionale Spannung. Entsprechend dieser Spannung liefert die variable Stromquelle 1 ein Ausgangssignal Iq, welches in die Basis des Leistungsschalttransistors 3 geleitet wird. Ist der Transistor 7 der Umschalteinrichtung 2 durchgesteuert, so ist der Leistungsschalttransistor 3 gesperrt, der lastabhängige Kollektorstrom iL (<) hört auf zu fließen, wodurch die variable Stromquelle 1 kein Ausgangssignal iQ mehr liefert. Der Minimalstrom I0 wird über den Transistor 7 nach Masse abgeleitet.If the transistor 7 is turned off, a relatively small current I 0 flows through the resistor 1.3 into the base of the power switching transistor 3 and opens it. The now increasing collector current i L It) flows through the primary winding 4.1 of the current transformer 4, is transformed to the secondary side 4.2 and generates a voltage proportional to the collector current it (t) at the resistor 5. In accordance with this voltage, the variable current source 1 supplies an output signal Iq, which is conducted into the base of the power switching transistor 3. If the transistor 7 of the switching device 2 is turned on, then the power switching transistor 3 is blocked, the load-dependent collector current i L (<) stops flowing, whereby the variable current source 1 no more output signal i Q delivers. The minimum current I 0 is derived via the transistor 7 to ground.

Die Beeinflussung der variablen Stromquelle 1 durch den Stromwandler 4 über den Parallelwiderstand 5 gewährleistet eine optimale Anpassung des Basisstromes des Leistungsschalttransisiors 3 an seinen Kollektorstrom unter Berücksichtigung unterschiedlicher Lastfälle, wodurch es zur Vermeidung von überflüssigen Treiberverlusten kommt.The influencing of the variable current source 1 by the current transformer 4 via the parallel resistor 5 ensures optimum adaptation of the base current of the Leistungsschalttransisiors 3 to its collector current, taking into account different load cases, which is to avoid unnecessary driver losses.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren mit einem Stromwandler im Kollektorzweig des Leistungsschalttransistors, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Sekundärwicklung (4.2) des Stromwandlers (4) ein Widerstand (5) angeordnet ist und daß wiederum parallel zu diesem Widerstand (5) eine variable Stromquelle (1) geschaltet ist, die über eine separat gesteuerte Umschalteinrichtung (2) mit der Basis des Leistungsschalttransistors (3) verbunden ist.1. Circuit arrangement for driving power switching transistors with a current transformer in the collector branch of the power switching transistor, characterized in that parallel to the secondary winding (4.2) of the current transformer (4), a resistor (5) is arranged and that in turn parallel to this resistor (5) is a variable current source (1) is connected, which is connected via a separately controlled switching device (2) to the base of the power switching transistor (3). 2. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungsschalttransistoron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die separat gesteuerte Umschalteinrichtung (2) aus einem Schalttransistor (7) besteht.2. A circuit arrangement for driving power switching transistor according to claim 1, characterized in that the separately controlled switching device (2) consists of a switching transistor (7). Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Schaltregler und Schaltnetzteile im Sperrwandlerbetriub oder solche Einsatzfälle, bei denen auf Grund wechselnder Ldstbedingungen der zu schaltende Strom stark variiert.The invention relates to a circuit arrangement for driving power switching transistors. Preferred application are switching regulator and switching power supplies in Sperrwandlerbetriub or those applications in which due to changing Ldstbedingungen the current to be switched varies greatly. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Einfache) Treiberschaltungen für Leistungstransistoren liefern für die Dauer des E'nschaltens einen relativ konstanten Basisstrom, dessen Größe durch den maximalen Kollektorstrom bestimmt wird. Bei Sperrwandlern hat der zu schaltende Strom einen ausgeprägten, dreieckförmigen Verlauf. Eine Ansteuerung des Leistungstransistors mit einem relativ konstanten Basisstrom für die Dauer des Einschaltens ist bei diesem Wandlertyp nicht notwendig und führt zu überflüssigen Verlusten in der Treiberstufe. Sinkt die Last, so erhält der Leistungstransistor zu viel Basisstrom, er wird stärker übersteuert und seine Spoicherzeit wird größer. Damit verschlechtern sich die Regeleigenschaften der Wandler. Bekannt sind selbstregelnde Treiberschaltungen, wo der Leistungstransistor durch ein Diodennetzwerk zwischen Basis und Kollektor nahe seiner Übersteuerungsgrenze gehalten wird. (DD 259287 A1). Der Basisstrom verläuft proportional dem Kollektorstrom und die Speicherzeit wird minimiert. Nachteilig ist hierbei, daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors in der Einschaltphase angehoben wird. Damit sind höhere Durchlaßverluste und ein schlechterer Wirkungsgrad der Wandler verbundon. Nachteilig ist bei diesen Varianten weiterhin, daß durch die Begrenzung des maximalen Basisstromes bei Lastspitzen die Kollektor-Emitter-Spannung soweit ansteigen kann, daß der Transistor thermisch zerstört wird. In der Patentschrift DD 242 136 A1 ist eine weitere Möglichkeit für eine Regelung <ies Basisstromes eines Schalttransistors aufgezeigt. Der Spitzenwert des Laststromes wird in eine Spannung gewandelt und mit Hüte eines Kondensators gespeichert. Ein Komparator vergleicht diese Kondensatorspannung mit einem Referenzsignal und steuert eine Stromquelle der Art an, daß der Basisstrom dem maximalen Kollektorstrom nachgeführt wird. Diese Varianto ermöglicht keinen dreieckförmigen Basisstromverlauf und führt bei Sperrwandlern zu überflüssigen Treiberverlusten. Ein Strommeßwiderstand in der Emitterleitung führt zu einer weiteren Erhöhung der Verluste und senkt somit den Wirkungsgrad eines Wandlers.Simple) driver circuits for power transistors provide for the duration of E'nschalts a relatively constant base current whose size is determined by the maximum collector current. In flyback converters, the current to be switched has a pronounced, triangular course. A drive of the power transistor with a relatively constant base current for the duration of switching is not necessary in this type of converter and leads to unnecessary losses in the driver stage. If the load drops, the power transistor receives too much base current, it becomes more overdriven and its spawning time increases. This will worsen the control characteristics of the converter. Self-regulating driver circuits are known where the power transistor is kept close to its overdrive limit by a diode network between base and collector. (DD 259287 A1). The base current is proportional to the collector current and the storage time is minimized. The disadvantage here is that the collector-emitter voltage of the transistor is raised in the switch-on. Thus, higher transmission losses and a poorer efficiency of the converter are verbundon. A further disadvantage of these variants is that, due to the limitation of the maximum base current at peak loads, the collector-emitter voltage can rise to such an extent that the transistor is thermally destroyed. In patent specification DD 242 136 A1 a further possibility for a regulation of the base current of a switching transistor is shown. The peak value of the load current is converted into a voltage and stored with hats of a capacitor. A comparator compares this capacitor voltage with a reference signal and drives a current source of the type that the base current is tracked to the maximum collector current. This Varianto does not allow a triangular base current waveform and leads to unnecessary driver losses in flyback converters. A current measuring resistor in the emitter line leads to a further increase in losses and thus reduces the efficiency of a converter. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren zu entwickeln, die mit einem möglichst geringen Bauelementeaufwand auskommt, überflüssige Verluste in der Treiberstufe vermeidet und die Zuverlässigkeit einer derartigen Schaltungsanordnung erhöht.The aim of the invention is to develop a circuit arrangement for driving power switching transistors, which manages with the lowest possible component cost, avoids unnecessary losses in the driver stage and increases the reliability of such a circuit arrangement. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leistungsschalttransistoren zu schaffen, die es ermöglicht, daß der zur Ansteuerung des Leistungsschalttransistors notwendige Basisstrom dem lastabhängigen Kollektorstrom angepaßt wird.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for driving power switching transistors, which makes it possible that the necessary for driving the power switching transistor base current is adapted to the load-dependent collector current. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß parallel zur Sekundärwicklung des im Kollektorzweig des Leistungsschalttransistors liegenden Stromwandlers ein Widerstand angeordnet ist. Parallel zu diesem Widerstand ist eine variable Stromquelle geschaltet, die über eine separate gesteuerte Umschalteinrichtung mit der Basis des Leistungsschalttransistors verbunden ist.According to the invention the object is achieved in that a resistor is arranged parallel to the secondary winding of the current lying in the collector branch of the power switching transistor current transformer. Parallel to this resistor, a variable current source is connected, which is connected via a separate controlled switching device to the base of the power switching transistor. In günstiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung besteht die separat gesteuerte Umschalteinrichtung aus einem Schalttransistor. Anschließend soll die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kurz in Funktin beschrieben werden. Die variable Stromquelle liefert einen bestimmten Minimalstrom. Durch die separat gesteuerte Umschalteinrichtung wird dieser Minimalstrom für eine bestimmte Zeit auf die Basis des Leistungsschalttransistors geschaltet, wodurch diese öffnet und der lastabhängige Kollektorstrom jetzt fließen kann. Dieser Kollektorstrom fließt damit auch durch die Primärwicklung des in:In a favorable embodiment of the solution according to the invention, the separately controlled switching device consists of a switching transistor. Subsequently, the circuit arrangement according to the invention will be briefly described in Funktin. The variable current source supplies a certain minimum current. Due to the separately controlled switching device, this minimum current is switched to the base of the power switching transistor for a certain time, whereby it opens and the load-dependent collector current can now flow. This collector current thus flows through the primary winding of the:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0554883A2 (en) * 1992-02-07 1993-08-11 Deutsche Thomson-Brandt GmbH Power transistor drive circuit
DE10303435A1 (en) * 2003-01-29 2004-10-14 Infineon Technologies Ag Method for energising semiconductor switch in switching converter, e.g. power MOSFET in bulk converter, with load path of switch in series to energy storage element in converter, providing output voltage from input voltage

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