DE1012994B

DE1012994B - Device for controlling consumer services

Info

Publication number: DE1012994B
Application number: DES46118A
Authority: DE
Inventors: Dr Georg Sichling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-10-25
Filing date: 1955-10-25
Publication date: 1957-08-01

Description

DEUTSCHESGERMAN

Um die einem Verbraucher zugeführte elektrische Leistung zu steuern, gibt es im wesentlichen zwei Möglichkeiten, und zwar einerseits eine Abstufung der Leistung und andererseits eine periodische Unterbrechung der Leistungszufuhr mit Abstufung des Verhältnisses von Ein- und Ausschaltdauer. Diese letztere Möglichkeit ist bisher deshalb wenig angewendet worden, da die Schaltelemente, die hierzu nötig waren, wie z. B. mechanische Kontakte oder Röhren, im Hinblick auf Betriebssicherheit bzw. Wirkungsgrad und Lebensdauer zu wünschen übrig ließen. Steuert man jedoch die Leistung mittels Transistoren, so erweist sich die bisher unvorteilhafte Methode als die bei weitem zweckmäßigste, da sie es gestattet, die einzelnen Transistoren mit verhältnismäßig sehr hohen Leistungen zu belasten. Ein derart betriebener Transistor wird als Schalttransistor bezeichnet und arbeitet im Dauerbetrieb nur auf den Endabschnitten seiner Arbeitsgeraden, welche bis auf diese Endabschnitte außerhalb der Verlusthyperbel liegt. Dieser außerhalb der Leistungsgrenze des Transistors liegende Bereich wird so rasch übersteuert, daß eine übermäßige Erwärmung nicht auftreten kann. Praktisch erfolgt also tatsächlich eine Steuerung der Leistung mit Hilfe der Steuerung des Verhältnisses der öffnungs- zur Schließzeit. Die bei mechanischen Kontakten auftretenden Schwierigkeiten fallen beim Transistor von vornherein weg.There are essentially two ways of controlling the electrical power supplied to a consumer Possibilities, on the one hand a gradation of the service and on the other hand a periodic interruption the power supply with gradation of the ratio of on and off duration. These the latter option has so far been used little because the switching elements required for this were, such as B. mechanical contacts or tubes, in terms of operational safety and efficiency and lifespan left something to be desired. However, if you control the power using transistors, so the hitherto disadvantageous method proves to be by far the most expedient, since it allows the to load individual transistors with relatively very high power. A transistor operated in this way is referred to as a switching transistor and works in continuous operation only on the end sections of its Working straight line, which lies outside of the loss hyperbola with the exception of these end sections. This outside The area lying beyond the power limit of the transistor is overdriven so quickly that excessive heating cannot occur. In practice, therefore, the performance is actually controlled with the aid of the Control of the ratio of the opening to the closing time. The ones that occur with mechanical contacts Difficulties are eliminated from the start with the transistor.

Um auch größere Spannungen und/oder Ströme beherrschen zu können, wird eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Schalttransistoren vorgenommen. Hierbei ergeben sich beträchtliche Schwierigkeiten wegen der Notwendigkeit, sämtliche Transistoren gleichmäßig zu belasten. Besonders streng ist diese Forderung bei der Reihenparallelschaltung, d. h. bei der Reihenschaltung von Gruppen parallel geschalteter Transistoren, wo ungleichmäßige Belastungen entweder dazu führen, daß ein Teil der Transistoren nicht voll ausgenutzt ist, oder aber, was noch unangenehmer ist, daß Überlastungen einzelner Transistoren eintreten. Man könnte sich nun dadurch helfen, daß man keine echte Reihenparallelschaltung, sondern eine Parallelschaltung von Reihen vornimmt, d. h. auf Querverbindungen der Reihen untereinander verzichtet. Dann kann man in den einzelnen Reihen eine gleichmäßige Spannungsverteilung bei gleichem Strom durch Vorwiderstände in Steuer- und Arbeitskreisen sowie durch Nebenwiderstände zu den Transistoren erreichen. Diese Widerstände sind wegen der Verschiedenheit der Kennlinien der Transistoren in jeder Reihe für sich einzustellen, so daß sich im allgemeinen ungleiche Potentialverhältnisse an einander entsprechenden Transistoren jeder Reihe ergeben und die Ströme der Reihen nicht übereinstimmen. Daher Einrictitung zur Steuerung
von VerbraucherleistungenIn order to be able to handle larger voltages and / or currents, switching transistors are connected in series and / or in parallel. This creates considerable difficulties because of the need to load all the transistors equally. This requirement is particularly strict with series-parallel connection, i.e. with series connection of groups of parallel-connected transistors, where uneven loads either mean that some of the transistors are not fully used or, what is even more unpleasant, that individual transistors are overloaded. One could help oneself by not making a real series-parallel connection, but rather a parallel connection of rows, that is to say dispensing with cross-connections between the rows. Then you can achieve a uniform voltage distribution in the individual rows with the same current through series resistors in control and working circuits as well as through shunt resistors to the transistors. Because of the difference in the characteristics of the transistors in each row, these resistances are to be set individually, so that generally unequal potential ratios result at corresponding transistors in each row and the currents in the rows do not match. Hence the control system
of consumer services

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Georg Sichling, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Georg Sichling, Erlangen,
has been named as the inventor

muß auch jeder einzelne Transistor aus einer besonderen Steuerspannungsquelle, wobei es sich im allgemeinen um eine Sekundärwicklung eines Steuertransformators handeln wird, gesteuert werden. Auf diese Weise ergibt sich eine mit verhältnismäßig großem Aufwand verbundene Anordnung, ganz abgesehen von den beträchtlichen Energieverlusten in den Widerständen.Each individual transistor must also come from a special control voltage source, which is in general a secondary winding of a control transformer will be controlled. on this results in an arrangement associated with relatively great effort, quite apart from that of the considerable energy losses in the resistors.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Verbraucherleistungen mittels einer Reihenschaltung von Gruppen parallel geschalteter Transistoren. Die geschilderten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß jeder Gruppe ein Symmetrierwiderstand 13, 23 solcher Größe parallel geschaltet ist, daß im Sperrzustand die Summe der Kollektorströme der Gruppe einen Bruchteil, beispielsweise Vio, des Stromes durch den Symmetrierwiderstand beträgt und daß in den Steuerkreisen einstellbare Vorwiderstände 17, 18, 19, 27, 28, 29 liegen, die so bemessen sind, daß im Durchlaßzustand alle Transistoren im Sättigungsbereich arbeiten und etwa übereinstimmende Ströme führen.The invention relates to a device for controlling of consumer power by means of a series connection of groups of parallel connected transistors. The disadvantages described are avoided according to the invention in that each group has one Balancing resistor 13, 23 is connected in parallel such a size that the sum of the Collector currents of the group a fraction, for example Vio, of the current through the balancing resistor and that adjustable series resistors 17, 18, 19, 27, 28, 29 are in the control circuits, which are dimensioned so that in the on state all transistors work in the saturation range and about lead corresponding currents.

Es ist hierbei darauf zu achten, daß die Leistungshyperbel nicht überschritten wird, d. h., der Sättigungsknick muß genügend weit vor dem Bereich unzulässiger Belastung liegen. Dank der übereinstimmenden Spannungen und Ströme ist eine Reihenschaltung parallel geschalteter Transistoren, d. h. eine echte Reihenparallelschaltung, möglich. Diese Schaltanordnung gestattet es, die parallel liegenden Transistoren aus einer gemeinsamen Sekundärwicklung des Transformators zu steuern. Zusammen mit dem Fortfall der Vorwiderstände im Arbeitskreis und der Nebenwiderstände tritt also eine ganz erhebliche Ersparnis an Schaltelementen ein.Care must be taken that the power hyperbola is not exceeded, i.e. i.e., the saturation kink must lie far enough in front of the area of impermissible load. Thanks to the matching Voltages and currents is a series connection of transistors connected in parallel; H. one real series parallel connection, possible. This switching arrangement allows the transistors lying in parallel from a common secondary winding of the transformer. Along with the elimination the series resistors in the working group and the shunt resistors result in a very considerable saving on switching elements.

709 590/275709 590/275

Zur Steuerung werden vorzugsweise Impulse wechselnder Polarität herangezogen, die vom Steuertransformator über Ventile, welche eine Gleichrichtung der Impulse vornehmen, an die Steuerelektroden der Transistoren übertragen werden. Durch Änderung des Tastverhältnisses der Impulse wird die Leistung im Verbraucherkreis beeinflußt.For control purposes, pulses of alternating polarity are preferably used, those from the control transformer Via valves, which rectify the pulses, to the control electrodes of the Transistors are transmitted. By changing the pulse duty factor, the power in Affected consumer group.

Für die Sperrung der Schalttransistoren gibt es drei grundsätzliche Möglichkeiten, und zwar kann man den Basisstrom zu Null machen, d. h. die Verbindung zwischen Basis und Emitter unterbrechen, oder Basis und Emitter kurzschließen, wodurch die Basisspannung zu Null wird, oder schließlich den Kollektorreststrom über die Basis abziehen, so daß der Emitterkreis stromlos wird. Dieser letztere Sperrzustand ist am vorteilhaftesten, da hierbei die Durchbruchspannung des gesperrten Transistors ganz erheblich erhöht wird.There are three basic options for blocking the switching transistors, namely can to make the base current to zero, d. H. interrupt the connection between base and emitter, or short-circuit the base and emitter, making the base voltage zero, or finally the Subtract the residual collector current via the base so that the emitter circuit is de-energized. This latter locking state is the most advantageous, since this causes the breakdown voltage of the blocked transistor to be quite considerable is increased.

Um den Emitterstrom zu Null zu machen, ist es erforderlich, der Basis eine geringe Vorspannung gegenüber dem Emitter mit entgegengesetzter Polarität wie am Kollektor zu geben. Der Kollektorreststrom fließt dann statt über den Emitter über die Basis ab.In order to make the emitter current zero, it is necessary to apply a low bias voltage to the base opposite the emitter with opposite polarity than at the collector. The collector residual current then flows off via the base instead of the emitter.

An Hand der schematischen Zeichnung sollen nun nähere Einzelheiten der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Es handelt sich hierbei um eine Reihenschaltung von zwei Gruppen von je drei parallel geschalteten Transistoren 10, 11, 12, 20, 21, 22, welche mit der Last 2 in Reihe an der Gleichstromquelle 1 liegen. Zur Symmetrierung der Spannung an den Transistoren dienen die beiden Widerstände 13 und 23. Die Steuerung der Transistoren erfolgt durch Impulse von annähernd rechteckiger Form und wechselnder Polarität, welche den Klemmen 3 und 4 des Steuertransformators 5 zugeführt werden. Die an den Sekundärwicklungen 6 und 7 entstehenden Impulse werden mit Hilfe von Ventilen 8 bzw. 9 gleichgerichtet und bewirken die Öffnung der Transistoren, deren Steuerelektroden sie über einstellbare Widerstände 17, 18, 19 bzw. 27, 28, 29 zugeführt werden. Wie bereits erwähnt, werden diese Widerstände so eingestellt, daß sämtliche Transistoren einerseits mit gleichem Strom und andererseits im Sättigungsbereich ihrer Kennlinien arbeiten. Um den günstigen Sperrzustand, der durch Verschwinden des Emitterstromes gekennzeichnet ist, herbeizuführ^, sind weiterhin Gleichspannungsquellen 15, 25 vorgesehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich hierbei um Gleichrichter mit nachgeschaltetem Arbeitswiderstand und Glättungskondensator, welche über Hilfstransformatoren 16, 26 aus dem Wechselstromnetz gespeist werden. Die Polarität dieser zusätzlichen VorspännÄg ist der Polarität der Öffnungsspannung entgegetige- ' setzt, daher müssen die Ventile 8 bzw. 9 mit Hilfe;· von Widerständen 24, 14 für die zusätzliche Spannung ,, überbrückt werden. ""< With reference to the schematic drawing, more details of the invention will now be described using an exemplary embodiment. This is a series connection of two groups of three transistors 10, 11, 12, 20, 21, 22 each connected in parallel, which are connected to the direct current source 1 in series with the load 2. The two resistors 13 and 23 are used to balance the voltage across the transistors. The impulses generated at the secondary windings 6 and 7 are rectified with the aid of valves 8 and 9, respectively, and cause the transistors to open. As already mentioned, these resistors are set in such a way that all transistors operate on the one hand with the same current and on the other hand in the saturation range of their characteristic curves. In order to bring about the favorable blocking state, which is characterized by the disappearance of the emitter current, direct voltage sources 15, 25 are also provided. In the present case, these are rectifiers with a downstream working resistor and smoothing capacitor, which are fed from the alternating current network via auxiliary transformers 16, 26. The polarity of this additional preload is opposite to the polarity of the opening voltage, so valves 8 and 9 must be bridged with the aid of resistors 24, 14 for the additional voltage. ""<

Der Typ der verwendeten Transistoren ist grundsätzlich gleichgültig. Es sind darüber hinaus auch andere steuerbare Transistoren verwendbar.The type of transistors used is basically irrelevant. There are beyond too other controllable transistors can be used.

Claims

Claims:: ns ,;

1. Device for controlling consumer power by means of a series connection of groups of parallel-connected transistors, characterized in that each group has a symmetry}: - Resistance (13, 23) is connected in parallel with such a size that the sum of the Collector currents of the group a fraction, for example Vio, of the current through the symmetry resistor and that in the StOTjjkkreis adjustable series resistors (17, 18, Ä, 27, 28, 29), which are dimensioned so that all transistors are saturated in the on state work in the area and lead roughly the same currents.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control circuits are each parallel switched transistors are connected to a common control voltage source. ',

3. Device according to claim 2, characterized in that in the common control circuit an additional reverse voltage source is arranged. . ■ ■.

1 sheet of drawings