DE2019779C3 - Steuerschaltungsanordnung für einen Transistor-Gegentakt-Wechselrichter - Google Patents

Description

Mit dieser Schaltungsanordnung kann beim Umsteuern der Schalttransistoren im Primärstromkreis 65 kein Kurzschluß mehr auftreten, weshalb sowohl die

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschal- Abschaltverluste als auch die AbschaKspannungstungsanordnung für die Schalttransistoren in einem spitzen klein bleiben,
fremdgesteuerten Gegentakt-Wechselrichter, bei dem Die Funktion der Scha'tungsanordnung kann ge-

muß einer Weilerbildung der Erfindung noch da- so lange eingeschaltet, bis sich die niedcrohmigcSlcu-

durch verbessert werden, diifi zu dem Widerstand crspannung des Taktgenerator* umpolt und dienen

zwischen Kollektor und Basis eine /.enerdiode in Basisslrom absaugt. Gleichzeitig liefcrl sie dabei

Reihe geschüttet wird, über die das Einschaltsignal einen großen AusriUimsirom für den Transistor '!'si,

erst nach Anstieg der Kollekturspanniing auf den 5 «n daß das Sperren schnell erfolgt, während der bis

durch die Zenerspannung vorgegebenen Wert weiter- dahin gesperrte Transistor TSl erst dann cinge-

geleiiet wird. schaltet wird, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Transistors Ts I ansteigt und ein ßasisstrom über

der Erfindung können die Verluste in den Widcrstän- den Widerstand RZ in den Transislor TsI Hießen

den verringert werden, wenn die SchalUransjsioren io kann. Die Diode Dl verhindert ein vorzeitiges Ein-

ülicr eine Verbundschaltung hochohmig angesteuert schalten durch die Steuerspannung, Dieser Vorgang

werden. Der hiermit zwangläufig verbundene Anstieg 'Aieclcrholl sich jeweils beim Umpolen der Steuer-

der Sältigungsspannung der .Schalltransistoren kann spannung wechselweise für die Schalttransistoren

mit Hilfe von in den ßasiskreis eingeschleifter Hilfs- TsX und TiI.

spannungen, die über Zusat/wicklungen am Lei- 15 Die Funktion dieser Schallungsanordnung kann suuigstransformaior abgenommen werden, wieder verbessert werden, wenn in Serie zu den Widcrstänjiesenkt werden. den R I und R 2 je eine Zcnerdiode Z1 bzw. Z 2 gc-An Hand mehrerer Auslührungsbeispiclc·. die in schaltet wird. Es wird dadurch erreicht, daß der den Fig. I bis 4 im Prinzip dargestellt sind, sei die Transistor, der eingeschaltet werden soll, erst dann Erfindung näher erläutert. 20 angesteuert wird, wenn die Kollcktor-Emitter-Span-AIIt vier Ausführungsbeispicle gehen von der glei- niing des anderen Transistors bereits auf einen Wert chen Grundschallung für fremdgesteuerte Gegentakt- angestiegen ist, der größer ist als die Zenerspannung. Wechselrichler aus. Dementsprechend sind die gleich- Die Zenerspannung muß jedoch unter der niedrigsten bleibenden Teile der Grundschallung in allen Bei- vorkommenden Eingangsspannung U 1 liegen, damit spielen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Ge- 25 das Anschwingen der Schaltung gewährleistet ist. gentakt arbeitenden Schalttransistoren Ts 1 und TsI, Fig. 2 zeigt eine verbesserte Steuerschaltungsanein Leistungstransformator Tr und eine Betriebs- Ordnung, bei der die in den Widerständen R 1 und Spannungsquelle UX, die zwischen der Mittelanzap- Rl zwangläufig auftretenden Verluste verringert fung der Primärwicklung des Transformators Tr und werden. Für die unveränderten Teile der Steuerschaldem Verbindungspunkt der Emitter der beiden 30 tungsanordnung werden die gleichen Bezugszeichen Schalttransistoren angeordnet ist, bilden die gleich- wie in Fig. 1 beibehalten. Die vorteilhaften Eigenbleibende Grundschaltung. Die Steuerspannung wird schäften der beschriebenen Schaltungsanordnung zwischen der Basis der beiden Schaltlransisioren Ts 1 bleiben uneingeschränkt erhalten, da hier das Einbzw. Ts2 und dem gemeinsamen Emitteranschluß schalten der Schalttransistoren ebenfalls durch die zugeführt. Die Steuerung der beschriebenen Grund- 35 Kollektor-Emitter-Spannung veranlaßt wird. Die schallung erfolgt mit einer rcchteckförmigen Steuer- Steuerschaltungsanordnung unterscheidet sich von spannung aus dem Taktgeber'/'. Mit den positiven der des ersten Ausführungsbeispiels durch die Ver- bzw. negativen Impulsen der Steuerspannung können wendung von den Schalttransistoren vorgeschalteten die Schalttransistoren in bekannter Weise abwech- Verbundtransistoren Ts 3 und Ts 4. Die Steuerung selnd in den leitenden b/w. sperrenden Zustand ge- 40 der Verbundtransistoren Ts 3, Ts 4 erfordert einen steuert we:....i. geringeren Basisstrom, der über die entsprechend Abweichend von dieser Wirkungsweise besteht der hochohmig gewählten Widerstände RX, Rl verlust-Grundgedanke der neuen Steuerschaltung darin, die arm zugeführt wird. Diese Maßnahme führt zwar Umschaltung des jeweils gesperrten Schalttransistors zu erhöhten Durchlaßverlusten der Schalttransistoin den leitenden Zustand nicht beim Auftreten des 45 ren, da deren Sättigungsspannung hierbei um die Baentsprechenden Steuerimpulses, sondern erst dann sis-Emitter-Spannung des Verbundtransistors höher vorzunehmen, wenn der Schalttransistor im anderen liegt. Durch Einführen einer kleinen Kilfsspannung Schaltungszweig an seiner Kollektor-Emitter-Strecke in die Basiszuleitungen der Schalttransistoren Ts 1 Spannung aufnimmt, also bereits sperrt. Dies wird ge- und Ts 2 können die Verluste jedoch gesenkt wermäß Fig. 1 dadurch erreicht, daß von der gegenüber 50 den. Die Hilfsspannung wird in einfacher Weise an dem Minuspol der Betriebsspannung Vl symmetri- kleinen Zusatzwicklungen des Leistungstransforma- « I (sehen Stcuerspannung des Taktgebers T mit kleinem tors Tr abgenommen. Diese Schaltungserweiterung ^ I Innenwidersiand jeweils nur das Abschaltsignal aus- ist in F i g. 2 nicht dargestellt.

genutzt wird, während das Einschaltsignal durch in Die Steuerschaltungsanordnung nach Fig.3 ver-J die Dasiszuleitung eingeschieifte Dioden Di, D2 ge- 55 wendet keine Verbundtransistoren und Hilfswicklun-' j sperrt ist. Wird angenommen, daß z. B. der Transi- gen. Die Steuerenergie für die Schalttransistoren wird !j stör TsX den Lasistrom zum Minuspol der Betriebs- hier einer Hilfsspannungsquelle Uh mit niedrigem spannungsquelle VX führt, so wird der entspre- Absolutwert entnommen, die über Transistorstufen chende Steuer npuls, der diesen Transistor leitend TsS, RS bzw. Ts6, R6 an die Schalttransistoren gesteuern würde, durch die Diode D ί gesperrt und lie- 60 schaltet wird. Die Transistoren Ts5 und Ts6 werden fert somit keinen Basisstrom, wahrend die Steuerspan- über die hochohmigen Widerstände R1 und 7? 2 von nung für den Transistor Ts 2 am Widerstand R 3, der der Kollektorspannung der Schalttransistoren Ts 1 sei. sr BasiE-Ei.-.ittcr-StrecKe parallel geschaltet ist, bzw. Ts2 verlustarm gesteuert, einen Spannung abfall verursacht, der als Sperrpo- Das Ausführungsbeispiel nach Fig.4 zeigt eine 'ential für Hen Transistor Ts 2 wirkt. 65 weitere Maßnahme, wie die Verluste in den Wider-Der Transistor Ts 1 erhält seinen Basksirorn über ständen zwischen Kollektor und Basis unter Verwenden Widerstand R X aus er Kolkktor-Emitter-Spa- dung einer Rückkopplungsschaltung verringert wernung des gesperrten Transistors TsI und ist deshalb den können. Zu diesem Zweck ist je ein Mitkopp-

iungs-Stromwandler W J und Wl mil seiner Primärwicklung in den Kollcktorstromkrcis und seine Sekundärwicklung in den Basis-Emitterkreis der Schalttransistoren TsI, TsI eingeschaltet. Die Wandlsr Wl, Wl 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 Rl bzw. Rl, über die bei fehlendem Mitkopplungs-

wandler Wl bzw. Wl der gesamte Steuerstrom für die Schalttransistoren fließen würde, führen nur einen kleinen Steuerstrom und weisen deshalb nur geringe Verluste aiii.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Stcuerschaltungsanordnung ist nicht auf Gcgentaktwechsefrichlcr beschränkt. Sie ist grundsätzlich auch bei Wechselrichtern in Halbbrückenschaltung mit den gleichen Vorteilen anwendbar. Hierbei müssen je-¹ doch die beiden Kolickior-Basis-Verbindungskreise unterschiedlich bemessen Werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

die beiden Enden der Primärwicklung eines Lei-Patentansprüche: sumgstransformators über jeweils die Emittcr-Kol- Icktor-Strccke eines Schalllransistors mit dem einen

1. Steucrschaltungsanordnung für die Schalt- Pol einer Belricbsgleichspannungsquclle verbunden transistoren in einem frcmdgcstcucrlen Gegen- S sind, deren anderer Pol mit der Mittelanzapfung der takt-Wechselrichler, bei dem die beiden Enden Primärwicklung verbunden ist, unter Verwendung der Primärwicklung eines Leislungslransforma- eines Taktgenerator*.

tors über jeweils die F.mitler-Kollektor-Streckc Hin derartiger Wechselrichter ist allgemein ne-

cines Schalttransistors mit dem einen Pol einer kannt.

Betricbsglcichspannungsquclle verbunden sind, io Bei der Ansteuerung der Sdialtlransistoren von deren anderer Pol mit der Miltelanzapfung der Wechselrichtern muß sichergestellt sein, daß msbe-Primürwicklung verbunden ist, unter Verwcn- sondere das Ausschalten sehr schnell erfolgt, damit dung eines Taktgencrators, dadurch ge- die Schaltverluste möglichst klein bleiben und cine kennzeichnet, daß zur Unterdrückung der thermische Zerstörung vermieden wird,
vom Taktgenerator (T) erzeugten Einschaltim- 15 Um auf eine aufwendige Siebung für die Auspulse im Steuerkreis jedes Schalttransistors (TSi; gangsspannung von Umrichtern verzichten zu kön- Ts 2) eine Diode (Dl; D2) vorgesehen ist, deren «cn, ist es andererseits erforderlich, die Leislungs-I Durchlaßrichtung der Durchlaßrichtung der Ba- transistoren des Wechselrichters möglichst symme-

I sis-Emilter-Diodc des zugehörigen Schalltransi- trisch anzusteuern und dadurch zu verhindern, daß

I stors (TsI; TsI) entgegengerichtet ist, und daß 20 der Kern des Leistungstransformators in die magneti-

I jeweils der Kollektor des einen Schalttransistors sehe Sättigung gesteuert wird. Da außerdem bei

« (TsI; TsI) über einen Widerstand (R 2; R I) mit Transistoren grundsätzlich das Abschalten infolge ih-

der Basis des anderen Schalttransislors (TsI; rer Speicherwirkung langsamer erfolgt als das Ein- \ Ts 1) verbunden ist. schalten, tritt bei jedem Umschallvorgang ein Kurz-

Ϊ 2. Steuerschaltungsanordnung nach An- 35 -,chluß im primären Lastkreis auf, der entsprechend

I spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem dem verbleibenden Kurzschlußwiderstand einen

I Widerstand (R 1 bzw. R 2) je eine für den Basis- .Stromanstieg in den Kollektor-Emitter-Strecken der

I strom in Zenerdurchlaßrichtung gepolte Zener- Schalttransistoren und in den Wicklungshälften des

j diode (Z 1 bzw. Z 2) in Reihe geschaltet ist. Leistungstransformators über den normalen Last-

I 3. Steuerschaltungsanordnung nach An- 30 strom hinaus zur Folge hat. Der Abschaltvorgang

f spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fällt somit in nachteiliger Weise in die Zeit des we-

I' Schalltransistoren (TsI; TsI) in den Schaltungs- sentlich erhöhten Stromflusses. Erfolgt die Abschal-

I zweigen in je einer Verbundschaltung mit einem tung sehr schnell, so wird die Zeitspanne, in der die-

f weiteren Transistor (Ts3; Ts4) vorgesehen sind. ser Kurzschluß gegeben ist, verkürzt, so daß auch der

I 4. Steuerschaltungsanordnung nach Anspuch 3, 35 während dieser^ Zeit ansteigende Strom geringere

,. dadurch gekennzeichnet, daß in die Basiszulei- Werte erreicht.

" \~ tung der Schalttransistoren (Ts 1, Ts 2) mittels je Andererseits verursacht das schnelle Abschalten

einer Zusatzwicklung des Leistungstransforma- eine abrupte Änderung der Ströme im Leistungs-

I tors (Tr) eine Hilfsspannung eingekoppelt ist. transformator, da der in beiden Wicklungshälften des

, ι 5. Steuerschaltungsanordnung nach An- 40 Leistungstransformators fließende Kurzschlußstrom

Γ spruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß mit beendet wird und in einer Wicklungshälfte nur noch

j beiden Widerständen (R 2, R 1) jeweils in Reihe der normale Laststrom fließt. Das Streufeld des Lei-

I die Basis-Emitter-Strecke eines zusätzlichen stungstransformators induziert dadurch Spannungs-

I Transistors (Ts6 bzw. TsS) geschaltet ist und spitzen, die an der Kollektor-Emitter-Strecke des ab-

j I daß die Kollektoren der zusätzlichen Transisto- 45 schaltenden Transistors anstehen und diesen gefähr-

I ren (TsS, Ts6) über weitere Widerstände (RS, den können.

f . ρ R 6) miteinander verbunden sind, wobei der Ver- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

"'' I bindungspunkt der weiteren Widerstände (R 5, Steuerschaltungsanordnung für in einem fremdge-

j Π R 6) mit dem einen Pol einer Hilfsspannungs- steuerten Gegentakt-Wechselrichter arbeitende

J ί quelle (Uh) und deren anderer Pol mit dem einen 50 Schalttransistoren anzugeben, mittels der die genann-

:\ \ Pol der Betricbsgleichspannungsquelle (I/1) ver- ten Nachteile auch bei hohen Schaltfrequenzen ver-

';\ ft-,,.,, bundenist. mieden werden. Dies wird mit einer Steuerschal-

f_ '"' 6. Steuerschaltungsanordnung nach An- tungsanordnung der eingangs genannten Art erfin-

• g spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Unterdrük-

: p parallel zur Basis-Eniitter-Strecke der Schalttran- 55 kung der vom Taktgenerator erzeugten Einschaltim-

_. jy, , rsistoren (Tsi, TsI) — gegebenenfalls in Reihe pulse im Steuerkreis jedes Schalttransistors eine

||,_y/|; jrhit einem Widerstand — die Sekundärwicklung Diode vorgesehen ist, deren Durchlaßrichtung der

und den Kollektorkreis die Primärwicklung eines Durchlaßrichtung der Basis-Emitter-Diode des zuge-

Stromwandlers (Wl, Wl) im Sinne einer Mit- hörigen Schalttransistors entgegengerichtet ist, und

kopplung eingeschaltet ist. 60 daß jeweils der Kollektor des einen Schalttransistors

über einen Widerstand mit der Basis des anderen Schalttransistors verbunden ist.