DE1464062A1 - Vorrichtung zum Erzeugen hoher Spannungsimpulse - Google Patents
Vorrichtung zum Erzeugen hoher SpannungsimpulseInfo
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- H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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- F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
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Description
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. # "Vorrichtung ,F,Xczsugen hoher ppann=gpimpulee"_ Die trfndurig betrif1iüe ;vo@TchtunF Zu4 @ $rzeugen hoher Spannungeimp l", ; 3:p. zur # Zuü@g einer Vexbrennttge- mQtOTB. En ist* Üblich, Zündimp las für einen Vexbro»hunga- motor durch plötml;ght Unterbrech,ungds .,Stromes durch die Primärwicklung einen' Traneformät@re,idt : Rle- PZündepul@n, bezeichnetr . züi erneuä. ent , Der vom A b ehxtu@nq$tnotor an et.e- . t :' g bene mechanische Unterbrecher wi ; dabei so stark belastie t, dad die Oberfläche seiner Kontakt* sdhnoll beschädigt wl. e, und seine Lebensdauer verhältniä i.. kure " ist, Fe wurde bereite vorg dhlagen, ,die hohen Spa>unjs- Impulse mittels eines Transisto odel;,mehrerer .in Aeihe,,.lis- Bender ransistoren zu erzeugen "dessen bzw. deren Basieptrom unterbrqchen wird bzw. werden uY`in dessen Kollektorkrain bzw. in 'deren Kollektorkreieen c*e Primärwicklung eines her- . auftransformierenden Tranaformattbxs liegt. Der Transistor bzw. die Transistoren wird bzw. werden vorn Unterbreche@@dor einer gleichwertigen Steuerimpulequelle gesteuert, die drin nur den verhältnismäßig sehr kleinen.Haeisstrom des #Trari, ,, sistors schaltet, so daB'die Ko takte eines Unterbreche'pa%- tisch nicht belastet sind und vZ der beim ilnterbreehen. tOpee durch eine induktive Belastung, #iedenden starken Stro entstehenden Funkenbildung nieh@ beschädigt werd@en ` knrn@ @ . @,.-t.. Bei Vorrichtungen der poeben beschriebegent@`.:, .@. . tritt aber der Nachteil auf, da i`,obwohl die zu sohgltt g`@ . Spannung (z.B. die einer Kraftw ' .,.nb*tterie von 6V)' via! kleiner ist als die Hälfte der r:'. x gleich (1 _ k2) L1 Il entsprechenden Verluaw und dieser mit der #bsohaltseit rund mit de!; wiederholnngsfraqissns zunehmenden tbaohaltverluete üiseipieren, bis Erholungszeit der meistern, hinsiohtlioh des maximal zulässigen Leerlauf'.. . !! atroses bzw. Dissipatiön brauchbaren Transistoren ist zu kur:, itin'besonle» bei Schalttransistoren ffir Rechenmasohtnen und ähnliche lxtwend, oder. au lang,.s.B. bei Stederfrequeas-Leistungetransistoren. Die Erholungszeit eines Transistors kann naturgemäss in sehr , einfacher Weiss durch V'or sserung seiner rollektor-lasis-Iapasitit mitti4 eines kleiner rondensators verlängert werden, jedoch würde diese Nasanäll den Wort der an.der .Primirwioklung der Undspuli wirksamen xapasitit vei4. grürsern, was unerwtinsoht ist, und gleichzeitig eine Kollektor-Rasis- spannungagegeakopplngg herbeiführen, welche der Steuerung des 'framietorn durch den Unterbrecher kräftig entgegenwirken würde.. Wegen dieser beiden Effekte ist die lnwendund eines tollektor- Basis xondemators unerwüasoht, da er die an der Beknndirwiaklung der gilt auch für einen swieohm der Irollektorelektrode und der lmitterelektrode - Die 'orriohtung nach der Erfindung weist das rennzeiohen auf, dass parallel zur Zasis-Esitter-Strecke des Transistors ein Netzwerk mit einem rondensator in Reihe mit einem Widerstand solcher Werte gesolialtet ist, dass nach Unterbrechung des des Transistors dessen
Dasisotrm mit eiser beutirten peeoüwimit etstig bis. N11 1@'iris@ ` ''` so dass aueb denn« zollettaretrots tbnosh4ll eines bsstirmtes Zeitittrt@tt. stetig bis babona fl sänissrt. Torsuseweise sind ein erster gidsrstam in "ttsrkrelo m4. Transistors und der Kondensator swisohitl dassem Sssiselehtrdda Md I@lr`' ,lorwirtsspsmumgsquollo afseblo*een, würead ein zweiter lideretsA zwischen der lwdtterslektrode md der mit der Iawiselektrodt des t verbundenen xleare den Kondensators liest, dfrt! dass bei ttatetbtel@ des Basisstromkrsisss den lsaasistore dass«- bsnisstron suntahst g11tok- . 1 y Null wird und, naobdes dis Ubersrssa am freien hsäungstrtgerm aus det, Bone verschwunden ist, auf einen bestiontsA Vort ansteigt und ans i#W4M4 innerhalb den betreffenden Zsitinttr»ils wieder stetig bis 1`u11 # .i>i.°yg Auf diese weise vermeidet m#X eins rsxhltaiamissig kle@r Diskontinuitxt in der Absahne den : i~ollottoratremls g die auttxitt et d1x . . Augenblick, in desi der Transistor aus der, fAttidums, konnte Die srfinduag wird an Xatid der Seiobbeispielswefee .. erläutert. 7s »eigens reg. 1 den Schaltbild einer bekannten Vorrichtung der @r angegebenen Art. E:. ..@ reg. 2 8pannemas- und StroeUti#Xagrasrss zur lrltute1104 äer mit dieser Torrichtung .eotstehend4 Bobwieriobit«: reg. 3 das eobaltbild eines erntet #rsfsbrutsslaiopi*l# Torrichtung nach der Irfi urunp11etiptslm - @ '.. .24 ?i4. 4 dis bohaltbild eines +item f derselben. reg. tp@@. t@d Attcot@»1@11E-@1,@ a@ @tl@ Tr're I Dirirnmiaewelsi dieser deflx:lttisllellt' t1_ ' 3`;s. - Die Basiselektrode des Transistors 1 ist über einen Widerstand Q von z.B. 15ILmit dessen Emitterelektrode verbunden und über einen Widerstand 10 von z.B. 13,6.N und einen Schalter 11, z.B. den Unterbracher eines Benzinmotors an Erde gelegt. Wird die an der Ausgangsklemme 8 erzeugte. Hochspannung zur Zündung eines Verbrennungsmotors verwendet, so wird diese Klemme über den Zündapannungaverteiler dieses Notors abwechselnd mit den Zündkerzen dessen verschiedener Zylinder verbunden.
- Beie schliessen des Schalters 2 bleibt der Transistor l gesperrt, wenn der Schalter 11 offen ist, da -seine Basiselektrode,dann das gleiche Potential hat wie seine Emitterelektrode, Bei geschlossenem Schalter 11 fliesst eire Strrm 'von etwa 0,44 Amp. durch den Widerstand 109 wovon etwe
0,4 Amp, über die Basis-Emitter--Streoke des Transistors 1 und etwa 0,04 - Wird der Schalter 11 geöffnet, so wird der Basisstron ID des ' Transistors 1 und demnach auch sein Kcillektorstrom 10 unterbrochen. Iatol" . dieser Unterbrechung wird der von der Sekundärwicklung 6 und der mit ihr verbundenen Belastung, z.B. ein Verteiler, eine Zündkerze und die ent- sprechenden Verbindungskabel, gebildete Schwingungskreis auf seiner Eigenfrequens von'z.B. 2500 Hz erregt und es entsteht ein gedämpfter Wehselspannungeimpuls 96 übdr der Wicklung 6, wie er auf der zweiten Zeile der Fig. 2 dargestellt ist. Diese Wechselspannung erscheint auch, herabtransformiert mit dem Windungsverhältnisvon 250 : 1, an der Priairwicklmg 5. Infolge der Stroaanterbriehung wird an der Primgrwicklung 5 gleich»itis ein Spannungsimpuls L erzeugt, der sich zu der nach der Privärseite transformierten Spannung V6 addiert. Darin stellt L die im Primärkreis wirksame Ineuktanz oder-Streuinduktanz L5 dar, die wieder gleich (1 - k2)Ll ist, wobei L1 die primäre Induktanz und k den Kopplungsfaktor zwischen der primären und der sekundären Wicklung darstellt. Die Amplitude dieses Spannungsimpulses ist etwa gleich wobei 1e maz den Wert des unterbrochenen Kollektorgleiehatroses und Z' die Abschaltzeit darstellt, d.h. das Zeitsintervall, das verstreicht zwischen dem Augenbliok, in dem der Kollektorstrom abzunehmen beginnt, und den Augenblick, in den er nahezu bis Null abgefallen ist. Einfaohheitehalb« wird dabei eine lineare Abnahme des Kollektorstrooss 1o mit der Zeit vorausgesetzt.
- Die Induktans.Ll kann nicht beliebig klein und der ropplmgt-. Faktor auch nicht praktisch gleich 1 gewählt werden. Andererseits Wert von.Io maz durch die Energie der gewünschten Soohapannutgsimpalst '. torgeschrieben und der Wert von V ist durch die Erholungszeit des Transistors 1 bedingt, so dass diese erste Spitze der Spannung T5 (lig.2) an der Primärwicklung 5 für den Transistor 1 gefährlich hoch werden kam. .q Eine zusätzliche Dämpfung den sekundären Sohwiogznsgrkreises mit der Wicklung 6 würde die erzeugte Hochspannung beträchtlich herab- setzen, was unerwünscht ist, und auf die gefährliche Anfaagsapitse an der Primärwicklung 5 praktisch keinen Einfluss haben, da die Spannung T6 der Zeit le wie 1 - ooawt zunimmt und daher noch sehr klein ist. Eine zusätzliche Dämpfung des Primgrkreisen mit der Wioklmsg j und/oder eine Herabsetzung der Eigenfrequenz diesen Kreises würde dagegen die Anfangsspitze reduzieren, jedoch in gleichem Masse auch die Amplitude der primären, etwa sinuaförmigen Spannungskomponente von T5 und somit die der sekundgren SpannungT6, was wieder unerwünscht ist. Die günstigste Lesung wäre eine Vergrösserung ton k. Mit einem k # 1 würde keine Anfangsspitze auftreten. Jedoch kann für k ein Wert ton 0,93 nur werden, insbesondere bei einer Zündspule mit einem sehr grossen Verhältnis zwischen den Windungszahlen der sekundären und der primären Wicklung. Nach der Erfindung wird die beschriebene Schwierigkeit dadurch überwunden, dass, wie in den Figuren 3, 4 und 6 dargestellt, parallel zur Zasis-Emitter-Strecke des Transistors 1 ein Netzwerk mit einem Kondensator 12 in Reihe mit einem Bidarstand 4 und nötigenfalls einen . Widerstand 13 solcher Werte geschaltet ist, dass nach Unterbrechung den Basinatroakreises des Transistors 1 durch den Schalter 11 dessen Basisstror mit einer bestimmten Geschwindigkeit stetig bis Null abnisurt, so dass avob der Kollektorstrom den Transistors 1 innerhalb eines bestimmten Zeit- -Intervalls stetig bis nahezu Null abnimmt.
In Austührungebeiapiel nach FiS.3 liegt ein.Konderisator 12 - Wenn der verwendeten Transistor 1 eine verhältnismässig lange Speicherzeit T@ - t - to hat, z.B. l0fusec oder länger, sind dessen aseisetrom Ib und die Spannung V12 (Via-5) am Kondensator 12 bereits in dem Augenblick, in dem dieser Transistor durch Dissipation den Ubermsesee an Ladungsträgern aus der Sättigung kommt, beträchtlich abgefallen. Daraus ergibt sich eine plötzliche Abnahme seines Kollektorstromes von seinen Sättigungswert auf den, dem Augenblickswert seines Baeisstro»s ent- sprechenden Wert. Bei ausreichender Amplitude dieser p1ötliohen Kollektoratromänderung-wird wieder eine hohe Anfangsapannungsspitze an der Prisgrwicklung 5 erzeugt, ebensowie durch eine zu plötzliche Abnahme des Kollekte> atromes infolge einer zu kurzen Erholungszeit TD.
- Mit Transistoren mit einer langen Speicherzeit y kann dies Schwierigkeit, wie in Fig.4 dargestellt, dadurch überwunden werden, dass der kleine Widerstand 4 in den 8aitterkreis den Transistor 1 aufgenomoasn und der Kondensator 12 zwischen das der Basiselektrode dieses Transistors zugekehrte Ende des Widerstandes 9 und-Erde geschaltet wird. Dabei kann der Widerstand 13 der Pig.3 entsprechend der Spannung der Quelle 3, der Kapazität des 1Condensa Tors 12, den Ruhewerten der Kollektor- und Basiestrßas, den Werten der anderen Widerstände 4, 9 und 10, den Speicher- und arholnagszeiten To und TD den Transistors 1, und der gewünschten Absohaltseit r in Reihe mit dem Kondensator 1-- geschaltet werden, wie in Pig.4 dargestellt, oder völlig weggelassen werden, oder aber zwischen den Vorbindun>gspwnkt den Widerstandes 9 und den Kondensators 12 und der Basiselektrode den Transistors 1 angesaLlossen werden, wie in Pig.6 dargestellt.
- In einer praktisch ausgeführten Vorrichtung nach dem Schaltbild der Pig.4 war der Transistor 1 vom Typ Philips AU 103 mit einer Speioherseit von etwa 10 ,n sec. Die Quelle 3. hatte eine Spannung von 6 Y, der Transformator 5, 6, 7 war wieder eine Zündspule mit einest Kopplungsfaktor k = 0,93, einem Primärwiderstand von 0,3.C., einem Transformationsverhältnie n6/B5 von 250 und einer sekundären Eigenfrequenz (mit ang"ohlossanets Verteiler und Zündkerzen) von 2,5 kEs. Der Kondensator 12 hatte eine Kapazität von 0,56 @uF, die Widerstände 4, 9, 10 und 13 hatten Werte von 0,4; 15; 2,7 und 0 Ohm und der Kondensator 14 hatte wieder eine Kapazität von 300 /Up., Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.4 wird an Band der ausgezogenen Kurven der ?1g.5 näher beschrieben. Im Zeitpunkt des Offnens des Schalters 11 ist der Kondensator 12 auf eine Spannung Ib z 810 aufgeladen, wobei sein positiver Belag das gleiche Potential hat wie die Basiselektrode des Transistor 1. Der Basis-Strom Ib des Transistors .l wird daher praktisch sofort unterbrochen, während sein Kollektorstrom 1 0 und demnach auch sein Emitteratron infolge der in der Basiszone des Transistors gespeicherten Ladungsträger während der Speicherzeit Tv von t0 bis t1 praktisch gleich bleiben. In Zeitpunkt t1 kommt der Transistor 1 aus der Sättigung und sein Kollektorstroa würde plötzlich auf einen Wert abnehmen wollen, der einem geänderten Wert des Daeiastromen entspricht. Da das Basispotential aubh durch die Ladung des Konderuuatort 12 bedingt wird und das Potential der Emitterelektrode vom Spannungsabfall am Widerstand 4 abhängig ist, bewirkt aber jegliche Abnahme des gollektorstromes Ic und den $mitterstromes eine Zunahme der Maitter-Basis-Vorwärtespannung. Eine verhältnismässig kleine Abnahme des äollektorstromes ergibt also eine verhältnismässig starke Zunahme des Basinetromes, der ziemlich plötzlich wieder einen grösseren Wert erreicht. Darauf wird der Kondensator 12 während der Erholungszeit TD verhältniscräsnig langsam Über den Widerstand 4, den Widerstand 9 parallel mit der gmitter-Banis-Strecke des Transistors 1 und den Widerstand 13 auf die Spannung der Quelle 3 aufgeladen, mit einer Zeitkonstante praktisch gleich wobei G12 die Kapazität den
tondeneators 12, a' den öasie-tollektor-Strowerntirkungefaktor den Transistors 1, He und 1b dessen bitter- bzw. Basis-Elektrodepwiderstxnde, und H4 und 313 die entspreohenden-Werte d4tr Widerstände 4 und 13 sind: Der Basinetrom des Transistors 1 bildet den Hauptteil den demnach auf die Ladeseitkonstante des gondensators 12 einen stärkeren Sinfluas ausübt, zumal die Summe der Werte der Widerstände 9 und 13 der fig.6 von gleicher ßrüenenordnung sein muss wie der Wert des Widerstandes 9 der fig.4. 3.H. 15.fL. Diseor an sich unsrwtlnaohte $influas verringert
Claims (1)
- PATENTANSPRUECHEt 1. Vorrichtung zum Erzeugen hoher Spannungsimpulse, z.B, zur Jung eines Verbrennungsmotors, mit Hilfe eines Schalttransistors, dessen Basisetron unterbrochen wird und in dessen Kollektorkreis die Primär- wicklung eines herauftransformierenden Transformators liegt, dadurch geksnn- zeichnet, dass parallel zur Basis-EmitteT-Strecke des Transistors ein Netzwerk mit einem Kondensator in Reihe mit einem Widerstand solcher Werte geschaltet ist, dass nach Unterbrechung des Basisstromkreises des Transistors dessen Basisstrom mit einer bestimmten Geschwindigkeit stetig bis Null abnimmt, so dass auch dessen Kollektoratrom innerhalb eines bestimmten Zeitintervalle stetig bis nahezu Null abnimmt. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Widerstand in den Btnitterkreis des Transistors aufgenommen und der Kondensator zwischen dessen Basiselektrode und einer Vorwärtsapannungaquelle angeschlossen ist, während ein zweiter Widerstand zwischen der Emitterelektrode und der mit der Basiselektrode des Transistors verbu-adenen Klemme des Kondensators liegt, derart, dass bei Unterbrechung des Basisstrom- kreisen des Transistors dessen Basisstrom zunächst gleich Null wird und, nachdem das Ubermase an freien Ladungsträgern aus der Basiszone verschwunden ist, auf einen bestimmten Wert ansteigt und anschliessend innerhalb des betreffenden Zeitintervalls wieder stetig bis auf Null abnimmt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Emitter-Kollektor-Stromkreis des Transistors über einen Ein- und Ausschalter durch eine Gleichspannungsquelle gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung der Gleichspannungsquelle und des Schalters von einem Kondensator hoher Kapazität überbrückt ist, der eine plötzliche Unterbrechung des Kollektorstromes des Transistors beim Ausschalten des 8ohaltere verhütet.
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Cited By (1)
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- 1965-03-17 US US440578A patent/US3367313A/en not_active Expired - Lifetime
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