DE2358322A1

DE2358322A1 - Schaltung zur steuerung eines transistorleistungsschalters

Info

Publication number: DE2358322A1
Application number: DE19732358322
Authority: DE
Inventors: Michael Ing Grad Koss
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1975-10-09
Also published as: FR2252705A1; IT1025929B; GB1483744A; DE2358322B2; FR2252705B1

Description

HH 73/31 20. Nov. 1973

"Schaltung zur Steuerung eines Transistorleistungsschalters"

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung eines Transistorleistungsschalters mit Hilfe eines Transformators und mit Kollektor-Basis-Mitkopplung am Leistungstransistor.

Solche Schaltungen werden zum Beispiel benutzt, um die Gleichspannung eines Lastkreises zu regeln, der von den Steuerkreisen galvanisch getrennt ist. Man verwendet hierzu einen Leistungstransistor mit Pulsbreitenmodulation und nachgeschalteter Glättung»

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art ist ein Transformator mit mindestens vier Wicklungen vorgesehen, von denen die erste im Kollektorkreis des Leistungstransistors und die zweite im Basiskreis des Leistungstransistors liegen, während die dritte und die vierte Wicklung in den Kollektorkreisen von zwei Steuertransistoren angeordnet sind, die an ihren Basen im Gegentakt digital angesteuert werden. Einer der beiden Steuer-

transistoren dient zur Zündung, der andere zur Löschung des Leistungstransistors. Die beiden Wicklungen im Kollektorkreis

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und im Basiskreis des Leistungstransistors sind im Sinne einer Mitkopplung geschaltet. Diese bewirkt, daß der durch einen Zündimpuls in den Leitzustand versetzte Leistungstransistor bis zum nächsten Löschimpuls leitend bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltung der eingangs genannten Art, die mit besonders gutem Wirkungsgrad und mit besonders hohen Frequenzen arbeiten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Transformator mit drei Wicklungen zu verwenden, von denen die erste Wicklung im Kollektorkreis des Leistungstransistors, die zweite Wicklung im Basiskreis des Leistungstransistors und die dritte Wicklung im Kollektorkreis eines Steuertransistors liegen, wobei zu der aus der dritten Wicklung und dem Steuertransistor bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator parallel geschaltet ist.

Kach einem weiteren Vorschlag der Erfindung soll die aus der dritten Wicklung, dem Steuertransistor und dem parallelgeschalteten Kondensator bestehende Anordnung über einen veränderlichen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sein, und eine besondere Bau-Einheit- den veränderlichen Widerstand abhängig von der Spannung am Kondensator steuern. Der veränderliche Widerstand wird zweckmässig von einem Transistor und zwei Widerständen gebildet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Diese zeigt in

Figur 1 einen Schaltplan der Gesamtanordnung Figur 2 eine Darstellung der Magnetisierungskennlinie des Tr ansf ormat orkerns

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"Da Figur 1 ist der Transformator 1 mit den drei Wicklungen 2, 3 und 4 dargestellt. Die Wicklung 2 liegt im Kollektorkreis des Leistungstransistors 5ü die Wicklung 3 im Basiskreis des Leistungstransistors 5 und die Wicklung 4 im Kollektorkreis des Steuertransistors 6. Die Wicklungen 2 und 3 sind im Sinne einer Mitkopplung geschaltet. Der Lastkreis wird von. der Gleichstromquelle 7 über eine Speicherdrossel 8 gespeist. Zwischen der Speicherdrossel 8 und der Wicklung 2 wird der Verbraucherstrom des Lastkreises abgezweigt und über eine Diode 9 dem Verbraucher 10 zugeführt, dem ein Ladekondensator 11 parallelgeschaltet ist.

Die Speicherdrossel 8, die Diode 9 und der im Pulsbetrieb arbeitende Leistungstransistor 5 bilden zusammen einen Spannungsverstärker: Sie bewirken, daß die Gleichspannung am Ladekondensator 11 größer ist als die Spannung an der Gleichstromquelle 7 äes Lastkreises» Dabei hängt die Gleichspannung am Ladekondensator 11 von dem Pulsbreitenverhältnis des durch den Leistungstransistor 5 fließenden Stromes abο

Der Leistungstransistor 5 wird von dem Steuertransistor 6 gesteuert, an dessen Basis der Pulsgenerator 12 angeschlossen ist. Die Gleichspannung am Verbraucher 10 kann also durch Pulsbreitenmodulation am Pulsgenerator 12 gesteuert werden.

Der aus dem Transformator 6 und der Wicklung 4 bestehenden Reihenschaltung ist der Kondensator 13 parallelgeschaltet.

Diese Anordnung ist über zwei parallele widerstände 17? 18, von denen der eine, 18, abschaltbar ist, an die Gleichstromquelle 15 des Steuerkreises angeschlossen. Zur Abschaltung des Widerstandes 18 dient der Transistor 19? der von der Einheit 16 gesperrt wird, wenn die Spannung am Kondensator 13 einen

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bestimmten Wert unterschreitet. Die Bauteile 17» 18, 19 bilden zusammen den veränderlichen Widerstand 14, der zwei vorgegebene Werte annehmen kann.

Bei leitendem Steuertransistor 6 bilden die Wicklung 4- und der Kondensator 13 einen Schwingkreis. Zu dessen Dämpfung ist die Diode 20 dem Kondensator 13 parallel geschaltet.

Die Schaltung arbeitet wie folgt:

Angenommen, Transistor 6 leitet und Transistor 5 ist gesperrt. Zum Zeitpunkt t* sperrt der Impulsgenerator 12 den Transistor 6, so daß der durch die Wicklung 4 fließende Kollektorstrom abbricht. Dadurch wird über die Wicklung 3 ein positiver Impuls an der Basis des Transistors 5 erzeugt, worauf dieser zu leiten beginnt. Über die zwischen den Wicklungen 2 und 3 bestehende induktive Mitkopplung wird der Leitzustand des Transistors 5 aufrechterhalten. Sein Kollektorstrom nimmt dabei zu. Während der Transistor 6 sperrt und der Transistor 5 leitet, wird der Kondensator 13 aufgeladen.

Zum Zeitpunkt to versetzt der Impulsgenerator 12 den Transistor 6 wieder in den Leitzustand. Unterstützt durch den Kondensator 13 kann jetzt in der Wicklung 4 ein Strom fließen.

Der Kondensator 13 liefert einen kurzen steilen Stromstoß, der zunächst die Stromtransformation von Wicklung 2 nach Wicklung 3 unterbricht und dann in kurzer Zeit die Basis-Ladungsträger von Transistor 5 ausräumt, indem eine negative Spannung an die Basis von Transistor 5 gelegt wird.

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Der mögliche schnelle Stromanstieg in Wicklung 4, bedingt durch den sehr geringen differentiellen Innenwiderstand des Kondensators 13 führt, wie oben beschrieben, zu einer verkürzten Abschaltzeit des Transistors 5· Dessen Übergang vom Leitzustand in den Sperrzustand vollzieht sich wesentlich schneller als bei dem Leistungstransistor der vergleichbaren bekannten Schaltungen. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Wärmeverluste am Leistungstransistor also geringer und der Wirkungsgrad demnach höher.

lach Sperrung des Transistors 5 arbeitet der Transformator im Leerlauf. Das bedeutet, daß Wicklung 4 solange eine große Induktivität darstellt, bis der Strom durch Wicklung 4 die Sättigungsfeldstärke erreicht. Eine schnelle Einstellung des Sättigungszustandes ist erwünscht,, damit der Kern für die nächste Einschaltung bereit ist. Die schnelle Kernrückstellung wird durch Anlegen einer konstanten Spannung an Wicklung 4 erreicht. Damit steigt der Strom in Wicklung 4 linear an. Eine konstante Spannung ist durch den inzwischen wieder aufgeladenen Kondensator 13 und den geringen Widerstand 18 bei leitendem Transistor 19 gegeben. Beim Erreichen des Sättigungszustandes sinkt die Spannung an Wicklung 4 und damit auch am Kondensator 13 praktisch auf kleinste Werte, worauf die Einheit 16 über den Transistor 19 den Widerstand •abschaltet. Die schnelle Kernrückstellung erlaubt es, die Schaltung mit wesentlich höheren Pulsfolgefrequenzen zu fahren, als dies bei den bekannten Schaltungen möglich ist.

Figur 2 der Zeichnung zeigt die Hagnetisierungskennlinie des Transformatorkernes mit dem beim Pulsbetrieb auftretenden Verlauf des Arbeitspunktes. Für die Schaltung des Ausführungsbeispiels ist ein Kern mit nahezu rechteckförmiger Kennlinie gewählt. Kurz vor dem Abschalten des Transistors 6 liegt der Arbeitspunkt auf Punkt 21 der Kennlinie im Sättigungsbereich.

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Wird zum Zeitpunkt t^ der Transistor 6 gesperrt, dann wandert der Arbeitspunkt von 21 über 22 nach 23· Zwischen 22 und 23 leitet der Transistor 5· Zum Zeitpunkt to wird der Transistor leitend. Der Strom in der Wicklung 4 steigt an und der Kernarbeitspunkt wandert von 23 über 24- und 25 nach 21 zurück. Die Lage des Punktes 23 richtet sich dabei nach der Einschaltdauer des Transistors 5·

Die Schaltung nach der Erfindung bietet mehrere Vorteile gegenüber bekannten Schaltungen: Der Wirkungsgrad ist höher. Das ist besonders bei nur begrenzt zur Verfügung stehender Generatorleistung (Satellit) und bei großen Leistungen von Bedeutung.

Die Pulsfolgefrequenzen können höher liegen. Die Siebmittel im Lastkreis sind kleiner und billiger.

Zum Anschluß der Steuerkreise an den Transformator genügt eine einzige Doppelleitung.

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Claims

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Patentansprüche

.jSchaltung zur Steuerung eines Transistorleistungsschalters ^-^ mit Hilfe eines Transformators und mit Kollektor-Basis-Mit-kopplung am Leistungstransistor, gekennzeichnet durch einen Transformator (1) mit drei Wicklungen, von denen die erste Wicklung (2) im Kollektorkreis des Leistungstransistors (5), die zweite Wicklung (3) im Basiskreis des Leistungstransistors (5) und die dritte Wicklung (4) im Kollektorkreis eines Steuertransistors (6) liegen, wobei zu der aus dem Steuertransistor (6) und der Wicklung (4) bestehenden Reihenschaltung ein Kondensator (13) parallel geschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aus dem Steuertransistor (6), der Wicklung (4) und dem Kondensator (13) bestehende¹Anordnung über einen gemeinsamen veränderlichen Widerstand (14) an eine Gleichstromquelle (15) angeschlossen ist.

5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Widerstand (14) von einer Bau-Einheit (16) in Abhängigkeit von der Spannung am Kondensator (13) steuerbar ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Verringerung des veränderlichen Widerstandes (14) bei steigender Spannung am Kondensator (13).

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5· Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Widerstand (14-) aus zwei parallelen Widerstanden (17» 18) besteht, von denen einer (18) mit Hilfe eines Schalttransistors (19) abschaltbar ist.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Transformators (1) vor dem Einschalten des Leistungstransistors (5) magnetisch gesättigt ist.

7· Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (13) eine Diode (17) parallelgeschaltet ist.

Licentia Patent-Yerwaltungs-GmbH.

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