DE2113262C3 - Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung mehrerer Transistorleistungsstufen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung mehrerer Transistorleisiungsstufen. die einen gemeinsamen, im Kollektorkreis eingeschalteten Last widerstand speisen, bei der ein erster l.eisnmtrsinmsistor über die Basis ansteuerbar ist und über einen Emitterwiderstand mit der Speisespannung verbunden ist und die weiteren Leistungstransistoren diesem ersten Leistungstransistor parallel geschaltet sind, in dem ihre Reihenschaltung mit ihren jeweils getrennten Emitterwiderständen parallel zu der Reihenschaltung aus dem ersten Leistungstransistor und dessen Emitterwiderstand liegt, wobei die Basis jedes weiteren Leistungstransistors über einen Regeltransistor ansteuerbar ist.

Besonders bei Gleichstrom-Regelantrieben oder Stromkonstanthaltern ist immer wieder die Notwendigkeit gegeben, aus Leistungsgründen mehrere Leistungstransistoren parallel zu schalten. Die einfache Parallelschaltung aller Elektroden ist dabei nicht anwendbar, da dann auf Grund der unterschiedlichen Kennwerte der Transistoren eine unkontrollierte Lastaufteilung erfolgt und zudem der gemeinsame Steuerkreis so stark verändert wird, daß die ausreichende Ansteuerung der parallelgeschalteten Transistoren nicht mehr gewährleistet ist. Dies ist dann besonders kritisch, wenn der Arbeitspunkt der Transistoren auf einer Kennlinie wandern kann, die die zulässige Leistungshy perbei schneidet.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art ist aus der FR-PS IbOO 343 bekannt. Diese Schaltungsanordnung erlaubt einen Stromausgleich zwischen parallelgeschalteten Leistungstransistorstufen. die einen gemeinsamen Lastwiderstand speisen. Dabei ist jedem Leistungstransistor ein Ausgleichtransistor zugeordnet, der so geschaltet ist. daß er eine Art Strombegrenzer bildet. Je nach Größe der Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungstransistors leitet der zugeordnete Ausgleichstransistor den überschüssigen Stromanteil ab, so daß der Leistungstransistor nicht in den Zustand der Sättigung gelangen kann.

Mit dieser Schaltungsanordnung sind die Leistungstransistoren vor Überlastung geschützt, es ist jedoch nicht gewährleistet, daß alle parallelgeschalteten Leistungstransistoren auch gleichmäßig an der Verbraucherleistung beteiligt sind.

Eine gleichmäßige Lastverteilung auf die parallelgeschalteten Leistungstransistoren läßt sich auch bei einer Schaltungsanordnung nicht erreichen, wie sie in »Electronic Engineering, März 1964, S. 164, Fig. 5 und 6« gezeigt ist. Das Steuersignal wird den Basis-Emitter-Strccken aller Leistungstransistoren zugeführt, wobei die Abgriffe am Steuerstromkrus über Dioden vorgenommen sind. Da die Leistungstransistoren unterschiedliche Kennlinien aufweisen, läßt sich selbst bei exakt gleicher Steuerspannung kein genau gleicher Kollektorstrom in allen Leistungstransistoren erreichen.

Diese Aussteuerung der parallelgeschaliQten Leistungstransistoren wird auch dann noch nicht zu einer gleichmäßigen Lastverteilung führen, wenn jedem Leisiungstransistor ein Verstärkertransistor vorgeschaltet wird, wie in »British Communications and Electronics. Oktober 1962, S. 763. Fig. 4« gezeigt ist.

Die Leistung eines Leistungstransistors ist selbst bei besonders gewähltem Aufbau begrenzt, wie aus »Elektronik 1970, lieft 1, S. A35« zu ersehen ist. Auf die Parallelschaltung mehrerer Leistungstransistoren kann daher noch lange nicht verzichtet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung von mehreren Transistorlcistungsstufen der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der bei gleichbleibenden Anstcuerbedingungen beliebig viele Stufen parallel geschaltet weiden können

und sich in jedem Fall eine gleichmäßige Laslaufteilung auf die parallelgeschalteten Transistoren einstellt

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß jedem weiteren Leisiungstransisior ein eigener Regel iransistor zugeordnet ist. der in Abhängigkeit von den Spannungsabfällen an dem Emitterwiderstand des ersten Leistungstransistors und an seinem eigenen Emitterwiderstand auf annähernd gleiche Ströme über die Leistungstransistoren einregelt Durch diese Ankopplung weiterer Transistorleistungsslufen wird die Ansteuerbedingung des ersten Leistungstransistors nicht beeinträchtigt, und es stellt sich über den Regeltransistor selbsttätig eine gleichmäßige Lastaufteilung ein, die nur noch von der Anzahl der parallelgeschalteten Leistungstransistoren abhängt.

Die Ankopplung des Regeltransistors ist dabei vorzugsweise so ausgeführt, daß die Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors über eine Diode mit dem Emitter des ersten Leistungstransistors verbunden und mit einem Kondensator überbrückt ist. Die Diode übernimmt dabei eine Spannungs- und Temperaturkompensation für die Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors, und der Kondensator verhindert eine Regclschwingung der Anordnung.

Um auch die dem ersten Leistungstransistor parallelgeschalteten Leistungstransistoren voll aussteuern zu können, kann es erforderlich sein, daß der Regeltransi stör den zugeordneten Leistungstransistor über einen Treiberiransistor ansteuert.

Diese neue Schaltungsanordnung hat den großen Vorteil, daß die dazu geschalteten Transistorleistungsstufen keine getrennten Speisespannungen erfordern.

Bei der Ankopplung der Transistoren ist deren Leitfähigkeit zu berücksichtigen. Die Anordnung ist /. B. so ausgelegt, daß bei der Parallelschaltung von NPN-Leistungstransistoren die Basis eines NPN-Regcltransistors über eine Diode mit dem Emitter des ersten Leistungstransistors und der Emitter dieses NPN-Regeltransistors mit dem Emitter des ihm zugeordneten weiteren Leistungstransistors verbunden sind, daß die Basis und der Kollektor des NPN-Regeltransistors über getrennte Widerstände mit dem Kollektor des ersten Leistungstransistors verbunden sind und daß am Kollektor des NPN-Regeltransistors die Basis eines PNP-Treibertransistors angeschaltet ist, dessen Emitter mit dem Kollektor des ersten Lcistungstransiuors und dessen Kollektor einmal mit der Basis des zugeordneten weiteren NPN-Leistungstransistors und zum anderen über einen Widerstand mit dem Emitter des NPN-Regcltransistors verbunden sind. Aus dieser Anordnung läßt sich entsprechend eine äquivalente Lösung für Transistoren mit entgegengesetzter Leitfähigkc-t ableiten.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Stromlaufplanes eines Ausführungsbcispieles näher erläutert.

Der NPN-Leistungstransistor 21 ist mit seinem Kollektor über den Lastwiderstand 20 mit dem Pluspol der Spannungsqucllc verbunden, während der Emitter über einen Emitterwiderstand 23 an dem Minuspol angcschaltet ist. Der Transistor 21 wird über die Basis ausgesteuert, wenn die Stcuerspannung ein positiveres Potential aufweist, als durch den Minuspol am Emitter vorgegeben ist. Der Stromfluß über den Widerstand 20 hängt von dem Emitter-Kollektorwidersland des Transistors 21 und dem vorgeschalteten Emitterwiderstand 2.3 ab. Da der Transistor 21 nur eine bestimmte Verlustleistung aufnehmen kann, ist die an den Widersland 20, der eine veränderbare Last sein kann, abgebbare Leistung begrenzt.

Soll die Leistungsabgabe erhöhl werden, wird ein weiterer Leistungstransistor 15 gleichen Leitfähigkeitstyps parallel geschaltet, wobei diesem ebenfalls ein Er.iitterwiderstand 16 vorgeschaltet ist. Dieser weitere Leistungstransistor wird nun über einen NPN-Regeltransistor 10 ausgesteuert, der mit seiner Basis über die Temperaturkompensationsdiode 12 mit dem Emitter des ersten Leistungstratisistors 21 verbunden ist. Der Emitter dieses Regeltransistors 10 ist mit dem Emitter des zugeschalteten Leistungstransisiors 15 verbunden. Der Kondensator 13 überbrückt die Basis-Emitter-Strecke des Regeltransistors 10 und verhindert dadurch Regelschwingungen. Dieser Regeltransistor 10 wird über den Widerstand 11 ausgesteuert, bis der Spannungsabfall am Emitierwiderstand 16 gleich groß isi wie der Spannungsabfall am Emitterwiderstand 23. Dies ist der Fall, wenn über beide Leisiungsslufen gleicher Strom fließt und die Emitterwiderstände 16 und 25 gleiche Widerstandswerte aufweisen.

Die Regelung geschieht in der Weise, daß bei einer Änderung der Steuerspannung an der Basis des ersten Leistungslransistors 21 entsprechend auch der Spannungsabfall am Emitterwiderstand 23 verändert wird. Steigt diese Spannung an, dann fließt über den Transistor 21 mehr Strom. Dadurch wird auch die Spannung an der Basis des Regellransistors 10 positiver. Der Rcgeltransistor 10 wird mehr ausgesteuert. Am Kollektorwiderstand 19 tritt ein größerer Spannungsabfall auf. der als Steuerspannung für den PNP-Treiberiransisior 18 verwendet wird. Über den Transistor 18 fließt ein größerer Strom, der am Kollekiorwidcrstand 17 des Treibertransistors einen größeren Spannungsabfali erzeugt. Dadurch wird der Leistungstransistor 15 mehr ausgesteuert. Am Emitterwidcrsiand 16 steigt der Spannungsabfall an. Es stellt sich ein stabiler Zustand ein. bei dem die Spannungsabfällc an den Emitierwiderständen 21 und 16 gleich sind. Dies bedeutet auch einen gleichen Stromfluß über diese Widerstände. Die dazugeschalicte Lcistungssiufe 14 fuhrt intern cmc Stromaufteilung durch, da auch die Ströme über die Widerstände 11. 19 und 17 über den Emittci widerstand 16 geführt werden. Diese Ströme sind jedoch wesentlich kleiner als der Hauptstrom über den Lcisiungstransistor 15, so daß beide Leistungstransistoren 21 und 15 einen annähernd gleichen Anteil an der Verlustleistung übernehmen und einen annähernd gleichen Anteil des Vcrbrauchcrsiromcs über den Lastwiderstand 20 führen.

Ähnlich sind die Verhältnisse, wenn der erste Leistungstransistor 21 durch die Steuerspannung an seiner Basis weniger ausgesteuert wird. Der Spannungsabfall am Emitterwiderstand 23 wird kleiner. Das Basispotential des Regellransistors 10 wird negativer, so daß der Transistor 10 weniger ausgesteuert wird. Diese Reduzierung der Steucrspannur.g greift bis zum Leisumgstransistor 15 durch. Der Leistungstransistor 15 wird hochohmigcr, der Strom nimmt ab und auch der Spannungsabfall am Emitterwiderstand 16 wird kleiner. Der itegelvorgang ist wieder beendet, wenn die beiden Spannungsabfälle an den Emitterwiderständen 16 uno 23 gleich sind. Dann ist auch wieder eine gleichmäßige Lcislungsaufteilung erreicht.

In der gezeigten Weise können beliebig viele Leistungsstufen 14 mit dem ersten Leistungsiransistor 21 gekoppelt werden, wobei jeder Stufe tin eigener Regcltransislor und Treiberlransisior zugeordnet im. Der

Spannungsabfall am Emitterwiderstand 23 steuert alle Regeltransistoren in gleicher Weise, so daß sich nach Einstellung eines Gleichgewichtszustandes alle l.eistungstransistoren gleichmäßig am Laststrom beteiligen.

Die Anordnung kann ohne Schwierigkeiten auch mit Transistoren des umgekehrten Leitfähigkeitstyps aufgebaut werden, wobei die Potentiale umgekehrte Polaritäten führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   !. Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung mehrerer Transistorleistungsstufen, die einen gemeinsamen, im Kollektorkreis eingeschalteten Lastwiderstand speisen, bei der ein erster Leistungstransistor über die Basis ansteuerbar ist und über einen Emitterwiderstand mit der Speisespannung verbunden ist und die weiteren Leistungstransistoren diesem ersten Leistungstransistor parallel geschaltet sind, in dem ihre Reihenschaltung mit ihren jeweils getrennten Emitterwiderständen parallel zu der Reihenschaltung aus dem ersten Leistungstransistor und dessen Emitterwiderstand liegt, wobei die Basis jedes weiteren Leistungstransistors über einen Regeltransistor ansteuerbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß jedem weiteren Leistungsiransistor (15) ein eigener Regeltransistor (10) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von den Spannungsabfällen an dem Emitterwiderstand (23) des ersten Leistungstransistors (21) und an seinem eigenen Emitterwiderstand (16) auf annähernd gleiche Ströme über die Leistungstransistoren (21. 15) ein regelt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strekke des Regeltransistors (10) über eine Diode (12) mit dem Emitter des ersten Leistungstransistors (21) verbund» η und mit einem Kondensator (13) überbrückt ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Regeliransistor (10) den zugeordneten Leistungstransistor (15) über einen Trcibertransisior (18) ansteuert.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß bei der Parallelschaltung von NPN-Leistungstransistoren (21. 15) die Basis eines NPN-Regeltransistors (10) über eine Diode (12) mit dem Emitter dos ersten Leistungstransistors (21) und der Emitter d'eses NPN-Regeliransistors (10) mit dem Emitter des ihm zugeordneten weiteren Leistungstransistors (15) verbunden sind, daß die Basis und der Kolloktor des NPN Regeltransisturs (10) über getrennte Widerstände (Ii. 19) mit dem Kollektor des ersten Leislungslransistors (21) verbunden sind und daß am Kollektor des NPN-Regeltransisiors (10) die Basis eines PNPrreibertransistors (18) angeschaltet ist. dessen [!mitter mit dem Kollektor des ersten Lei· stungstransislors (21) und dessen Kollektor einmal mit der Basis des zugeordneten weiteren NPN-Leistungstransistors (15) und zum anderen über einen Widerstand (17) mit dem Emitter des NPN-Regeltransistors (10) verbunden sind.

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Emittervidcrstände (16. 23) aller parallelgeschalteten l.eislungstransisioren (15. 21) gleichen Widersnmdswert besitzen.

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