DE2354104C3 - Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren, insbesondere in Stromversorgungsgeräten - Google Patents
Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren, insbesondere in StromversorgungsgerätenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren in Darlington-Anordnung,
wie sie in Stromversorgungsgeräten, z. B. in Gleichstromumrichtern oder Spannungswandlern, Anwendung
finden.
Derartige pulsgesteuerte Leistungstransistoren benötigen oft einen erheblichen Basisstrom zur Durchsteuerung,
d. h. große Steuerleistungen. Es ist bekannt, daß Darlington-Anordnungen von Leistungs- und Treibertransistoren
diesen Steuerleistungsbedarf verringern helfen. Diese Lösung hat aber andere Nachteile zur
Folge, wie erhöhte Restspannung der Darlington-Anordnung im durchgeschaltetem Zustand. Das bedeutet
wiederum erhöhte Durchschalteverluste und gleiche Spannungsbeanspruchung beider Transistoren im
Sperrzustand was demnach einen teueren Treibertransistor erfordert. Weitere Nachteile sind langsame
Abschaltcharakteristik und schlechte Ausräumbedingungen für die Basis des Leistungstransistois.
Eine induktive Rückkopplung des Emitter- oder Kollektorstromes des Leistungstransistors mittels
Stromrückkopplungsübertragers in den Basiskreis ermöglicht ebenfalls eine Verringerung des aufsteuernden
Basisstromes. Dabei ergibt sich aber der Nachteil, daß ein hoher Kollektorstrom nur mit entsprechend hohem
Basissperrstrom im Basiskreis abgschaltet werden kann, wodurch der Vorteil der verringerten Ansteuerleistung
wieder aufgehoben wird. Ein weiterer Nachteil der üblichen Stromrückkopplungsschaltungen ist, daß der
Rückkopplungseffekt ebensolange andauert wie Speicherzeit und Abschaltezeit des Kollektorstromes noch
andauern, und daß mindestens ebensolange mit Basissperrstrom angesteuert werden muß, um den
Leistungstransistor sicher abzuschalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs geschilderte Schaltungsanordnung mit einfachen
Mitteln zu schaffen, die die genannten Nachteile beseitigt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein
Stromrückkopplungsübertrager vorgesehen ist und daß
abweichend von der üblichen Darlington-Anordnung der Kollektor des Treibertransistors mit der Sekundärwicklung
dieses Übertragers verbunden ist, dessen Primärwicklung im Lastkreis des Leistungstransistors
liegt und daß das Obersetzungsverhältnis des Übertragers gleich oder kleiner der minimalen Stromverstärkung
der Transistoren ist Die Lösung nach der Erfindung beseitig nicht nur die eingangs erwähnten
Nachteile, sondern sie ermöglicht es, die Vorteile beider Methoden — nämlich der Darlington-Anordnung und
der induktiven Rückkopplung — auszunützen. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, daß nur der geringe
Steuerstrom der Darlington-Anordnung benötigt wird, was einer Verringerung der Steuerleistung entspricht
Der rückgekoppelte Strom wird über den Treibertransistor gesteuert Außerdem entspricht die Restspannung
der Darlington-Anordnung im durchgeschalteten Zustand nur noch der Restspannung des Leistungstransistorc,
was einer Verringerung der Durchschalteverluste gleichkommt. Darüber hinaus kann auch noch ein
billiger Treibertransistor Anwendung finden, da die Spannungsbeanspruchung des Treibertransistors im
Sperrzustand sehr klein und unabhängig von der Spannung am Leistungstransistor gemacht werden
kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Widerstand parallel zur Sekundärwicklung des Stromwandlers
angeordnet, durch den der Aufbau von Spannungsspitzen am Kollektor des Treibertransistors
beim Anlegen von Sperrpotential an dessen Basis klein gehalten wird. Statt eines derartigen Widerstandes kann
auch eine Spannungsbegrenzung oder eine Anordnung von Kondensator, Diode und Widerstand vorgesehen
sein.
Zum schnellen Ausräumen der Basis des Leistungstransistors kann eine Diode angeordnet sein, die das
Sperrpotential von der Basis des Treibertransistors an die Basis des Leistungstransistors weiterleitet, und eine
weitere Diode, die die gespeicherte Energie des Stromrückkopplungsübertragers bei der Abmagnetisierung
als Sperrstrom an die Basis des Leistungstransistors gibt, sowie ein Widerstand parallel zur Basis-Emitter-Strecke
des Leistungstransistors verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine gleichzeitige Ausnützbarkeit des Stromrückkopplungsübertragers
als Strommeßwandler gegeben, wenn im Kollektor-Emitter-Kreis des Treibertransistors ein
Widerstand für Strommeßzwecke eingefügt ist. Der Spannungsabfall an diesem Widerstand ist dann
proportional dem (Emitter-)KolIektorstrom des Leistungstransistors
und dem Übersetzungsverhältnis der Windungen der Sekundärspule zur Primärspule des
Stromrückkopplungsübertragers.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann an einer weiteren Sekundärwicklung des Stromwandlers
mit Hilfe eines zusätzlichen Schalttransistors der aus dem Kollektor- bzw. Emitterkreis des Leistungstransistors
übersetzte Strom zum schnellen Ausräumen und Sperren der Basis des Leistungstransistors in der Weise
benützt werden, daß gleichzeitig der Treibertransistcr
abgeschaltet und der zusätzliche Schalttransistor durchgeschaltet werden und die weitere Sekundärwicklung
des Stromrückkopplungsübertragers entgegen der Rückkopplungswicklung so gepolt und angeschlossen
ist, daß bei durchgeschaltetem Leistungstransistor ein sperrender Ausräumstrom in die Basis des Leistungstransistors eingespeist wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert:
F i g. 1 zeigt ein Schaltungsprinzip der pulsgesteuerten Stromrückkopplung in Darlington-Anordnung und Fig.2 eine Ausführungsart der Darlington-Anordnung mit Stromrückkopplung und schneller Strombegrenzung.
F i g. 1 zeigt ein Schaltungsprinzip der pulsgesteuerten Stromrückkopplung in Darlington-Anordnung und Fig.2 eine Ausführungsart der Darlington-Anordnung mit Stromrückkopplung und schneller Strombegrenzung.
Nach der Darstellung in den Figuren sind der Leistungstransistor 7*1 und der Treibertransistor 7*2,
ίο die vorzugsweise beide gleichen Leitfähigkeitstyps sind,
derart zusammengeschaltet, daß der Emitter des Treibertransistors T2 mit der Basis des Leistungstransistors
Ti verbunden ist Entgegen den üblichen Darlington-Anordnungen ist der Kollektor des Treibertransistors
TI aber nicht mit dem Kollektor des Leistungstransistors 7*1 verbunden, sondern mit der
Sekundärwicklung W2 eines Stromrückkopplungsübertragers Ü. Das andere Ende der Sekundärwicklung W 2
des Stromrückkopplungsübertragers Ü wird mit dem Minuspol der Betriebsspannungsquelle UB oder mit
dem Emitter des Leistungstransistors TX verbunden.
Bei der Verwendung von PNP-Transistoren gelten die gleichen Überlegungen mit vertauschten Polaritäten,
d. h. das andere Ende der Sekundärwicklung ist z. B. an den Pluspol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen.
Die Primärwicklung WX des Stromrückkopplungsübertragers
0 liegt im Lastkreis des Leistungstransistors 7*1. Auf diese Weise entsteht bei Stromfluß über
den Leistungstransistor T\ und den Stromrückkopplungsübertrager Ü am Kollektor des Treibertransistors
7*2 eine für die Basis des Leistungstransistors Π
aufsteuernde, d. h. im vorliegenden Fall, positive Spannung. Das Übersetzungsverhältnis (W2IW\
^fllmin) entspricht der minimalen Gleichstromverstärkung
des Leistungstransistors.
Ein vom Taktgeber USTüber den Widerstand Rg an
die Basis des Treibertransistors gelangender aufsteuernder Strom IB2 fließt über die Basis-Emitterdiode des
Treibertransistors T2 zur Basis des Leistungstransistors Ti. Dieser Strom wird mit der als Bi bezeichneten
Gleichstromverstärkung des Leistungstransistors Ti verstärkt und über den Übertrager Ü in den
Kollektorkreis des Treibertransistors T2 induziert. Der Treibertransistor 7*2 schaltet diesen Strom, der im
Verhältnis B HW21 Wi größer als der ursprüngliche
Basisstrom am Treibertransistor ist, wiederum zur Basis des Leistungstransistors durch. Die Rückkopplungsbedingung
ist erfüllt, wenn die Verstärkung Bi>
W2IWi ist. Der Leistungstransistor 7*1 wird dann im Verhältnis
BHW2I Wi übersteuert.
Wenn das Sperrpotential — Ust an die Basis des Treibertransistors 7*2 gelangt, wird der Pückkoppiungsbasisstrom
IBi des Leistungstransistors Π sofort durch den Treibertransistor 7*2 unterbrochen. Am
Kollektor des Treibertransistors baut sich infolge verzögerter Abschaltung des rückgekoppelten Stromes
IEi eine Spannungspitze auf, die durch einen Widerstand R 1 oder eine Anordnung zur Spannungsbegrenzung
klein gehalten werden kann (F i g. 2).
Als Weiterbildung kann zum schnellen Ausräumen der Basis des Leistungstransistors Ti eine Diode Di,
die das Sperrpotential — Ust von der Basis des Treiber ;ransistors 7"2 an die Basis des Leistungstransistors
7*1 weiterleitet, und eine Diode D2 vorgesehen sein, die die gespeicherte Energie des Stromrückkopplungsübertragers
Üi als Sperrstrom an die Basis des Leistungstransistors Ti gibt, sowie ein Widerstand R2
parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors Ti verwendet werden.
Außerdem kann ein Widerstand A3 im Kollektor-Emitter-Kreis
des Treibertransistors T2 für Strommeßzwecke eingefügt sein. Dieser Widerstand Λ 3 muß aber
nicht an der in der F i g. 2 dargestellten Stelle eingesetzt sein, sondern kann an jeder beliebigen Stelle im
Kollektor- oder Emitterstromkreis des Transistors T2 liegen.
Ebenso ist es möglich, eine Diode D3 in Durchlaßrichtung
im Kollektorkreis des Treibertransistors T2 einzufügen, um beim Aufsteuern mit der Steuerspannung
+ UsI an der Basis des Treibertransistors Tl ein
Abfließen des Steuerstromes IB 2 über die anfangs noch invers betriebene Basis-Kollektor-Strecke des Treibertransistors
T2 in die Sekundärwicklung W2 des Rückkopplungsübertragers Üzu verhindern.
In Verbindung mit der Diode D3 kann eine weitere
nicht dargestellte Sekundärwicklung des Übertragers Ü zur getrennten Auskopplung einer stromabhängigen
Spannung für Meßzwecke benützt werden.
Eine schnelle Begrenzung des durch den Leistungstransistor Ti fließenden Stromes kann mit einem
weiteren Transistor 7"3 erreicht werden, dessen Basis an dem Bezugspotential Uo oder dem negativen Potential
von der Vorspannung Uv liegt und dessen Emitter mit einer weiteren Sekundärwicklung W3 des Rückkopplungsübertragers
O derart verbunden ist, daß im rückgekoppelten Zustand Sperrspannung (negatives
Potential) für die Basis des Leistungstransistors Ti ansteht, wobei das andere Ende der Wicklung W3 an
der Spannung Uo liegt. Diese Sperrspannung, die über eine weitere Diode D 4 einen Kondensator Cauflädt, ist
proportional der Spannung an der Wicklung W2 im Ansteuerkreis des Leistungstransistors Ti und in
Verbindung mit dem Widerstand R 3 angenähert proportional dem rückgekoppelten Strom IEX. Damit
wird bei Überschreitung der Schwellspannung Uv-UBE (TZ) der Transistor T3 leitend, nimmt derr
Treibertransistor 7"2 den Basisstrom IB 2 weg unc schaltet den Treibertransistor T2 ab, wodurch danr
infolge verzögerter Abschaltung des rückgekoppelter Stromes IEi eine Spannungserhöhung an den Wicklungen
W2 und W3 entsteht, die die Durchschaltung des Transistors T3 beschleunigt und verstärkt (Rückkopplungseffekt).
Über die Diode D1 und den Transistor Γ3 fließt dann zu dem Kondensator Cbzw. über die Diode
D 4 zu der Wicklung W 3 ein Sperrstrom aus der Basis des Leistungstransistors Ti, der sie schnell ausräumt
womit dann auch der Strom IEi verschwindet. Dieser Effekt kann sowohl zur schnellen Ausräumung det
Basisladung des Leistungstransistors Ti bei jedei normalen Sperr-Ansteuerung mit Sperrpotential — Us,
als auch zur schnell wirksamen Begrenzung des Stromes IE! (schnelle Strombegrenzung) verwendet werden.
Die gleiche Wirkung ist zu erzielen, wenn anstelle dei
Wicklung W3 in Verbindung mit dem Widerstand RA
ein getrennter, nicht gezeichneter Stromwandler in der Lastkreis eingeschleift wird und dessen Sekundärwick
lung anstelle der Wicklung W3 den übersetzter Ausgangsstrom IE1 bzw. IA 1 zur Strommessung bzw
zur Ausräumung des Basis des Leistungstransistors 7Ί verwendet. Dieser Stromwandler muß wie üblich durch
eine Bürde belastet werden.
Der gleiche Zweck wird mit der gleichen Anordnung jedoch mit der Maßgabe erfüllt, daß die Vorspannung
Uv keine feste Spannung ist, sondern in ihrem Wert vor der Größe der geregelten Ausgangsspannung abhängig
ist, um z. B. eine rückläufige Strombegrenzungslinie zt erzielen.
Eine weitere Variante wird dadurch erreicht, daß die Steuerspannung Ust mit dem einen Pol an der Basis des
Treibertransistors 7"2 und mit dem anderen Pol nicht ar der Spannung Uo, sondern an der Basis des Transistor;
Γ3 angeschlossen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren in Darlington-Anordnung, insbesondere
in Stromversorgungsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siromrückkopplungsübertrager
(Ü) vorgesehen ist und daß abweichend von der üblichen Darlington-Anordnung
der Kollektorkreis des Treibertransistors (T2) mit einem Ende mit der Sekundärwicklung (W2)
dieses Übertragers (O) verbunden ist, dessen anderes Ende an Bezugspotential (Uo) oder am
Emitter des Leistungstransistors (Tl) angeschlossen ist, und daß die Primärwicklung (Wi) des Übertragers
(O) im Lastkreis des Leistungstransistors (Ti) liegt und das Übersetzungsverhältnis des Übertragers
gleich oder kleiner der minimalen Stromverstärkung (B 1min) des Leistungstransistors (Ti) ibt
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß ein Widerstand (Ri) parallel
zur Sekundärwicklung (W2) des Übertragers (Ü) angeordnet ist, durch den der Aufbau von Spannungsspitzen
am Kollektor des Treibertransistors (T2) beim Anliegen von Sperrpotential an der Basis
des Treibertransistors klein gehalten wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen Ausräumen
der Basis des Leistungstransistors (Ti) eine Diode (D 1) vorgesehen ist, die das Sperrpotential
der Basis des Treibertransistors (T2) an die Basis des Leistungstransistors (Ti) weiterleitet.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere
Diode (D 2) angeordnet ist, die die gespeicherte Energie des Stromrückkopplungsübertragers (Üi)
als Sperrstrom an die Basis des Leistungstransistors (Ti) gibt.
5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand
(R 2) parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors (Ti) angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im
Kollektor-Emitter-Kreis des Treibertransistors (T2) ein Widerstand (R 3) vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Diode (D 3) im Kollektorkreis des Treibertransistors (T2) in Durchlaßrichtung eingeschleift ist.
8. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine
weitere Übertragerwicklung (z. B. W3) für Strommeßzwecke vorgesehen ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Übertragerwicklung
(W3) derart angeordnet ist, daß über eine weitere Diode (D 4) ein Kondensator (C) auf
negatives Potential gegenüber dem Bezugspotential (Uo) aufgeladen wird und daß ein Transistor (T3)
derart angeordnet ist, daß sein Emitter am Verbindungspunkt des Kondensators (C) mit der
Diode (D 4), seine Basis am Bezugspotential (Uo) und sein Kollektor an der Basis des Treibertransistors
(D 2) angeschlossen ist und daß in Abhängigkeit der Schwellspannung (UBE) des Transistors
(T 3) eine schnelle Begrenzung des Stromes durch den Leistungstransistor (Ti) erreicht wird.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors
(TZ) über eine Vorspannung (Uv) am Bezugspotential (Uo) angeschlossen ist und dadurch der
Schwellwert des Einsatzes der schnellen Strombegrenzung
von der Differenz der Vorspannung und der Basis-Emitter-Spannung (Uv-UBE) des Transistors
(T3) abhängt
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorspannung (Uv) variabel ist, wodurch sich z. B. rückläufige Strombegrenzungskennlinien
in Regeleinrichtungen erzielen lassen.
12. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer
is Stromwandler im Lastkreis des Leistungstransistors
(Ti) vorgesehen ist dessen Sekundärwicklung mit einer Bürde belastet ist und anstelle der Sekundärwicklung
(W3) des Übertragers (O) in die Anordnung eingeschfeift wird.
13. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 9
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung
(Ust) über einen Widerstand (Rg) an die Basis des Treibertransistors (T2) und mit dem anderen
Ende an die Basis des Transistors (T3) angeschlossen
ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732354104 DE2354104C3 (de) | 1973-10-29 | 1973-10-29 | Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren, insbesondere in Stromversorgungsgeräten |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732354104 DE2354104C3 (de) | 1973-10-29 | 1973-10-29 | Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren, insbesondere in Stromversorgungsgeräten |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2354104A1 DE2354104A1 (de) | 1975-05-07 |
| DE2354104B2 DE2354104B2 (de) | 1977-11-03 |
| DE2354104C3 true DE2354104C3 (de) | 1978-06-15 |
Family
ID=5896714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19732354104 Expired DE2354104C3 (de) | 1973-10-29 | 1973-10-29 | Schaltungsanordnung für pulsgesteuerte Leistungstransistoren, insbesondere in Stromversorgungsgeräten |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2354104C3 (de) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1553815A (en) * | 1975-06-04 | 1979-10-10 | Lucas Industries Ltd | Power switching circuit |
| DE3644777A1 (de) * | 1986-12-24 | 1988-07-07 | Licentia Gmbh | Ansteuerschaltung fuer transistoren in darlington-anordnung |
-
1973
- 1973-10-29 DE DE19732354104 patent/DE2354104C3/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2354104A1 (de) | 1975-05-07 |
| DE2354104B2 (de) | 1977-11-03 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
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