DE1094301B

DE1094301B - Bistabiler Einfachstromschalter fuer hohe Schaltspannungen

Info

Publication number: DE1094301B
Application number: DES64931A
Authority: DE
Inventors: Herbert Fick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-09-16
Filing date: 1959-09-16
Publication date: 1960-12-08
Also published as: CH382220A; BE595007A; NL255931A

Description

Bistabiler Einfachstromschalter für hohe Schaltspannungen In der elektronischen Schaltertechnik ist häufig die Aufgabe gegeben, Spannungen zu schalten, die höher als die maximal zulässige Betriebsspannung einer Schaltstrecke sind. Bei Verwendung von Transistoren wird dieses Problem dadurch gelöst, daß mehrere Transistoren in Reihe geschaltet werden. Um eine gleichmäßige Spannungsaufteilung an den gesperrten Transistoren zu gewährleisten, ist es bekannt, den Kollektor -Emitter-Strecken dieser Transistoren jeweils gegenüber ihren Sperrwiderständen niederohmige und gegenüber ihren Durchlaßwiderständen hochohmige Widerstände parallel zu schalten.
In vielen Fällen muß gefordert werden, daß derartige Umschalter bistabil sind. Man kann dies beispielsweise dadurch erreichen, daß man dem Schalter eine bistabile Kippstufe und unter Umständen noch einen zusätzlichen Verstärkertransistor vorschaltet. Der Gesamtaufwand für einen derartigen bistabilen Schalter würde sich demnach auf vier bis fünf Transistoren belaufen.
Weiterhin ist vorgeschlagen worden, einen bistabilen Schalter für höhere Spannungen durch eine bestimmte Reihenschaltung von zwei Transistoren komplementären Leitfähigkeitstyps aufzubauen. In der Praxis ist dies oft unerwünscht, da komplementäre Transistoren besonders für hohe Leistungen nur relativ schwer erhältlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen bistabilen Schalter aus Transistoren gleichen Leitfähigkeitstvps mit möglichst geringem Aufwand aufzubauen. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem bistabilen Einfachstromschalter mit steuerbaren elektronischen Schaltstrecken für gegenüber der maximal zulässigen Betriebsspannung einer Schaltstrecke höherer Schaltspannungen mit mehreren gleichsinnig in Reihe geschalteten Schaltstrecken im Hauptstromkreis, die in zwangläufiger Abhängigkeit von der Steuerung einer dieser Schaltstrecken alle entweder durchlässig oder undurchlässig sind, dadurch erreicht, daß eine weitere Schaltstrecke in einem vorzugsweise parallel zum Hauptstromkreis liegenden Nebenstromkreis vorgesehen ist, die mit den im Hauptstromkreis liegenden Schaltstrecken zu einer bistabilen Stufe derart zusammengeschaltet ist, daß abhängig von den der Steuerelektrode der weiteren Schaltstrecke zugeführten Steuerzeichen wechselweise entweder diese weitere Schaltstrecke oder die Hauptstromkreis liegenden Schaltstrecken durchlässig beziehungsweise undurchlässig sind.
Um eine gleichmäßige Aufteilung der Spannung bei gesperrten Schaltstrecken zu erreichen, ist es vorteilhaft, diesen Schaltstrecken in an sich bekannter Weise gegenüber ihren Sperrwiderständen niederohmige und gegenüber ihren Durchlaßwiderständen hochohmige Widerstände parallel zu schalten. Vorteilhaft werden diese Widerstände so dimensioniert, daß die an den gesperrten Schaltstrecken des Hauptstromkreises liegenden Spannungen ungefähr gleich groß sind.
Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit Transistoren als Schaltstrecken sind den Basis-Emitter-Strecken der im Hauptstromkreis liegenden Transistoren Richtleiter gegensinnig parallel geschaltet. Hierdurch wird erreicht, daß die Vorspannung für diese Transistoren unabhängig von der Höhe der zu schaltenden Spannung stets gleich groß ist.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.
An der Klemme K3 werden die Steuersignale über den Kondensator C1 der Basis des Transistors T3 zugeführt. In dem einen Zustand des Schalters erhalten die Transistoren T 1 und T 2 über ihre Basiswiderstände R 6 und R 8 einen Basisstrom, der sie durchlässig steuert. An dem Belastungswiderstand R b liegt fast die gesamte an den Klemmen K1 und K2 angeschlossene Schaltspannung, da die Spannungsabfälle an dem niederohmigen Widerstand R 1, der Diode D 1 und den Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren T 1 und T 2 sehr klein sind. Der Spannungsabfall am Widerstand R1 wird zur Sperrung des Transistors T 3 benutzt. Der Punkt a des aus den Widerständen R3, R4 und R5 gebildeten Spannungsteilers li--gt über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T 1 und den Richtleiter D 1 an dem Widerstand R 1. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände R3 und R4 kann man erreichen, daß die Basis des Transistors T 3 positiv gegenüber dem Emitter und der Transistor T3 demnach gesperrt ist.
Durch Zuführen eines negativen Steuerimpulses wird der Transistor T3 leitend. Der Widerstand R7 ist so bemessen, daß nunmehr der Spannungsabfall am Widerstand R 1 kleiner als der Spannungsabfall am Widerstand R3 und der Transistor T3 damit sicher durchlässig gesteuert ist. Da der Spannungsabfall an dem Richtleiter D 1 größer als der Spannungsabfall an der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T3 ist, wird der Transistor T 1 gesperrt. Die zur Sperrung des Transistors T2 benötigte Vorspannung kann als Differenz der Spannungsteilerpotentiale an den Punkten a und b eingestellt werden. Die Sperrung kann jedoch auch vorteilhaft durch einen gestrichelt eingezeichneten, antiparallel zu der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T 2 liegenden Richtleiter D 2 erfolgen. Diese Möglichkeit bietet noch den Vorteil, daß die Sperrspannung für den Transistor T2 unabhängig von Batterieschwankungen ist, da der Spannungsabfall am Richtleiter D2 weitgehend konstant ist. Die Aufteilung der Sperrspannung für die gesperrten Transistoren T1 und T2 erfolgt durch die Widerstände R3 und R4 und den Widerstand R5. Der nunmehr durch den Belastungswiderstand R b fließende Sperrstrom des Transistors T2 ist vernachlässigbar gering.
Am Transistor T3 liegt im Sperrzustand nur eine kleine Spannung, und der im Leitzustand durch ihn fließende Strom ist gering. Als Transistor T3 kann deshalb ein Transistortyp geringer Leistung verwendet werden.
Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Schalters kann parallel zu dem Basiswiderstand R6 in bekannter Weise ein Kondensator C2 vorgesehen sein, der ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden die Widerstände R1 zu 10 kOhm, R2 und R4 zu je 50 kOhm, R3 zu 1 kOhm, R5, R7, R8 zu je 30 kOhm und R6 zu 20 kOhm gewählt. Die Größe der Kondensatoren C1 und C2 betrug 1000 bzw. ZOOpF.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, bei höherer Schaltspannung mehr als zwei Transistoren in Reihe zu schalten, deren Sperrspannung durch parallel geschaltete Widerstände gleichmäßig aufgeteilt ist. Auch können die verwendeten pnp-Transistoren durch npn-Transistoren oder durch andere steuerbare elektronische Entladungsstrecken, beispielsweise Röhren, ersetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Bistabiler Einfachstromschalter mit steuerbaren, elektronischen Schaltstrecken, vorzugsweise pnp-Transistoren, für Schaltspannungen höher als die maximal zulässige Betriebsspannung einer Schaltstrecke mit mehreren gleichsinnig in Reihe geschalteten Schaltstrecken im Hauptstromkreis (T1, T2), die in zwangläufiger Abhängigkeit von der Steuerung einer dieser Schaltstrecken alle entweder durchlässig oder undurchlässig gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltstrecke (T3) in einem vorzugsweise parallel zum Hauptstromkreis liegenden Nebenstromkreis vorgesehen ist, die mit den im Hauptstromkreis liegenden Schaltstrecken zu einer bistabilen Kippstufe derart zusammengeschaltet ist, daß abhängig von den an der Steuerelektrode der weiteren Schaltstrecke zugeführten Steuerimpulse wechselweise entweder diese weitere Schaltstrecke oder die im Hauptstromkreis liegenden Schaltstrecken durchlässig beziehungsweise undurchlässig sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den im Hauptstromkreis liegenden Schaltstrecken (T1, T2) in an sich bekannter Weise gegenüber den Sperrwiderständen dieser Schaltstrecken niederohmige und gegenüber den Durchlaßwiderständen hochohmige Widerstände (R2 bis R5) parallel geschaltet sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Widerstände so dimensioniert sind, daß die an den gesperrten Schaltstrecken des Hauptstromkreises liegenden Spannungen ungefähr gleich groß sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3 mit Transistoren als Schaltstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Basis-Emitter-Strecken der im Hauptstromkreis liegenden Transistoren Richtleiter (D2) gegensinnig parallel liegen.