DE2014218A1

DE2014218A1 - Steuerschaltung für Schalttransisto ren

Info

Publication number: DE2014218A1
Application number: DE19702014218
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Eilken Heinrich Dipl Ing 8000 München Freystedt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-24
Filing date: 1970-03-24
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE2014218B2; DE2014218C3

Description

Steuerschaltung für Schalttransistoren An die Steuerschaltungen für als Schalter arbeitende Transistoren, insbesondere Leistungstransistoren, müssen umso höhere Anforderungengestellt werden, je wirksamer die Umschaltverluste in den Schalttransistoren verringert werden sollen Von der Größe der Umschaltverluste hängen in hohem Maße die Kosten, der Wirkungsgrad sowie Gewicht und Volumen von Schaltungen ab, die als wesentlichen Bestanzteil Schalttransistoren benutzen. Da alle diese Faktoren eine Funktion der Prequenz sind, mit der die Transistoren un-ter Berücksichtigung der Verlustleistung maximal betrieben werden können, kommt der Steuerung des Beitzustandes der Transistoren besondere Bedeutung zuO Es ist bereits bekannt, die Einschaltverluste von Schalttransistoren durch Verkürzung der Einschaltzeiten zu verringern, indem die Schalttransistoren im Umschaltbereich übersteuert werden. Eine starke Übersteuerung hat dagegen zur Folge, daß sich die Speicherwirkung der Transistoren nachteilig auswirkt und die Ausschaltzeiten verlängert, wodurch die Ausschaltverluste erheblich ansteigen können.
Es sind auch Maßnahmen bekannt, die Ausschaltverluste in Schalttransistoren dadurch zu verringern, daß im Querzweig der Regelschaltung eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einer Diode vorgesehen ist, wobei die Diode für die Eingangs spannung in Sperrichtung gepolt und durch einen Widerstand überbrückt ist. Bei hohen Arbeitsfrequenzen wirkt sich hier ungünstig aus, daß bei jeder Wiederaufladung des Kondensators die Hälfte der Energie im Vorwiders t;and verlorengeht.
Zur Verminderung der Einschaltverluste in ScbalLreglern wurde bereits vorgeschlagen, der im Querzweing angeordne--ten Freilaufdiode eine Zusatzinduktivität in Reihe zu schalten.
Aus einer weiteren Schaltung ist es bekannt, den Aufwand für die Steuerschaltung von Schalttransistoren in Schaltreglern dadurch zu verringern, daß ein Teil der oteuerleistung über eine positive Rückkopplung aus dem Leis-tungskreis gedeckt wird. Dazu wird der im Basis-Emitter1:reis des Schattransistors verwendete Steuertransformator mit einer dritten Wicklung versehen, die im Laststromkreis mit der Emitter-Korllektorstrecke in Reihe geschal-tet ist.
Da diese Schaltung mit Sättigungssteuerung arbeitet, hat sie den Nachteil, daß der Schalttransistor relativ träge arbeitet und die Schal-tung somit für hohe Schaltfrequenzen nicht geeignet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, die es nicht nur gestattet, die Steuerleistung für die Schalttransis-toren aus dem Leistungskreis zu decken, sondern gleichzeitig die Umschaltverluste in den Transistoren erheblich zu verringern. Die Erfindung geht dabei von einer Schaltung aus, die mit einem aus einem Taktgenerator gespeisten S-teuertransformator arbeitet und bei der eine mit der Kollektor-mitters-L-recke in Reihe geschaltete dritte Transformatorwicklung eine positive Rückkopplung auf den Steuerkreis bewirkt.
Gemäß der Erfindung is-t die Steuerschaltung so ausgebildet, daß der -'aktgenerator über den Steuertransformator Beginn und Ende der Durchlaßphase des Schalttransistors (Stcllglied ) durch je eilen kurzen Impuls entgegengesetzter Poloarität, deren Amplitude die Ansprechschwelle des rückgekoppelten Basiskreises jeweils gerade über- bzw. unterschreite-t, bes-timm-t und daß die Impulsdauer klein ist gegenüber er halben Periodendauer des Taktgebers.
Hierdurch gelingt es, die Steuerverluste im Basiskreis des Schalttransistors und im elektronischen Steuerteil während der Einschaltdauer auf ein Minimum herabzusetzen.
Vor allem werden die Ausschaltverluste des Schalttransisors infolge verminderter Speicherzeiten wesentlich reduziert Die im Taktgeber aufzubringende Steuerleistung ist weitgehend von den Lastverhältnissen unabhängig. In der Anwendung der Steuerschaltung resultieren daraus höhere Schaltfrequenzen für das Stellglied und ein besserer Wirkungsgrad. Auch der Aufwand für den elektronischen Taktgeber wird durch den Pulsbetrieb vereinfacht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In der Fig.1 ist ein Schaltungskreis mit einem Stellglied und einer Steuerschaltung im Prinzip dargestellt.
Fig.2 zeigt eine Steuerimpulsfolge des Taktgebers.
In den aus einer Gleichspannungsquelle UB und einem Verbraucher mit veränderbarem Widerstand Ra bestehenden Stromkreis ist die Emitter-Kollektorstrecke des als Stellglied arbeitenden Schalttransistors Ts und in Reihe dazu die Tetiär-Wicklung n3 des Steusrübertragers Ü eingeschaltet.
Die Primärwicklung n2 des Steuerübertragers ist mit dem Ausgang des Takt. gebers g verbunden. Die Sekundärwicklung nl ist an der Basis und am. Emitter des Schalttransistors angeschlossen. Da der Steuerübertrager als Stromwandler arbeitet, ist als Abschlußwiderstand die Bürde R vorgesehen.
Der Taktgeber T erzeugt kurze Steuerimpulse entgegengesetzter Polarität (Fig2), die über die Wicklungen n2 und n1 an die Steuerstrecke des Schalttransistors Ts gelangen.
Die Impulsdauer t1 bzw. t2 des Einschalt- bzw. Sperrimpulses ist sehr viel kürzer als die Periodendauer To. Die Dauer -t1 der Burchläphase ist in Abhängigkeit von einer Regelgröße variabel.
Der Einschaltimpuls des Taktgenerators steuert den Schalttransistor gerade so weit in den leitenden Zustand, daß ein Kollektorstrom ; zu fließen beginnt. Aufgrund der positiven Stromrückkopplung über die Wicklungen n3, ni wird der Schalttransistor sofort in die Sättigung gesteuert Die Beendigung der Durchlaßphase erfolgt durch einen entgegengesetzt gerichteten Sperrimpuls, der groß genug sein muß, die Stromrückkopplung kurzzeitig unwirksam zu machen Da der Sperrimpuls einen hohen Ausräumstrom zur Folge hat, wird der Schalttransister sehr schnell gesperrte Der Taktgenerator T ha-t nur die Steuerleistung für die kurzen Sinschalt- und Sperrimpulse aufzubringen, wobei die mplitude des ersten von der Höhe der Last unabhängig ist und die Amplitude des zweiten die Verringerung der Speicherzeit im Schalttransistor bestimmt Die Steuerschaltung ist mit Vorteil in Schaltreglern, Wechselrichtern und Gleichspannamgswandlern sowie in allen Schaltungen answendbar, die mit einem Schalttransistor als Stellglied arneiten 2 Figuren 2 Patentansprüche

Claims

2 a t e n t a -n s p r ü c h e Steuerschaltung für Schalttransistoren, die mittels eines Steuertransformators aus einem Taktgenerator gesteuert werden und wobei der Steuertransformater eine weitere, im Kollektor-Emitterkreis des Schalttransistors angeordnete, eine positive Rückkopplung auf den Basiskreis des Schalttransistors bewirkende Wicklung aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß der Taktgenerator über den Steuertransformator Beginn und Ende der Durchlaßphase des Schalttransistors (Stellglied) durch je einen kurzen Impuls entgegengesetzter Polarität, deren Amplitude die Ansprechschwelle des rückgekoppelten Basiskreises jeweils geade über- bzwO unterschreitet, bestimmt und daß die Impulsdauer klein ist gegenüber der halben Periodendauer des - Taktgebers0 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Amplitude des Sperrimpulses mit Rücksicht auf die zulässige Speicherzeit des Schalttransis.tors bemessen wird0 L e e r s e i t e