DE1102837B - Umformer- und aehnliche Schaltungen mit Transistoren - Google Patents

Umformer- und aehnliche Schaltungen mit Transistoren

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DE1102837B DEN14621A DEN0014621A DE1102837B DE 1102837 B DE1102837 B DE 1102837B DE N14621 A DEN14621 A DE N14621A DE N0014621 A DEN0014621 A DE N0014621A DE 1102837 B DE1102837 B DE 1102837B
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Description

DEUTSCHES
• Die Erfindung bezieht sich auf mit Transistoren versehene Umformer und ähnliche Schaltungen.
Solche Schaltungen können als eigentliche Umformer zum Liefern einer Ausgangswechselspannung oder in sogenannten Gleichstromumformern verwendet werden, in denen die erzeugte Wechselspannung zur Verwendung als Ausgangsspannung gleichgerichtet wird, wobei diese Gleichspannung gewöhnlich höher ist als die Eingangsgleichspannung.
Bei vielen Transistor-Umformerschaltungen liegt die Gefahr vor, daß ein großer Energieverlust in den Transistoren infolge eines Kurzschlusses der Belastung oder infolge einer außerordentlichen Zunahme des Belastungsstromes auftritt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, im wesentliehen eine verbesserte Transistor-Umformerschaltung zu schaffen, die selbsttätig und zuverlässig eine Beschädigung der Transistoren durch die vorstehend angegebenen Ursachen verhindert. Die Umformerschaltung nach der Erfindung, insbesondere zur Herstellung einer relativ hohen Gleichspannung mit einem als periodischen Schalter arbeitenden Grenzschichttransistor zur Erzeugung einer Wechselspannung aus einer relativ niedrigen Gleichspannung, bei der an die Ausgangsklemmen eine Belastung und Mittel zum Überwachen der Ausgangsspannung oder einer damit nahezu proportionalen Spannung angeschlossen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Weg eines Hilfstransistors über den Emitter-Basis-Weg des zugehörigen Schalttransistors angeschlossen ist, und daß die Basis des Hilfstransistors durch die Überwachungsmittel, insbesondere auf dem Wege über eine aus der Ausgangsspannung abgeleitete Gleichspannung, derart gesteuert wird, daß beim Abweichen der Ausgangsspannung von einem vorbestimmten Pegel oder aus einem Pegelbereich der Emitter-Kollektor-Weg des Hilfstransistors stark leitend wird, derart, daß die Aussteuerung des Emitter-Basis-Weges des Schalttransistors stark herabgesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Umformerschaltung zwei als periodische Umschalter arbeitende Transistoren in Gegentaktschaltung.
Die Kollektorspannung des oder jedes Transistors ist vorzugsweise nahezu rechteckförmig und die Überwachungsmittel überwachen lediglich den Pegel der dem leitenden Zustand entsprechenden erwähnten Rechteckspannung (d. h. den positiven Pegel bei einem pnp-Transistor). In diesem Fall kann eine Gegentakt-Umformerschaltung mit einem Paar Gleichrichter versehen sein, die eine praktisch geglättete Gleichspannung erzeugen, die dem mittleren Wert des erwähnten Spannungspegels entspricht und die Schutzmittel steuert. Demgegenüber liefert eine asymmetrischeUm-Umformer- und ähnliche Schaltungen
mit Transistoren
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 30. Januar 1957
Thomas Henry Brown, Old Coulsdon, Surrey
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden
formerschaltung mit nur einem einzigen Schalttransistor eine Überwachungsspannungswelle, die noch wesentlich abgeflacht werden muß, um die Schutzmittel zu steuern.
Die Überwachungsspannung kann mit einer vorbestimmten Bezugsspannung verglichen werden.
Der oder jeder Schalttransistor kann ein Grenzschichttransistor sein, über dessen Emitter-Basis-Weg der Emitter-Kollektor-Weg eines Hilfstransistors geschaltet ist, der von den Schutzmitteln gesteuert wird, die den Emitter-Kollektor-Weg des erwähnten Hilfstranssistors bei Überlastung stark leitend machen.
Bei einer Gegentaktschaltung können die Kollektorkreise der Schalttransistoren miteinander und mit den Ausgangsklemmen über einen Transformator gekoppelt sein. Im Fall einer selbsterregten Umformerschaltung kann ein Transformator außerdem zum Erzielen einer Rückkopplung zwischen dem Emitter-Kollektor-Kreis und dem Emitter-Basis-Kreis des oder jedes Schalttransistors verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen Transformatoren für die beiden erwähnten Zwecke verwendet werden, werden nachstehend beispielsweise an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung vorerst eine an sich bekannte selbsterregte Gegentakt-Umformerschaltung, in der Schutzmittel nach der Erfindung verwendet werden können. In dieser Schaltung werden pnp-Grenzschichttransistoren T1 und T2 abwechselnd gesättigt, d. h. unterhalb des
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Knicks der Kennlinie betrieben, wenn die Schaltung schwingt.
Die Elemente R1, D1, die über Gleichspannungseingangsklemmen I1, I2 angeschlossen sind, werden dazu verwendet, T1 und T2 derart vorzuspannen, daß die Gesamtverstärkung einschließlich der Übersetzung zwischen Primärwicklungen P1 und F2 und Rückkopplungswicklungen F1 und F2 größer als eins ist, so daß Schwingungen einsetzen. Die Widerstände R2 und R3 haben gleichen Wert und begrenzen den Basisstrom der Transistoren T1 und T2.
Bei der Schaltung nach Fig. 1 arbeiten die Grenzschichttransistoren T1 und T2 als Schalter, die abwechselnd geschlossen werden, so daß die Eingangsgleichspannung der Eingangsklemmen I1 und I2 ab- wechselnd an jede der Primärwicklungen (P1 und P2) gelegt wird. Die Transistoren werden durch Rückkopplung abwechselnd ein- und ausgeschaltet; diese Rückkopplung wird an den Rasiselektroden mittels Rückkopplungswicklungen F1 und F2 erzielt. Die Wicklungen P1 und F1 sind auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet, was auch für das Wicklungspaar P2 und F2 gilt. Jedes Paar Wicklungen kann gewünschtenfalls auf einem gesonderten Kern angeordnet werden. In diesem Fall hat jeder Transformator eine Sekundärwicklung, wobei die zwei Sekundärwicklungen parallel gelegt sind, um die Transistoren miteinander zu koppeln und gemeinsam eine Ausgangsspannung zu liefern. Vorzugsweise werden jedoch alle Wicklungen P1, F2, F1 und F2 auf einem gemeinsamen Kern mit einer Sekundärwicklung 5" gewickelt. Die Wechselspannung der Sekundärwicklung kann direkt als Ausgangsspannung der Schaltung verwendet werden, oder wenn die Schaltung als Gleichstromumformer verwendet werden soll, kann die Wechselspannung gleichgerichtet werden. Ein Beispiel einer solchen fakultativen Gleichrichtung ist in Fig. 1 dargestellt; sie enthält eine Brücke von Gleichrichtern Do, die mit einer Belastung RL verbunden ist, die durch einen Glättungskondensator Co überbrückt wird.
Fig. 2 zeigt den Umformerteil der Schaltung nach Fig. lmit einem Überwachungskreis und einem Schutzkreis nach der Erfindung, und
Fig. 3 zeigt eine Abart einer Einzelheit der Schaltung nach Fig. 2.
Die Kollektorspannung jedes der Transistoren T1 und T2 ist nahezu rechteckförmig und die Überwachungsmittel sind derart geschaltet, daß sie je nur den dem leitenden Zustand eines der Transistoren entsprechenden Pegel der Spannung am Kollektor dieses Transistors überwachen, d. h. den positiveren Pegel dieser Spannung. Es wird ein Paar Gleichrichter D2 und D3 verwendet, um eine praktisch geglättete Gleichspannung entsprechend dem mittleren Wert des erwähnten Spannungspegels zum Steuern von Schutzmitteln zu liefern. Diese Mittel enthalten Hilfstransistoren T3 und T4, deren Emitter-Kollektor-Wege je über den Emitter-Basis-Weg eines der Haupt- oder Schalttransistoren angeschlossen sind.
Die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 sind über die Gleichrichter D2 und D3 mit einem Punkt A verbunden; der Punkt A liegt in einem Spannungsteilerkreis mit Widerständen Rv R5, R6 und R7, welcher Kreis mit den Basiselektroden der Transistoren T3 und T4 verbunden ist. R6 und R7 haben den gleichen Wert.
Die Schaltungsanordnung wirkt wie folgt: Vorausgesetzt, daß die Schaltung unter normalen Belastungsverhältnissen schwingt, so ist Punkt A einigermaßen negativ gegenüber Erde, da dieser Punkt nahezu auf einer dem Sättigungszustand der Transistoren T1 und T2 entsprechenden Vorspannung liegt. In dem Augenblick, in dem der Transistor T1 leitend und der Transistor Ta gesperrt ist, ist die Basis des Transistors T1 (Punkt C) negativ und die Basis des Transistors T2 (Punkt D) positiv gegenüber Erde. Da Punkt D gegenüber Punkt A positiv ist, ist die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T4 leitend. Durch passende Wahl des Verhältnisses zwischen R5 und R7 kann der gemeinsame Punkt der Widerstände R5, R6 und R7 (Punkt B) positiv gegenüber Erde gemacht werden, so daß der Transistor T3 gesperrt wird. Eine solche Wirkung tritt auch während der anderen halben Periode auf, während welcher der Transistor T2 leitend ist.
Bei Überbelastung nimmt die Ausgangsspannung ab. Wenn infolgedessen entweder der Transistor T1 oder der Transistor T2 im leitenden Zustand außerhalb - des Sättigungszustandes arbeitet, werden die Punktet und B beide negativ und die TransistorenT3 und T4 beide leitend. Dadurch nimmt der Spannungsabfall über R2 und i?3 zu, so daß die Basiserregung für die Transistoren T1 und T2 herabgemindert wird. Diese Wirkung ist kumulativ, da eine Verringerung der Basiserregung die Transistoren T1 und T2 weiter außerhalb des Sättigungszustandes führt und die Schwingung aufhört und nicht wieder anfängt. Die Gesamtheit der Widerstände R4, R5, R6 und R7 hat einen solchen Widerstandswert, daß die Transistoren T3 und T4 unterhalb des Kennlinienknicks betrieben werden, so daß sie die Basis von T1 und T2 über eine niedrige Impedanz auf einem niedrigen Potential halten. Aus folgendem Grund ist es vorteilhaft, daß die Schutzkreise die Schalttransistoren T1 und T2 auf diese Weise steuern. Wenn eine sehr niedrige Impedanz im Emitter-Basis-Weg der Transistoren T1 und T2 auftritt, wenn also T3 und T4 unterhalb des Kennlinienknicks betrieben werden, haben die Transistoren T1 und T2 je einen niedrigen Kollektorstrom, der den Sperrstrom Ico nur wenig überschreitet. Bei diesem Kollektorstrom und bei einer Emitter-Basis-Spannung von nahezu Null besitzen die Transistoren T1 und T2 eine Durchschlagspannung, die wesentlich höher ist als die Durchschlagspannung, die sich ergeben würde, wenn die Schutzkreise die Transistoren T1 und T2 durch Unterbrechung der Emitter-Basis-Wege steuern würden. Dadurch können unbedenklich höhere Speisespannungen an den Klemmen I1 und I2 angelegt werden, wodurch der Wirkungsgrad der Schaltung erhöht wird.
Eine asymmetrische Umformerschaltung, die nahezu einer Hälfte der Schaltung nach Fig. 2 entspricht, ist auch anwendbar. Dabei müssen zum Abflachen der rechteckförmigen Spannungskomponente, die bei Überlastung an Punkte auftritt, zusätzliche Glättungsmittel angewendet werden. In Abwesenheit einer Uberbelastung bildet die Spannung am Punkt A eine vorbestimmte Bezugsspannung, da Punkt B über einen weiteren Widerstand mit einer positiven Spannungsquelle von z. B. + 1 V verbunden wird.
Bei einer praktischen Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 2 wurde ein Kondensator Cs von 25 μ¥ zwischen den Punkten B und I2 eingeschaltet, um das Anlassen der Schaltung, d. h. die Schwingungsanfachung, zu erleichtern. Die Summe der Widerstandswerte von i?4 und i?5 war 1000 Ohm, und die Wirkung des Schutzkreises wurde entsprechend verzögert. Dieser Nachteil kann jedoch dadurch vermieden werden, daß der Emitter-Kollektor-Weg eines fünften Transistors T5 statt dieses Anlaßkondensators
verwendet wird, wobei, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist, der Emitter des fünften Transistors mit Punkt I2 und seine Basis mit seinem Emitter über einen Widerstand R8 und mit Punkt I1 über einen Kondensator Cb \'erbunden werden. Der fünfte Transistor wird infolgedessen beim Einschalten der Schaltung leitend und bleibt leitend, bis sich der Basiskondensator Cb über den Basiswiderstand R8 aufgeladen hat, wodurch das Anlassen des Oszillators erleichtert wird. Bei dieser Schaltung wird keine Zeitkonstante in die Basiskreise der Transistoren T3 und T4 eingeführt und die Wirkung des Schutzkreises nicht verzögert.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Umformerschaltung, insbesondere zur Herstellung einer relativ hohen Gleichspannung mit einem als periodischen Schalter arbeitenden Grenzschichttransistor zur Erzeugung einer Wechselspannung aus einer relativ niedrigen Gleichspannung, bei der an die Ausgangsklemmen einer Belastung und Mittel zum Überwachen der Ausgangsspannung oder einer damit nahezu proportionalen Spannung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Weg eines Hilfstransistors (T3) über den Emitter-Basis-Weg des zugehörigen Schalttransistors (T1) angeschlossen ist, und daß die Basis des Hilfstransistors durch die Überwachungsmittel, insbesondere auf dem Wege über eine aus der Ausgangsspannung abgeleitete Gleichspannung derart gesteuert wird, daß beim Abweichen der Ausgangsspannung von einem vorbestimmten Pegel oder aus einem Pegelbereich der Emitter-Kollektor-Weg des Hilfstransistors stark leitend wird, derart, daß die Aussteuerung des Emitter-Basis-Weges des Schalttransistors stark herabgesetzt wird.
2. Umformerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei als periodische Umschalter arbeitende Transistoren in Gegentaktschaltung.
3. Umformerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorspannung des oder jedes Transistors nahezu rechteckförmig ist und daß die Überwachungsmittel lediglich den Pegel der dem leitenden Zustand entsprechenden erwähnten Rechteckspannung überwachen.
4. Umformerschaltung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer praktisch geglätteten dem mittleren Wert des Ausgangsspannungspegels entsprechenden Gleichspannung Gleichrichter verwendet werden und die damit erzeugte Spannung den Hilfstransistor steuert.
5. Umformerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorkreise der Schalttransistoren miteinander und mit den Ausgangsklemmen über einen Transformator gekoppelt sind.
6. Umformerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Transformator (P1, F1 bzw. P2, F2) zum Erzielen einer Rückkopplung zwischen dem Emitter-Kollektor-Kreis und dem Emitter-Basis-Kreis des oder jedes Schalttransistors.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 766 868.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 537/381 3.61
DEN14621A 1957-01-30 1958-01-29 Umformer- und aehnliche Schaltungen mit Transistoren Pending DE1102837B (de)

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