DE2351946A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur steuerung eines leistungstransistors - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur steuerung eines leistungstransistors

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DE2351946A1 DE19732351946 DE2351946A DE2351946A1 DE 2351946 A1 DE2351946 A1 DE 2351946A1 DE 19732351946 DE19732351946 DE 19732351946 DE 2351946 A DE2351946 A DE 2351946A DE 2351946 A1 DE2351946 A1 DE 2351946A1
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John T R Freeman
Bernhard Rudert
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Description

Patentanwälte Dipl. Ing. ET^ecckmanw, iOD Iij4b
Dipl.-Ing. E^eickmann, D1PL.-PHYS. Dr.K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber
XPB
8 MÜNCHEN 86, DEN
POSTFACH 860 820
MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22
IHFEL (
y House» 4Ί/43 Ί-roye Street»
Johannesburg / südafrikanische Republik
Verfahren und Schaltungsanordnung sur steuerung eines LeiötuiigBtransistors
Di« Erfindung betrifft ein Verfahren irad eise Schaltungsanordnung sur Steuerung eines Löistungetranaicbore insbesonde» re für Gleichstromwandler» die mit Pulslfingenmödulation ar* beiten*
Werden öohalttransietoren für hohe Spannungen bei relativ hohen Frequenzen eingesetzt» so müssen sie sehr kurze Ein« und Aueschalt^eiten haben» Die gegenwärtig handelsüblichen Sehalteleaente haben all^etaein hohe Schaltverluote, wenn sie bei Frequenzen über 20 kiiz eingeeotat werden* Bas übliche Schaltverfahren besteht darin» daß im BaeisetroaikreiB ein auereichend starker freiberstrpm erseugt wird» um die Anordnung einzuschalten, während cur Ausechalüune ein star· ker Gesenatrom erzeugt wird« Dieser degen©trom ist einer» ßeits nachteilig hinsichtlich der schaltungrteohnioohon Di· mensionierung» andererseits eignet er eich nicht für sehr kurze Aueschaitezoiten. Ein anderes bekanntes Verfahren aar Verbesserung der Außsehalteseit von Hochspannungtransistoren ißt daa sogenannte Eaitterverfahren. Bei diesem Verfah· reu wird ein« separate, fest eingestellte Baei0spannung-
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quelle benötigt, was gleichfalls für den schaltungstechnischen Aufbau nachteilig ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine M8glichJ»it zur Steuerung eines Leiotungstranaietore insbesondere für kurze Aussehaltezeiten anzugeben, durch die die vorstehend beschriebenen «achteile vermieden werden und eine Steuerung verwirklicht wird, die sich besondere zur Anwendung von Schalttranaiatoren in Gleichntromwandlern eignet«
Bin Verfahren ssur Steuerung eines Leistungstransistors ißt zur lösung dieser Aufgabe erfindungsgeofß derart ausgebildet, daß der Emitterstrom gleichzeitig mit dem Baeiasteuer— strom unterbrochen wird und unmittelbar danach der Kollektor— strom infolge in der Basis-Kollektorstreoke gespeicherter Ladung sum FIuS durch die Basis freigegeben und von dieser aus über eine geringe Impedanz geführt wird«
Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung kann der Emitter— strom durch einen schnell arbeitenden elektronischen schalter unterbrochen werden, wobei der Basistreiberatroia von einer Spannungvquelle über einen seriemriderstand geführt wird, so daß die öpannungsquelle auch da© Steuersignal für den Leistungetransistor liefern kann·
Bin weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Basistreiberstrom von einer festen Spannungequelle mit einer elektronischen Stromquelle abgeleitet werden kann, die gleichseitig mit dem Steuersignal für den LeistunRatranaistor geschaltet wird·
Eine Schaltungeanordnung nach der Erfindung besteht aus einer Brücken-Treiberschaltung, die während, der Ausschal perioden und während der Perioden ausgeschalteten Zustande
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zwei transistoren leitend hilt , um eine Nullsteuerspannung beizubehalten.
Ferner ist eine Schaltung vorgesehen, bei der ein traneietor, ein schnell arbeitender elektronischer Behälter im EaitterKreie dieses Transistors, eine Basissteueretrom-Quelle und eine geringe Impedanz an der Basis verwendet wer* den, so daß der Strom von der Basis nur bei Fehlen des Basis— Steuerstroms und des Emitterstrome abfließen kann·
Zwei vorzugsweise Ausführungsbeiepiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben· Es zeigen:
Fig. i eine Schaltungsanordnung zur ErlSuterung des erfin— dungegemäßen Verfahrens mit Ableitung deo Basistrei· beretroßie von einer Stromquelle,
Fig« 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin· dungsßemäßen Verfahrens nit einer simulierten Stromquelle»
ils· 5 eine praktische Schaltung, die nach dem in Ilg. i gezeigten Prinzip arbeitet und
Fig· 4 eine weitere praktische schaltung, die nach dem in Fig· 1 gezeigten Prinzip arbeitet.
Xn Fig· 1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Leietungntraneietors T20.dargestellt* dessen Basis-Ireiberetrom Iß durch eine Stromquelle 21 erzeugt wird· Ein Schalter 22 ist mit dem Emitter dee Leistungctraneistore T20 verbunden· Der transistor wird durch Zuführung des Basiß-Xreiberetroas eingeschaltet, wenn gleichzeitig der Schalter 22 geschlossen wird· Der Leistungatransistor T20 wird ausgeschaltet, indem der BasiswXreiberstrois unterbrochen und gleichzeitig der Behälter 22 geöffnet wird· Unmittelbar nach Unterbrechung Aea Strome I^ und Öffnung des Schalters 22 kann der Besisstroiß infolge in der Basxe-Kolleütorstrecfce geepei—
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cherter Ladung durch die Zenerdiode 23 fließen·
In Fig· 2 iet ein Verfahren gleicher Art dargestellt, mit dem Unterschied, daß eine simulierte Stromquelle verwendet wird· Der Basis-Treiberetrom I^ wird von einer Spannung^-» quelle νβ über einen Serienwiderstand 24 abgeleitet· Wenn der Schalter 22 geöffnet und der Strom Iß unterbrochen wird, kann ein Basisstrom Infolge in der Basis—Kollektorstrecke gespeicherter Ladung durch die Diode 23 flie&en· Die Span· nungaquelle V^ liefert ferner das Steuersignal für den Lei» εtungetransistor 'Γ20 und hat während dessen eingeschalteten Zustande eine positiv verlaufende Spannung, während des gesperrten Zustande« die Spannung Hull·
In beiden vorstehend beschriebenen Fällen kann der schalter ein schnell arbeitender Sehalttraasistor oder eine andere schnell arbeitende Kalbleiterschaltervorrichtung sein, beispielsweise ein Feldeffekttransistor,
Im folgenden werden swei praktische Aueführungsfonrien von Schaltungsanordnung^ beschrieben, die nach den beiden vor» stehend erläuterten Verfahrenearten arbeiten·
In Fig. 3 bilden Transistoren Τ1, Τ2,.!Γ5 und T4 eine Brücken» treiberschaltung 1» Wenn der Leistungstransistor '£7 eines Gleichetromvandlere gesperrt ist, kann die Schaltung so ge» troffen sein, daB entweder die Transistoren ϊΊ und T3 oder die Transistoren T2 und T4· leitend sind« Bei Verwendung geeignet arbeitender Dioden ist die Aueßangsiapodans des Trans» formators 2 wahrend des gesperrtes Zustande© sehr niedrig· Während des leitenden Zustande erscheint eine Auegangsspan» nung an der Sekundärwicklung 3 d«s Transformators 2, wenn die Transistoren Ti und 74 oder die Transistoren 12 und T3 leitend sied«
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Beim leitenden Zustand des Translators T? let die Ausgangs· Spannung dos iransfonnoxors 2 positiv, wodurch die Traneistoren £5? I6 und T? leitend werden. Ferner ist ein Beochlounigunge&ondensator 5 vorgesehen* Venn die Ausgangsapannung des iransfonaatore 2 auf Sail abfällt» wird der TranaiBtor Ί?5 so» fort und kurz danach der Transistor x6 gesperrt« Der zur Sperrung des iransistorc 'Γ6 erforderliche Gegenstrois fließt durch die Diode 6 und unmittelbar nach Sperrung des Transistors Ϊ6 wird der Sollekfcorstrum des Transistors Ί? durch die Zener— diode 7 geleitet« biß die in der £ollektor*-Baaiestrecfce dee Transistors $7 gespeicherte Ladung verbraucht ist«
Der transistor T6 arbeitet als Transistorschalter im Bmltter-Stromkreis dee Ausgangstransistors ΐ? und muß schneller schalten als der Loiütun^Gtransistor, Ferner soll ύβν transistor %5 derselbe Typ sein und eine Schaltgeschwindigkeit in derselben Gröaenordnung wie der Transistor 16 haben. Die Schaltungs* teile iaüasen ferner gewaarleisfcen» daß kein EmitterBtroin in dem Leistungstraneistoi? 7 wehrend und nach dem Sperren flies— sen kann, da die negative ^ii&ter—Basiespanaung dieses Transistors dann einen au hohen Wert erreichen kann«
In Fig. 4 let ein Transistor f3 als zu schaltender translator vorgesehen· Bei positivem Verlauf des Steuersignals an ά<ΒΓ Spannungcquelle Vß wird der 'Iraneistor TJ leitend gesteuert» vodurch wiederum ein steuersignal für die Traneiato— sen Ί4 und T5 und einen Stromregler in Fora zweier Transistoren *ri und T2. geliefert ürirS» Auf diese Weiee wird der Leistungstranaistor Ί6 geöffnet» M&nn das Steuersignal V3 auf 0 IToIt abfüllt» wird der Transistor 13 gesperrt, vodurch sofort die Transistoren Ί2 und ΐ5 gsöperi-t werden, da beide schnell arbeitende Schaltelementie sind. Der danach fließende Gegonstrois des Transistors Ϊ6$ der durch die in der Basis—
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Kollektorstrecice gespeicherte Ladung erzeugt wird* Hießt; nun über die Zenerdiode Z, Die Spannungsquelle Yß kann eine Gleichepannungequelle sein und beispielsweise durch Gleichrichtung einer Wechselspannung erhalten werden, wenn die in Fig· 4 ge·· zeigte schaltung innerhalb eines Gleichetrosiwandlers eilige·» setzt wird*
Beide vorstehend beschriebenen Schaltungen gewährleisten eine sehr kurze Abfallaeit des Kollektoretrome des LeiGtungstran— s is tore, wodurch die Schalterverluste entsprechend weitgehend verringert werden»
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Claims (6)

P a te ntanspruche
1.) Verfahren zur Steuerung eines Leistunßßtransistors, daluroh gekennzeichnet, daß der Bsitteretroin gleichzeitig mit dem Basiesteuerstrois unterbrochen wird und unmittelbar danach der Kollelctorstrom infolge in der Basiß-Kollektörstrecke gespeicherter Ladung zum Fluß durch die Basis freigegeben und von dieser aus über eine geringe Impedanz geführt wird·
2# Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterstrom durch einen schnell arbeitenden elektronischen Sehalter unterbrochen wird·
■ 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basissteuerstrom von einer Spannungsquelle über einen Reihenwiderstand abgeleitet wird, so daß die Spannungsquelle auch das Steuersignal für den Leistungetransistor liefert*
's·· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basissteuerstrom von einer festen Spannungsquelle nit einer elektronischen Stromquelle abgeleitet wird« die gleichseitig mit dem Steuersignal für den Leistungstrensistor geschaltet wird·
5. Schaltungsanordnung sur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anepriiehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichn'et, daS einem Leistuagstransisiior (17) ein schnell arbeitender elektronischer Schalter (T6) im j&nitterstroinlcreie zugeordnet istv daß eine BaeisstroEaquelle (2) und eine geringe Impedanz (7) mit der Basis dee Leistungßtransistors (T7) verbunden sind und daß ein Stromfluß von der Basis nur b«i Fehlen des Basiscteueretroms und des Emitteretroma «rmöglicht wird*
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6. Schaltungsanordnung naeh Anspruch 51 dadurch galcannseieh· net, daQ «Ina BrQoken^reibar&chaltung mit zwei Tranaifitor#n (Ti9 T4| T2f 13) vorgesehen iafct dta zur Beibehaltung ainer KullßteuerBpannunii wShrend dar Auößchalteporioden und dar Periodan auegeachaltattn Zuatands leitend gehalten varden.
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ORfGfMAL
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