DE1085190B - Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhaengigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder anderen Eingangssignals - Google Patents

Description

Die nachstehende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder anderen Eingangssignals.

Es ist bekannt, elektrische Steuer- und Regelsysteme . mit Scihalttransistoren zu betreiben. In derartigen Systemen sollen häufig z. B. zwei voneinander abhängig zu schaltende Transistoren derart arbeiten, daß beim Nichtvorhandensein eines Steuersignals der eine Schalttransistor sperrt und der andere stromführend ist, beim Vorhandensein eines anderen Steuersignals dagegen beide Schalttransistoren ihre Betriebszustände ändern.

Weiterhin ist es oft wünschenswert, ein Steuersystem mit drei verschiedenen voneinander abhängigen Betriebszuständen über zwei getrennte Steuereingänge derart zu betreiben, daß jeweils immer nur einer der drei Schalttransistoren stromführend ist, je nachdem, ob das eine oder das andere Steuersignal oder keines von beiden vorhanden ist. Als einfaches Beispiel einer derartigen Dreipunktsteuerung sei ein Wechselspannungsumkehrantrieb z. B. für einen Ferrarismotor genannt, der für seine beiden Drehrichtungen zwei Wechselspannungen mit 90 bzw. 270° Phasenverschiebung gegeneinander benötigt und außerdem noch kurzgeschlossen werden soll.

Diese Aufgaben lassen sich mit einer Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder anderen Eingangssignals nach der Erfindung lösen, die gekennzeichnet ist durch die Parallelschaltung der Emitterkollektorstrecken eines oder mehrerer mit je einem Widerstand in Reihe liegender, von den Eingangssignalspannungen beaufschlagter Steuertransistoren und eines mit ebenfalls einem Widerstand in Reihe liegenden Elementes mit nichtlinearer Kennlinie und ausgeprägtem Schwellwert, dessen Schwellspannung größer als. der Spannungsabfall der Emitterkollektorstrecken der Steuertransistören im leitenden, aber wesentlich kleiner als im gesperrten Zustand ist, an der die Steuerspannung für die Schalttransistoren liegt, die je nach dem Zustand der Steuertransistoren von dem einen oder dem anderen der erwähnten Serienwiderstände abgenommen und an die Steuerkreise der Schalttransistoren geleitet wird. Diese Anordnung dient gleichzeitig als Zwischenverstärker für Schalttransistoren, wobei diese sowohl Wechselströme als auch Gleichströme schalten können.

Als Elemente mit nichtlinearer Kennlinie sind Halbleiterdioden, Zenerdioden, vorgespannte Dioden, nichtlineare Widerstände u. dgl. geeignet, die einen großen Schwellwert haben. Auch ein aus mehreren Platten bestehender Selengleichrichter kann verwendet Anordnung zur Steuerung von

Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein

eines bzw. des einen oder anderen

Eingangssignals

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Hans Haedecke, Berlm-Tempelhof, ist als Erfinder genannt worden

werden. Zusätzlich kann man noch die Richtwirkung der Halbleiterdioden ausnutzen, beispielsweise im Hinblick auf etwaige Rückströme in den Basiskreisen der Schalttransistoren.

Die Erfindung sei an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Schaltung mit zwei voneinander abhängig über einen Steuertransistor gesteuerte Scihalttransistoren. Fig. 2 bringt eine Erweiterung des Prinzips auf ein Steuersystem mit drei voneinander abhängig zu schaltenden Transistoren, wobei die Schalttransistoren in getrennten Schaltkreisen liegen. Fig. 3 enthält eine Anordnung mit drei Schalttransistoren, die in einem gemeinsamen Schaltkreis liegen können. Das Element mit nichtlinearer Kennlinie ist in allen Fällen als Halbleiterdiode gezeichnet.

In Fig. 1 sind mit 1 der Steuertransistor, mit 2 und 3 die an den Ausgangskemmen 10 und 11 der Steuerschaltung antiparallel liegenden Schalttransistoren bezeichnet. Die S teuer spannung für die Schalttransistoren wird den Klemmen 4 (+) und 5 (—) zugeführt, die Eingangssignalspannung U_st steht an den Klemmen 4 (+) und 6 (—) an. Parallel zu Steuertransistor 1 und Widerstand 8 sind die Halbleiterdiode 12 und der Widerstand 9 geschaltet. Über den Widerstand . 13 ist die Parallelschaltung, die statt zweier getrennter Widerstände auch einen Widerstand mit Mittelanzapfung besitzen kann, an die Klemme 5 geführt.

Wesentlich ist, daß die Halbleiterdiode 12 eine hohe Schwellspannung hat, so daß ihr Widerstand wesentlich größer als der Innenwiderstand der Emitterkollektorstrecke des Steuertransistors 1 im stromfüh-

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reiiden Zustand ist. Die Schaltung nach der Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Liegt an den Klemmen 4 und 6 keine Eingangssignalspannung, so ist der Steuertransistor 1 stromsperrend, und der Strom fließt von Klemme 4 über Halbleiterdiode 12 und die-Widerstände 9 und 13 zur negativen Spannungsklemme 5. Dabei wird an den Ausgangsklemmen 10 und 11 eine dem Spannungsabfall am Widerstand 9 entsprechende Spannung U_A erzeugt, die derart gerichtet ist, daß der Schalttransistor 2 stromführend, der Schalttransistor 3 dagegen stromsperrend wirkt. Wird nun an die Eingangsklemmen 4 und 6 und damit an Basis und Emitter von Steuertransistor 1 eine Eingangssignalspannung U_st gelegt, so wird der Steuertransistor 1 stromführend. Da erfindungsgemäß sein Innenwiderstand in diesem Zustand wesentlich kleiner als der Innenwiderstand der Halbleiterdiode 12 ist, fließt der Strom nun von der Klemme 4 über Steuertransistor 1 und die Widerstände 8 und 13 zur Klemme 5. Damit tritt an den Ausgangsklemmen 10 und 11 eine gegenüber dem zuerst betrachteten Fall umgekehrt gerichtete Spannung auf, die bewirkt, daß sich die Betriebszustände beider Schalttransistoren 2 und 3 umkehren.

Die den Steuertransistor 1 steuernde Eingangssignal-Spannung kann entweder eine Fremdspannung mit sprungartigem Anstieg sein, wie es durch Gleichspannungsquelle 14 und durch Schalter 15 angedeutet ist. Natürlich kann auch jede andere Spannung das Eingangssignal darstellen.

Eine Erweiterung der Anordnung nach der Erfindung zeigt die Schaltung nach Fig. 2. Mit 18 und 19 sind die Steuertransistoren, mit 27, 28 und 29 die Schalttransistoren bezeichnet, die zwischen den Ausgangsklemmen 23 und 26 liegen. Die zur Steuerung der Betriebszustände der Schalttransistoren 27 bis 29 erforderlichen Spannungen werden wechselseitig an den Widerständen 20,, 21 oder 22 abgegriffen, die in Parallelkreisen mit den Steuertransistoren bzw. der Halbleiterdiode 12 in Reihe liegen. Die Parallelkreise liegen über die Klemmen 4 und 5 an einer die Steuerspannung liefernden nicht dargestellten Spannungsquelle. Die Eingangssignalspannungen U_stl und U_sto werden den Klemmen 4 (+) und 16 (—) bzw. 4 (+) und 17 (—) zugeführt.

Sind sowohl U_stl = 0 als auch U_st2=0> so· fließt ein Strom von der Klemme 4 über die Halbleiterdiode 12 und die Widerstände 22 und 13 zur Klemme 5, da in diesem Fall beide Steuertransistoren 18 und 19 gesperrt sind. Die an den Ausgangsklemmen 26 und 25 auftretende, dem Spannungsabfall am Widerstand 22 entsprechende Spannung läßt den Schalttransistor 28 stromführend werden, während die anderen beiden Schalttransistoren 27 und 29 wegen des Fehlens einer Emitterbasisspannung sperren.

Erscheint eine Eingangssignalspannung U_sit an den Klemmen 4 und 16, so wird der Steuertransistor 18 stromführend und übernimmt, da der Innenwiderstand der Halbleiterdiode 12 wieder viel größer als der der Emitterkollektorstrecke von Steuertransistor 18 ist, praktisch den vollen Strom, der nun über die Widerstände 20 und 13 fließt. Somit verschwindet die Spannung an den Klemmen 26 und 25, und es tritt nun eine dem Spannungsabfall am Widerstand 20 entsprechende Spannung an den Klemmen 26 und 23 auf, die den Schalttransistor 27 in den stromführenden Zustand bringt, während nunmehr die Schalttransistoren 28 und 29 sperren.

In analoger Weise wird der Schalttransistor 29 stromführend, wenn eine Eingangssignalspannung U_st2 ηα an den Klemmen 4 und 17 erscheint, da dann der Strom über den Steuertransistor 19 und den Widerstand 21 fließt, so daß jetzt ein Spannungsabfall an den Klemmen 26 und 24 auftritt.

Da der im Augenblick des Einschaltens bzw. Abschal tens defEittgangssignalspannungen an den Widerständen 2Oj 21 bzw. 22 erzeugte Spannungsabfall bei unmittelbar danach einsetzendem Stromfluß durch die parallel liegenden Emitterbasisstrecken der Schalttransistoren verringert wird, sind die Widerstände 20, 21 und 22 derart zu bemessen, daß sie während des stromführenden Betriebszustandes der ihnen zugeordneten Schalttransistoren die zur Aufrechterhaltung dieses Betriebszustandes erforderlichen Steuerspannungsabfälle erzeugen.

Die Schaltung nach Fig. 2 ist immer dann anwendbar, wenn die Schalttransistoren 27 bis 29 in getrennten Schaltkreisen arbeiten, also die Kollektoren nicht galvanisch verbunden sind. Sollen dagegen die Schalttransistoren in einem gemeinsamen. Schaltwerk betrie^- ben werden, so läßt sich in Weiterbildung des Erfindungsgedankens die etwas veränderte Schaltung nach Fig. 3 anwenden. Hierbei liegen alle drei Schalttransistaren an einem gemeinsamen Emitterpotential, und auch die Kollektoren können galvanisch verbunden sein.

Die der Schaltung nach Fig. 2 entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Der Unterschied gegenüber der Schaltung nach Fig. 2 besteht darin, daß die S teuer transistoren 18 und 19 kollektorseitig verbunden sind und über den Widerstand 30 an der negativen Potentialklemme 5 liegen, während ihre Basen über die Widerstände 31 und 32 an die negativen Klemmen 16 bzw. 17 für die Eingangssignalspannungen U_stl bzw. U_st2 geführt sind. Die positiven Eingangssignalspannungsklemmen sind mit 33 und 34 bezeichnet. Um außerdem den Sperrzustand der Steuertransistoren 18 und 19 beim Fehlen eines Eingangssignals zu stabilisieren, sind ihre Basen über die Widerstände 35 und 36 auf Emitterpotential gebracht. Gleichzeitig werden durch diese Maßnahme Temperatureffekte eliminiert.

Die Schaltung arbeitet völlig analog der Fig. 2. Beim Fehlen von Eingangssignalen tritt ein Spannungsabfall am Widerstand 22 auf; dadurch wird der Schalttransistor 28 stromführend. Ist dagegen eine Eingangssignalspannung U_stl bzw. U_st2 vorhanden, wird durch die am Widerstand 20¹ bzw. 21 anstehende Spannung Schalttransistor 27 bzw. 29 stromführend.

Ohne Verwendung von Fremdspannung können die Eingangssignalspannungen durch Verbindung der Klemme 5 mit negativem Potential mit der Basis der Steuertransistoren 18 bzw. 19 über Schalter erzeugt werden.

Weiter können in den beschriebenen Anordnungen durch den jeweils an einem der Widerstände auftretenden Spannungsabfall an Stelle je eines Schalttransistors auch gleichzeitig mehrere mit ihren Emitterbasisstrecken parallel geschaltete Scihalttransistoren gleichzeitig beeinflußt werden.

Claims (4)

PaTENTANSPEÜCHE:

1. Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder anderen Eingangssignals, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung der Emitterkollektorstrecken eines oder mehrerer mit je einem Widerstand in Reihe liegender, von den Eingangssignalspannungen beaufschlagter Steuertransistoren und eines mit ebenfalls einem Widerstand in Reihe liegenden

Elementes mit nichtlinearer Kennlinie und ausgeprägtem Schwellwert, dessen Schwellspannung wesentlich größer als der Spannungsabfall der Emitterkollektorstrecken der Steuertransistoren im leitenden, aber wesentlich kleiner als im gesperrten Zustand ist, an der die Steuerspannung für die Schalttransistoren liegt, die je nach dem Zustand der Steuertran si stören von dem einen oder dem anderen der erwähnten Serienwiderstände abgenommen und an die Steuerkreise der Schalttransistoren geleitet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Halbleiterdiode, eine Zenerdiode, eine

vorgespannte Diode, einen nichtlinearen Widerstand od. dgl. als Element mit nichtlinearer Kennlinie.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen aus mehreren Platten bestehenden Selengleichrichter als Element mit nichtlinearer Kennlinie.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die zusätzliche Ausnutzung der Richtwirkung der Halbleiterdioden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 785 236.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©, 009 550/223 7.