DE1176709B

DE1176709B - Transistor switch

Info

Publication number: DE1176709B
Application number: DEL37543A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Meyer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-11-15
Filing date: 1960-11-15
Publication date: 1964-08-27

Description

Transistorschalter Im Schaltbetrieb arbeitende Transistoren sind entweder gesperrt oder bis zur Sättigung entsperrt. Die Transistoren werden im Takt einer genügend hohen Frequenz vom einen Zustand in den anderen geschaltet. Wird das Verhältnis der Entsperrzeit zur Sperrzeit geändert, so ist jeder beliebige Mittelwert des Stromes einstellbar. Für viele Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiete der Steuerungstechnik, können derartige Schalter eingesetzt werden.Transistor switch Transistors operating in switching mode are either locked or unlocked to saturation. The transistors become a sufficiently high frequency switched from one state to the other. Will the relationship If the unlocking time is changed to the locking time, any mean value of the current is used adjustable. For many applications, especially in the field of control technology, such switches can be used.

Der Wirkungsgrad derartiger Schalter kann theoretisch betragen, UCBTest bedeutet die Restspannung des entsperrten Transistors und UBetr die Betriebsspannung. In Wirklichkeit verursacht jedes Umschalten eine Umschaltverlustarbeit. Der angegebene Wirkungsgrad gilt daher nur für extrem niedrige Schaltfrequenzen und wird bei steigender Frequenz schnell schlechter.The efficiency of such switches can theoretically UCBTest means the residual voltage of the unlocked transistor and UBetr the operating voltage. In reality, each switching causes switching loss work. The specified efficiency therefore only applies to extremely low switching frequencies and quickly deteriorates as the frequency increases.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Umschaltverluste bis zu einer verhältnismäßig hohen Frequenz, so daß der oben angegebene gute Wirkungsgrad auch praktisch erreicht werden kann.The present invention avoids the switching losses up to one relatively high frequency, so that the above-mentioned good efficiency also can be practically achieved.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorschalter mit einer induktiven oder kapazitiven Last, bei dem eine zusätzliche Kapazität parallel geschaltet ist und bei dem in Reihe mit dieser Kapazität eine Parallelschaltung aus einem Richtleiter und einem ohmschen Widerstand liegt. Die Erfindung besteht darin, daß eine Induktivität vorgesehen ist, die in Reihe mit dem ohmschen Widerstand geschaltet ist. Diese ist sättigbar ausgebildet, so daß sie lediglich den Beginn der Kondensatorentladung verzögert und bereits bei relativ kleinen Strömen gesättigt ist. Das Umschaltverhalten wird bei indukiver oder ohmscher Belastung weiter verbessert, indem zwischen der induktiven oder ohmschen Belastung und dem Transistor eine zweite sättigbare Induktivität so angeordnet ist, daß ein durch den Transistor und den Lastwiderstand fließender Strom auch durch diese zweite Induktivität fließt.The invention relates to a transistor switch having a inductive or capacitive load in which an additional capacitance is connected in parallel is and in which in series with this capacitance a parallel connection of a directional conductor and an ohmic resistor. The invention consists in that an inductance is provided, which is connected in series with the ohmic resistor. This is made saturable, so that it only marks the beginning of the capacitor discharge delayed and is already saturated with relatively small currents. The switching behavior is further improved in the case of inductive or ohmic loads by between the inductive or ohmic load and the transistor a second saturable inductance is arranged so that a flowing through the transistor and the load resistor Current also flows through this second inductor.

Die Erfindung wird an Hand eines in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die F i g. 2, 3 zeigen Arbeitsdiagramme.The invention is illustrated by means of one shown in FIG. 1 illustrated embodiment explained in more detail. The F i g. 2, 3 show working diagrams.

In F i g. 1 ist eine Anordnung mit einem induktiven Belastungswiderstand dargestellt. Der Leistungstransistor 1 wird an seiner Basis 2 so gesteuert, daß er entweder gesperrt oder bis zur Sättigung entsperrt ist. Wenn der Transistor 1 entsperrt ist, treibt die Spannungsquelle 3 einen Strom durch den Widerstand 4, die Induktivität 5 (Belastungswiderstand), die Induktivität 6 und die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 1. Der ohmsche Widerstand 4 besteht aus dem ohmschen Innenwiderstand der Induktivität 5 und einem gegebenenfalls zusätzlich eingeschalteten ohmschen Widerstand. Der Zweck der Induktivität 6 wird weiter unten erläutert. Der Richtleiter 9 wird in diesem Zustand des Schalters in Sperrichtung beansprucht. Mit 8 ist die zusätzliche Kapazität bezeichnet, die auf die Kollektor-Basis-Restspannung des Transistors 1 aufgeladen ist.In Fig. 1 is an arrangement with an inductive load resistor shown. The power transistor 1 is controlled at its base 2 so that it is either locked or unlocked to saturation. When transistor 1 is unlocked, the voltage source 3 drives a current through the resistor 4, the inductance 5 (load resistance), the inductance 6 and the collector-base path of the transistor 1. The ohmic resistor 4 consists of the ohmic internal resistance the inductance 5 and, if necessary, an ohmic one that is also switched on Resistance. The purpose of the inductor 6 is explained below. The judge 9 is claimed in this state of the switch in the reverse direction. At 8 she is additional capacitance refers to the residual collector-base voltage of the transistor 1 is charged.

Bei rein induktiver Last muß beim Umschalten des Transistors 1 ein magnetisches Feld aufgebaut oder abgebaut werden. In der Induktivität 5 wird dabei eine Spannung induziert, die hinsichtlich ihrer Polarität geeignet ist, eine Änderung des fließenden Stromes zu verhindern. Eine Stromänderung kann daher nur langsam erfolgen. Der Arbeitspunkt des Transistors 1 bewegt sich im Kennlinienfeld, wie es in der F i g. 2 angedeutet ist. Beim Sperren des Transistors 1 passiert der Arbeitspunkt den Punkt D, wobei eine große Verlustleistung umgesetzt wird. Die Spannung am Transistor wird durch den Richtleiter 9 auf etwa UBetr begrenzt. Die innere Schaltzeitkonstante des Transistors 1 bestimmt, wie lange sich der Arbeitspunkt in einem Gebiet großer Verlustleistung aufhält.In the case of a purely inductive load, the transistor 1 must be switched on magnetic field can be built up or broken down. In the inductance 5 is a voltage which is suitable in terms of polarity induces a change to prevent the flowing current. A current change can therefore only be slow take place. The operating point of the transistor 1 moves in the family of characteristics, such as it in the fig. 2 is indicated. When the transistor 1 is blocked, the operating point occurs point D, where a large power loss is implemented. The voltage on the transistor is limited by the directional leader 9 to about UBetr. The inner switching time constant of transistor 1 determines how long the operating point is in a large area Power dissipation.

Bei kapazitiver Last bewegt sich der Arbeitspunkt des Transistors auf dem in der F i g. 3 angedeuteten Wege. Beim Sperren des Transistors wird die Kapazität 8 (Fig. 1) über die entsperrte Diode 7 aufgeladen. Die Kapazität 8 ist so dimensioniert, daß die Spannung an der Kapazität 8 langsamer ansteigt, als der Strom durch den Transistor 1 abnimmt, d. h., der Transistor 1 ist bereits vollständig gesperrt und der Strom durch den Transistor 1 praktisch Null, bevor die Spannung am Transistor so weit angestiegen ist, daß im Transistor eine nennenswerte Verlustleistung umgesetzt werden kann. Wenn die Spannung an der Kapazität 8 die Spannung der Spannungsquelle 3 überschreitet, wird der Richtleiter 9 entsperrt. Der auf Grund der in der Induktivität 5 induzierten Spannung erzeugte Strom fließt nun in dem aus der Induktivität 5, dem Widerstand 4 und dem Richtleiter 9 gebildeten Kreis.With a capacitive load, the operating point of the transistor moves on the one shown in FIG. 3 indicated ways. When the transistor is blocked, the Capacity 8 (Fig. 1) charged via the unlocked diode 7. The capacity is 8 dimensioned so that the voltage across the capacitance 8 rises more slowly than the Current through transistor 1 decreases, i.e. i.e., the transistor 1 is already complete locked and the current through transistor 1 practically zero before the voltage has risen so far at the transistor that there is a noticeable power loss in the transistor can be implemented. When the voltage across the capacitance is 8 the voltage of the voltage source 3 exceeds, the directional leader 9 is unlocked. The reason the voltage induced in the inductance 5 now flows in the from the inductance 5, the resistor 4 and the directional conductor 9 formed circle.

Beim Entsperren eines kapazitiv belasteten Transistors passiert der Arbeitspunkt den Punkt D (F i g. 3), wobei eine große Verlustleistung umgesetzt wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung in der F i g. 1 verhindert beim Entsperren des Transistors 1 die sättigbare Induktivität 11, daß der über den Transistor 1 fließende Entladestrom des Kondensators 8 schnell ansteigt. Der Transistor kann also ohne Umschaltverluste entsperrt werden. Die Induktivität 11 ist so dimensioniert, daß sie erst in die Sättigung gerät, wenn der Transistor bereits vollständig entsperrt ist. Der Entladestrom wird von diesem Zeitpunkt an durch den Widerstand 10 auf einen zulässigen Wert begrenzt. Der Kondensator kann so sehr schnell entladen werden.The happens when a capacitively loaded transistor is unlocked Working point the point D (F i g. 3), with a large power dissipation implemented will. In the circuit according to the invention in FIG. 1 prevents when unlocking of the transistor 1, the saturable inductance 11 that the transistor 1 flowing discharge current of the capacitor 8 increases rapidly. The transistor can can therefore be unlocked without switching losses. The inductance 11 is dimensioned so that it only saturates when the transistor is already fully unlocked is. The discharge current is from this point on through the resistor 10 to a permissible value limited. The capacitor can be discharged very quickly.

Die Induktivität 6 verhindert, daß beim Entsperren des Transistors ein im Einschaltaugenblick noch durch die Induktivität 5, den Widerstand 4 und den Richtleiter 9 fließender Strom vom noch nicht vollständig entsperrten Transistor übernommen wird. Auch die Induktivität 6 wird bald gesättigt und beeinflußt die weiteren Vorgänge nicht mehr.The inductance 6 prevents that when the transistor is unlocked one at the moment of switching on by the inductance 5, the resistor 4 and the Directional conductor 9 current flowing from the not yet fully unlocked transistor is taken over. The inductance 6 is soon saturated and affects the no more operations.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Schalttransistoren beschränkt. Sie kann auch auf andere Halbleiterschalter, insbesondere auf Vierschichttrioden, übertragen werden.The application of the invention is not limited to switching transistors. It can also be applied to other semiconductor switches, in particular to four-layer triodes, be transmitted.

Claims

Claims: 1. Transistor switch with an inductive or capacitive load, in which an additional capacitance is connected in parallel and in which in series with this capacitance there is a parallel connection of a directional conductor and an ohmic resistor, characterized in that the ohmic resistor (10) a saturable inductance (11) is connected in series, which is dimensioned such that saturation occurs when the transistor is completely conductive.

2. Transistor switch according to claim 1, characterized in that between the switching transistor and the load resistor (4, 5) have a saturable inductance (6) is turned on so that a through the switching transistor and the load resistor current flowing through the inductance (6) flows, and that the inductance such is dimensioned so that saturation occurs when the transistor is fully conductive is. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1071133: "Telefunken-Zeitung", 1960, issue 128, p. 85 ff.