DE2013012C3 - Schaltung zum An- und schnellen Abschalten eines Verbrauchers mit induktiver Komponente - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum An- und schnellen Abschalten eines Verbrauchers mit induktiver Blindwiderstandskomponente an eine bzw. von einer Gleichspannungsquelle, bestehend aus einem mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe zum Verbraucher liegenden Leistungstransistor und einem vorgeschalteten Treibertransistor, über den der Leistungstransistor angesteuert wird, wobei zumindest der wesentliche Teil des — bei gleichem Leitfähigkeitstyp der beiden Transistoren — Emitterstroms oder — bei entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp — des Kollektorstroms des Treibertransistors über die Basis des Leistungstransistors fließt und die nicht mit der Basis des Leistungstransistors verbundene Elektrode der Emitter-Kollektor-Strecke des Treibertransistors mit dem Kollektor des Leistungstransistors verbunden ist.

Das Wesen der Erfindung besteht bei der vorgenannten Schaltungsanordnung darin, daß zum Schütze der Schaltung gegenüber hohen, entstehenden Spannungsspitzen an Stelle einer zusätzlichen Schutzschaltung lediglich die Emitter-Koliektor-Durchbrudispannung U_DT des Treibertransistors um mehr als die Basis-Emitter-Spannung U_BE des Leistungstransistors kleiner al* die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung U_DL des Leistungstransistors gewählt ist.

Ein typischer Vertreter für die eingangs beschriebene, aus Leistungstransistor und Treibertransistor besiehende Schaltung ist die sogenannte Darlington-Schaltung. Eine derartige Schaltung ist in F i g. 1 der Zeichnung in dem gestrichelten Kästchen 1 ent-

halten. Sie besteht aus dem (NPN) Leistungstransistor 2 und dem Eingangs- oder Treibertransistor 3 gleichen Leitfdhigkeitstyps. Die Kollektoren dieser Schaltung sind miteinander verbunden, während der Emitter des Transistors 3 mit der Basiselektrode des Transistors 2 verbunden ist. Die Schaltung 1 besitzt drei nach außen geführte Elektroden, von denen die »Kollektorelektrode« 5 an den Pluspol einer Gleichspannungsqueläe und die »Emitterelektrode« 6 an den Lasiwiderstand 7, dessen anderer Anschluß auf O-Polential liegt, angeschaltet ist. An der »Basiselektrode« 4 der Schaltung 1 wird die Schaltung angesteuert. Steigt die Basis-Emitter-Ansteuerungsspannung des Transistors 3 über z. B. 0,7 V an, so fließt im Transistor 3 ein Emitterstrom. Dieser fließt über die Basiselektrode des Transistors 2 und macht damit die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 2 niederohmig, und läßt damit den Betriebsstrom über den Lastwiderstand 7 fließen. Der Lastwiderstand könnte auch am Kollektor des Leistungstransistors 2 angeschaltet sein.

Es ist bekannt, daß dann, wenn der Lastwidinstand7 induktiv ist oder eine wesentliche indukthe Komponente aufweist, bei Unterbrechung des Verbraucherstroms hohe Spannungsspitzen auftreten, die weil jenseits der üblichen Emitter-Kollektor-Durchbruchspannungen liegen können und somit die Transistoren, insbesondere den Leistungstransistor 2 zerstören wurden. Die Verwendung von Transistoren mit entsprechend hohen Emitter-KoIIektor-nurchbruchspannungen ist aus Preisgründen nicht möglich. Man hat deshalb bisher bei derartigen Schaltungen, über die eine induktive Last an eine und von einer Gleichspannungsquelle an- bzw. abgeschaltet werden sollte, eine Schutzbeschallung vorgesehen, die verhinderte, daß die hohen Spannungsspitzen beim Abschalten überhaupt entstehen konnten. Es ist in diesem Zusammenhang 2:. B. bekannt, als Schutzelement eine Zenerdiode zu verwenden (deutsche Auslegeschrift 1 201 872, Spalte 3, Zeilen 33 bis 35) oder auch eine Diode (deutsche Auslegeschrift 1 071 133, Fig. 1 und 2) oder ein /iC-Glied. Die zusätzlichen Schaltelemente verteuern jedoch die benötigten Schaltungen.
Es ist zu erwähnen, daß das Anwachsen der Spannungsspitzen auf relativ hohe Werte an sich von Vorteil wäre, weil dadurch ein schnelles Abschalten des Lastwiderstands zustande käme (interessant z. B. bei Relais oder Magnetventilen als Lastwiderstand). Um diesen Vorteil wenigstens zum Teil auszunutzen hat man bisher bei derartigen Schaltungen und Verwendung einer Zenerdiode zur Schutzbeschaltung die Zenerspannung derart gewählt, daß die Spannungsspitze bis in die Nähe der Durchbruchspannung der Transistoren anwachsen konnten. Bei der Erfindung tritt, da ja nun die Spannungsspitzen bis zur Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung des Treibertransistors anwachsen, der Vorteil des schnellen Abschaltens in noch gesteigertem Maße auf.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Weg aufzuzeigen, auf Grund dessen bei der in Fig. 1 beschriebenen Schaltung und bei ähnlichen Schaltungen auf eine zusätzliche Schutzschaltung verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, wie eingangs gesagt, dadurch gelöst, daß lediglich die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannungen der beiden Transistoi^n in der angegebenen Weise zueinander gewählt werden.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen bemessenen Schaltung für den angegebenen Zweck steigt beim Abschalten der induktiven Last die Spannung am Verbraucher bis in die Nähe der Durchbruchspannung des Transistors an, und zwar so weit, bis über die Emitter-Koilektor-Strecke des Treibertransistors 3 ein kleiner Strom zu fließen beginnt. Dieser Strom bewirkt, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 2 niederohmig wird und somit eine weitere Ausbildung der Spannungsspitzen verhindert. Die Schaltung arbeitet dabei um so sicherer, je höher die Stromverstärkung des Leistungstransistors ist und je schneller der Leistungstransistor in den niederohmigen Zustand gelangt. Die Spannungsspitzen dürfen also nicht extrem schnell ansteigen, wenn der verwendete Leistungstransistor relativ langsam durchschaltet.

Der Fachmann wird gegen die erfindungsgemäße Schaltung vorbringen, daß zumindest einer der Transistoren in die unmittelbare Nähe der Durchbruchspannung gebracht wird, also bereits mit einer zu hohen Spannung beaufschlagt wird. Dieses Vorurteil greift jedoch deshalb nicht durch, weil es zu einem schädlichen Stromfluß wegen der Schutzwirkung der Schaltung bei richtiger Bemessung gar nicht kommen kann. ■

In der F i g. 2 der Zeichnung liegt der Belastungswiderstand 7 im Kollektor und der Treibertransistor 3 α ist gegenüber dem Leistungstransistor 2 von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp. Auch für diese Schaltung gelten bei entsprechender Bemessung die gleichen Vorteile. Auch bei dieser Schaltung kann

der Belastungswiderstand am Emitter des Leistungstransistors angeschaltet sein.

Die Erfindung ist auch bei den Schaltungen anwendbar, bei denen der Leistungstransistor im Gegensatz zu den beiden Beispielen der Fig. 1 und 2

der Zeichnung ein PNP-Transistor ist. Auch 'dort kann der Treibertransistor vom gleichen oder unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp sein und auch dort kann der Lastwiderstand am Emitter oder Kollektor des Leistungstransistors angeschaltet werden. Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine der möglichen Ausführungsformen unter Verwendung eines PNP-Transistors.

Es sei noch erwähnt, daß zur Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors auch ein relativ hochohmiger Widerstand parallel geschaltet sein kann. Wesentlieh für die Erfindung ist lediglich daß es zu einem Durchschalten des Leistungstransistors kommt, bevor im Treibertransistor ein schädlicher Strom zu fließen beginnt. Gemäß dieser Notwendigkeit, muß der eventuell vorhandene Widerstand, der bei Einschaltung der Last zwischen Spannungsquelle und dem Kollektor des Leistungstransistors aus Gegen-Kopplungsgründen von Interesse ist, bemessen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum An- und schnellen •Abschalten eines Verbrauchers mit induktiver Blindwiderstandskomponente an eine bzw. von einer Gleichspannungsquelle, bestehend aus einem mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Reihe zum Verbraucher liegenden Leistungstransistor und einem vorgeschalteten Treibertransistor, über den der Leistungstransistor angesteuert wird, wobei zumindest der wesentliche Teil des — bei gleichem Leitfähigkeitstyp beider Transistoren — Emitterstroms oder — bei entgegengesetztem Leilfähigkeitstyp der Transistoren — KollektGi Stroms des Treibertransistors über die Basis des Leistungstransitors fließt und die nicht mit der Basis des Leistungstransistors verbundene Elektrode der Emitter-Kollektor-Strecke des Treibertransistors mit dem Kollektor des Leistungstransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schütze der Schaltung gegenüber hohen auftretenden Spannungsspitzen an /-.teile einer zusätzlichen Schutzschaltung lediglich die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung U_1n des Treibertransistors um mehr als die Basis-Emitter-Spannung U_nf: des Leistungstransistors kleiner als die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung U_1n des Loistungstransistors gewählt ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor einen hohen Stromverstärkungsfaktor aufweist.

Es soll also folgende Ungleichung gelten