DE2019779A1 - Steuerschaltung fuer Transistor-Wechselrichter - Google Patents
Steuerschaltung fuer Transistor-WechselrichterInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8000 München 2, 2 3. APR. 197 Q
Berlin und München Wittelsbacherpl. 2
V?A* 70/6590
Steuerschaltung für Transistor-Wechselrichter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für
fremdgesteuerte Transistor-Wechselrichter, deren Schalttransistor en in wenigstens zwei abwechselnd leitend bzw.
nichtleitend gesteuerten Schaltungszweigen angeordnet sind, unter Verwendung eines Taktgenerators.
Bei der Ansteuerung der Sehalttransistoren von Wechselrichtern muß sichergestellt sein, daß insbesondere das
Ausschalten sehr schnell erfolgt, damit die Schaltverluste möglichst klein bleiben und eine thermische Zerstörung
vermieden wird.
Um auf eine aufwendige Siebung für die Ausgangsspannung
von Umrichtern verzichten zu können, ist es andererseits erforderlich, den Leistungstransistor des Wechselrichters
möglichst symmetrisch anzusteuern und dadurch zu verhindern, daß der Kern des Leistungstransformators in die magnetische Sättigung gesteuert wird. Da außerdem bei Transistoren grundsätzlich das Abschalten infolge ihrer Speicherwirkung
langsamer erfolgt als das Einschalten, tritt bei jedem Umschaltvorgang ein Kurzschluß im primären Lastkreis
auf, der entsprechend dem verbleibenden Kurzschlußwiderstand einen Stromanstieg in den Kollektor-Emitterstrecken
der Schalt trans ist or en und in den Wicklungshälften des Leistungstransfprmators über den normalen Laststrom hinaus
zur Folge hat« Der Abschaltvorgang fällt somit in nachteiliger Weise in die Zeit des wesentlich erhöhten Stromflüsses.
Erfolgt die Abschaltung sehr schnell, so wird die Zeitspanne, in der dieser Kurzschluß gegeben ist, ver-
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kürzt, so daß auch der während dieser Zeit ansteigende Strom geringere Werte erreicht.
Andererseits verursacht das schnelle Abschalten eine
abrupte Änderung der Ströme im Leistungstransformator,
da der in beiden Wicklungshälften des Leistungstransformators fließende Kurzschlußstrom beendet wird und in
einer Wicklungshälfte nur noch der normale Laststrom fließt. Das Streufeld des Leistungstransformators induziert
dadurch Spannungsspitzens die an der Kollektor-Emitterstrecke
des abschaltenden Transistors anstehen und diesen gefährden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung
für in fremdgesteuerten Wechselrichtern arbeitende
Schalttransistoren anzugeben, mittels der die genannten Nachteile auch bei hohen Schaltfrequenzen vermieden
werden. Gemäß der Erfindung ist im Steuerkreis beider Schalttransistoren je eine Diode vorgesehen, die
für die vom Taktgeber gelieferten Einschaltimpulse in Sperrichtung gepolt sind, und die Einsehaltspannung für
den Schalttransistor im gesperrten Schaltungszweig von
der Kollektor-Emitterspannung des von der Durchlaßphase in die Sperrphase überwechselnden Schalttransistors des
anderen Schaltungszweiges abgeleitet wird.
Bei Anwendung dieser Schaltung kann beim Umsteuern der Schalttransistoren im Primärstromkreis kein Kurzschluß
mehr auftreten, weshalb sowohl die Abschaltverluste als auch die Abschaltspannungsspitzen klein bleiben.
Die Einschaltspannung für die Schalttransistoren wird
gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung jeweils vom Kollektor des Schalttransistors des einen
Schaltungszweiges über einen Widerstand an die Basis des
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Schalttransistors im anderen Schaltungszweig zugeführt. Die Punktion der Schaltung kann noch dadurch verbessert
werden, daß dem Widerstand zwischen Kollektor und Basis eine Zenerdiode in Reihe geschaltet wird, über die das
Einschaltsignal erst nach Anstieg der Kollektorspannung auf den durch die Zenerspannung vorgegebenen Wert weitergeleitet
wird.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Verluste in den Widerständen verringert
werden, wenn die Schalttransistoren über eine Verbundschaltung hochohmig angesteuert werden. Der hiermit
zwangsläufig verbundene Anstieg der Sättigungsspannung der Schalttransistoren kann mit Hilfe von in den Basiskreis
eingeschleifter Hilfsspannungen, die über Zusatzwicklungen
am Leistungstransformator abgenommen werden, wieder gesenkt werden.
Die Verluste in den Widerständen können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden werden,
daß die Einsehaltspannung aus einer von der Kollektorspannung
gesteuerten Hilfsspannungsquelle zugeführt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand mehrerer
Ausführungsbeispiele, die in den Figuren 1 bis 4 im Prinzip dargestellt sind, näher erläutert·
Alle vier Ausführungsbeispiele gehen von der gleichen Grundschaltung für fremdgesteuerte Gegentaktwechselrichter
aus. Sementsprechend sind die gleichbleibenden Teile der
Grundschaltung in allen Beispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die im Gegentakt arbeitenden Sehalttransistoren
Ts1 und Ts2, der Leistungstransformator Tr
und die Betriebsspannungsquelle U1, die zwischen der
Hittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators Tr
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und dem Verbindungspunkt der Emitter der beiden Schalttransistoren
angeordnet ist, bilden die gleichbleibende Grundschaltung. Die Steuerspannung wird zwischen der
Basis der beiden Schalttransistoren Ts1 bzw. Ts2 und
dem gemeinsamen Emitteranschluß zugeführt.
In Fig.1 ist ein Ausführungsbeispiel einer einfachen
Steuerschaltung dargestellt, das die Merkmale der Erfindung aufzeigt. Die Steuerung der beschriebenen Grundschaltung
erfolgt mit einer rechteckförmigen Steuerspannung aus dem Taktgeber T. Mit den positiven bzw. nega-
k tiven Impulsen der Steuerspannung können die Schalttransistoren
in bekannter Weise abwechselnd in den leitenden bzw. sperrenden Zustand gesteuert werden. Abweichend
von dieser Wirkungsweise besteht der Grundgedanke der neuen Steuerschaltung darin, die Umschaltung des jeweils
gesperrten Schalttransistors in den leitenden Zustand nicht beim Auftreten des entsprechenden Steuerimpulses,
sondern erst dann vorzunehmen, wenn der Schalttransistor im anderen Schaltungszweig an seiner Kollektor-Emitterstrecke
Spannung aufnimmt, also bereits sperrt. Dies wird dadurch erreicht, daß von der gegenüber dem Minuspol
fler Betriebsspannung U1 symmetrischen Steuerspannung des Taktgebers T mit kleinem Innenwiderstand jeweils
^ nur das Abschaltsignal ausgenutzt wird, während das Einschaltsignal
durch die in die Basiszuleitung eingeschleiften Dioden D1, D2 gesperrt ist. Wird angenommen, daß
z.B. der Transistor Ts1 den Laststrom zum Minuspol der Spannungsquelle U1 führt, so wird der entsprechende
Steuerimpuls, der diesen Transistor leitend steuern würde, durch die Diode D1 gesperrt und liefert somit keinen
Basisstrom, während die Steuerspannung für den Transistor Ts2 am Widerstand R3, der seiner Basis-Emitterstrecke
parallelgeschaltet ist, einen Spannungsabfall verursacht,
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der als Sp'errpotential für den Transistor Ts2 wirkt.
Der Transistor Ts1 erhält seinen Basisstrom über den Widerstand
R1 aus der Koliektor-Bmitterspannung des gesperrten Transistors Ts2 und ist deshalb solange eingeschaltet,
bis sich die niederohmige Steuerspannung des Taktgenerators umpolt und diesen Basisstrom absaugt.
Gleichzeitig liefert sie dabei einen großen Ausräumstrom für den Transistor TsI, so daß das Sperren schnell erfolgt, während der bis dahin gesperrte Transistor Ts2
erst dann eingeschaltet wird, wenn die Kollektor-Emitterspannung des Transistors Tst ansteigt und ein Basisstrom
über den Widerstand R2 in den Transistor Ts2 fließen
kann. Die Diode D2 verhindert ein vorzeitiges Einschalten
durch die Steuerspannung. Dieser Vorgang wiederholt sich jeweils beim Umpolen der Steuerspannung wechselweise
für die Schalttransistoren Ts1 und Ts2.
Die Funktion dieser Schaltung kann verbessert werden, wenn in Serie zu den Widerständen R1 bzw. R2 je eine
Zenerdiode Zl bzw. Z2 geschaltet wird. Es wird dadurch
erreicht, daß der Transistor, der eingeschaltet werden soll, erst dann angesteuert wird, wenn die Kollektor-Emitterspannung des anderen Transistors bereits auf einen
Wert angestiegen ist, der größer ist als die Zenerspannung.
Die Zenerspannung muß jedoch unter der niedrigsten vorkommenden Eingangsspannung U1 Ifegen, damit das Anschwingen der Schaltung gewährleistet ist.
Pig.2 zeigt eine verbesserte Steuerschaltung, bei der die
in den Widerständen R1 bzw. R2 zwangsläufig auftretenden
Verluste verringert werden. Für die unveränderten Teile
der Steuerschaltung werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 beibehalten. Die vorteilhaften Eigenschaften
der beschriebenen Schaltung bleiben uneingeschränkt er-
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halten, da hier das Einschalten der Transistoren ebenfalls durch die Kollektor-Emitterspannung veranlaßt wird.
Die Steuerschaltung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung von den Schalttransistören
vorgeschalteten Verbundtransistoren Ts3 bzw. Ts4. Die Steuerung der Verbundtr-ansistoren erfordert nur
einen geringeren Basisstrom, der über entsprechend hochohmige Widerstände R11 bzw. R12 verlustarm zugeführt wird.
Diese Maßnahme führt zwar zu erhöhten Durchlaßverlusten der Schalttransistoren, da deren Sättigungsspannung hierbei
um die Basis-Emitterspannung des Verbundtransistors höher liegt. Durch Einführen einer kleinen Hilfsspannung
in die Basiszuleitungen der Schalttransistoren Ts1 und
Ts2 können die Verluste gesenkt werden. Die Hilfsspannung wird in einfacher Weise an kleinen Zusatzwicklungen
des Leistungsübertragers Tr abgenommen. Diese Schaltungserweiterung
ist. in Fig^ nicht dargestellt.
Die Steuerschaltung nach Fig.3 verwendet keine Verbundtransistoren
und Hilfsw.icklungen» Die Steuerenergie für
die Schalttransistoren wird hler einer Hilfsspannungsquelle
Ujt mit niedrigem Absolutwert entnommen, die über
die Tranaistorstufen Ts5, R5 bzw«, Ts69 R6 an die Schalttransistoren
geschaltet wird» Die Transistoren Ts5 und Ts6 werden über die hochohmigen Widerstände R21 und R22
von der Kollektorspannung der Schalttransistoren Ts1 bzw. Ts2 verlustarm gesteuert«,
Das Ausführungsbeispiel nach Figo4 zeigt eine weitere
Maßnahme, wie die Verluste in den Widerständen zwischen
Kollektor und Basis unter Verwendung einer Rückkopplungsschaltung verringert werden lz<5inien<, Zu diesem Zweck ist
je ein MltJcopplungs-Stromwandler V/1 und W2 mit seiner
Primärwicklung in den Kollektorstromkreis und seine Sekundärwicklung in den Basis-Emitterkreis der Schalttran-
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sistoren eingeschaltet. Die Wandler sind so bemessen,
daß sie, nachdem der Kollektorstrom zu fließen begonnen hat, an den Augenblickswert des Kollektorstromes angepaßt
über die Sekundärwicklung des Wandlers immer den gerade notwendigen Basisstrom liefern, ohne, den Transistor
zu stark zu übersteuern. Die Widerstände R9 bzw. R10, über die bei fehlendem Mitkopplungswandler W1 bzw*
W2 der gesamte Steuerstrom für die Schalttransistoren fließen würde, führen nur einen kleinen Steuerstrom und weisen
deshalb nur geringe Verluste auf.
Die Anwendung der Steuerschaltung ist nicht auf Gegentaktwechselrichter
beschränkt. Sie ist grundsätzlich auch bei Wechselrichtern in Halbbrückenschaltung mit "den gleichen
Vorteilen anwendbar. Hierbei müssen jedoch die beiden Kollektor-Basis-Verbindungskreise unterschiedlich bemessen
werden. .
7 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
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Claims (7)
- PatentansprücheSteuerschaltung für fremdgesteuerte Transistor-Wechselrichter, deren Schalttransistoren in wenigstens zwei abwechselnd leitend bzw. nichtleitend gesteuerten Schaltungszweigen angeordnet sind, unter Verwendung eines Taktgenerators, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis beider Schalttransistoren (Ts1, Ts) je eine Diode (D1, D2) vorgesehen ist, die für die vom Taktgeber (T) gelieferten. Einschaltimpulse in Sperrichtung gepolt sind, und daß die Binsehaltspannung für den Schalttransistor (Ts1, Ts2) im gesperrten fc . Schaltungszweig von der Kollektor-Emitterspannung des von der Durchlaßphase in die Sperrphase überwechselnden Schalttransistors des anderen Schaltungszweiges abgeleitet ist.
- 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Schalttransistors (TsI, Ta2) jedes der beiden Schaltungszweige über einen Widerstand (R1, R2) wechselweise mit der Basis des Schalttransistors im anderen Schaltungszweig verbunden ist.
- 3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, daß mit dem Widerstand (R1 bzw. R2) je eine für den Basisstrom in Zenerdurchlaßrichtung gepolte Zenerdiode (Z1 bzw. Z2) in Reihe geschaltet ist.
- 4. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehalttransistoren (Ts1, Ts2) in den Schaltungszweigen in je einer Verbundschaltung mit den Transistoren (Ts3, Ts4) arbeiten.VPA 9/432/195 -9-109845/08 7 9
- 5. Steuerschaltung nach Anspruchs, dad u r c h g ek β η η zeichne t, daß in die Basisleitung der Schalttransistoren der Verbundschaltung mittels ;je einer Zusatzwicklung des Leistungsübertragers (Tr) eine Hilfespannung eingekoppelt ist.
- 6. Steuerschaltung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e η η ζ eic h η e t, daß die Einschaltspannung für die Schalttransistoren (Ts1, Ts2) nacheinander aus je einer Hilfsschaltung, bestehend aus einer Spannungsquelle (Ujt) und einer von der Kollektor-Emitterspannung am Schalttransistor des in die Sperrphase übergegangenen Schaltungszweiges gesteuerten Transistorstufe (Ts5, Ts6), zugeführt wird.
- 7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d adur ch gekennz e i chnet, daß parallel zur Basis-Emitterstrecke der Sehalttransistoren (TsI ,· Ts2) gegebenenfalls in Reihe mit einem Widerstand die Sekundärwicklung und in den Kollektorkreis die Primärwicklung eines Mitkopplungswandlers (WT, W2) eingeschaltet ist.VPA 9/432/1951UU&4B/0879
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702019779 DE2019779C3 (de) | 1970-04-23 | 1970-04-23 | Steuerschaltungsanordnung für einen Transistor-Gegentakt-Wechselrichter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702019779 DE2019779C3 (de) | 1970-04-23 | 1970-04-23 | Steuerschaltungsanordnung für einen Transistor-Gegentakt-Wechselrichter |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2019779A1 true DE2019779A1 (de) | 1971-11-04 |
DE2019779B2 DE2019779B2 (de) | 1974-05-09 |
DE2019779C3 DE2019779C3 (de) | 1974-11-28 |
Family
ID=25759010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702019779 Expired DE2019779C3 (de) | 1970-04-23 | 1970-04-23 | Steuerschaltungsanordnung für einen Transistor-Gegentakt-Wechselrichter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2019779C3 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2543756A1 (fr) * | 1983-03-31 | 1984-10-05 | Dubuis Jean Charles | Procede et dispositif destines a la conversion de la tension d'une source de tension continue |
US5162981A (en) * | 1991-05-30 | 1992-11-10 | Hughes Aircraft Company | Low voltage d.c. to d.c. converter |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4016286A1 (de) * | 1990-05-21 | 1991-11-28 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur impulsbreitenmodulation fuer einen umrichter |
-
1970
- 1970-04-23 DE DE19702019779 patent/DE2019779C3/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2543756A1 (fr) * | 1983-03-31 | 1984-10-05 | Dubuis Jean Charles | Procede et dispositif destines a la conversion de la tension d'une source de tension continue |
US5162981A (en) * | 1991-05-30 | 1992-11-10 | Hughes Aircraft Company | Low voltage d.c. to d.c. converter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2019779B2 (de) | 1974-05-09 |
DE2019779C3 (de) | 1974-11-28 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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