DE1130850B - Transistor-Schaltanordnung mit niedriger Verlustleistung zum Anschalten einer Last an eine Stromquelle mit konstanter Stromabgabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Steuerstufen und insbesondere Steuerstufen, die mit Stromsteuerung arbeiten für das Aussteuern von Belastungen, wie z. B. Magnetkernen.

Bisher hat die konventionelle Stromsteuerstufe darin bestanden, die Belastung direkt an die Ausgangselektrode eines Treiberelements, wie z. B. eines Transistors, anzuschließen und der Belastung Stromimpulse zuzuleiten, wennn der Transistor durch die Anlegung eines Eingangssignals in Richtung Sättigung, aber nicht unbedingt in die Sättigung gesteuert wird. Wenn es sich um eine Anordnung mit konstanter Stromabgabe handelt, ist die Kollektorspannung des Transistors hoch, wenn der Arbeitswiderstand niedrig ist, da die Kollektorspannung bestimmt wird durch die feststehende Speisespannung, abzüglich der an der Belastung liegenden Spannung. Daher ist die Verlustleistung für eine solche Transistorstufe hoch.

Wenn es sich bei der herkömmlichen Steuerschaltung um den Typ handelt, der den Strom durch einen mit der Last in Reihe liegenden Widerstand begrenzt, muß der Lastwiderstand viel kleiner als der Reihenwiderstand sein, um den nötigen konstanten Strom zu erhalten, und daher wird mindestens 90% der Speisespannung vergeudet.

Erfindungsgemäß unterscheidet sich eine Steuerstufe mit niedriger Verlustleistung vom bisher Bekannten dadurch, daß sich im Emitter-Kollektor-Kreis des Schalttransistors eine Induktivität L befindet, an welcher die Last parallel über zwei Dioden so angeschlossen ist, daß nur Strom durch sie fließt, wenn der Transistor abgeschaltet ist.

Man erreicht somit durch Zwischenschaltung einer Energiespeichervorrichtung zwischen Steuerelement und Last in der Steuerschaltung, daß die Speichervorrichtung Energie empfängt, wenn das Steuerelement stark leitet oder in die Sättigung gebracht wird. Wegen seiner Eigenart und der zugeordneten Schaltungsanordnung überträgt es diese Energie zu der Last, wenn das Steuerelement schwach leitet oder abgeschaltet wird. Bei dieser Anordnung wird eine Phasenverschiebung von 180° zwischen dem höchsten Ausgangsstrom aus dem Steuerelement und dem höchsten Strom durch die Last eingeführt. Die Höhe des letzteren wird eingestellt durch den Ausgangsstrom, der unter Sättigungsbedingungen fließen kann, und wird von Lastschwankungen unabhängig gemacht. Außerdem hat während der Zeit, in der Strom zur Last übertragen wird, der Ausgangsstrom aus dem Steuerelement einen Mindestwert, und während der Zeit, in der Strom zur Energiespeichervorrichtung gesendet wird, hat die Ausgangsspannung des Steuer-Transistor - Schaltanordnung

mit niedriger Verlustleistung

zum Anschalten einer Last an eine

Stromquelle mit konstanter Stromabgabe

Anmelder:

International Business Machines Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Januar 1960 (Nr. 4360)

Imsong Lee, Palo Alto, Calif.,

und Ronald Waxman,

Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

elements einen Mindestwert. Daher wird die Verlustleistung durch das Steuerelement stark herabgesetzt. Sie wird bestimmt durch die Arbeitsphase von EIN- und AUS-Einschwingströmen, die in den meisten praktischen Fällen im Vergleich zur gesamten EIN-Zeit und zur gesamten AUS-Zeit pro Periode sehr klein ist.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Die Zeichnung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar, bei dem Trasistoren T₁ und T₂ in einer komplementären Kollektorschaltung angeordnet sind, um das Eingangssignal an die Basis des Steuertransistors T₃ anzulegen. V₁, V₂ und V₃ sind die Speisespannungen für die verschiedenen Transistoren. Widerstände R₁ und i?₄ bilden den Spannungsteiler, der für EIN- und AUS-Gleichstromarbeitspunkte benötigt wird. i?₄ ist verstellbar, damit die Sättigung von T₃ eingestellt werden kann. Die Kapazität C₁ bildet eine Vorverzerrung für die Abschaltung von T₃. Die

20» 608/228

Claims (1)

1. 3 4

   Diode D₁ schützt den Transistor T₃ gegen unzulässig überwinden ist. Natürlich können R₂ und C₂ weghohe Basissperrspannungen. Im Ausgang von T₃ be- fallen, wenn die zu betreibende Last nicht induktiv ist. grenzt der veränderliche Widerstand R₃ den Kollek- Typische Werte für Bauelemente sowie Maße, die torstrom auf den gewünschten Wert, und die Induk- sich bei der Endprüfung der Treiberschaltung nach tivität L, das Energiespeicherelement, sorgt dafür, 5 der Erfindung ergeben haben, sind nachstehend aufdaß der Last ein konstanter Strom zugeleitet wird. geführt:
   Die Induktivität L ist an die Last über die Parallel-

   kombination aus dem Widerstand R₂ und der Kapa- L^ on ν

   zität C₂ und über zwei Dioden D₂ und D₃ ange- If · · ~~~ ^

   schlossen. Die Dioden D₂ und D₃ gestatten einen io ^3 ~20 V

   Stromfluß zur Last nur dann, wenn T₃ abgeschaltet ist. *r ~0 ^™

   Normalerweise wird der Transistor T₃ in der Sätti- ^* ?fü Ohm

   gung betrieben, d. h., es fließt ein hoher Ausgangs- ^s

   strom vom Kollektor von T₃ durch R₃ und die Induk- ^s

   tivität L. Zu dieser Zeit fließt aber kein Strom zur 15 ^₄

   Last, weil D₂ und D₃ in Sperrichtung vorgespannt p ^5UU!r ^P5,

   sind. Wenn ein positives Signal an die Basis von T₁ r"² ' · · · , ^ ^fL

   und T₂ gelegt wird, wird T₂ abgeschaltet, und daher ~

   kann T₁ genügend Strom weiterleiten, um T₃ aus dem ^

   Sättigungszustand herauszubringen und T₃ in weniger 20 transistor von Texas

   als 0,1ms vollständig abzuschalten. Bei der Ab- , . _, ^lnstruments

   schaltung von J₃ wird eine Spannung in der Induk- ^Last Magnetkernbelastung von

   tivität L in einer solchen Richtung erzeugt, daß der *^{wa 4}„° ^g^rnen und

   Stromzufluß in seiner ursprünglichen Richtung gemäß _{T T} Iransüuxoren

   einer Grundregel aufrechterhalten bleibt. Die Richtung 25 ^puiswieaer-

   dieser induzierten Spannung ist entgegengesetzt de? holungsfrequenz .. 50OkHz

   vorherigen Richtung^ Spinnung all Da T₃ jetzt gSSt ' 0 its

   gesperrt ist, verläuft die einzige Entladungsstrecke Jjnpulsanstiegszeit.. 0,2 _μδ

   für den Strom durch die Last, die Dioden D₂ und D₃ Aorauzeit ······· υ,ό μβ

   und die Parallelkombination aus R₂ und C₂. Dadurch, 30 -^P^reite an der

   daß L so gewählt wird, daß die Zeitkonstante LfR impuisDasis υρ μ*

   der Last gegenüber der gewünschten Dauer des Im-

   pulses groß ist, erhält man einen relativ konstanten PATENTANSPRÜCHE:

   Ausgangsimpuls. Wenn der Eingangsimpuls aus T₁ 1. Transistor-Schaltanordnung mit niedriger

   abfällt, wird T₃ sofort eingeschaltet, da T₂ als Strecke 35 Verlustleistung zum Anschalten einer Last an eine

   niedrigen Widerstandes für die Entladung von C₁ Stromquelle mit konstanter Stromabgabe, dadurch

   wirksam ist. gekennzeichnet, daß sich im Emitter-Kollektor-

   Die Dioden D₂ und D₃ haben nicht nur die Funk- Kreis des Schalttransistors (T₃) eine Induktivi-

   tion, den Stromfluß zur Last nur dann zu ermög- tat L befindet, an welcher die Last parallel über

   liehen, wenn T₃ abgeschaltet ist, sondern wegen der 40 zwei Dioden (D₂, D₃) so angeschlossen ist, daß

   ihnen durch die Spannung an der Kombination R₂-C, nur Strom durch sie fließt, wenn der Transistor

   gegebenen Vorspannung in Sperrichtung dienen sie abgeschaltet ist.

   auch dazu, den Stromfluß durch die Last dann zu 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch

   sperren, wenn die Last aus Magnetkernen besteht und gekennzeichnet, daß in Reihe zur Last ein RC-

   Spannungen induziert werden, welche die Kerne als 45 Glied (A₂C₂) geschaltet wird, unter der Voraus-

   Eingangssignale aus anderen Wicklungen empfangen. Setzung, daß die Last induktiv und in ihr durch

   Diese Vorspannung in Sperrichtung ist so klein, daß andere Steuervorgänge Spannungen induziert

   sie während der Stromimpulszeit leicht durch L zu werden.

   Hierzu !Blatt Zeichnungen

   © 209 608/228 S. 62